不銹鋼管內、外部缺陷產生的漏磁檢測信號頻率成分存在差異。根據這種差異，借助于電路或數字濾波器，將不銹(xiu)鋼管內、外部缺陷檢測信號的頻率進行對比，可以達到內、外部缺陷區分的目的。下面扼要介紹基于檢測信號中心頻率的區分方法。
一(yi)、基于(yu)檢測信號中心頻率的區分方法
內(nei)(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)在(zai)檢(jian)(jian)(jian)測空間(jian)(jian)產生的漏磁場強(qiang)度相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較弱，但(dan)空間(jian)(jian)分布范圍(wei)相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較大(da)。因此，內(nei)(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的突(tu)變時間(jian)(jian)持(chi)續較長；在(zai)頻(pin)域上(shang)，檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的中心頻(pin)率相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較低(di)。相(xiang)(xiang)反，外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的中心頻(pin)率較高，突(tu)變相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)陡峭。根據上(shang)述特(te)點，采(cai)用合理的帶通濾波器、高通濾波器以及觸發門限電路，針對(dui)(dui)內(nei)(nei)(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的頻(pin)域特(te)征，設置相(xiang)(xiang)應的截止(zhi)頻(pin)率，將(jiang)濾波后的輸出(chu)信(xin)號(hao)(hao)幅度進行對(dui)(dui)比，可達到(dao)區分內(nei)(nei)(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的目的。
如圖4-6所(suo)示，將檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號分別利用(yong)高(gao)通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)與(yu)帶通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)進行(xing)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)處理。其(qi)中，設(she)置帶通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)的(de)(de)上、下限頻(pin)率時需包(bao)含內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號頻(pin)段，也即，內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號在通過(guo)帶通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)后均不會引起波(bo)(bo)(bo)(bo)形(xing)特征上的(de)(de)變(bian)化，僅僅濾(lv)(lv)(lv)除(chu)高(gao)頻(pin)與(yu)低頻(pin)噪聲信(xin)(xin)號，并將該輸出(chu)量視為(wei)A通路，輸出(chu)信(xin)(xin)號記(ji)為(wei)XA(t)）。另(ling)外(wai)設(she)立通路B，即高(gao)通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)支(zhi)路，它能夠使得(de)頻(pin)率較(jiao)低的(de)(de)內(nei)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號在強度上明顯削弱，而(er)外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號強度基本不變(bian)，輸出(chu)信(xin)(xin)號記(ji)為(wei)XB(t)。進一步，將兩種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)系統的(de)(de)輸出(chu)量XA(t)與(yu)XB(t)進行(xing)對比(bi)，從而(er)可獲得(de)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號的(de)(de)判據(ju)。
從圖(tu)4-6中(zhong)可(ke)以看出，采用中(zhong)心頻(pin)率(lv)比較法識別缺陷的(de)(de)位置時具(ju)有很好的(de)(de)邏(luo)輯性。但必(bi)須注意的(de)(de)是(shi)，由(you)于(yu)檢(jian)測(ce)信號頻(pin)率(lv)與檢(jian)測(ce)速(su)(su)度(du)有關(guan)，因(yin)此(ci)檢(jian)測(ce)過(guo)程中(zhong)速(su)(su)度(du)必(bi)須保(bao)持恒(heng)定。如(ru)果檢(jian)測(ce)速(su)(su)度(du)發生變化(hua)，則需(xu)重新調整(zheng)濾波器的(de)(de)各濾波截止頻(pin)率(lv)。
二、缺陷形態特征(zheng)對中心頻率法的(de)影響
除缺(que)陷(xian)(xian)位置外，缺(que)陷(xian)(xian)的其他形態特征也會影響(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)的中(zhong)心頻率，因(yin)此，采(cai)用該區(qu)分方法時需要(yao)綜(zong)合考慮各種因(yin)素的影響(xiang)(xiang)。下(xia)面(mian)扼要(yao)介紹缺(que)陷(xian)(xian)形狀、走向和深度對基于中(zhong)心頻率區(qu)分方法的影響(xiang)(xiang)。
模擬(ni)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)與(yu)數(shu)(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)都是改變(bian)信(xin)(xin)號中所包含頻(pin)(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)的相對(dui)比例，或是濾(lv)(lv)除(chu)某種(zhong)頻(pin)(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)的系統(tong)。數(shu)(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)具(ju)有精度高、穩定(ding)、靈活、不(bu)要求阻(zu)抗匹配等優勢。這里，選用(yong)巴特(te)沃斯濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)，即幅頻(pin)(pin)特(te)性曲線在(zai)通帶(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)內均為單調遞(di)減(jian)函數(shu)(shu)。綜(zong)合考慮通帶(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)的變(bian)化速度及內、外部缺(que)陷(xian)信(xin)(xin)號的頻(pin)(pin)帶(dai)范圍，設定(ding)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)為四(si)階。下面分(fen)別從幾(ji)種(zhong)典型缺(que)陷(xian)形態特(te)征出發，對(dui)各(ge)種(zhong)人工缺(que)陷(xian)進行(xing)試驗區分(fen)，觀察檢測信(xin)(xin)號在(zai)經(jing)過數(shu)(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)(bo)器(qi)之后幅值的變(bian)化。
1. 缺陷形狀對(dui)檢測信號頻率成分(fen)的影(ying)響(xiang)
不銹(xiu)鋼管(guan)漏磁檢測(ce)標準中(zhong)(zhong)，人(ren)工缺(que)陷通(tong)常選用通(tong)孔(kong)或(huo)刻槽(cao)，對(dui)不通(tong)孔(kong)未加(jia)說明。在鋼管(guan)的(de)實際使用過程(cheng)中(zhong)(zhong)，受到高壓沖刷(shua)、腐蝕(shi)等眾(zhong)多因素的(de)影響，鋼管(guan)上形成的(de)腐蝕(shi)坑十分(fen)普遍(bian)。因此(ci)，在分(fen)析缺(que)陷形狀對(dui)檢測(ce)信(xin)(xin)號(hao)中(zhong)(zhong)心頻率成分(fen)的(de)影響時(shi)，采用不通(tong)孔(kong)、裂紋和(he)通(tong)孔(kong)作為檢測(ce)對(dui)象，研究(jiu)各類缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)在經過濾波系(xi)統后輸出量之(zhi)間(jian)的(de)差異(yi)。
建立不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)管漏磁自(zi)動化檢測(ce)系統(tong)，鋼(gang)管螺旋前進，螺距為105mm，鋼(gang)管直徑(jing)為139.7mm，壁(bi)厚為8.5mm，采(cai)用電火花加(jia)工(gong)方(fang)法在(zai)內、外(wai)管壁(bi)加(jia)工(gong)周(zhou)向和軸向刻槽(cao)，寬(kuan)度均(jun)為0.8mm；采(cai)用機械加(jia)工(gong)的(de)方(fang)法，在(zai)鋼(gang)管外(wai)壁(bi)面上加(jia)工(gong)直徑(jing)為3.2mm、深(shen)度為2.0mm的(de)外(wai)部不(bu)(bu)通(tong)孔和直徑(jing)為1.6mm的(de)通(tong)孔。檢測(ce)過程中(zhong)，保證(zheng)鋼(gang)管的(de)行進與旋轉速度恒(heng)定不(bu)(bu)變，以消除傳感器掃查(cha)速度變化對檢測(ce)信號的(de)影響，獲得的(de)檢測(ce)原始信號波形如圖4-7所示。
經過不同截止頻率的高通濾波器之后，檢測缺陷(xian)信號輸出如圖4-8和圖4-9所示。
可(ke)以看出(chu)，經過截止頻率為540Hz的(de)高(gao)通濾(lv)波(bo)器之后(hou)，N10的(de)內傷可(ke)以很好地被削弱(ruo)，直(zhi)至從信號輸出(chu)中(zhong)完全消失。然而(er)，同在鋼管(guan)外表(biao)壁但形(xing)狀不(bu)同的(de)直(zhi)徑為3.2mm的(de)外不(bu)通孔的(de)檢測(ce)信號變化規(gui)律與N5外表(biao)面刻槽不(bu)同：外不(bu)通孔檢測(ce)信號同樣(yang)受到了(le)高(gao)通濾(lv)波(bo)的(de)影響而(er)被嚴重削弱(ruo)，當內部缺陷(xian)信號被濾(lv)波(bo)消除(chu)后(hou)，外不(bu)通孔的(de)檢測(ce)信號也被濾(lv)除(chu)。這說明如果對外腐蝕坑(keng)采用基于(yu)中(zhong)心頻率的(de)區分方法，檢測(ce)結果可(ke)能會出(chu)現誤判的(de)情況。
2. 缺陷走向對檢測信(xin)號(hao)頻率成分的影(ying)響
不銹鋼管在生產(chan)或(huo)使用過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)如果受到扭(niu)轉載荷與軸向(xiang)(xiang)力(li)的(de)同時作用，容易在管壁內、外(wai)表面(mian)形成與管材軸線(xian)方向(xiang)(xiang)既不垂(chui)直也不平行的(de)裂(lie)(lie)紋(wen)，使得漏磁(ci)(ci)檢測過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)無論是被周(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化(hua)或(huo)是軸向(xiang)(xiang)磁(ci)(ci)化(hua)，都(dou)無法(fa)滿足管材中(zhong)(zhong)磁(ci)(ci)力(li)線(xian)與缺陷走(zou)向(xiang)(xiang)相垂(chui)直的(de)要求(qiu)。而且，就目前不銹鋼管漏磁(ci)(ci)檢測系統中(zhong)(zhong)使用的(de)磁(ci)(ci)化(hua)裝置來看，裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)走(zou)向(xiang)(xiang)在絕(jue)大多數(shu)情況下與磁(ci)(ci)力(li)線(xian)方向(xiang)(xiang)成斜向(xiang)(xiang)夾(jia)角，即兩者之間并非處于相互(hu)垂(chui)直的(de)狀態。
裂紋(wen)的走向對漏磁場(chang)強度(du)與分布影響較大，這一(yi)點可以(yi)通過(guo)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的波形特征反映出來，進一(yi)步也必然會引(yin)起(qi)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)中心頻率(lv)的變化(hua)，從而(er)會影響基于中心頻率(lv)方(fang)法的內、外(wai)部(bu)裂紋(wen)區分準(zhun)確率(lv)。
采(cai)用電火花加(jia)工方(fang)式，在鋼管(guan)上加(jia)工N5（缺(que)陷深度占壁厚的5％）內(nei)、外部軸向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽（也(ye)即縱向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽）、45°外部斜向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽以及不(bu)通孔等。圖4-10和圖4-11所(suo)示為原(yuan)始檢測信號通過(guo)不(bu)同(tong)截止頻率(lv)濾(lv)波器(qi)后的信號輸出(chu)。不(bu)難發現(xian)：雖然(ran)處于鋼管(guan)外部，45°外部斜向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽與(yu)內(nei)部缺(que)陷一樣，檢測信號發生了嚴重(zhong)的削弱，從(cong)而無(wu)法得到與(yu)軸向(xiang)(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)(xiang)標準刻(ke)槽區分一致的評判結果。
究其原因，斜(xie)向外(wai)部裂紋的走向與磁(ci)化場之間的夾(jia)角呈非垂直(zhi)狀(zhuang)態，形成的漏磁(ci)場強(qiang)度相對較弱(ruo)，在檢測空間上也趨于分散(san)，從而導致斜(xie)向裂紋檢測信號在頻(pin)域(yu)內可能會(hui)被誤(wu)判為內部缺陷。
3. 缺陷深(shen)度對檢測信號(hao)頻率(lv)成分的(de)影(ying)響
缺陷的(de)深(shen)度直接(jie)決定(ding)了管材的(de)使用(yong)性(xing)能。在管材的(de)實際(ji)使用(yong)過程中(zhong)，根據工作環(huan)境的(de)不同(tong)(tong)，位于鋼管不同(tong)(tong)表(biao)(biao)面（內表(biao)(biao)面或(huo)外表(biao)(biao)面）的(de)具有相同(tong)(tong)深(shen)度的(de)缺陷對(dui)管材性(xing)能的(de)影響會不一樣。這里討論(lun)缺陷深(shen)度對(dui)檢測(ce)信(xin)號頻率成分的(de)影響。
仍然選用不銹鋼管(guan)(guan)作(zuo)為試件，在(zai)距管(guan)(guan)端250mm的(de)(de)圓周方向(xiang)上(shang)加(jia)工N20（缺陷深(shen)度占(zhan)壁(bi)厚的(de)(de)20％）周向(xiang)內(nei)部(bu)刻槽(cao)和N10（缺陷深(shen)度占(zhan)壁(bi)厚的(de)(de)10％）周向(xiang)外部(bu)刻槽(cao)。經過試驗發現，通(tong)過不同截(jie)止(zhi)頻率(lv)的(de)(de)高通(tong)濾(lv)波系統處理后，深(shen)度較大的(de)(de)內(nei)部(bu)刻槽(cao)檢測信號始終難(nan)以被有效濾(lv)除，如圖(tu)4-12所(suo)示。
三、基(ji)于檢測(ce)信號中(zhong)心(xin)頻率區分方法的(de)適(shi)應(ying)性
通過上述試驗分析(xi)可以(yi)(yi)看出，檢測(ce)信(xin)號中心(xin)頻(pin)率的(de)(de)影響因素(su)較多(duo)，如(ru)圖4-13所示，其(qi)對(dui)缺(que)(que)陷的(de)(de)形(xing)狀、走向和深度等具(ju)有(you)代表(biao)性的(de)(de)形(xing)態特(te)征均十分敏感。這充分說明了信(xin)號的(de)(de)頻(pin)率成分在描述缺(que)(que)陷位置(zhi)時并不(bu)具(ju)有(you)完備的(de)(de)表(biao)達能(neng)力。究其(qi)原(yuan)因，利用中心(xin)頻(pin)率區分內、外部缺(que)(que)陷，是(shi)以(yi)(yi)低維(wei)度信(xin)息(xi)量去評判(pan)具(ju)有(you)高維(wei)度信(xin)息(xi)的(de)(de)檢測(ce)對(dui)象，因而，也就(jiu)不(bu)可避免地(di)碰到信(xin)息(xi)維(wei)度過少而造(zao)成評判(pan)時模棱兩可的(de)(de)尷尬局面(mian)。
中(zhong)心頻率(lv)比(bi)較法(fa)，可以對(dui)(dui)某(mou)些特定(ding)類(lei)型缺陷進行位置特征判別。但由于判定(ding)指標的成(cheng)因并不具有唯一性(xing)，因此(ci)，該(gai)方法(fa)并不能保證對(dui)(dui)所(suo)有類(lei)型缺陷實現正確區分。
