前面所述的(de)(de)基于(yu)(yu)中心頻率、中心斜(xie)率和數字信號差(cha)分(fen)的(de)(de)三(san)種方(fang)(fang)法(fa)均屬(shu)于(yu)(yu)信號后處理方(fang)(fang)法(fa)，是對(dui)檢測(ce)結果(guo)的(de)(de)進一(yi)步處理。這(zhe)里，介紹(shao)一(yi)種基于(yu)(yu)傳感器布置(zhi)的(de)(de)雙層梯(ti)度(du)檢測(ce)方(fang)(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)(de)傳感器陣(zhen)列布置(zhi)及(ji)其處理方(fang)(fang)法(fa)來區分(fen)缺陷的(de)(de)位置(zhi)。具體實施方(fang)(fang)法(fa)為(wei)：從冗(rong)余檢測(ce)出發，

  在法向(xiang)上布(bu)置(zhi)兩層陣列磁敏感元件(jian)，實現兩個特定(ding)間隔(ge)測(ce)點的梯度檢(jian)測(ce)，并對(dui)得到的檢(jian)測(ce)信號(hao)進(jin)行(xing)對(dui)比分(fen)析，然后(hou)利用內、外部缺陷的檢(jian)測(ce)信號(hao)峰-峰值在提(ti)離方向(xiang)上的衰減率進(jin)行(xing)評(ping)判。最(zui)后(hou)，構建出歸一(yi)化衰減率作為(wei)評(ping)判參(can)數來對(dui)缺陷的內、外位置(zhi)進(jin)行(xing)評(ping)判。

一、內、外部缺(que)陷檢測信號的提離特性和雙層梯(ti)度檢測

  當考慮不(bu)同的(de)(de)(de)傳感器(qi)提離(li)(li)值(zhi)時，實際上(shang)檢測(ce)得(de)到的(de)(de)(de)數字(zi)信號是關于(yu)不(bu)同提離(li)(li)平面上(shang)的(de)(de)(de)一組信號序列。如圖(tu)4-26所示(shi)，下面討論漏磁(ci)場法向分量(liang)在(zai)不(bu)同提離(li)(li)值(zhi)h下的(de)(de)(de)檢測(ce)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)變化規律，并(bing)將內、外部缺(que)陷檢測(ce)信號的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)分別記為Vinpp(h)和(he)Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提離特(te)性 

   采用鋼板進行內(nei)、外部缺(que)陷(xian)提離特性試(shi)驗，在其表面加(jia)工人工缺(que)陷(xian)，分(fen)別有不通孔、橫向(xiang)(xiang)刻(ke)槽以及斜向(xiang)(xiang)刻(ke)槽，如圖(tu)4-27所示(shi)。用霍(huo)爾(er)元件(jian)拾取漏磁場法向(xiang)(xiang)分(fen)量，通過改變霍(huo)爾(er)元件(jian)與(yu)鋼板表面之間的距(ju)離，即提離值h的大小，考察各人(ren)工缺陷(xian)在正面和反面檢(jian)測時信號(hao)峰-峰值的差異。鋼(gang)板漏磁(ci)檢(jian)測試驗(yan)平(ping)臺如圖4-28所示，試驗(yan)鋼(gang)板厚(hou)度(du)、寬(kuan)度(du)和長度(du)分別為9.6mm、100mm和1000mm，采用(yong)電火(huo)花(hua)和機(ji)械加(jia)工方法制作人(ren)工缺陷(xian)，見表4-10，刻槽(cao)長度(du)均(jun)為40.0mm，寬(kuan)度(du)均(jun)為1.0mm。磁(ci)化(hua)器采用(yong)穿過式直流磁(ci)化(hua)線(xian)圈，確保鋼(gang)板被軸向磁(ci)化(hua)至飽(bao)和狀態。

  試驗獲得的(de)(de)人工(gong)缺(que)陷正面(mian)檢測和背面(mian)檢測對(dui)應的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與(yu)提離值(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)中可以(yi)看(kan)出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)(de)遞(di)減趨勢(shi)雖然相同，但兩(liang)者(zhe)的(de)(de)變化(hua)速率則有明顯區(qu)別(bie)，內(nei)部(bu)缺(que)陷信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)（h）隨提離值(zhi)的(de)(de)增加遞(di)減平緩(huan)，而外部(bu)缺(que)陷信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減陡(dou)峭，當提離值(zhi)大于1.0mm后，內(nei)、外部(bu)缺(que)陷信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)均呈現出平緩(huan)的(de)(de)變化(hua)趨勢(shi)。

 2. 雙層梯度(du)檢測方法 

   根據和(he)Vinpp(h）提(ti)離(li)特性的不同(tong)，提(ti)出(chu)一(yi)種雙層梯(ti)度(du)檢測(ce)方法，即沿著相同(tong)法線(xian)方向的不同(tong)提(ti)離(li)值(zhi)處(chu)布置(zhi)兩(liang)個測(ce)點，通過獲(huo)取測(ce)點處(chu)缺陷漏磁(ci)場法向分量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在(zai)提(ti)離(li)方向上(shang)的衰減率(lv)作為(wei)評判指標，也即

   其(qi)中，衰(shuai)減(jian)率R實(shi)際上是利用(yong)兩測(ce)(ce)點的(de)(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)點的(de)(de)(de)提(ti)離值(zhi)差(cha)Δh之(zhi)比來(lai)實(shi)現的(de)(de)(de)。當Δh足夠小時，可(ke)以視為函數Vpp(h)在(zai)h方向上的(de)(de)(de)梯(ti)度，由于檢測(ce)(ce)元件具有(you)一定(ding)厚(hou)度，兩個測(ce)(ce)點間(jian)的(de)(de)(de)間(jian)隔不可(ke)能無限小，實(shi)際應用(yong)中，只(zhi)有(you)當內、外(wai)部缺陷峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)(de)衰(shuai)減(jian)率R1a之(zhi)間(jian)存在(zai)明(ming)顯(xian)差(cha)異時，才(cai)有(you)可(ke)能有(you)效應用(yong)于內、外(wai)部缺陷的(de)(de)(de)區分。為便于論述，對應于內部缺陷和(he)外(wai)部缺陷檢測(ce)(ce)信號，衰(shuai)減(jian)率分別記(ji)為和(he)ERdoPlyI

   從圖4-29和圖4-30中可(ke)以看出，在不同提(ti)離(li)(li)值下(xia)，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化趨勢(shi)僅在一定(ding)區域(yu)具有明顯(xian)差異。在此區域(yu)，外部缺陷(xian)檢測(ce)信號峰-峰值Vexpp(h)隨提(ti)離(li)(li)值的增加(jia)劇烈減小，而內部缺陷(xian)檢測(ce)信號峰-峰值Vinpp(h)）的變化程(cheng)度相對緩慢。

  當h分(fen)別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shi)，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比分(fen)析，發現(xian)提離值為0.3mm與0.7mm時(shi)，內(nei)、外部(bu)缺陷峰(feng)-峰(feng)值衰減(jian)率有明顯差異(yi)，見(jian)表(biao)4-11。

   采用不同厚度的鋼板進一步試驗，缺(que)陷(xian)參數(shu)和峰(feng)-峰(feng)值衰減率見(jian)表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通過大(da)量對比試驗可以發(fa)現(xian)，提離(li)值分(fen)別(bie)取0.3mm與0.7mm時，內、外部缺(que)(que)陷(xian)衰減率(lv)差異較為穩定，無論缺(que)(que)陷(xian)形態特(te)征(zheng)如何(he)，內、外部缺(que)(que)陷(xian)的(de)衰減率(lv)均(jun)有較大(da)差異。從上述列表中的(de)數值可以看出，衰減率(lv)的(de)量值并(bing)不(bu)隨缺(que)(que)陷(xian)的(de)其他特(te)征(zheng)（如裂紋的(de)走向、形狀等）的(de)改變而發(fa)生大(da)的(de)變化(hua)。此外，隨著(zhu)被檢測鋼(gang)板厚(hou)度(du)的(de)加大(da)，內、外部缺(que)(que)陷(xian)的(de)衰減率(lv)差別(bie)更大(da)。

二、內、外部缺陷位置區分特征量

  對于相同尺(chi)寸的(de)內、外部(bu)(bu)缺陷，在不同提(ti)離位置上的(de)兩(liang)個測點處得到的(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，外部(bu)(bu)缺陷信號明(ming)顯(xian)大于內部(bu)(bu)缺陷信號。為此，提(ti)出歸一(yi)化(hua)的(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，同時得到歸一(yi)化(hua)衰減(jian)率Rid，即

  其中，Vpp(z)對應(ying)外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)為(wei)(wei)，對應(ying)內(nei)(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)時(shi)(shi)為(wei)(wei)Vinpp(z)。為(wei)(wei)便于表達，將外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)和內(nei)(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)歸一化衰減率分別記為(wei)(wei)ERid和IRido實際檢測時(shi)(shi)，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)信號對應(ying)的是外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)還是內(nei)(nei)部(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)。

  進一步，試(shi)驗驗證將歸一化衰減率作為不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)區分(fen)標準(zhun)的(de)可行性，設(she)計雙層(ceng)霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)(jian)陣列封裝檢測探頭，結(jie)構及實物如(ru)圖4-31所示。采用(yong)(yong)厚度為0.3mm的(de)聚甲(jia)醛片作為耐磨片，微型霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)(jian)厚度為0.4mm，最終(zhong)形成雙層(ceng)霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)(jian)相(xiang)對于(yu)不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管表面提離(li)(li)距離(li)(li)分(fen)別為0.3mm和0.7mm。選用(yong)(yong)厚度為9.35mm、外(wai)徑(jing)為88.9mm的(de)鋼(gang)管作為試(shi)件(jian)(jian)，采用(yong)(yong)電火(huo)花及機械加工(gong)(gong)方(fang)法在不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)管上加工(gong)(gong)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)，見(jian)表4-16，采用(yong)(yong)直流磁化線圈(quan)對鋼(gang)管進行軸向磁化，檢測速度保(bao)持穩定。

  通(tong)(tong)過試驗數據(ju)計(ji)算歸一(yi)化衰減率(lv)，見表4-16，并(bing)繪制成(cheng)如圖(tu)4-32所示的(de)分布圖(tu)。從(cong)圖(tu)中可以發現，不銹鋼管中內、外部缺陷具有較(jiao)明顯的(de)量值差異。該方法區分正確率(lv)高，然而探頭(tou)系統(tong)較(jiao)為復雜(za)，需要(yao)更多的(de)通(tong)(tong)道(dao)數來實現冗余檢測(ce)，因此一(yi)般用于(yu)高品(pin)質不銹鋼管的(de)檢測(ce)。

  內、外部缺陷區分是不(bu)銹鋼管漏(lou)磁(ci)檢測(ce)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、外部缺(que)陷區(qu)分(fen)方法(fa)都各有(you)優缺(que)點，沒(mei)有(you)一種方法(fa)可100％正確區(qu)分(fen)。在選擇(ze)缺(que)陷區(qu)分(fen)方法(fa)時，要根據檢測要求、工件特(te)性、缺(que)陷類(lei)型、使用工況(kuang)以及(ji)設備成本來選擇(ze)合(he)適有(you)效的內、外部缺(que)陷區(qu)分(fen)方法(fa)。