前面所(suo)述(shu)的(de)(de)基(ji)于(yu)(yu)(yu)中(zhong)心(xin)頻(pin)率、中(zhong)心(xin)斜(xie)率和數字(zi)信(xin)號差分的(de)(de)三種(zhong)方法均屬于(yu)(yu)(yu)信(xin)號后處(chu)理(li)方法，是對檢(jian)測結果(guo)的(de)(de)進(jin)一步處(chu)理(li)。這(zhe)里，介紹一種(zhong)基(ji)于(yu)(yu)(yu)傳感(gan)器布(bu)置(zhi)的(de)(de)雙(shuang)層梯(ti)度檢(jian)測方法，它通(tong)過(guo)特殊(shu)的(de)(de)傳感(gan)器陣列布(bu)置(zhi)及其處(chu)理(li)方法來區分缺陷的(de)(de)位置(zhi)。具體(ti)實施方法為(wei)：從冗(rong)余檢(jian)測出發，

  在(zai)法向上布置(zhi)兩層陣列磁敏感元件(jian)，實現(xian)兩個(ge)特定(ding)間隔測點(dian)的(de)梯度檢(jian)(jian)測，并對得到的(de)檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)對比分析，然后利用內、外(wai)部缺(que)陷的(de)檢(jian)(jian)測信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)在(zai)提離(li)方向上的(de)衰(shuai)減(jian)率進(jin)行(xing)評(ping)(ping)判。最(zui)后，構建出歸一(yi)化衰(shuai)減(jian)率作(zuo)為評(ping)(ping)判參數來(lai)對缺(que)陷的(de)內、外(wai)位置(zhi)進(jin)行(xing)評(ping)(ping)判。

一、內(nei)、外部缺(que)陷(xian)檢測(ce)信號的提離(li)特性和雙層梯度檢測(ce)

  當考慮不(bu)同(tong)的傳感器提(ti)離(li)(li)值(zhi)時(shi)，實際上檢(jian)測(ce)得到的數字信號是關于(yu)不(bu)同(tong)提(ti)離(li)(li)平面(mian)上的一組信號序列。如(ru)圖4-26所示，下面(mian)討(tao)論漏磁場法向分量在不(bu)同(tong)提(ti)離(li)(li)值(zhi)h下的檢(jian)測(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)變化規律，并將(jiang)內、外部缺陷檢(jian)測(ce)信號的峰(feng)-峰(feng)值(zhi)分別記為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離(li)特(te)性 

   采用鋼(gang)板(ban)進行(xing)內(nei)、外(wai)部缺陷(xian)提(ti)離特(te)性試驗，在其表面加工人工缺陷(xian)，分(fen)別有不通孔、橫(heng)向(xiang)刻槽(cao)以及斜向(xiang)刻槽(cao)，如圖4-27所示。用霍爾元件拾取漏磁場(chang)法向(xiang)分(fen)量，通過改變霍爾元件與鋼(gang)板(ban)表面之間(jian)的距離，即提(ti)離值h的大小(xiao)，考察(cha)各人(ren)工(gong)(gong)缺陷(xian)在正面(mian)和(he)(he)反面(mian)檢(jian)測時信號峰-峰值的差異。鋼(gang)板漏磁(ci)檢(jian)測試(shi)驗(yan)平臺如(ru)圖4-28所示(shi)，試(shi)驗(yan)鋼(gang)板厚度(du)、寬度(du)和(he)(he)長度(du)分別為9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采用電火花和(he)(he)機械加工(gong)(gong)方法制作人(ren)工(gong)(gong)缺陷(xian)，見表4-10，刻槽長度(du)均為40.0mm，寬度(du)均為1.0mm。磁(ci)化器采用穿過式直流磁(ci)化線圈，確保(bao)鋼(gang)板被軸向磁(ci)化至飽和(he)(he)狀態。

  試驗獲得的(de)(de)人工缺陷(xian)(xian)正面檢測和背(bei)面檢測對應的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與(yu)提(ti)離值(zhi)(zhi)h之間的(de)(de)擬合曲線簇，如圖(tu)4-29和圖(tu)4-30所示。從圖(tu)中(zhong)可(ke)以看出(chu)，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)(de)遞減(jian)趨勢雖(sui)然相同，但兩者的(de)(de)變化(hua)(hua)速(su)率則有明顯區別，內部缺陷(xian)(xian)信號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)（h）隨(sui)提(ti)離值(zhi)(zhi)的(de)(de)增(zeng)加遞減(jian)平(ping)緩，而(er)外(wai)(wai)部缺陷(xian)(xian)信號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞減(jian)陡峭，當(dang)提(ti)離值(zhi)(zhi)大于1.0mm后(hou)，內、外(wai)(wai)部缺陷(xian)(xian)信號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)均呈現(xian)出(chu)平(ping)緩的(de)(de)變化(hua)(hua)趨勢。

 2. 雙層梯度(du)檢測方法 

   根(gen)據和Vinpp(h）提(ti)離特性的(de)不同，提(ti)出(chu)一種雙層梯(ti)度檢測方(fang)法(fa)，即沿著相同法(fa)線(xian)方(fang)向的(de)不同提(ti)離值處(chu)布置兩個測點，通(tong)過獲取測點處(chu)缺(que)陷(xian)漏磁場法(fa)向分量信(xin)號峰-峰值Vpp(z)在(zai)提(ti)離方(fang)向上的(de)衰減率作(zuo)為評(ping)判指標，也即

   其中(zhong)，衰減(jian)率R實(shi)際(ji)(ji)上是(shi)利用(yong)兩測(ce)(ce)(ce)(ce)點(dian)的(de)(de)峰-峰值差(cha)(cha)(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)(ce)(ce)點(dian)的(de)(de)提離(li)值差(cha)(cha)(cha)Δh之(zhi)比來實(shi)現的(de)(de)。當Δh足夠小(xiao)時，可(ke)以視為(wei)函數(shu)Vpp(h)在(zai)h方向上的(de)(de)梯度，由于(yu)(yu)(yu)檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)元件具有一(yi)定厚度，兩個測(ce)(ce)(ce)(ce)點(dian)間的(de)(de)間隔不可(ke)能無限小(xiao)，實(shi)際(ji)(ji)應用(yong)中(zhong)，只有當內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷峰-峰值Vpp(h)）的(de)(de)衰減(jian)率R1a之(zhi)間存在(zai)明顯(xian)差(cha)(cha)(cha)異(yi)時，才有可(ke)能有效(xiao)應用(yong)于(yu)(yu)(yu)內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷的(de)(de)區(qu)分。為(wei)便于(yu)(yu)(yu)論述，對應于(yu)(yu)(yu)內(nei)部(bu)缺陷和外(wai)部(bu)缺陷檢(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信號，衰減(jian)率分別記為(wei)和ERdoPlyI

   從圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30中可以看出，在(zai)不同提離值下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的變化趨(qu)勢僅在(zai)一(yi)定區域(yu)具有明顯(xian)差異。在(zai)此區域(yu)，外部缺陷檢測信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)隨提離值的增加劇烈減(jian)小，而內部缺陷檢測信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值Vinpp(h)）的變化程度相對(dui)緩慢(man)。

  當(dang)h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行(xing)對比分析，發現(xian)提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺陷峰(feng)-峰(feng)值衰減率有明顯差(cha)異，見表4-11。

   采(cai)用不同厚(hou)度的鋼板進一步試(shi)驗，缺陷參數和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見表4-12～表4-15。

   通過(guo)大(da)(da)(da)量對比試驗可以發(fa)現，提離值(zhi)(zhi)分別取0.3mm與0.7mm時，內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)衰減率差異較為(wei)穩定，無論缺(que)(que)陷(xian)(xian)形態(tai)特(te)征(zheng)如(ru)何(he)，內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰減率均(jun)有(you)較大(da)(da)(da)差異。從上述列表中的(de)(de)數值(zhi)(zhi)可以看出，衰減率的(de)(de)量值(zhi)(zhi)并不隨缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)其他特(te)征(zheng)（如(ru)裂紋的(de)(de)走向、形狀等）的(de)(de)改變而發(fa)生大(da)(da)(da)的(de)(de)變化。此外，隨著(zhu)被(bei)檢(jian)測(ce)鋼板(ban)厚度(du)的(de)(de)加大(da)(da)(da)，內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰減率差別更大(da)(da)(da)。

二、內、外(wai)部缺陷位置(zhi)區分特征量

  對于相同(tong)尺寸(cun)的內、外部缺陷(xian)，在不同(tong)提離(li)位置上的兩(liang)個測點(dian)處得到(dao)的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差值，外部缺陷(xian)信號明顯大(da)于內部缺陷(xian)信號。為此，提出歸一化的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差值，同(tong)時得到(dao)歸一化衰減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對(dui)應外部缺(que)陷(xian)時為(wei)(wei)，對(dui)應內(nei)部缺(que)陷(xian)時為(wei)(wei)Vinpp(z)。為(wei)(wei)便于表達，將外部缺(que)陷(xian)和內(nei)部缺(que)陷(xian)歸一化衰減(jian)率分別記為(wei)(wei)ERid和IRido實際檢測時，用Rid來辨(bian)別缺(que)陷(xian)信號(hao)對(dui)應的是(shi)外部缺(que)陷(xian)還是(shi)內(nei)部缺(que)陷(xian)。

  進一(yi)步，試(shi)驗驗證將歸一(yi)化(hua)衰(shuai)減率(lv)作為(wei)不(bu)銹鋼(gang)管內(nei)、外(wai)部缺(que)陷區分標準(zhun)的可行性(xing)，設計(ji)雙層(ceng)霍爾(er)(er)元(yuan)件(jian)陣列封裝檢測探頭，結(jie)構及實物如(ru)圖(tu)4-31所示。采用(yong)(yong)厚(hou)度為(wei)0.3mm的聚甲醛片(pian)作為(wei)耐磨片(pian)，微型(xing)霍爾(er)(er)元(yuan)件(jian)厚(hou)度為(wei)0.4mm，最終(zhong)形成(cheng)雙層(ceng)霍爾(er)(er)元(yuan)件(jian)相對(dui)于不(bu)銹鋼(gang)管表面提離距(ju)離分別為(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)(yong)厚(hou)度為(wei)9.35mm、外(wai)徑為(wei)88.9mm的鋼(gang)管作為(wei)試(shi)件(jian)，采用(yong)(yong)電火花及機(ji)械加工方法在(zai)不(bu)銹鋼(gang)管上加工內(nei)、外(wai)部缺(que)陷，見(jian)表4-16，采用(yong)(yong)直流磁化(hua)線圈(quan)對(dui)鋼(gang)管進行軸向磁化(hua)，檢測速度保(bao)持(chi)穩定(ding)。

  通過試(shi)驗數據計算歸一(yi)化衰減(jian)率，見表4-16，并繪(hui)制成如圖4-32所示(shi)的(de)分布圖。從圖中可以發現(xian)，不銹鋼管(guan)中內、外(wai)部缺陷具有(you)較明顯的(de)量(liang)值差異。該方法(fa)區分正確率高，然而(er)探頭系統較為復(fu)雜，需要(yao)更多(duo)的(de)通道數來實(shi)現(xian)冗余檢測(ce)，因此一(yi)般用于高品質不銹鋼管(guan)的(de)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)陷(xian)區(qu)分方(fang)法都各(ge)有(you)(you)優缺(que)點(dian)，沒有(you)(you)一種(zhong)方(fang)法可100％正確(que)區(qu)分。在選擇缺(que)陷(xian)區(qu)分方(fang)法時(shi)，要(yao)根據檢(jian)測要(yao)求、工件特性(xing)、缺(que)陷(xian)類型(xing)、使用工況以及設(she)備成本來選擇合適有(you)(you)效的(de)內、外部缺(que)陷(xian)區(qu)分方(fang)法。