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，將不銹鋼管(guan)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(jian)測信號(hao)中心頻率(lv)的區分方法
內部(bu)缺陷(xian)在(zai)檢測空間(jian)產生(sheng)的(de)漏磁(ci)場強度(du)(du)相(xiang)對(dui)較弱，但空間(jian)分布范圍相(xiang)對(dui)較大。因此，內部(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)(hao)的(de)突變時間(jian)持續較長；在(zai)頻(pin)(pin)域上，檢測信(xin)號(hao)(hao)的(de)中心(xin)頻(pin)(pin)率(lv)相(xiang)對(dui)較低。相(xiang)反，外(wai)部(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)(hao)的(de)中心(xin)頻(pin)(pin)率(lv)較高，突變相(xiang)對(dui)陡峭。根據上述(shu)特點，采用合理的(de)帶通(tong)濾波(bo)器、高通(tong)濾波(bo)器以(yi)及觸發門限電路，針(zhen)對(dui)內、外(wai)部(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)(hao)的(de)頻(pin)(pin)域特征，設置相(xiang)應的(de)截(jie)止頻(pin)(pin)率(lv)，將(jiang)濾波(bo)后的(de)輸出信(xin)號(hao)(hao)幅度(du)(du)進行對(dui)比(bi)，可達(da)到區分內、外(wai)部(bu)缺陷(xian)的(de)目的(de)。
如圖(tu)4-6所(suo)示，將(jiang)(jiang)檢測(ce)信(xin)號(hao)分別利(li)用高(gao)通(tong)濾波(bo)器(qi)與(yu)帶通(tong)濾波(bo)器(qi)進行(xing)濾波(bo)處理。其中，設置帶通(tong)濾波(bo)器(qi)的(de)上(shang)、下限頻(pin)(pin)率時需(xu)包含內(nei)(nei)(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)頻(pin)(pin)段，也即，內(nei)(nei)(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)在通(tong)過帶通(tong)濾波(bo)器(qi)后均(jun)不會引起波(bo)形特征上(shang)的(de)變化，僅僅濾除高(gao)頻(pin)(pin)與(yu)低頻(pin)(pin)噪聲信(xin)號(hao)，并將(jiang)(jiang)該(gai)輸出量視(shi)為A通(tong)路(lu)，輸出信(xin)號(hao)記為XA(t)）。另外(wai)(wai)設立通(tong)路(lu)B，即高(gao)通(tong)濾波(bo)支路(lu)，它能夠使得頻(pin)(pin)率較低的(de)內(nei)(nei)(nei)部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)在強度(du)上(shang)明(ming)顯削弱，而外(wai)(wai)部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)強度(du)基本不變，輸出信(xin)號(hao)記為XB(t)。進一(yi)步(bu)，將(jiang)(jiang)兩種濾波(bo)系統的(de)輸出量XA(t)與(yu)XB(t)進行(xing)對(dui)比，從(cong)而可獲得內(nei)(nei)(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)判據。
從圖4-6中可以(yi)看出，采用中心頻率(lv)(lv)比(bi)較(jiao)法識別(bie)缺陷的(de)位置時(shi)具有很(hen)好的(de)邏輯(ji)性。但必須注意的(de)是(shi)，由于檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)頻率(lv)(lv)與(yu)檢(jian)測(ce)(ce)速(su)度(du)(du)有關，因此檢(jian)測(ce)(ce)過程(cheng)中速(su)度(du)(du)必須保(bao)持恒定。如果檢(jian)測(ce)(ce)速(su)度(du)(du)發生(sheng)變化(hua)，則(ze)需重新調整濾(lv)波器的(de)各濾(lv)波截止頻率(lv)(lv)。
二(er)、缺陷形態特征對中(zhong)心頻(pin)率(lv)法的影響(xiang)
除缺(que)陷位置外(wai)，缺(que)陷的(de)(de)其他形態特征也(ye)會影(ying)(ying)響(xiang)缺(que)陷的(de)(de)中心頻(pin)率(lv)，因此，采用該區分方法(fa)時需要(yao)綜合考慮各(ge)種因素的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)。下面扼要(yao)介紹缺(que)陷形狀、走向和深度對(dui)基于(yu)中心頻(pin)率(lv)區分方法(fa)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)。
模擬(ni)濾(lv)波與數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波都是(shi)改(gai)變信號中所包(bao)含頻率成分(fen)的(de)相對比例，或(huo)是(shi)濾(lv)除某種頻率成分(fen)的(de)系統。數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波具有(you)精度高、穩定、靈活、不要求阻(zu)(zu)抗(kang)匹配等優(you)勢。這里，選用巴特沃(wo)斯濾(lv)波器，即幅頻特性曲線(xian)在通帶(dai)(dai)與阻(zu)(zu)帶(dai)(dai)內(nei)均為(wei)單調遞減(jian)函數(shu)(shu)。綜合考慮通帶(dai)(dai)與阻(zu)(zu)帶(dai)(dai)的(de)變化速度及內(nei)、外部(bu)缺(que)陷信號的(de)頻帶(dai)(dai)范圍，設定濾(lv)波器為(wei)四階。下面分(fen)別從幾種典型缺(que)陷形態特征出(chu)發，對各種人工(gong)缺(que)陷進行試驗區分(fen)，觀察檢測信號在經過數(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波器之后幅值(zhi)的(de)變化。
1. 缺陷(xian)形狀對檢(jian)測信號頻率成分的影響
不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管漏磁檢(jian)測(ce)標準中，人工(gong)缺陷(xian)通(tong)(tong)常(chang)選用通(tong)(tong)孔或刻槽，對(dui)不通(tong)(tong)孔未(wei)加說明。在(zai)鋼(gang)(gang)管的(de)(de)實際使用過程(cheng)中，受(shou)到高壓沖刷、腐(fu)蝕等(deng)眾(zhong)多(duo)因素的(de)(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)(gang)管上形成的(de)(de)腐(fu)蝕坑(keng)十分普遍。因此，在(zai)分析(xi)缺陷(xian)形狀(zhuang)對(dui)檢(jian)測(ce)信號中心(xin)頻率成分的(de)(de)影(ying)響(xiang)時，采用不通(tong)(tong)孔、裂紋和通(tong)(tong)孔作為檢(jian)測(ce)對(dui)象，研(yan)究各類缺陷(xian)信號在(zai)經(jing)過濾(lv)波系(xi)統后(hou)輸出量之間(jian)的(de)(de)差異。
建立不(bu)銹鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)漏(lou)磁自動(dong)化(hua)檢(jian)測(ce)系統，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)螺旋前進，螺距為(wei)(wei)(wei)105mm，鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)139.7mm，壁厚為(wei)(wei)(wei)8.5mm，采(cai)用電火花加(jia)工方法在(zai)內、外管(guan)壁加(jia)工周向和(he)軸向刻槽，寬度均為(wei)(wei)(wei)0.8mm；采(cai)用機械加(jia)工的(de)方法，在(zai)鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)外壁面上加(jia)工直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)3.2mm、深度為(wei)(wei)(wei)2.0mm的(de)外部不(bu)通孔和(he)直(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)1.6mm的(de)通孔。檢(jian)測(ce)過(guo)程中，保證鋼(gang)(gang)(gang)管(guan)的(de)行進與旋轉速度恒(heng)定不(bu)變，以消除傳感器(qi)掃查速度變化(hua)對檢(jian)測(ce)信號(hao)(hao)的(de)影響，獲得的(de)檢(jian)測(ce)原始信號(hao)(hao)波(bo)形如圖4-7所示。
經過不同(tong)截止頻率的高(gao)通濾(lv)波器之后，檢測缺陷信號輸出如圖(tu)4-8和圖(tu)4-9所示。
可(ke)(ke)以看出(chu)，經過截止頻(pin)率為(wei)540Hz的(de)高(gao)通(tong)濾(lv)波器之(zhi)后(hou)，N10的(de)內傷可(ke)(ke)以很(hen)好(hao)地(di)被(bei)削弱，直至從(cong)信(xin)號輸出(chu)中完全(quan)消失。然而，同(tong)在(zai)鋼管(guan)外(wai)(wai)表(biao)壁但形狀不(bu)(bu)同(tong)的(de)直徑為(wei)3.2mm的(de)外(wai)(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號變化規律與N5外(wai)(wai)表(biao)面刻槽不(bu)(bu)同(tong)：外(wai)(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔檢(jian)測(ce)信(xin)號同(tong)樣受到(dao)了高(gao)通(tong)濾(lv)波的(de)影響而被(bei)嚴重(zhong)削弱，當內部缺陷信(xin)號被(bei)濾(lv)波消除后(hou)，外(wai)(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號也被(bei)濾(lv)除。這(zhe)說明如果(guo)對外(wai)(wai)腐蝕坑采用基于中心頻(pin)率的(de)區(qu)分方法(fa)，檢(jian)測(ce)結(jie)果(guo)可(ke)(ke)能會出(chu)現誤判的(de)情況。
2. 缺陷(xian)走向(xiang)對檢測信號頻(pin)率成分的影響
不銹鋼(gang)管(guan)在(zai)生產(chan)或使(shi)用(yong)過程(cheng)中(zhong)如果受到(dao)扭轉載荷與軸向(xiang)力(li)的(de)(de)同時作用(yong)，容易在(zai)管(guan)壁(bi)內、外表(biao)面形成與管(guan)材軸線方向(xiang)既不垂直也不平(ping)行的(de)(de)裂紋，使(shi)得(de)漏(lou)磁檢(jian)測(ce)(ce)過程(cheng)中(zhong)無論是被(bei)周向(xiang)磁化或是軸向(xiang)磁化，都(dou)無法滿(man)足管(guan)材中(zhong)磁力(li)線與缺陷走向(xiang)相垂直的(de)(de)要(yao)求(qiu)。而且，就(jiu)目前不銹鋼(gang)管(guan)漏(lou)磁檢(jian)測(ce)(ce)系統中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)(de)磁化裝置來看，裂紋的(de)(de)走向(xiang)在(zai)絕(jue)大多(duo)數(shu)情況下(xia)與磁力(li)線方向(xiang)成斜向(xiang)夾角(jiao)，即兩者之間并非處(chu)于相互垂直的(de)(de)狀態(tai)。
裂紋的(de)走向對(dui)漏(lou)磁場(chang)強度(du)與分布影響較(jiao)大，這一點可以通過(guo)檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)波形特(te)征(zheng)反映出來，進一步(bu)也(ye)必然(ran)會引起檢(jian)測(ce)信(xin)號中心(xin)頻率的(de)變化，從而會影響基于中心(xin)頻率方法的(de)內(nei)、外(wai)部裂紋區分準確率。
采(cai)用電(dian)火花加(jia)工方式，在鋼管上(shang)加(jia)工N5（缺(que)陷深度占壁厚的(de)5％）內、外部(bu)軸向刻(ke)槽(cao)（也即(ji)縱向刻(ke)槽(cao)）、45°外部(bu)斜(xie)(xie)向刻(ke)槽(cao)以及不通(tong)孔等。圖4-10和(he)圖4-11所示為原始檢測信(xin)號通(tong)過不同截止頻率濾(lv)波器后的(de)信(xin)號輸出。不難發現：雖然處于鋼管外部(bu)，45°外部(bu)斜(xie)(xie)向刻(ke)槽(cao)與內部(bu)缺(que)陷一(yi)樣(yang)，檢測信(xin)號發生了嚴(yan)重的(de)削弱，從(cong)而無法得到(dao)與軸向、周向標準刻(ke)槽(cao)區分一(yi)致的(de)評判結果。
究其原(yuan)因，斜向(xiang)外部裂紋的走向(xiang)與磁化場(chang)之(zhi)間(jian)的夾角(jiao)呈非垂直狀態，形成的漏磁場(chang)強度相(xiang)對較弱，在檢(jian)測空間(jian)上(shang)也趨于分散，從而導致斜向(xiang)裂紋檢(jian)測信(xin)號在頻域內(nei)可能會(hui)被誤判為內(nei)部缺陷。
3. 缺陷深度(du)對檢測信號頻(pin)率成(cheng)分的影響(xiang)
缺(que)陷的(de)(de)深度(du)直(zhi)接決定(ding)了管材(cai)(cai)的(de)(de)使用(yong)性(xing)能(neng)。在管材(cai)(cai)的(de)(de)實際使用(yong)過程(cheng)中，根據工作環境的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)，位(wei)于鋼管不(bu)(bu)同(tong)表(biao)面(mian)（內表(biao)面(mian)或外表(biao)面(mian)）的(de)(de)具(ju)有(you)相同(tong)深度(du)的(de)(de)缺(que)陷對管材(cai)(cai)性(xing)能(neng)的(de)(de)影響會(hui)不(bu)(bu)一樣(yang)。這(zhe)里討(tao)論(lun)缺(que)陷深度(du)對檢測信(xin)號頻率成(cheng)分的(de)(de)影響。
仍然選用不(bu)銹鋼管作(zuo)為試件(jian)，在距管端(duan)250mm的(de)圓周(zhou)方向上(shang)加(jia)工N20（缺陷(xian)深(shen)度占壁(bi)厚的(de)20％）周(zhou)向內(nei)部刻(ke)槽和N10（缺陷(xian)深(shen)度占壁(bi)厚的(de)10％）周(zhou)向外部刻(ke)槽。經過試驗發現，通過不(bu)同(tong)截(jie)止頻(pin)率的(de)高(gao)通濾波系統處理后，深(shen)度較大的(de)內(nei)部刻(ke)槽檢測信(xin)號(hao)始終難以(yi)被有效(xiao)濾除，如(ru)圖4-12所(suo)示。
三(san)、基于檢測(ce)信號(hao)中(zhong)心頻率區分方(fang)法的適應性
通過上(shang)述(shu)試驗分(fen)析可以看出，檢(jian)測信(xin)(xin)(xin)號中心(xin)頻(pin)率(lv)的(de)影響因(yin)素較(jiao)多，如圖4-13所示，其對缺陷的(de)形(xing)狀、走向和深度(du)等具(ju)有代表(biao)性(xing)的(de)形(xing)態特征(zheng)均十分(fen)敏感(gan)。這充(chong)分(fen)說(shuo)明(ming)了信(xin)(xin)(xin)號的(de)頻(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)在描(miao)述(shu)缺陷位置時并不(bu)具(ju)有完備(bei)的(de)表(biao)達能力(li)。究其原因(yin)，利用中心(xin)頻(pin)率(lv)區分(fen)內(nei)、外部缺陷，是以低維度(du)信(xin)(xin)(xin)息量去評判具(ju)有高維度(du)信(xin)(xin)(xin)息的(de)檢(jian)測對象(xiang)，因(yin)而，也就不(bu)可避(bi)免地碰到信(xin)(xin)(xin)息維度(du)過少而造成(cheng)評判時模棱(leng)兩可的(de)尷(gan)尬局面。
中心頻率(lv)比較法，可(ke)以對(dui)某些(xie)特定類(lei)型缺陷進行位置特征判(pan)別(bie)。但由于判(pan)定指標(biao)的(de)成因并不具(ju)有唯一性，因此，該(gai)方法并不能保證(zheng)對(dui)所有類(lei)型缺陷實現正(zheng)確區分(fen)。
