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(gang)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(jian)測信號中(zhong)心頻率的區分(fen)方法
內(nei)(nei)部缺(que)(que)(que)(que)(que)陷在(zai)檢(jian)測(ce)空間(jian)產生的(de)(de)(de)(de)(de)漏磁場(chang)強度相(xiang)對(dui)(dui)較弱，但空間(jian)分布范圍(wei)相(xiang)對(dui)(dui)較大。因此，內(nei)(nei)部缺(que)(que)(que)(que)(que)陷檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)(de)突變(bian)時間(jian)持續較長；在(zai)頻(pin)(pin)域(yu)上，檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)(de)中心頻(pin)(pin)率相(xiang)對(dui)(dui)較低。相(xiang)反，外(wai)(wai)部缺(que)(que)(que)(que)(que)陷檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)(de)中心頻(pin)(pin)率較高，突變(bian)相(xiang)對(dui)(dui)陡(dou)峭。根(gen)據上述特點，采用合(he)理的(de)(de)(de)(de)(de)帶通濾(lv)波器、高通濾(lv)波器以及(ji)觸發門限電路(lu)，針(zhen)對(dui)(dui)內(nei)(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)(que)(que)(que)(que)陷檢(jian)測(ce)信號的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)(pin)域(yu)特征(zheng)，設置(zhi)相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)截止頻(pin)(pin)率，將濾(lv)波后的(de)(de)(de)(de)(de)輸出(chu)信號幅度進行對(dui)(dui)比，可達到區分內(nei)(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)(que)(que)(que)(que)陷的(de)(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)(de)。
如圖4-6所示，將檢(jian)測信號(hao)分別利用(yong)高(gao)通(tong)濾(lv)(lv)波器與帶通(tong)濾(lv)(lv)波器進行濾(lv)(lv)波處理。其(qi)中，設(she)置帶通(tong)濾(lv)(lv)波器的(de)上(shang)(shang)、下限頻(pin)(pin)率時需包(bao)含內、外(wai)部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)頻(pin)(pin)段，也即(ji)，內、外(wai)部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)在通(tong)過帶通(tong)濾(lv)(lv)波器后均不(bu)會引起波形特(te)征上(shang)(shang)的(de)變(bian)化，僅僅濾(lv)(lv)除高(gao)頻(pin)(pin)與低頻(pin)(pin)噪聲信號(hao)，并將該輸(shu)出(chu)量(liang)視為(wei)A通(tong)路(lu)(lu)，輸(shu)出(chu)信號(hao)記(ji)為(wei)XA(t)）。另外(wai)設(she)立通(tong)路(lu)(lu)B，即(ji)高(gao)通(tong)濾(lv)(lv)波支路(lu)(lu)，它能夠使得頻(pin)(pin)率較低的(de)內部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)在強度上(shang)(shang)明顯削弱，而(er)外(wai)部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)強度基本(ben)不(bu)變(bian)，輸(shu)出(chu)信號(hao)記(ji)為(wei)XB(t)。進一步(bu)，將兩(liang)種濾(lv)(lv)波系統(tong)的(de)輸(shu)出(chu)量(liang)XA(t)與XB(t)進行對(dui)比(bi)，從而(er)可獲得內、外(wai)部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)的(de)判據。
從(cong)圖4-6中可以看出(chu)，采用中心頻(pin)率(lv)比較法識別缺陷的位置(zhi)時具有很好的邏輯(ji)性。但必須(xu)(xu)注意的是，由于檢(jian)測信號頻(pin)率(lv)與檢(jian)測速(su)度(du)(du)有關，因此檢(jian)測過(guo)程中速(su)度(du)(du)必須(xu)(xu)保持恒定(ding)。如果檢(jian)測速(su)度(du)(du)發生變化，則(ze)需重新調整濾(lv)(lv)波器的各濾(lv)(lv)波截止(zhi)頻(pin)率(lv)。
二、缺陷(xian)形態特(te)征對中心頻率法(fa)的影響
除缺陷(xian)位置(zhi)外，缺陷(xian)的其他(ta)形態特征也會影響(xiang)(xiang)缺陷(xian)的中心頻率，因此，采用(yong)該區(qu)分方法時需(xu)要綜(zong)合考慮(lv)各種(zhong)因素的影響(xiang)(xiang)。下面扼要介紹(shao)缺陷(xian)形狀(zhuang)、走向(xiang)和深度對(dui)基于(yu)中心頻率區(qu)分方法的影響(xiang)(xiang)。
模擬(ni)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)與(yu)數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)都是改變(bian)信號中所包含頻(pin)(pin)率成(cheng)分的相對比例，或是濾(lv)(lv)除某(mou)種(zhong)(zhong)頻(pin)(pin)率成(cheng)分的系統。數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)具有精度高、穩定(ding)、靈活、不要(yao)求阻(zu)抗匹(pi)配等優勢(shi)。這里(li)，選用巴(ba)特沃斯濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器，即幅頻(pin)(pin)特性曲線在(zai)通帶與(yu)阻(zu)帶內(nei)均為(wei)(wei)單(dan)調遞減函數(shu)。綜(zong)合考(kao)慮通帶與(yu)阻(zu)帶的變(bian)化(hua)速度及內(nei)、外部缺(que)陷信號的頻(pin)(pin)帶范(fan)圍，設定(ding)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器為(wei)(wei)四階。下面分別(bie)從幾種(zhong)(zhong)典型缺(que)陷形態(tai)特征(zheng)出發，對各(ge)種(zhong)(zhong)人工缺(que)陷進行(xing)試驗(yan)區分，觀察(cha)檢測信號在(zai)經過數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)(bo)器之(zhi)后幅值的變(bian)化(hua)。
1. 缺陷(xian)形狀(zhuang)對檢測信號頻(pin)率(lv)成分的影(ying)響
不(bu)銹鋼(gang)管(guan)漏磁檢測標準中(zhong)(zhong)(zhong)，人工缺陷通(tong)常(chang)選用通(tong)孔(kong)或刻槽，對不(bu)通(tong)孔(kong)未(wei)加說明(ming)。在鋼(gang)管(guan)的實(shi)際使用過程中(zhong)(zhong)(zhong)，受(shou)到高壓沖刷、腐(fu)蝕等眾多因(yin)素的影(ying)響，鋼(gang)管(guan)上形成(cheng)的腐(fu)蝕坑十分普(pu)遍。因(yin)此，在分析缺陷形狀對檢測信(xin)號(hao)中(zhong)(zhong)(zhong)心頻率成(cheng)分的影(ying)響時(shi)，采用不(bu)通(tong)孔(kong)、裂紋和通(tong)孔(kong)作為檢測對象，研究各(ge)類(lei)缺陷信(xin)號(hao)在經過濾(lv)波系統后輸出量(liang)之間(jian)的差異。
建立不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)漏(lou)磁自動化檢(jian)測(ce)系統，鋼(gang)管(guan)螺(luo)旋前進，螺(luo)距為(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)直徑(jing)為(wei)139.7mm，壁(bi)(bi)厚(hou)為(wei)8.5mm，采用電火花(hua)加(jia)(jia)工方(fang)法在內、外管(guan)壁(bi)(bi)加(jia)(jia)工周向(xiang)和軸向(xiang)刻槽，寬度均為(wei)0.8mm；采用機械(xie)加(jia)(jia)工的方(fang)法，在鋼(gang)管(guan)外壁(bi)(bi)面上加(jia)(jia)工直徑(jing)為(wei)3.2mm、深度為(wei)2.0mm的外部不通孔(kong)和直徑(jing)為(wei)1.6mm的通孔(kong)。檢(jian)測(ce)過程中，保證鋼(gang)管(guan)的行進與旋轉速度恒定不變，以消(xiao)除傳感器掃查速度變化對檢(jian)測(ce)信號的影響，獲得的檢(jian)測(ce)原始信號波形如圖4-7所示。
經過不(bu)同(tong)截(jie)止頻率的高通濾(lv)波器之后，檢測缺陷信號輸出如圖4-8和(he)圖4-9所示。
可(ke)以看出，經(jing)過(guo)截止頻率(lv)為(wei)(wei)540Hz的(de)高通(tong)(tong)濾波器之后(hou)(hou)，N10的(de)內傷(shang)可(ke)以很好(hao)地被(bei)(bei)削(xue)弱，直至從信(xin)號(hao)輸出中完全消失。然(ran)而(er)，同在鋼管外(wai)(wai)表壁但形狀不同的(de)直徑為(wei)(wei)3.2mm的(de)外(wai)(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)變化規(gui)律與N5外(wai)(wai)表面刻槽不同：外(wai)(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)同樣(yang)受到了(le)高通(tong)(tong)濾波的(de)影響(xiang)而(er)被(bei)(bei)嚴重削(xue)弱，當內部缺陷(xian)信(xin)號(hao)被(bei)(bei)濾波消除(chu)后(hou)(hou)，外(wai)(wai)不通(tong)(tong)孔(kong)(kong)的(de)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)也被(bei)(bei)濾除(chu)。這說(shuo)明如果對外(wai)(wai)腐蝕坑采用(yong)基于中心(xin)頻率(lv)的(de)區分方法，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)結(jie)果可(ke)能會(hui)出現誤(wu)判的(de)情況(kuang)。
2. 缺陷(xian)走向對檢測信號頻率成分的影響
不銹鋼管(guan)在(zai)生產或(huo)使用過(guo)程(cheng)中如果受(shou)到扭轉載(zai)荷與軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)力的(de)同時作用，容易(yi)在(zai)管(guan)壁內、外表面形成(cheng)與管(guan)材軸線方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)既不垂直也不平行的(de)裂紋(wen)，使得漏磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)過(guo)程(cheng)中無論(lun)是被周向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁(ci)化(hua)或(huo)是軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)磁(ci)化(hua)，都無法滿足管(guan)材中磁(ci)力線與缺陷走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)相垂直的(de)要求。而(er)且，就目前不銹鋼管(guan)漏磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)系統中使用的(de)磁(ci)化(hua)裝置(zhi)來看，裂紋(wen)的(de)走向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)在(zai)絕大多數情況下與磁(ci)力線方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)成(cheng)斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)夾(jia)角，即兩者之間(jian)并非處于相互(hu)垂直的(de)狀態。
裂紋的走向(xiang)對(dui)漏磁場強度與分(fen)布影(ying)響較大，這一點可以通過檢(jian)測信號的波形(xing)特(te)征(zheng)反映出來，進一步(bu)也(ye)必然會引起(qi)檢(jian)測信號中心頻(pin)率的變化，從(cong)而會影(ying)響基(ji)于中心頻(pin)率方法的內、外(wai)部裂紋區分(fen)準確率。
采用電火花加工方(fang)式，在鋼(gang)管上(shang)加工N5（缺陷深(shen)度占(zhan)壁厚的(de)(de)5％）內、外(wai)部軸(zhou)向(xiang)刻槽(cao)（也即縱向(xiang)刻槽(cao)）、45°外(wai)部斜(xie)向(xiang)刻槽(cao)以及(ji)不通(tong)孔(kong)等。圖4-10和圖4-11所示(shi)為原始檢測(ce)信(xin)號通(tong)過不同截止(zhi)頻率濾波器后(hou)的(de)(de)信(xin)號輸出。不難發現(xian)：雖然(ran)處(chu)于鋼(gang)管外(wai)部，45°外(wai)部斜(xie)向(xiang)刻槽(cao)與內部缺陷一樣，檢測(ce)信(xin)號發生了嚴重(zhong)的(de)(de)削(xue)弱，從(cong)而無法(fa)得到與軸(zhou)向(xiang)、周向(xiang)標準(zhun)刻槽(cao)區分一致的(de)(de)評判結果。
究其原因，斜向外部(bu)裂紋的(de)走向與磁化場(chang)之間的(de)夾角呈非垂直狀態，形成的(de)漏磁場(chang)強(qiang)度相對(dui)較弱，在檢測空間上也趨于分散，從(cong)而導致(zhi)斜向裂紋檢測信號在頻(pin)域(yu)內可能(neng)會被(bei)誤判為內部(bu)缺(que)陷。
3. 缺陷深度對檢測信(xin)號頻率成分的影響
缺(que)陷的(de)(de)(de)深度直接決(jue)定了管材的(de)(de)(de)使(shi)用性能(neng)。在管材的(de)(de)(de)實際使(shi)用過程中，根據工作環境(jing)的(de)(de)(de)不(bu)同，位(wei)于鋼管不(bu)同表面（內(nei)表面或(huo)外表面）的(de)(de)(de)具(ju)有相同深度的(de)(de)(de)缺(que)陷對管材性能(neng)的(de)(de)(de)影響會不(bu)一樣(yang)。這里(li)討論(lun)缺(que)陷深度對檢測信號頻率成分(fen)的(de)(de)(de)影響。
仍然選用(yong)不銹(xiu)鋼(gang)管作為(wei)試件，在距管端250mm的圓周方(fang)向上加工N20（缺陷深(shen)(shen)度占壁(bi)厚的20％）周向內部刻槽(cao)和N10（缺陷深(shen)(shen)度占壁(bi)厚的10％）周向外部刻槽(cao)。經過(guo)試驗發現，通過(guo)不同(tong)截止頻率的高通濾波(bo)系(xi)統處理后，深(shen)(shen)度較(jiao)大的內部刻槽(cao)檢測(ce)信號(hao)始終(zhong)難(nan)以(yi)被有效(xiao)濾除，如圖4-12所示(shi)。
三、基于(yu)檢測(ce)信號中(zhong)心頻(pin)率區(qu)分方法的適(shi)應性
通過(guo)上(shang)述試驗分(fen)析可以看出，檢測(ce)信號(hao)中(zhong)心頻率的(de)(de)(de)(de)影響因素較多，如圖4-13所示，其對缺陷的(de)(de)(de)(de)形狀、走向和深度(du)(du)(du)等具(ju)有代(dai)表(biao)(biao)性(xing)的(de)(de)(de)(de)形態特(te)征均(jun)十分(fen)敏(min)感。這充(chong)分(fen)說(shuo)明了信號(hao)的(de)(de)(de)(de)頻率成分(fen)在描述缺陷位置時并不具(ju)有完備的(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)達能力。究其原因，利用中(zhong)心頻率區分(fen)內、外部缺陷，是以低維度(du)(du)(du)信息量去評(ping)判具(ju)有高維度(du)(du)(du)信息的(de)(de)(de)(de)檢測(ce)對象，因而，也就不可避(bi)免地(di)碰到信息維度(du)(du)(du)過(guo)少而造成評(ping)判時模棱兩可的(de)(de)(de)(de)尷尬局面。
中心頻率比(bi)較法(fa)，可(ke)以對某些特定類(lei)型缺陷進行位置特征判(pan)別。但由于判(pan)定指標的成(cheng)因(yin)(yin)并(bing)不(bu)具(ju)有唯一性，因(yin)(yin)此，該(gai)方法(fa)并(bing)不(bu)能保(bao)證對所有類(lei)型缺陷實現正確區(qu)分。
