前面所述(shu)的(de)基(ji)(ji)于(yu)中心(xin)頻率、中心(xin)斜率和數(shu)字信(xin)(xin)號(hao)差分的(de)三種方法均屬于(yu)信(xin)(xin)號(hao)后處(chu)(chu)理方法，是對檢(jian)測結果(guo)的(de)進一步處(chu)(chu)理。這里，介紹一種基(ji)(ji)于(yu)傳(chuan)(chuan)感器布置(zhi)的(de)雙層梯度檢(jian)測方法，它通過特殊的(de)傳(chuan)(chuan)感器陣(zhen)列布置(zhi)及其處(chu)(chu)理方法來區分缺陷的(de)位置(zhi)。具體(ti)實施方法為：從冗余(yu)檢(jian)測出發，

  在法(fa)向上布置兩(liang)層陣列磁敏(min)感(gan)元件，實現兩(liang)個特定(ding)間隔測(ce)點(dian)的梯(ti)度檢(jian)測(ce)，并對得到的檢(jian)測(ce)信號進行對比(bi)分析，然后利用內、外(wai)部缺陷的檢(jian)測(ce)信號峰-峰值在提離方(fang)向上的衰(shuai)減率(lv)進行評判。最后，構建出(chu)歸一(yi)化衰(shuai)減率(lv)作為評判參數來對缺陷的內、外(wai)位(wei)置進行評判。

一(yi)、內(nei)、外部(bu)缺陷檢(jian)測(ce)信號的提離特性(xing)和雙層梯度檢(jian)測(ce)

  當考(kao)慮不(bu)同(tong)的(de)(de)傳感(gan)器提(ti)(ti)離值時，實際上檢(jian)測得(de)到的(de)(de)數字(zi)信(xin)號(hao)是關于(yu)不(bu)同(tong)提(ti)(ti)離平面(mian)(mian)上的(de)(de)一組信(xin)號(hao)序列(lie)。如圖4-26所示，下面(mian)(mian)討論漏磁場法向分(fen)量(liang)在(zai)不(bu)同(tong)提(ti)(ti)離值h下的(de)(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值變化規(gui)律，并將內、外部缺陷檢(jian)測信(xin)號(hao)的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值分(fen)別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用(yong)鋼(gang)板進行內、外(wai)部缺(que)陷(xian)提(ti)離特性試(shi)驗，在(zai)其表面加工人(ren)工缺(que)陷(xian)，分別有不(bu)通(tong)孔(kong)、橫向(xiang)刻槽以及斜向(xiang)刻槽，如圖(tu)4-27所示。用(yong)霍(huo)(huo)爾(er)元件拾(shi)取漏磁場(chang)法(fa)向(xiang)分量，通(tong)過改變霍(huo)(huo)爾(er)元件與鋼(gang)板表面之(zhi)間的(de)距離，即提(ti)離值(zhi)h的(de)大小，考察各人(ren)工(gong)缺陷在(zai)正面和(he)(he)反面檢(jian)測時信(xin)號峰-峰值的差異。鋼(gang)板漏(lou)磁(ci)檢(jian)測試(shi)驗(yan)平臺如圖4-28所示，試(shi)驗(yan)鋼(gang)板厚(hou)度(du)、寬度(du)和(he)(he)長度(du)分別為9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采用(yong)電火花和(he)(he)機械加工(gong)方法制作人(ren)工(gong)缺陷，見表(biao)4-10，刻槽(cao)長度(du)均(jun)為40.0mm，寬度(du)均(jun)為1.0mm。磁(ci)化器(qi)采用(yong)穿過式(shi)直流磁(ci)化線圈，確保鋼(gang)板被軸向磁(ci)化至飽和(he)(he)狀態。

  試驗獲得的(de)人工缺(que)陷(xian)正面(mian)檢(jian)測和背面(mian)檢(jian)測對應的(de)峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和Vinpp(h)與提(ti)離(li)值h之間的(de)擬合曲線簇，如圖4-29和圖4-30所示。從圖中可以看出，峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和（h）的(de)遞(di)(di)減趨勢雖然相同，但兩(liang)者(zhe)的(de)變化速率則有明(ming)顯(xian)區別(bie)，內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值（h）隨提(ti)離(li)值的(de)增(zeng)加(jia)遞(di)(di)減平(ping)緩，而外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)）遞(di)(di)減陡峭，當(dang)提(ti)離(li)值大于1.0mm后，內(nei)、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值均呈(cheng)現出平(ping)緩的(de)變化趨勢。

 2. 雙層梯度檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提離(li)特性(xing)的(de)不同(tong)，提出一(yi)種(zhong)雙層梯度檢測(ce)方法，即(ji)沿著相同(tong)法線方向的(de)不同(tong)提離(li)值(zhi)(zhi)處布置兩個測(ce)點，通(tong)過獲取測(ce)點處缺陷漏(lou)磁(ci)場(chang)法向分量(liang)信號峰-峰值(zhi)(zhi)Vpp(z)在(zai)提離(li)方向上的(de)衰減(jian)率作為評判指標，也即(ji)

   其中，衰減(jian)率(lv)R實際上是(shi)利用兩測(ce)(ce)點的(de)(de)峰-峰值差ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)點的(de)(de)提(ti)離值差Δh之(zhi)比來實現的(de)(de)。當Δh足夠小(xiao)時，可以視為(wei)函(han)數Vpp(h)在h方向(xiang)上的(de)(de)梯度，由于(yu)檢測(ce)(ce)元件(jian)具有(you)(you)(you)一定厚度，兩個(ge)測(ce)(ce)點間(jian)的(de)(de)間(jian)隔不可能無限小(xiao)，實際應(ying)(ying)用中，只有(you)(you)(you)當內(nei)(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷峰-峰值Vpp(h)）的(de)(de)衰減(jian)率(lv)R1a之(zhi)間(jian)存在明(ming)顯差異(yi)時，才有(you)(you)(you)可能有(you)(you)(you)效應(ying)(ying)用于(yu)內(nei)(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷的(de)(de)區分(fen)。為(wei)便于(yu)論(lun)述(shu)，對應(ying)(ying)于(yu)內(nei)(nei)部(bu)缺(que)(que)陷和(he)外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺(que)(que)陷檢測(ce)(ce)信號，衰減(jian)率(lv)分(fen)別(bie)記為(wei)和(he)ERdoPlyI

   從圖4-29和圖4-30中(zhong)可以看出，在(zai)(zai)不同提離(li)值(zhi)(zhi)下(xia)，Vexpp(和Vimpp(h)）的變(bian)化(hua)趨勢僅在(zai)(zai)一定區域(yu)具有明(ming)顯(xian)差異(yi)。在(zai)(zai)此區域(yu)，外(wai)部缺(que)陷(xian)檢測信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨(sui)提離(li)值(zhi)(zhi)的增加劇烈減小，而內部缺(que)陷(xian)檢測信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的變(bian)化(hua)程度相(xiang)對緩慢。

  當(dang)h分(fen)(fen)別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將(jiang)Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)進行(xing)對比分(fen)(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺(que)陷峰(feng)-峰(feng)值衰減率有明顯差(cha)異，見表4-11。

   采(cai)用不同厚度(du)的鋼板進(jin)一步(bu)試(shi)驗，缺陷(xian)參(can)數(shu)和峰(feng)-峰(feng)值(zhi)衰(shuai)減(jian)率見表4-12～表4-15。

   通過大(da)量對(dui)比試(shi)驗可以發現，提離值(zhi)分(fen)別取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)(wai)(wai)部缺陷(xian)衰(shuai)減(jian)率(lv)差異(yi)較(jiao)為穩定(ding)，無(wu)論缺陷(xian)形(xing)(xing)態特(te)(te)征(zheng)如(ru)何，內、外(wai)(wai)(wai)部缺陷(xian)的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)均有較(jiao)大(da)差異(yi)。從上述(shu)列(lie)表中的(de)數值(zhi)可以看出，衰(shuai)減(jian)率(lv)的(de)量值(zhi)并(bing)不隨缺陷(xian)的(de)其(qi)他特(te)(te)征(zheng)（如(ru)裂紋(wen)的(de)走向(xiang)、形(xing)(xing)狀(zhuang)等）的(de)改變(bian)而發生(sheng)大(da)的(de)變(bian)化。此外(wai)(wai)(wai)，隨著被(bei)檢測(ce)鋼板厚度的(de)加(jia)大(da)，內、外(wai)(wai)(wai)部缺陷(xian)的(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)差別更(geng)大(da)。

二、內、外部缺陷位置區(qu)分特征量

  對(dui)于相同(tong)尺寸的(de)(de)內(nei)、外部缺陷(xian)，在不同(tong)提離位置上(shang)的(de)(de)兩個測(ce)點(dian)處得到的(de)(de)峰-峰值差值，外部缺陷(xian)信號明顯大于內(nei)部缺陷(xian)信號。為此，提出歸(gui)一化(hua)的(de)(de)峰-峰值差值，同(tong)時得到歸(gui)一化(hua)衰減率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應(ying)外(wai)部缺(que)(que)(que)(que)陷時為(wei)，對(dui)應(ying)內(nei)部缺(que)(que)(que)(que)陷時為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表(biao)達，將外(wai)部缺(que)(que)(que)(que)陷和內(nei)部缺(que)(que)(que)(que)陷歸一(yi)化衰(shuai)減率分別記為(wei)ERid和IRido實(shi)際檢測時，用(yong)Rid來辨別缺(que)(que)(que)(que)陷信號對(dui)應(ying)的(de)是外(wai)部缺(que)(que)(que)(que)陷還(huan)是內(nei)部缺(que)(que)(que)(que)陷。

  進(jin)一步(bu)，試(shi)驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證將歸一化衰(shuai)減率作(zuo)為(wei)不銹(xiu)鋼(gang)管內、外(wai)部缺陷區(qu)分標(biao)準的可行性，設計雙層霍爾(er)元件陣列(lie)封裝檢測探頭，結構及(ji)實物如圖4-31所示。采(cai)用厚度為(wei)0.3mm的聚甲醛片(pian)作(zuo)為(wei)耐磨片(pian)，微型霍爾(er)元件厚度為(wei)0.4mm，最終(zhong)形(xing)成雙層霍爾(er)元件相(xiang)對于(yu)不銹(xiu)鋼(gang)管表面(mian)提離(li)距(ju)離(li)分別為(wei)0.3mm和0.7mm。選用厚度為(wei)9.35mm、外(wai)徑(jing)為(wei)88.9mm的鋼(gang)管作(zuo)為(wei)試(shi)件，采(cai)用電火花(hua)及(ji)機械加工(gong)方法在不銹(xiu)鋼(gang)管上加工(gong)內、外(wai)部缺陷，見(jian)表4-16，采(cai)用直流磁化線圈對鋼(gang)管進(jin)行軸向磁化，檢測速度保持穩(wen)定。

  通(tong)過試驗(yan)數(shu)據計算歸(gui)一化衰減(jian)率(lv)，見(jian)表(biao)4-16，并繪制成如圖(tu)(tu)4-32所(suo)示(shi)的分布圖(tu)(tu)。從圖(tu)(tu)中可以發現(xian)，不(bu)銹(xiu)鋼管中內、外部缺(que)陷(xian)具(ju)有較明顯的量值差異(yi)。該(gai)方法區分正確率(lv)高，然(ran)而探頭系統較為復雜，需(xu)要更多的通(tong)道(dao)數(shu)來實現(xian)冗(rong)余(yu)檢測(ce)，因(yin)此一般用于高品質(zhi)不(bu)銹(xiu)鋼管的檢測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏磁檢測過程中的關鍵問題，它是內、外部缺陷實現一致性評判的基礎，也就是要求無論缺陷處于鋼管內部還是外部，相同尺寸的缺陷經過漏磁檢測后必須獲得相同的評價損傷量級。內、外部缺陷區分有很多方法，如基于缺陷信號中心頻率、中心斜率和數字差分的后處理方法，以及基于雙層梯度檢測的冗余測量方法。當然，還可與其他無損檢測方法進行聯合檢測，如漏磁檢測與渦流檢測方法，由于渦流只能檢測鋼管表面及近表面缺陷，與漏磁檢測方法聯合之后可以對缺陷的位置進行正確判斷；還有漏磁與超聲復合檢測方法，超聲檢測可根據聲波的傳遞速度和傳遞時間來判斷出缺陷位置。

  每種(zhong)內、外部缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)區分(fen)方法都各有(you)(you)優(you)缺(que)(que)(que)(que)點(dian)，沒有(you)(you)一種(zhong)方法可(ke)100％正確區分(fen)。在選擇缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)區分(fen)方法時，要(yao)根(gen)據檢測要(yao)求、工(gong)件特性、缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)類型、使用工(gong)況以及設(she)備成本來選擇合適有(you)(you)效的內、外部缺(que)(que)(que)(que)陷(xian)(xian)區分(fen)方法。