前面所述的(de)基(ji)于中心頻(pin)率(lv)、中心斜率(lv)和數字信(xin)號(hao)(hao)差分的(de)三種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)(fa)均屬于信(xin)號(hao)(hao)后處(chu)理(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，是對檢(jian)測(ce)結果的(de)進一步處(chu)理(li)。這里，介紹(shao)一種(zhong)基(ji)于傳感(gan)器(qi)布置(zhi)(zhi)的(de)雙(shuang)層梯(ti)度檢(jian)測(ce)方(fang)(fang)法(fa)(fa)，它通過特殊(shu)的(de)傳感(gan)器(qi)陣列布置(zhi)(zhi)及其處(chu)理(li)方(fang)(fang)法(fa)(fa)來(lai)區分缺陷的(de)位置(zhi)(zhi)。具體實(shi)施方(fang)(fang)法(fa)(fa)為(wei)：從(cong)冗余檢(jian)測(ce)出發，

  在法向上布置兩(liang)層陣(zhen)列磁敏感(gan)元件，實現兩(liang)個特(te)定間(jian)隔測(ce)(ce)點的梯度檢測(ce)(ce)，并對(dui)得(de)到的檢測(ce)(ce)信號(hao)(hao)進行對(dui)比分析，然后利用內(nei)、外(wai)部缺(que)陷的檢測(ce)(ce)信號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值在提離方(fang)向上的衰減(jian)(jian)率進行評判(pan)。最(zui)后，構(gou)建(jian)出歸(gui)一化衰減(jian)(jian)率作為(wei)評判(pan)參數來對(dui)缺(que)陷的內(nei)、外(wai)位置進行評判(pan)。

一、內、外部缺陷檢測(ce)信號的提離特性和雙層(ceng)梯度檢測(ce)

  當考慮(lv)不同的(de)傳(chuan)感器提(ti)(ti)離(li)值(zhi)時，實際上檢(jian)測得到的(de)數(shu)字信(xin)號(hao)(hao)是關于不同提(ti)(ti)離(li)平面(mian)上的(de)一組信(xin)號(hao)(hao)序列(lie)。如圖4-26所(suo)示，下面(mian)討論漏磁場法向(xiang)分量在不同提(ti)(ti)離(li)值(zhi)h下的(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)變(bian)化(hua)規律，并將內、外部缺陷檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)分別記為(wei)Vinpp(h)和(he)Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的(de)提離特(te)性 

   采用(yong)鋼板(ban)進行內、外部(bu)缺(que)陷提(ti)離特性試驗，在其表面(mian)加(jia)工(gong)人工(gong)缺(que)陷，分(fen)別有不通孔、橫向刻(ke)槽以及斜向刻(ke)槽，如圖(tu)4-27所示(shi)。用(yong)霍爾(er)(er)元件拾取漏磁場(chang)法向分(fen)量，通過(guo)改變霍爾(er)(er)元件與(yu)鋼板(ban)表面(mian)之(zhi)間的距離，即(ji)提(ti)離值h的大小，考察各人工(gong)缺陷在(zai)正面(mian)和(he)反面(mian)檢(jian)測時信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值的差異。鋼板(ban)漏磁(ci)檢(jian)測試驗(yan)平(ping)臺如圖(tu)4-28所示，試驗(yan)鋼板(ban)厚度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)長度(du)(du)分別為(wei)9.6mm、100mm和(he)1000mm，采用(yong)電火花和(he)機械(xie)加工(gong)方法(fa)制作(zuo)人工(gong)缺陷，見表4-10，刻槽長度(du)(du)均(jun)(jun)為(wei)40.0mm，寬度(du)(du)均(jun)(jun)為(wei)1.0mm。磁(ci)化(hua)(hua)器采用(yong)穿過式直(zhi)流磁(ci)化(hua)(hua)線圈(quan)，確(que)保鋼板(ban)被軸向磁(ci)化(hua)(hua)至飽和(he)狀態。

  試驗(yan)獲得的(de)(de)(de)人工缺(que)陷(xian)正面檢測和背面檢測對應的(de)(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離值h之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)擬合曲線簇，如圖(tu)4-29和圖(tu)4-30所示。從圖(tu)中可以看出，峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和（h）的(de)(de)(de)遞(di)減(jian)趨(qu)勢(shi)雖然相同(tong)，但兩者(zhe)的(de)(de)(de)變化速率則有明顯區別，內部缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值（h）隨(sui)提離值的(de)(de)(de)增加(jia)遞(di)減(jian)平緩(huan)，而外部缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭(qiao)，當提離值大(da)于1.0mm后(hou)，內、外部缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值均呈現出平緩(huan)的(de)(de)(de)變化趨(qu)勢(shi)。

 2. 雙層梯(ti)度檢測方(fang)法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)離(li)(li)特性的不同，提(ti)出一種雙(shuang)層梯度檢測方(fang)法(fa)，即(ji)沿著相同法(fa)線方(fang)向(xiang)(xiang)的不同提(ti)離(li)(li)值處布(bu)置兩個(ge)測點，通(tong)過獲取(qu)測點處缺陷漏磁場(chang)法(fa)向(xiang)(xiang)分量信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值Vpp(z)在提(ti)離(li)(li)方(fang)向(xiang)(xiang)上的衰減率作為評(ping)判指標，也即(ji)

   其中，衰(shuai)減率R實(shi)際上是利用兩(liang)測(ce)點(dian)(dian)的峰(feng)-峰(feng)值差ΔVpp(h)與兩(liang)測(ce)點(dian)(dian)的提(ti)離值差Δh之(zhi)比來實(shi)現的。當(dang)(dang)Δh足夠小時，可以視為函數Vpp(h)在h方向上的梯度，由于檢(jian)測(ce)元件具有(you)一定(ding)厚度，兩(liang)個測(ce)點(dian)(dian)間的間隔不(bu)可能無限小，實(shi)際應(ying)用中，只有(you)當(dang)(dang)內(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值Vpp(h)）的衰(shuai)減率R1a之(zhi)間存在明顯差異時，才有(you)可能有(you)效(xiao)應(ying)用于內(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)的區分(fen)。為便于論述，對應(ying)于內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)和(he)外部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)信號，衰(shuai)減率分(fen)別(bie)記為和(he)ERdoPlyI

   從(cong)圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30中可以看(kan)出(chu)，在(zai)不同提離(li)值(zhi)(zhi)下(xia)，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的變(bian)化趨勢僅在(zai)一定區域(yu)(yu)具有明顯(xian)差異。在(zai)此區域(yu)(yu)，外(wai)部(bu)缺陷檢測信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨提離(li)值(zhi)(zhi)的增加劇烈減小，而(er)內部(bu)缺陷檢測信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的變(bian)化程(cheng)度相對緩慢。

  當h分別取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shi)，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比分析，發現(xian)提離值為0.3mm與0.7mm時(shi)，內、外(wai)部缺陷峰-峰值衰減(jian)率有明(ming)顯差異，見表4-11。

   采用不同厚度的鋼(gang)板進一步試驗(yan)，缺(que)陷(xian)參數和峰-峰值(zhi)衰減率見(jian)表4-12～表4-15。

   通過大(da)量對比(bi)試驗(yan)可(ke)以發現，提(ti)離值(zhi)(zhi)分(fen)別取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)衰減(jian)(jian)率差異較為穩定(ding)，無論缺(que)陷(xian)(xian)形態特(te)征(zheng)如何，內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)衰減(jian)(jian)率均有較大(da)差異。從(cong)上述(shu)列表中的(de)(de)(de)(de)(de)數值(zhi)(zhi)可(ke)以看出，衰減(jian)(jian)率的(de)(de)(de)(de)(de)量值(zhi)(zhi)并不隨(sui)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)其他特(te)征(zheng)（如裂紋的(de)(de)(de)(de)(de)走向、形狀等）的(de)(de)(de)(de)(de)改變而發生(sheng)大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)變化(hua)。此外(wai)，隨(sui)著被檢(jian)測(ce)鋼板厚度的(de)(de)(de)(de)(de)加大(da)，內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)衰減(jian)(jian)率差別更大(da)。

二、內、外部(bu)缺(que)陷位(wei)置區分特征量(liang)

  對于(yu)相同(tong)尺寸(cun)的(de)(de)內(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)，在(zai)不同(tong)提離位(wei)置(zhi)上的(de)(de)兩個測(ce)點處得(de)到的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差值(zhi)，外(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)信號明顯大于(yu)內(nei)部缺(que)陷(xian)信號。為此，提出歸(gui)一(yi)化(hua)的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差值(zhi)，同(tong)時得(de)到歸(gui)一(yi)化(hua)衰(shuai)減率(lv)Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為，對應內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)時(shi)為Vinpp(z)。為便于表(biao)達，將(jiang)外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)和內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)歸(gui)一化衰(shuai)減率分(fen)別記為ERid和IRido實際檢測時(shi)，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)信號對應的是外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)還是內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)。

  進一步，試驗驗證(zheng)將歸(gui)一化(hua)(hua)衰減率(lv)作(zuo)(zuo)為不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)內、外部缺(que)陷(xian)(xian)區分(fen)(fen)標(biao)準的(de)(de)可(ke)行性，設(she)計雙層霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)陣列封裝檢測(ce)探頭(tou)，結構及(ji)實物如圖4-31所示。采用厚(hou)度為0.3mm的(de)(de)聚甲醛片作(zuo)(zuo)為耐磨片，微(wei)型霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)厚(hou)度為0.4mm，最(zui)終形(xing)成雙層霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)相(xiang)對于不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)表(biao)(biao)面提離距離分(fen)(fen)別為0.3mm和0.7mm。選用厚(hou)度為9.35mm、外徑為88.9mm的(de)(de)鋼(gang)管(guan)作(zuo)(zuo)為試件(jian)，采用電火花及(ji)機械加工(gong)方法(fa)在(zai)不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)上加工(gong)內、外部缺(que)陷(xian)(xian)，見表(biao)(biao)4-16，采用直流(liu)磁(ci)化(hua)(hua)線圈(quan)對鋼(gang)管(guan)進行軸向磁(ci)化(hua)(hua)，檢測(ce)速度保(bao)持穩定。

  通過試驗(yan)數據(ju)計算歸一(yi)化衰減(jian)率，見表4-16，并繪制成(cheng)如圖(tu)4-32所示(shi)的(de)(de)分布(bu)圖(tu)。從圖(tu)中(zhong)可(ke)以(yi)發現，不銹鋼(gang)(gang)管中(zhong)內(nei)、外部缺陷具有(you)較明顯的(de)(de)量值差(cha)異。該方法區分正確率高(gao)，然而探頭系統較為復雜，需(xu)要更(geng)多的(de)(de)通道數來實現冗余檢(jian)測，因此一(yi)般用于高(gao)品(pin)質不銹鋼(gang)(gang)管的(de)(de)檢(jian)測。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏磁檢測過程中的關鍵問題，它是內、外部缺陷實現一致性評判的基礎，也就是要求無論缺陷處于鋼管內部還是外部，相同尺寸的缺陷經過漏磁檢測后必須獲得相同的評價損傷量級。內、外部缺陷區分有很多方法，如基于缺陷信號中心頻率、中心斜率和數字差分的后處理方法，以及基于雙層梯度檢測的冗余測量方法。當然，還可與其他無損檢測方法進行聯合檢測，如漏磁檢測與渦流檢測方法，由于渦流只能檢測鋼管表面及近表面缺陷，與漏磁檢測方法聯合之后可以對缺陷的位置進行正確判斷；還有漏磁與超聲復合檢測方法，超聲檢測可根據聲波的傳遞速度和傳遞時間來判斷出缺陷位置。

  每種內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法(fa)(fa)都各有優缺(que)點，沒有一種方法(fa)(fa)可100％正確區分。在(zai)選(xuan)擇(ze)缺(que)陷區分方法(fa)(fa)時，要根據(ju)檢(jian)測要求(qiu)、工件特性、缺(que)陷類(lei)型、使(shi)用工況以及設備成本來選(xuan)擇(ze)合適有效的內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法(fa)(fa)。