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、基于檢測信號中心頻(pin)率的區分(fen)方法
內部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)在檢(jian)測(ce)空(kong)間產生的(de)(de)(de)漏磁(ci)場強(qiang)度相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較弱，但空(kong)間分布(bu)范圍相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較大。因此，內部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)突變時間持續較長；在頻(pin)(pin)(pin)域(yu)上(shang)，檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)較低(di)。相(xiang)(xiang)反，外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率較高，突變相(xiang)(xiang)對(dui)(dui)陡(dou)峭。根(gen)據上(shang)述特(te)點，采用(yong)合(he)理的(de)(de)(de)帶通(tong)濾波器(qi)、高通(tong)濾波器(qi)以及觸發(fa)門限(xian)電路，針對(dui)(dui)內、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)(pin)域(yu)特(te)征，設置相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)截止頻(pin)(pin)(pin)率，將濾波后的(de)(de)(de)輸出信號幅度進行對(dui)(dui)比(bi)，可達到區分內、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。
如(ru)圖(tu)4-6所示，將檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)分別利用高通(tong)濾(lv)波(bo)器與帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器進(jin)(jin)行濾(lv)波(bo)處理。其中，設置帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器的(de)(de)上、下限頻(pin)(pin)(pin)率(lv)時需包含內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)頻(pin)(pin)(pin)段，也即，內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在(zai)通(tong)過帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器后均不會引起波(bo)形(xing)特(te)征(zheng)上的(de)(de)變(bian)(bian)化，僅僅濾(lv)除高頻(pin)(pin)(pin)與低頻(pin)(pin)(pin)噪聲信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，并將該(gai)輸出(chu)量(liang)視為(wei)A通(tong)路，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記(ji)為(wei)XA(t)）。另(ling)外(wai)設立通(tong)路B，即高通(tong)濾(lv)波(bo)支路，它能夠使得(de)頻(pin)(pin)(pin)率(lv)較低的(de)(de)內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在(zai)強度(du)上明顯削(xue)弱，而外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)強度(du)基本不變(bian)(bian)，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記(ji)為(wei)XB(t)。進(jin)(jin)一步，將兩種濾(lv)波(bo)系統的(de)(de)輸出(chu)量(liang)XA(t)與XB(t)進(jin)(jin)行對比，從而可(ke)獲得(de)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的(de)(de)判據。
從(cong)圖4-6中可(ke)以看出，采(cai)用中心頻(pin)(pin)率比(bi)較(jiao)法識(shi)別缺陷的(de)位(wei)置時具有很(hen)好(hao)的(de)邏輯(ji)性。但必須注意的(de)是，由于檢(jian)測(ce)(ce)信號頻(pin)(pin)率與檢(jian)測(ce)(ce)速(su)度有關，因此檢(jian)測(ce)(ce)過程中速(su)度必須保持恒定。如果檢(jian)測(ce)(ce)速(su)度發生變化(hua)，則(ze)需(xu)重(zhong)新調整濾波器的(de)各濾波截止頻(pin)(pin)率。
二、缺陷形態特征對中心頻率法的影響
除缺(que)陷(xian)位置外，缺(que)陷(xian)的(de)其(qi)他形態特(te)征(zheng)也會影(ying)響缺(que)陷(xian)的(de)中(zhong)心頻(pin)率，因此，采(cai)用該區分方法時需要綜合考慮各種因素(su)的(de)影(ying)響。下(xia)面(mian)扼要介紹缺(que)陷(xian)形狀、走向和深(shen)度(du)對(dui)基于中(zhong)心頻(pin)率區分方法的(de)影(ying)響。
模擬濾(lv)波(bo)與(yu)數(shu)(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)都是改變(bian)信(xin)(xin)號(hao)中(zhong)所(suo)包含頻(pin)率(lv)成分(fen)(fen)(fen)的(de)相對比例，或是濾(lv)除某種(zhong)頻(pin)率(lv)成分(fen)(fen)(fen)的(de)系統。數(shu)(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)具有精度(du)高、穩定、靈活(huo)、不要(yao)求阻(zu)抗匹配等優勢。這里(li)，選用巴特(te)沃斯濾(lv)波(bo)器，即幅頻(pin)特(te)性曲線(xian)在(zai)通(tong)帶與(yu)阻(zu)帶內(nei)均(jun)為單調遞(di)減函數(shu)(shu)(shu)。綜合考慮(lv)通(tong)帶與(yu)阻(zu)帶的(de)變(bian)化(hua)速(su)度(du)及內(nei)、外部缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)的(de)頻(pin)帶范(fan)圍，設定濾(lv)波(bo)器為四(si)階。下面分(fen)(fen)(fen)別從(cong)幾(ji)種(zhong)典型缺(que)陷形態(tai)特(te)征(zheng)出發，對各種(zhong)人工缺(que)陷進行(xing)試驗區分(fen)(fen)(fen)，觀察檢測信(xin)(xin)號(hao)在(zai)經過(guo)數(shu)(shu)(shu)字(zi)濾(lv)波(bo)器之后幅值的(de)變(bian)化(hua)。
1. 缺陷形狀對檢測信(xin)號(hao)頻率成分的影響
不銹鋼管漏(lou)磁檢測(ce)標準中(zhong)，人工缺(que)(que)陷通(tong)(tong)常選用(yong)(yong)通(tong)(tong)孔(kong)(kong)或刻槽(cao)，對不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)未加說(shuo)明。在(zai)鋼管的實際使用(yong)(yong)過(guo)(guo)程中(zhong)，受(shou)到高壓(ya)沖刷、腐蝕(shi)等眾多因素的影響(xiang)，鋼管上形成(cheng)(cheng)的腐蝕(shi)坑十分普遍。因此，在(zai)分析(xi)缺(que)(que)陷形狀對檢測(ce)信號中(zhong)心頻率成(cheng)(cheng)分的影響(xiang)時，采用(yong)(yong)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)、裂紋和通(tong)(tong)孔(kong)(kong)作為檢測(ce)對象，研究各類缺(que)(que)陷信號在(zai)經過(guo)(guo)濾波系統后輸出量之間的差異。
建立不(bu)銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)漏磁自動(dong)化(hua)檢(jian)(jian)測(ce)系統，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)螺旋前進，螺距(ju)為(wei)(wei)(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)(wei)(wei)8.5mm，采用(yong)電火花加(jia)工方法在(zai)內(nei)、外管(guan)(guan)(guan)(guan)壁(bi)加(jia)工周向和軸向刻槽，寬度(du)均為(wei)(wei)(wei)0.8mm；采用(yong)機械加(jia)工的(de)方法，在(zai)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)外壁(bi)面上(shang)加(jia)工直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)(wei)(wei)2.0mm的(de)外部不(bu)通(tong)孔和直(zhi)徑(jing)為(wei)(wei)(wei)1.6mm的(de)通(tong)孔。檢(jian)(jian)測(ce)過程中(zhong)，保證鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)(guan)的(de)行進與旋轉速度(du)恒定(ding)不(bu)變，以消除傳感(gan)器掃(sao)查速度(du)變化(hua)對檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號的(de)影響(xiang)，獲得(de)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)原始信(xin)號波形如(ru)圖(tu)4-7所(suo)示(shi)。
經(jing)過不同截止(zhi)頻率的(de)高通(tong)濾波器之后，檢(jian)測缺(que)陷信號輸出如圖4-8和圖4-9所示(shi)。
可(ke)以(yi)看出，經過截止頻率(lv)為(wei)540Hz的(de)(de)高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)器之后，N10的(de)(de)內傷可(ke)以(yi)很好地(di)被削弱(ruo)，直至從信(xin)號(hao)輸出中完全消(xiao)失。然而，同在鋼(gang)管外表(biao)(biao)壁但形(xing)狀不(bu)同的(de)(de)直徑為(wei)3.2mm的(de)(de)外不(bu)通(tong)(tong)孔(kong)的(de)(de)檢測信(xin)號(hao)變化規律與N5外表(biao)(biao)面刻(ke)槽不(bu)同：外不(bu)通(tong)(tong)孔(kong)檢測信(xin)號(hao)同樣受到(dao)了高(gao)通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)(bo)的(de)(de)影(ying)響而被嚴重削弱(ruo)，當內部缺陷信(xin)號(hao)被濾(lv)波(bo)(bo)消(xiao)除(chu)后，外不(bu)通(tong)(tong)孔(kong)的(de)(de)檢測信(xin)號(hao)也被濾(lv)除(chu)。這說(shuo)明如果(guo)對外腐蝕坑采用基于中心頻率(lv)的(de)(de)區(qu)分(fen)方法(fa)，檢測結果(guo)可(ke)能(neng)會出現誤判的(de)(de)情況。
2. 缺陷走向對檢測信(xin)號頻率成分(fen)的影響
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)在生產或使(shi)(shi)用(yong)過程中(zhong)如果受到扭轉載荷與(yu)軸向(xiang)(xiang)力的同時作用(yong)，容易在管(guan)壁內、外表面形成與(yu)管(guan)材(cai)(cai)軸線(xian)方向(xiang)(xiang)既不(bu)(bu)垂(chui)直也不(bu)(bu)平行的裂(lie)(lie)紋，使(shi)(shi)得漏磁檢測(ce)過程中(zhong)無(wu)論是被(bei)周向(xiang)(xiang)磁化(hua)或是軸向(xiang)(xiang)磁化(hua)，都無(wu)法滿足管(guan)材(cai)(cai)中(zhong)磁力線(xian)與(yu)缺陷走(zou)向(xiang)(xiang)相垂(chui)直的要求。而且，就(jiu)目前不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)管(guan)漏磁檢測(ce)系(xi)統中(zhong)使(shi)(shi)用(yong)的磁化(hua)裝置來看，裂(lie)(lie)紋的走(zou)向(xiang)(xiang)在絕大(da)多數情(qing)況下與(yu)磁力線(xian)方向(xiang)(xiang)成斜向(xiang)(xiang)夾角(jiao)，即兩者之(zhi)間并非(fei)處于相互垂(chui)直的狀態。
裂紋的(de)(de)走向(xiang)對漏磁場強度與分(fen)布影響較大，這一點可以通(tong)過檢(jian)測信號的(de)(de)波形特征(zheng)反映(ying)出來，進一步(bu)也必然會引起檢(jian)測信號中心頻(pin)(pin)率(lv)的(de)(de)變化，從而會影響基(ji)于(yu)中心頻(pin)(pin)率(lv)方法的(de)(de)內、外部裂紋區(qu)分(fen)準確率(lv)。
采用電火花加工方式，在鋼(gang)管上加工N5（缺(que)陷(xian)深度占壁厚的(de)5％）內、外部軸向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)(cao)）、45°外部斜向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)(cao)以(yi)及不通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原(yuan)始檢測(ce)信號通過(guo)不同截止(zhi)頻率濾波器后的(de)信號輸出。不難發(fa)(fa)現：雖(sui)然處于鋼(gang)管外部，45°外部斜向(xiang)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)(cao)與內部缺(que)陷(xian)一樣(yang)，檢測(ce)信號發(fa)(fa)生了嚴重的(de)削弱，從而無法得到與軸向(xiang)、周向(xiang)標(biao)準刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)(cao)區分(fen)一致的(de)評判結(jie)果。
究其原因，斜(xie)向(xiang)(xiang)外部(bu)裂(lie)紋的走向(xiang)(xiang)與磁(ci)化場之間(jian)(jian)的夾角呈非(fei)垂直狀態，形成的漏磁(ci)場強度相對較弱，在(zai)檢測空間(jian)(jian)上(shang)也趨(qu)于(yu)分散，從而導致斜(xie)向(xiang)(xiang)裂(lie)紋檢測信(xin)號在(zai)頻域內可能(neng)會被誤判(pan)為(wei)內部(bu)缺陷。
3. 缺(que)陷深(shen)度對檢測信號頻率成分(fen)的影響
缺陷的(de)(de)深度(du)直接決定了管材的(de)(de)使用性能。在管材的(de)(de)實際使用過程中(zhong)，根據工作(zuo)環(huan)境的(de)(de)不(bu)同(tong)(tong)，位于鋼管不(bu)同(tong)(tong)表(biao)面（內表(biao)面或外(wai)表(biao)面）的(de)(de)具有(you)相同(tong)(tong)深度(du)的(de)(de)缺陷對(dui)管材性能的(de)(de)影響(xiang)會不(bu)一(yi)樣。這里討(tao)論缺陷深度(du)對(dui)檢測信號(hao)頻率成(cheng)分(fen)的(de)(de)影響(xiang)。
仍然選用(yong)不銹(xiu)鋼管作為試件，在距管端(duan)250mm的圓周(zhou)(zhou)方向(xiang)上加工N20（缺陷(xian)深度占壁厚(hou)的20％）周(zhou)(zhou)向(xiang)內部刻槽和(he)N10（缺陷(xian)深度占壁厚(hou)的10％）周(zhou)(zhou)向(xiang)外部刻槽。經過試驗(yan)發現(xian)，通(tong)過不同(tong)截(jie)止頻率的高通(tong)濾波系統處理后，深度較(jiao)大(da)的內部刻槽檢測信(xin)號始終難以(yi)被(bei)有效濾除(chu)，如圖4-12所示(shi)。
三(san)、基(ji)于檢(jian)測信號中心頻率區分(fen)方法的適應(ying)性(xing)
通過上述(shu)試(shi)驗分析(xi)可以看出，檢(jian)測信(xin)號(hao)中心頻率(lv)的(de)影響因(yin)素較多，如(ru)圖4-13所示，其(qi)對(dui)缺(que)陷(xian)的(de)形狀、走向和深度等具(ju)有(you)代表(biao)性的(de)形態(tai)特征均十分敏感。這充分說明了信(xin)號(hao)的(de)頻率(lv)成(cheng)(cheng)分在描述(shu)缺(que)陷(xian)位置(zhi)時并不(bu)具(ju)有(you)完備的(de)表(biao)達能力。究其(qi)原因(yin)，利(li)用(yong)中心頻率(lv)區(qu)分內、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)，是以低維(wei)度信(xin)息(xi)量(liang)去(qu)評(ping)(ping)判(pan)具(ju)有(you)高維(wei)度信(xin)息(xi)的(de)檢(jian)測對(dui)象，因(yin)而，也就不(bu)可避免地碰到信(xin)息(xi)維(wei)度過少而造成(cheng)(cheng)評(ping)(ping)判(pan)時模棱兩(liang)可的(de)尷尬局面。
中心頻率比(bi)較法，可以對某(mou)些(xie)特定(ding)類(lei)型缺陷進行位置特征(zheng)判(pan)別。但由于判(pan)定(ding)指標的成因并不(bu)具有唯一性，因此，該方法并不(bu)能保證對所有類(lei)型缺陷實(shi)現正確區分(fen)。
