前面所述的(de)基(ji)于中心頻(pin)率(lv)(lv)、中心斜率(lv)(lv)和(he)數字信號(hao)差分(fen)的(de)三種方(fang)法(fa)均屬于信號(hao)后處(chu)理(li)方(fang)法(fa)，是(shi)對檢(jian)測(ce)結果的(de)進一步處(chu)理(li)。這(zhe)里，介紹一種基(ji)于傳感器(qi)布(bu)置(zhi)的(de)雙(shuang)層梯度檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)傳感器(qi)陣列布(bu)置(zhi)及其(qi)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)來區(qu)分(fen)缺陷的(de)位置(zhi)。具體實(shi)施方(fang)法(fa)為：從(cong)冗(rong)余(yu)檢(jian)測(ce)出發，

  在(zai)法向上(shang)布置兩層陣列磁敏感元件，實現(xian)兩個(ge)特定間隔(ge)測點的(de)梯度檢(jian)測，并對得到的(de)檢(jian)測信(xin)號進(jin)(jin)行對比分析，然(ran)后利用內(nei)、外部缺陷的(de)檢(jian)測信(xin)號峰-峰值在(zai)提離方向上(shang)的(de)衰(shuai)減率(lv)進(jin)(jin)行評(ping)判。最后，構建出歸一(yi)化衰(shuai)減率(lv)作(zuo)為評(ping)判參數來對缺陷的(de)內(nei)、外位置進(jin)(jin)行評(ping)判。

一(yi)、內、外部(bu)缺陷檢測信(xin)號的提離特(te)性(xing)和雙層梯度(du)檢測

  當考慮(lv)不(bu)同(tong)的(de)傳感器提(ti)(ti)離值(zhi)(zhi)時，實際上檢測(ce)得(de)到的(de)數字(zi)信(xin)號(hao)是關(guan)于不(bu)同(tong)提(ti)(ti)離平面上的(de)一組信(xin)號(hao)序列。如圖(tu)4-26所(suo)示，下面討(tao)論漏(lou)磁場(chang)法(fa)向分量(liang)在不(bu)同(tong)提(ti)(ti)離值(zhi)(zhi)h下的(de)檢測(ce)信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)(zhi)變化(hua)規律，并(bing)將內、外部(bu)缺陷檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)峰-峰值(zhi)(zhi)分別記為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離(li)特性 

   采(cai)用鋼板(ban)進行內、外部缺陷(xian)提離(li)(li)特性試驗，在(zai)其(qi)表面加工人(ren)工缺陷(xian)，分(fen)別(bie)有不(bu)通(tong)孔、橫向(xiang)刻槽以(yi)及斜向(xiang)刻槽，如圖(tu)4-27所示。用霍(huo)爾(er)元件拾取漏(lou)磁(ci)場法向(xiang)分(fen)量，通(tong)過改變霍(huo)爾(er)元件與鋼板(ban)表面之間(jian)的(de)距離(li)(li)，即提離(li)(li)值h的(de)大(da)小，考察(cha)各人工缺(que)陷在正面和(he)反面檢(jian)測時信號(hao)峰-峰值的差異。鋼(gang)板(ban)漏磁(ci)檢(jian)測試驗平臺如圖4-28所示，試驗鋼(gang)板(ban)厚度、寬度和(he)長(chang)度分別為9.6mm、100mm和(he)1000mm，采用(yong)電(dian)火花和(he)機械加工方法制作(zuo)人工缺(que)陷，見表4-10，刻(ke)槽長(chang)度均為40.0mm，寬度均為1.0mm。磁(ci)化(hua)器(qi)采用(yong)穿過式直流磁(ci)化(hua)線(xian)圈，確保(bao)鋼(gang)板(ban)被(bei)軸向磁(ci)化(hua)至飽和(he)狀態(tai)。

  試(shi)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(dui)應的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離(li)(li)值(zhi)(zhi)h之間的(de)擬合曲線(xian)簇，如(ru)圖4-29和圖4-30所(suo)示。從圖中(zhong)可以看出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)遞減趨勢雖(sui)然相同，但兩者的(de)變化速率則(ze)有明顯區別，內部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)（h）隨提離(li)(li)值(zhi)(zhi)的(de)增(zeng)加遞減平緩，而(er)外部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞減陡峭，當(dang)提離(li)(li)值(zhi)(zhi)大于1.0mm后，內、外部缺(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)均呈現出平緩的(de)變化趨勢。

 2. 雙層梯度檢測方法(fa) 

   根(gen)據和Vinpp(h）提離(li)特性的(de)(de)不同(tong)，提出一(yi)種雙層梯度檢測(ce)(ce)方(fang)(fang)法，即沿(yan)著(zhu)相(xiang)同(tong)法線(xian)方(fang)(fang)向的(de)(de)不同(tong)提離(li)值(zhi)處(chu)布置兩個測(ce)(ce)點，通過獲(huo)取測(ce)(ce)點處(chu)缺(que)陷(xian)漏(lou)磁(ci)場(chang)法向分量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在(zai)提離(li)方(fang)(fang)向上的(de)(de)衰減率作(zuo)為評判指標，也即

   其中(zhong)(zhong)，衰減率(lv)(lv)R實(shi)(shi)際(ji)上(shang)是利用兩測(ce)(ce)(ce)點(dian)的(de)峰-峰值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)(ce)點(dian)的(de)提離值(zhi)差(cha)Δh之比(bi)來實(shi)(shi)現的(de)。當Δh足(zu)夠小時(shi)(shi)，可以視為函數Vpp(h)在h方向(xiang)上(shang)的(de)梯(ti)度，由于(yu)檢測(ce)(ce)(ce)元(yuan)件(jian)具有(you)一定厚度，兩個測(ce)(ce)(ce)點(dian)間的(de)間隔不(bu)可能無限小，實(shi)(shi)際(ji)應(ying)用中(zhong)(zhong)，只有(you)當內(nei)(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷峰-峰值(zhi)Vpp(h)）的(de)衰減率(lv)(lv)R1a之間存在明顯差(cha)異時(shi)(shi)，才(cai)有(you)可能有(you)效(xiao)應(ying)用于(yu)內(nei)(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺陷的(de)區(qu)分。為便于(yu)論述，對應(ying)于(yu)內(nei)(nei)部(bu)(bu)缺陷和(he)外(wai)部(bu)(bu)缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信號(hao)，衰減率(lv)(lv)分別記(ji)為和(he)ERdoPlyI

   從(cong)圖(tu)4-29和圖(tu)4-30中(zhong)可(ke)以看出，在(zai)不(bu)同提離(li)值(zhi)下(xia)，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化趨勢僅在(zai)一定區(qu)域(yu)具有(you)明顯差(cha)異。在(zai)此區(qu)域(yu)，外部缺(que)陷(xian)檢測(ce)信號峰-峰值(zhi)Vexpp(h)隨(sui)提離(li)值(zhi)的增(zeng)加劇烈減小，而內部缺(que)陷(xian)檢測(ce)信號峰-峰值(zhi)Vinpp(h)）的變化程度(du)相對(dui)緩慢。

  當h分(fen)(fen)別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對比分(fen)(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外部缺陷峰-峰值衰減率有明顯差異，見表4-11。

   采用不同(tong)厚度的鋼板進一步試驗，缺陷(xian)參數和峰-峰值衰減率見(jian)表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通(tong)過大量對比試驗可(ke)以(yi)發現，提離值(zhi)(zhi)分(fen)別取0.3mm與0.7mm時，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)差(cha)異(yi)較為穩定，無論缺(que)陷(xian)(xian)形態特(te)征如(ru)何，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)均有(you)較大差(cha)異(yi)。從上述(shu)列表(biao)中的(de)(de)(de)數(shu)值(zhi)(zhi)可(ke)以(yi)看出，衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)的(de)(de)(de)量值(zhi)(zhi)并不隨缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)其(qi)他(ta)特(te)征（如(ru)裂紋的(de)(de)(de)走向、形狀(zhuang)等）的(de)(de)(de)改變而發生(sheng)大的(de)(de)(de)變化。此外，隨著被檢測鋼板厚(hou)度(du)的(de)(de)(de)加大，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)差(cha)別更(geng)大。

二、內(nei)、外部缺陷位置區(qu)分特征量

  對于相同尺(chi)寸的(de)內、外(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)，在不同提離位置(zhi)上的(de)兩個測點處得到的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差值，外(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)信號明顯大于內部缺(que)陷(xian)(xian)信號。為此(ci)，提出歸(gui)一化(hua)的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差值，同時得到歸(gui)一化(hua)衰減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外部缺(que)陷時為，對應內部缺(que)陷時為Vinpp(z)。為便(bian)于表達，將(jiang)外部缺(que)陷和(he)內部缺(que)陷歸一化(hua)衰減率分別(bie)(bie)記為ERid和(he)IRido實際檢測(ce)時，用Rid來辨別(bie)(bie)缺(que)陷信號對應的是(shi)外部缺(que)陷還是(shi)內部缺(que)陷。

  進一步，試(shi)(shi)驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證將(jiang)歸一化衰(shuai)減率作(zuo)為(wei)(wei)不(bu)銹鋼管(guan)內、外部(bu)缺陷區分標(biao)準的(de)可(ke)行(xing)性，設計雙層霍(huo)爾元件(jian)陣列封(feng)裝檢測探頭，結構及實物如圖(tu)4-31所示。采(cai)用厚(hou)度為(wei)(wei)0.3mm的(de)聚甲醛(quan)片作(zuo)為(wei)(wei)耐磨(mo)片，微型霍(huo)爾元件(jian)厚(hou)度為(wei)(wei)0.4mm，最終(zhong)形成(cheng)雙層霍(huo)爾元件(jian)相對于(yu)不(bu)銹鋼管(guan)表面提離距(ju)離分別為(wei)(wei)0.3mm和(he)0.7mm。選用厚(hou)度為(wei)(wei)9.35mm、外徑(jing)為(wei)(wei)88.9mm的(de)鋼管(guan)作(zuo)為(wei)(wei)試(shi)(shi)件(jian)，采(cai)用電火花及機械(xie)加工(gong)方法在不(bu)銹鋼管(guan)上加工(gong)內、外部(bu)缺陷，見表4-16，采(cai)用直(zhi)流磁化線(xian)圈(quan)對鋼管(guan)進行(xing)軸向磁化，檢測速度保持穩定。

  通過試驗(yan)數據計算(suan)歸一(yi)(yi)化衰減率(lv)，見(jian)表4-16，并繪制成如圖4-32所示的(de)分布(bu)圖。從(cong)圖中可以發現(xian)，不銹鋼管中內、外部缺陷具有較明顯(xian)的(de)量(liang)值差(cha)異(yi)。該(gai)方法區分正確率(lv)高，然而探頭系統較為復雜，需要更多的(de)通道數來實(shi)現(xian)冗余檢(jian)測，因此一(yi)(yi)般用于(yu)高品(pin)質不銹鋼管的(de)檢(jian)測。

  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。

  每種內、外(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法都各有(you)優(you)缺(que)點，沒有(you)一種方法可100％正(zheng)確區分。在選擇(ze)缺(que)陷區分方法時，要(yao)根據檢測要(yao)求、工(gong)件特性、缺(que)陷類(lei)型(xing)、使用工(gong)況以及(ji)設備(bei)成本來選擇(ze)合適有(you)效的內、外(wai)部(bu)缺(que)陷區分方法。