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(bu)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、基(ji)于(yu)檢測信號中心頻(pin)率的區分方法(fa)
內部缺(que)陷在(zai)檢(jian)測(ce)空間(jian)產(chan)生的(de)(de)漏磁(ci)場強(qiang)度(du)相對(dui)(dui)(dui)(dui)較(jiao)弱，但空間(jian)分(fen)布范圍相對(dui)(dui)(dui)(dui)較(jiao)大。因此，內部缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)突變(bian)時間(jian)持續較(jiao)長；在(zai)頻域上(shang)，檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)中心頻率相對(dui)(dui)(dui)(dui)較(jiao)低。相反，外(wai)部缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)中心頻率較(jiao)高，突變(bian)相對(dui)(dui)(dui)(dui)陡峭。根據(ju)上(shang)述(shu)特點，采用合理(li)的(de)(de)帶(dai)通濾(lv)波(bo)(bo)器、高通濾(lv)波(bo)(bo)器以及觸發(fa)門限電(dian)路，針對(dui)(dui)(dui)(dui)內、外(wai)部缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)(de)頻域特征，設置(zhi)相應(ying)的(de)(de)截止頻率，將濾(lv)波(bo)(bo)后的(de)(de)輸出信(xin)(xin)號(hao)幅度(du)進行對(dui)(dui)(dui)(dui)比，可達(da)到區分(fen)內、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)目的(de)(de)。
如圖4-6所示，將檢測信(xin)(xin)號(hao)分別(bie)利用高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)與(yu)(yu)帶通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)進行濾(lv)(lv)波(bo)處理。其中，設(she)置帶通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)的上(shang)、下限頻率時需包含內(nei)、外(wai)部缺(que)陷檢測信(xin)(xin)號(hao)頻段，也即(ji)，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷檢測信(xin)(xin)號(hao)在通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)后(hou)均不會引起波(bo)形特征上(shang)的變化，僅僅濾(lv)(lv)除高(gao)頻與(yu)(yu)低頻噪聲信(xin)(xin)號(hao)，并將該輸出(chu)量視為(wei)A通(tong)(tong)路，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)記(ji)為(wei)XA(t)）。另外(wai)設(she)立通(tong)(tong)路B，即(ji)高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)(lv)波(bo)支路，它(ta)能夠使得(de)頻率較低的內(nei)部缺(que)陷檢測信(xin)(xin)號(hao)在強(qiang)度上(shang)明(ming)顯(xian)削弱，而外(wai)部缺(que)陷檢測信(xin)(xin)號(hao)強(qiang)度基本不變，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)記(ji)為(wei)XB(t)。進一(yi)步(bu)，將兩種濾(lv)(lv)波(bo)系統的輸出(chu)量XA(t)與(yu)(yu)XB(t)進行對比，從(cong)而可獲得(de)內(nei)、外(wai)部缺(que)陷檢測信(xin)(xin)號(hao)的判據。
從圖(tu)4-6中可以(yi)看出，采用中心頻率(lv)比較法識別(bie)缺陷的位置時(shi)具(ju)有很好的邏輯性。但(dan)必須注意的是(shi)，由于(yu)檢測(ce)信(xin)號頻率(lv)與檢測(ce)速度(du)有關，因(yin)此檢測(ce)過(guo)程中速度(du)必須保持恒定。如果檢測(ce)速度(du)發生變化，則需(xu)重新調整濾(lv)波器的各濾(lv)波截止頻率(lv)。
二、缺陷形態特征對中心(xin)頻率法的影響
除缺(que)陷(xian)位置外，缺(que)陷(xian)的(de)(de)其他形(xing)態特征也會影(ying)(ying)響缺(que)陷(xian)的(de)(de)中心頻率，因此，采用該區分方法時(shi)需要綜合考慮各種(zhong)因素的(de)(de)影(ying)(ying)響。下面扼要介紹缺(que)陷(xian)形(xing)狀(zhuang)、走向和深度對基于(yu)中心頻率區分方法的(de)(de)影(ying)(ying)響。
模擬濾(lv)(lv)波與(yu)數(shu)字濾(lv)(lv)波都是(shi)改變信號(hao)中所包(bao)含頻(pin)率(lv)成分(fen)的相對比(bi)例，或是(shi)濾(lv)(lv)除(chu)某種(zhong)頻(pin)率(lv)成分(fen)的系(xi)統。數(shu)字濾(lv)(lv)波具有精(jing)度高、穩定、靈活、不要求(qiu)阻(zu)(zu)抗(kang)匹配等優勢。這里，選用巴(ba)特(te)沃斯濾(lv)(lv)波器，即幅(fu)頻(pin)特(te)性曲(qu)線(xian)在通(tong)帶與(yu)阻(zu)(zu)帶內(nei)均為單調遞減函(han)數(shu)。綜(zong)合考(kao)慮(lv)通(tong)帶與(yu)阻(zu)(zu)帶的變化速度及內(nei)、外部缺陷信號(hao)的頻(pin)帶范圍，設定濾(lv)(lv)波器為四(si)階(jie)。下面分(fen)別從(cong)幾種(zhong)典型缺陷形(xing)態特(te)征出發(fa)，對各(ge)種(zhong)人工缺陷進行試驗(yan)區分(fen)，觀察檢(jian)測信號(hao)在經過(guo)數(shu)字濾(lv)(lv)波器之后(hou)幅(fu)值(zhi)的變化。
1. 缺陷形狀對檢(jian)測信號頻(pin)率成分的影(ying)響
不銹鋼(gang)管漏磁檢(jian)測(ce)標準中，人工缺(que)(que)陷(xian)通(tong)(tong)常選用(yong)通(tong)(tong)孔或刻槽，對不通(tong)(tong)孔未加說明。在鋼(gang)管的(de)實際使用(yong)過程中，受到高壓沖刷、腐蝕等(deng)眾多因素的(de)影響(xiang)，鋼(gang)管上(shang)形(xing)成(cheng)的(de)腐蝕坑(keng)十分普遍。因此，在分析(xi)缺(que)(que)陷(xian)形(xing)狀對檢(jian)測(ce)信號(hao)中心頻率成(cheng)分的(de)影響(xiang)時，采用(yong)不通(tong)(tong)孔、裂(lie)紋和(he)通(tong)(tong)孔作(zuo)為(wei)檢(jian)測(ce)對象，研究各類缺(que)(que)陷(xian)信號(hao)在經過濾波系統后輸出(chu)量(liang)之間的(de)差(cha)異。
建立不(bu)銹鋼管(guan)漏磁自(zi)動化(hua)(hua)檢(jian)測(ce)系統，鋼管(guan)螺(luo)旋前進，螺(luo)距(ju)為(wei)(wei)(wei)105mm，鋼管(guan)直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)139.7mm，壁厚為(wei)(wei)(wei)8.5mm，采用電(dian)火花(hua)加工方(fang)法在內、外(wai)管(guan)壁加工周向和軸向刻槽，寬度(du)均(jun)為(wei)(wei)(wei)0.8mm；采用機械加工的方(fang)法，在鋼管(guan)外(wai)壁面上加工直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)(wei)(wei)2.0mm的外(wai)部(bu)不(bu)通孔和直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)1.6mm的通孔。檢(jian)測(ce)過(guo)程中，保證鋼管(guan)的行(xing)進與旋轉速度(du)恒(heng)定不(bu)變，以消除傳(chuan)感(gan)器掃查速度(du)變化(hua)(hua)對檢(jian)測(ce)信號的影(ying)響(xiang)，獲得的檢(jian)測(ce)原始信號波(bo)形如圖4-7所示。
經(jing)過不(bu)同截止(zhi)頻率的(de)高通濾波器之(zhi)后，檢測缺陷信號輸出如圖4-8和圖4-9所示(shi)。
可以(yi)看(kan)出，經(jing)過截止頻(pin)率為(wei)540Hz的(de)(de)高(gao)通(tong)(tong)濾波(bo)器之后，N10的(de)(de)內傷可以(yi)很(hen)好地被削弱，直至從信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)輸出中(zhong)(zhong)完全消(xiao)失。然(ran)而，同(tong)在(zai)鋼管外(wai)表壁但形狀(zhuang)不同(tong)的(de)(de)直徑(jing)為(wei)3.2mm的(de)(de)外(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)(de)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)變化規律(lv)與N5外(wai)表面刻槽(cao)不同(tong)：外(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)同(tong)樣受到(dao)了(le)高(gao)通(tong)(tong)濾波(bo)的(de)(de)影響而被嚴重削弱，當內部(bu)缺(que)陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)被濾波(bo)消(xiao)除后，外(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)(de)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)也被濾除。這說明如(ru)果對(dui)外(wai)腐蝕(shi)坑采用基于中(zhong)(zhong)心頻(pin)率的(de)(de)區分方(fang)法(fa)，檢測(ce)(ce)結果可能會出現誤(wu)判的(de)(de)情況。
2. 缺陷走向(xiang)對(dui)檢(jian)測信(xin)號頻率成分的影響
不銹(xiu)鋼管(guan)在生(sheng)產或(huo)使(shi)用(yong)過程(cheng)中(zhong)如果受到扭轉載荷與軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)力的同時作用(yong)，容易在管(guan)壁內、外表面形成與管(guan)材軸線方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)既不垂直也不平(ping)行的裂紋，使(shi)得漏(lou)(lou)磁檢(jian)測過程(cheng)中(zhong)無論(lun)是被周(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁化(hua)或(huo)是軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁化(hua)，都無法滿足(zu)管(guan)材中(zhong)磁力線與缺陷走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)相(xiang)垂直的要求。而且，就目前不銹(xiu)鋼管(guan)漏(lou)(lou)磁檢(jian)測系(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)的磁化(hua)裝置來看，裂紋的走(zou)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)在絕大多數(shu)情況(kuang)下與磁力線方(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)夾角，即(ji)兩者之(zhi)間并非處于相(xiang)互垂直的狀(zhuang)態。
裂紋(wen)的(de)(de)(de)走向對(dui)漏磁場強度與分布影(ying)響較大，這一(yi)點可(ke)以通過(guo)檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)波(bo)形特(te)征反映(ying)出來，進一(yi)步也必然會(hui)(hui)引起檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號中(zhong)心(xin)頻率(lv)的(de)(de)(de)變化(hua)，從而會(hui)(hui)影(ying)響基于中(zhong)心(xin)頻率(lv)方(fang)法的(de)(de)(de)內、外(wai)部裂紋(wen)區分準確(que)率(lv)。
采用電火花(hua)加(jia)工方式，在鋼管(guan)上加(jia)工N5（缺(que)陷深(shen)度占壁(bi)厚的5％）內(nei)、外(wai)(wai)部軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)）、45°外(wai)(wai)部斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)以及不(bu)通(tong)孔(kong)等。圖(tu)4-10和圖(tu)4-11所示為原(yuan)始檢測(ce)信號通(tong)過不(bu)同截止頻率濾波(bo)器后的信號輸出。不(bu)難發現：雖然處(chu)于鋼管(guan)外(wai)(wai)部，45°外(wai)(wai)部斜(xie)向(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)槽(cao)(cao)與內(nei)部缺(que)陷一(yi)樣(yang)，檢測(ce)信號發生了嚴(yan)重的削弱，從(cong)而無法(fa)得到與軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)、周(zhou)向(xiang)(xiang)(xiang)標準(zhun)刻(ke)槽(cao)(cao)區分一(yi)致的評判(pan)結(jie)果。
究(jiu)其原因，斜向(xiang)外部(bu)裂紋的走向(xiang)與磁化(hua)場(chang)(chang)之間(jian)(jian)的夾角呈非垂直狀(zhuang)態，形成的漏(lou)磁場(chang)(chang)強度相對較弱，在(zai)檢測(ce)空間(jian)(jian)上也趨(qu)于分(fen)散，從而(er)導致(zhi)斜向(xiang)裂紋檢測(ce)信號在(zai)頻域內(nei)可能會被誤判為內(nei)部(bu)缺(que)陷。
3. 缺陷深(shen)度對(dui)檢(jian)測信(xin)號頻(pin)率(lv)成(cheng)分的影(ying)響
缺(que)陷的(de)深(shen)(shen)(shen)度直接決(jue)定了管(guan)(guan)材的(de)使(shi)用性能。在管(guan)(guan)材的(de)實際使(shi)用過程中，根(gen)據工作(zuo)環境的(de)不同，位于鋼管(guan)(guan)不同表(biao)面（內表(biao)面或外表(biao)面）的(de)具(ju)有(you)相同深(shen)(shen)(shen)度的(de)缺(que)陷對(dui)管(guan)(guan)材性能的(de)影響(xiang)(xiang)會不一樣。這里討論缺(que)陷深(shen)(shen)(shen)度對(dui)檢測信號(hao)頻(pin)率成分的(de)影響(xiang)(xiang)。
仍然選用(yong)不(bu)銹鋼管作(zuo)為試(shi)件(jian)，在距管端250mm的(de)圓周方向上加工N20（缺陷深(shen)度占壁厚(hou)的(de)20％）周向內部刻槽(cao)和N10（缺陷深(shen)度占壁厚(hou)的(de)10％）周向外(wai)部刻槽(cao)。經過試(shi)驗發現，通過不(bu)同截止頻率的(de)高通濾波(bo)系統(tong)處理后，深(shen)度較(jiao)大(da)的(de)內部刻槽(cao)檢測信號始終(zhong)難以被有效濾除(chu)，如圖4-12所示。
三(san)、基于檢測信號(hao)中(zhong)心(xin)頻率區分方法的適應性(xing)
通(tong)過(guo)(guo)上述試驗分(fen)析(xi)可以看出(chu)，檢測(ce)信號中心頻(pin)率(lv)的(de)(de)影響因(yin)素較多，如圖4-13所示，其對(dui)缺(que)(que)陷的(de)(de)形狀(zhuang)、走向和深度(du)等具有代(dai)表性的(de)(de)形態(tai)特征均十分(fen)敏感。這(zhe)充分(fen)說明(ming)了信號的(de)(de)頻(pin)率(lv)成分(fen)在(zai)描述缺(que)(que)陷位置(zhi)時(shi)并(bing)不具有完備的(de)(de)表達(da)能力。究其原(yuan)因(yin)，利(li)用中心頻(pin)率(lv)區分(fen)內、外部缺(que)(que)陷，是以低維度(du)信息量去評判(pan)具有高(gao)維度(du)信息的(de)(de)檢測(ce)對(dui)象，因(yin)而，也就(jiu)不可避(bi)免地碰到信息維度(du)過(guo)(guo)少(shao)而造成評判(pan)時(shi)模棱(leng)兩可的(de)(de)尷尬局(ju)面。
中心頻率比較(jiao)法，可以對某(mou)些特定類型缺陷進(jin)行位置(zhi)特征判別。但由于判定指標的成因(yin)并不(bu)具有唯一性(xing)，因(yin)此(ci)，該(gai)方(fang)法并不(bu)能保證(zheng)對所有類型缺陷實(shi)現正確區分。
