前(qian)面所述的(de)基于(yu)中(zhong)心頻率、中(zhong)心斜率和數字信號差(cha)分的(de)三種方法(fa)均屬于(yu)信號后處理(li)方法(fa)，是對檢(jian)測結果的(de)進一步(bu)處理(li)。這里，介紹(shao)一種基于(yu)傳感器布置的(de)雙層梯(ti)度檢(jian)測方法(fa)，它通(tong)過特殊的(de)傳感器陣列(lie)布置及其(qi)處理(li)方法(fa)來區(qu)分缺陷的(de)位置。具體實施(shi)方法(fa)為：從冗余檢(jian)測出發，

  在法向上布(bu)置(zhi)兩層陣列(lie)磁敏(min)感(gan)元件，實現兩個特定間隔測(ce)(ce)點的(de)(de)梯度(du)檢(jian)測(ce)(ce)，并對得到的(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號進(jin)行對比分析，然(ran)后(hou)利用內、外(wai)部缺陷的(de)(de)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值在提離方向上的(de)(de)衰(shuai)減率進(jin)行評判。最后(hou)，構建出歸一化衰(shuai)減率作(zuo)為評判參數來對缺陷的(de)(de)內、外(wai)位置(zhi)進(jin)行評判。

一、內(nei)、外部缺陷檢測(ce)信號的提離特性和雙層梯度檢測(ce)

  當考(kao)慮不同的(de)(de)傳感器提(ti)(ti)(ti)離(li)值(zhi)時(shi)，實際上檢(jian)測(ce)得(de)到(dao)的(de)(de)數字信(xin)號(hao)(hao)是關于不同提(ti)(ti)(ti)離(li)平(ping)面(mian)(mian)上的(de)(de)一(yi)組信(xin)號(hao)(hao)序列(lie)。如圖4-26所(suo)示，下面(mian)(mian)討論漏(lou)磁場法(fa)向分(fen)量(liang)在不同提(ti)(ti)(ti)離(li)值(zhi)h下的(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)變化(hua)規律(lv)，并將(jiang)內、外(wai)部缺陷檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)分(fen)別(bie)記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用(yong)鋼板進行內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)提離(li)特性試驗，在其表面加工人(ren)工缺(que)(que)陷(xian)(xian)，分別有不通(tong)孔、橫向(xiang)刻(ke)槽(cao)以(yi)及斜向(xiang)刻(ke)槽(cao)，如圖4-27所示。用(yong)霍爾元件(jian)拾(shi)取漏磁場法(fa)向(xiang)分量，通(tong)過改變霍爾元件(jian)與鋼板表面之間的距離(li)，即提離(li)值h的大(da)小，考察各(ge)人工(gong)缺(que)陷在正面和(he)反面檢測(ce)時信號峰-峰值的差異。鋼(gang)(gang)板漏磁檢測(ce)試(shi)驗平臺如圖4-28所示，試(shi)驗鋼(gang)(gang)板厚度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)長度(du)(du)分別為9.6mm、100mm和(he)1000mm，采用(yong)電火花(hua)和(he)機械加工(gong)方(fang)法(fa)制(zhi)作人工(gong)缺(que)陷，見表4-10，刻槽長度(du)(du)均為40.0mm，寬度(du)(du)均為1.0mm。磁化器采用(yong)穿過式直流磁化線圈，確保(bao)鋼(gang)(gang)板被(bei)軸向(xiang)磁化至飽和(he)狀(zhuang)態。

  試驗獲(huo)得的(de)(de)(de)人工缺(que)(que)陷(xian)正面(mian)檢測和背(bei)面(mian)檢測對應的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與(yu)提離(li)值(zhi)(zhi)h之間的(de)(de)(de)擬合曲(qu)線簇，如(ru)圖4-29和圖4-30所(suo)示。從(cong)圖中可以看出，峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)(de)(de)遞(di)減(jian)趨(qu)勢(shi)雖然相(xiang)同(tong)，但兩者的(de)(de)(de)變化速率則有(you)明顯區別，內部缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號(hao)(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)（h）隨(sui)提離(li)值(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)增加遞(di)減(jian)平緩，而外部缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號(hao)(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減(jian)陡峭，當提離(li)值(zhi)(zhi)大于1.0mm后，內、外部缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號(hao)(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)(zhi)均呈現出平緩的(de)(de)(de)變化趨(qu)勢(shi)。

 2. 雙(shuang)層梯度(du)檢測方法 

   根據(ju)和Vinpp(h）提離特性的不同(tong)，提出一種(zhong)雙層梯度檢測(ce)方法(fa)，即(ji)沿著相同(tong)法(fa)線方向的不同(tong)提離值處布置兩個(ge)測(ce)點(dian)，通(tong)過獲取(qu)測(ce)點(dian)處缺陷(xian)漏磁場法(fa)向分量信號峰-峰值Vpp(z)在提離方向上的衰減(jian)率作為評判指標，也(ye)即(ji)

   其中(zhong)，衰減率R實際上(shang)是(shi)利用兩(liang)測(ce)點(dian)的(de)(de)峰-峰值差ΔVpp(h)與兩(liang)測(ce)點(dian)的(de)(de)提離值差Δh之(zhi)比來(lai)實現(xian)的(de)(de)。當Δh足夠(gou)小(xiao)時，可以視(shi)為函數Vpp(h)在(zai)h方向(xiang)上(shang)的(de)(de)梯(ti)度，由于(yu)檢(jian)測(ce)元(yuan)件具有(you)(you)(you)一定(ding)厚度，兩(liang)個測(ce)點(dian)間(jian)的(de)(de)間(jian)隔不可能無限小(xiao)，實際應(ying)用中(zhong)，只有(you)(you)(you)當內(nei)、外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)峰-峰值Vpp(h)）的(de)(de)衰減率R1a之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)明(ming)顯差異時，才有(you)(you)(you)可能有(you)(you)(you)效應(ying)用于(yu)內(nei)、外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)區分。為便于(yu)論述，對應(ying)于(yu)內(nei)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)和外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)信號(hao)，衰減率分別記為和ERdoPlyI

   從(cong)圖4-29和圖4-30中可以看出(chu)，在(zai)不同提離(li)值(zhi)下，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化趨勢僅在(zai)一定區(qu)域(yu)(yu)具有明顯差異。在(zai)此(ci)區(qu)域(yu)(yu)，外部(bu)缺陷(xian)檢測信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)隨提離(li)值(zhi)的增加劇烈減小，而內部(bu)缺陷(xian)檢測信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vinpp(h)）的變化程度相對緩慢(man)。

  當h分(fen)(fen)別取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)進(jin)行對(dui)比(bi)分(fen)(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺陷峰(feng)-峰(feng)值衰減率有明顯差異，見表4-11。

   采用不同厚度的鋼板進一(yi)步試(shi)驗，缺陷參數和(he)峰(feng)-峰(feng)值衰減率見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通過(guo)大(da)量對(dui)比試驗可以(yi)發現(xian)，提離值(zhi)分別(bie)取0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺陷(xian)衰減(jian)率差異(yi)較為穩定，無(wu)論缺陷(xian)形(xing)態特(te)征(zheng)如(ru)(ru)何，內(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺陷(xian)的(de)衰減(jian)率均有較大(da)差異(yi)。從上(shang)述列(lie)表中的(de)數值(zhi)可以(yi)看出，衰減(jian)率的(de)量值(zhi)并不(bu)隨缺陷(xian)的(de)其他(ta)特(te)征(zheng)（如(ru)(ru)裂紋的(de)走向、形(xing)狀(zhuang)等(deng)）的(de)改變而發生大(da)的(de)變化。此外(wai)(wai)(wai)，隨著被(bei)檢(jian)測鋼板(ban)厚度的(de)加大(da)，內(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)缺陷(xian)的(de)衰減(jian)率差別(bie)更(geng)大(da)。

二、內(nei)、外部缺(que)陷位置區分特征量

  對于(yu)相同尺寸的(de)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷(xian)，在不同提(ti)離位置上的(de)兩(liang)個測點處(chu)得到(dao)的(de)峰-峰值差值，外(wai)部(bu)(bu)缺陷(xian)信號(hao)(hao)明顯(xian)大于(yu)內(nei)部(bu)(bu)缺陷(xian)信號(hao)(hao)。為(wei)此(ci)，提(ti)出歸一化的(de)峰-峰值差值，同時得到(dao)歸一化衰減(jian)率(lv)Rid，即(ji)

  其中，Vpp(z)對(dui)應(ying)外(wai)部缺陷(xian)時(shi)為，對(dui)應(ying)內部缺陷(xian)時(shi)為Vinpp(z)。為便于表(biao)達，將(jiang)外(wai)部缺陷(xian)和內部缺陷(xian)歸(gui)一化衰減(jian)率(lv)分別記(ji)為ERid和IRido實(shi)際檢測時(shi)，用Rid來辨別缺陷(xian)信號(hao)對(dui)應(ying)的(de)是外(wai)部缺陷(xian)還是內部缺陷(xian)。

  進一步，試驗驗證將歸一化(hua)衰減率作為(wei)(wei)(wei)不銹鋼(gang)管(guan)內、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷區分(fen)標(biao)準的(de)可(ke)行(xing)(xing)性，設計雙(shuang)層霍爾元件陣列封裝檢(jian)測探頭，結構及(ji)實物如圖4-31所示。采(cai)用(yong)厚度(du)為(wei)(wei)(wei)0.3mm的(de)聚(ju)甲醛片作為(wei)(wei)(wei)耐磨片，微型霍爾元件厚度(du)為(wei)(wei)(wei)0.4mm，最終形成(cheng)雙(shuang)層霍爾元件相對于不銹鋼(gang)管(guan)表面提離距離分(fen)別(bie)為(wei)(wei)(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚度(du)為(wei)(wei)(wei)9.35mm、外(wai)徑(jing)為(wei)(wei)(wei)88.9mm的(de)鋼(gang)管(guan)作為(wei)(wei)(wei)試件，采(cai)用(yong)電(dian)火(huo)花及(ji)機械(xie)加工方法在不銹鋼(gang)管(guan)上加工內、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷，見表4-16，采(cai)用(yong)直流(liu)磁化(hua)線圈(quan)對鋼(gang)管(guan)進行(xing)(xing)軸向(xiang)磁化(hua)，檢(jian)測速度(du)保持穩定。

  通過試驗數(shu)據計算歸一化衰減率，見(jian)表4-16，并(bing)繪(hui)制成如圖4-32所示的(de)分(fen)布圖。從圖中可以發(fa)現，不銹(xiu)鋼管中內、外部缺陷具有(you)較明顯的(de)量值差異。該(gai)方法(fa)區分(fen)正(zheng)確(que)率高(gao)，然而探頭系統較為(wei)復雜，需要更多的(de)通道數(shu)來實現冗余(yu)檢測(ce)，因此一般(ban)用于(yu)高(gao)品質不銹(xiu)鋼管的(de)檢測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管漏磁檢(jian)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)陷區(qu)分方法(fa)都各有(you)(you)優(you)缺(que)(que)點，沒有(you)(you)一種(zhong)方法(fa)可100％正確(que)區(qu)分。在選擇缺(que)(que)陷區(qu)分方法(fa)時，要(yao)根據檢測要(yao)求、工(gong)件特性、缺(que)(que)陷類(lei)型、使(shi)用工(gong)況以(yi)及設備成本來(lai)選擇合適(shi)有(you)(you)效的(de)內、外部缺(que)(que)陷區(qu)分方法(fa)。