不銹鋼管內、外部缺陷產生的漏磁檢測信號頻率成分存在差異。根據這種差異，借助于電路或數字濾波器，將不銹(xiu)鋼(gang)管內、外部缺陷檢測信號的頻率進行對比，可以達到內、外部缺陷區分的目的。下面扼要介紹基于檢測信號中心頻率的區分方法。
一(yi)、基(ji)于(yu)檢測信(xin)號中心頻率的區分(fen)方法
內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)在檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)空(kong)(kong)間(jian)產生(sheng)的(de)漏磁場強(qiang)度(du)相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)弱，但空(kong)(kong)間(jian)分(fen)布范圍相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)大。因此(ci)，內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)突變(bian)時間(jian)持續(xu)較(jiao)(jiao)長；在頻(pin)(pin)(pin)域上(shang)，檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率相(xiang)對(dui)(dui)較(jiao)(jiao)低。相(xiang)反，外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)(pin)(pin)率較(jiao)(jiao)高(gao)，突變(bian)相(xiang)對(dui)(dui)陡峭。根據(ju)上(shang)述特(te)點，采用合(he)理的(de)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器、高(gao)通(tong)濾(lv)波(bo)器以及(ji)觸發(fa)門(men)限電路，針對(dui)(dui)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)(ce)信(xin)號(hao)的(de)頻(pin)(pin)(pin)域特(te)征(zheng)，設(she)置(zhi)相(xiang)應的(de)截(jie)止頻(pin)(pin)(pin)率，將濾(lv)波(bo)后的(de)輸出(chu)信(xin)號(hao)幅度(du)進行對(dui)(dui)比(bi)，可達(da)到區分(fen)內(nei)、外(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)目(mu)的(de)。
如圖4-6所示，將檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)分別利(li)用高通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)與(yu)帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)進(jin)行濾波(bo)(bo)處理。其中，設置帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)的(de)(de)(de)上(shang)、下限頻(pin)(pin)率時需包含內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)頻(pin)(pin)段(duan)，也(ye)即，內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)在通(tong)過帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)后均不會引起波(bo)(bo)形特征(zheng)上(shang)的(de)(de)(de)變化，僅(jin)僅(jin)濾除高頻(pin)(pin)與(yu)低(di)頻(pin)(pin)噪聲信(xin)號(hao)(hao)(hao)，并將該輸(shu)出(chu)量視為A通(tong)路，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)(hao)記為XA(t)）。另外(wai)(wai)設立通(tong)路B，即高通(tong)濾波(bo)(bo)支路，它能夠使得頻(pin)(pin)率較(jiao)低(di)的(de)(de)(de)內部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)在強(qiang)度上(shang)明顯削(xue)弱，而外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)強(qiang)度基本不變，輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)(hao)(hao)記為XB(t)。進(jin)一步，將兩種(zhong)濾波(bo)(bo)系統的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)量XA(t)與(yu)XB(t)進(jin)行對比(bi)，從而可獲得內、外(wai)(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)(hao)的(de)(de)(de)判據。
從圖4-6中可(ke)以看(kan)出，采用中心頻率(lv)比較法識(shi)別缺陷的(de)(de)位置時具有很好(hao)的(de)(de)邏(luo)輯性。但(dan)必(bi)須注意的(de)(de)是，由于檢(jian)測信號頻率(lv)與(yu)檢(jian)測速度有關(guan)，因(yin)此檢(jian)測過程中速度必(bi)須保持恒定。如果檢(jian)測速度發(fa)生(sheng)變化(hua)，則需重新調整濾(lv)波器(qi)的(de)(de)各(ge)濾(lv)波截止頻率(lv)。
二、缺陷形態特征對中(zhong)心頻(pin)率法(fa)的(de)影響
除缺(que)陷位置外，缺(que)陷的其他形態特(te)征也會影響(xiang)缺(que)陷的中(zhong)心頻(pin)率，因此，采用(yong)該區(qu)分方法時(shi)需要(yao)綜合考慮各種因素的影響(xiang)。下面扼要(yao)介紹(shao)缺(que)陷形狀、走向和深度對基于(yu)中(zhong)心頻(pin)率區(qu)分方法的影響(xiang)。
模擬濾(lv)(lv)波(bo)(bo)與數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)都(dou)是改變信號(hao)(hao)中所包含頻(pin)(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)的相對(dui)(dui)比例，或是濾(lv)(lv)除某種頻(pin)(pin)率(lv)成(cheng)分(fen)的系(xi)統。數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)具有精度(du)高、穩定、靈活、不(bu)要求(qiu)阻(zu)抗匹配等優(you)勢。這里，選用(yong)巴特(te)沃(wo)斯(si)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)，即幅頻(pin)(pin)特(te)性曲線在(zai)通帶(dai)與阻(zu)帶(dai)內均為(wei)單調遞減函數(shu)。綜合(he)考慮通帶(dai)與阻(zu)帶(dai)的變化速度(du)及內、外部缺(que)(que)陷信號(hao)(hao)的頻(pin)(pin)帶(dai)范圍，設定濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)為(wei)四階。下面分(fen)別從幾種典型缺(que)(que)陷形態(tai)特(te)征(zheng)出發，對(dui)(dui)各種人工缺(que)(que)陷進行(xing)試驗區(qu)分(fen)，觀察檢測信號(hao)(hao)在(zai)經過數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器(qi)之后幅值的變化。
1. 缺陷形狀(zhuang)對檢測信號頻率(lv)成分(fen)的影響
不銹鋼(gang)(gang)管(guan)漏(lou)磁檢測標準中(zhong)，人工缺(que)陷通(tong)常選用通(tong)孔(kong)(kong)(kong)或刻槽(cao)，對不通(tong)孔(kong)(kong)(kong)未加(jia)說(shuo)明。在鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)實際使用過(guo)程(cheng)中(zhong)，受到高壓沖刷、腐(fu)蝕等眾多因素的(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)(gang)管(guan)上(shang)形成(cheng)的(de)腐(fu)蝕坑十分普遍。因此，在分析(xi)缺(que)陷形狀對檢測信號中(zhong)心頻率成(cheng)分的(de)影(ying)響(xiang)時，采用不通(tong)孔(kong)(kong)(kong)、裂紋和通(tong)孔(kong)(kong)(kong)作為(wei)檢測對象，研究各類缺(que)陷信號在經過(guo)濾波系(xi)統后輸出量之間的(de)差異(yi)。
建立不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)漏磁自動化檢測系統，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)螺(luo)旋前進，螺(luo)距為(wei)(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)直徑為(wei)(wei)139.7mm，壁厚為(wei)(wei)8.5mm，采(cai)用電火花加(jia)工(gong)方法在內、外(wai)管(guan)(guan)(guan)壁加(jia)工(gong)周向和(he)軸向刻(ke)槽，寬度(du)(du)均(jun)為(wei)(wei)0.8mm；采(cai)用機械加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)方法，在鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)外(wai)壁面上(shang)加(jia)工(gong)直徑為(wei)(wei)3.2mm、深度(du)(du)為(wei)(wei)2.0mm的(de)(de)(de)外(wai)部不通(tong)孔和(he)直徑為(wei)(wei)1.6mm的(de)(de)(de)通(tong)孔。檢測過(guo)程中，保證鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)的(de)(de)(de)行進與旋轉速度(du)(du)恒定不變，以消除(chu)傳感器掃查(cha)速度(du)(du)變化對檢測信號(hao)的(de)(de)(de)影響，獲(huo)得的(de)(de)(de)檢測原(yuan)始信號(hao)波(bo)形如圖(tu)4-7所(suo)示(shi)。
經過不(bu)同截止(zhi)頻率(lv)的高(gao)通濾波(bo)器之后，檢測缺陷信(xin)號(hao)輸出如圖(tu)(tu)4-8和圖(tu)(tu)4-9所示。
可以(yi)看出，經過截止頻率為(wei)540Hz的(de)高(gao)通(tong)濾(lv)波器之后，N10的(de)內(nei)傷(shang)可以(yi)很好地被(bei)削弱(ruo)(ruo)，直至從信(xin)號(hao)輸出中完全(quan)消失。然而(er)，同在鋼管外(wai)表壁但形狀不(bu)(bu)同的(de)直徑為(wei)3.2mm的(de)外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)變化規律與N5外(wai)表面刻槽不(bu)(bu)同：外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)同樣受到了高(gao)通(tong)濾(lv)波的(de)影響而(er)被(bei)嚴重削弱(ruo)(ruo)，當內(nei)部缺(que)陷信(xin)號(hao)被(bei)濾(lv)波消除后，外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)也被(bei)濾(lv)除。這說明如果對外(wai)腐(fu)蝕坑采用基于中心頻率的(de)區分方法，檢(jian)測(ce)結果可能(neng)會(hui)出現誤(wu)判的(de)情況。
2. 缺(que)陷(xian)走(zou)向對檢測(ce)信號(hao)頻率成分的影(ying)響
不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)在生產或(huo)使(shi)用(yong)過程(cheng)中如果受到扭(niu)轉載荷與軸向力(li)(li)的(de)同時作(zuo)用(yong)，容易在管(guan)壁內(nei)、外表(biao)面形成與管(guan)材軸線(xian)方向既不垂(chui)直也(ye)不平行(xing)的(de)裂紋(wen)，使(shi)得漏磁檢測過程(cheng)中無(wu)論是被周向磁化(hua)或(huo)是軸向磁化(hua)，都無(wu)法(fa)滿足管(guan)材中磁力(li)(li)線(xian)與缺陷走向相(xiang)垂(chui)直的(de)要(yao)求。而且(qie)，就(jiu)目前不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)漏磁檢測系統中使(shi)用(yong)的(de)磁化(hua)裝置來看，裂紋(wen)的(de)走向在絕大多數情(qing)況下與磁力(li)(li)線(xian)方向成斜(xie)向夾(jia)角，即兩者之間(jian)并(bing)非處于相(xiang)互垂(chui)直的(de)狀態。
裂(lie)紋(wen)的(de)走向對(dui)漏磁(ci)場(chang)強度與分布影(ying)(ying)響較大，這(zhe)一點可以(yi)通過檢測信(xin)號的(de)波形特征反映(ying)出來，進(jin)一步(bu)也必然會引起(qi)檢測信(xin)號中心(xin)頻率的(de)變化，從(cong)而會影(ying)(ying)響基于(yu)中心(xin)頻率方法(fa)的(de)內、外部裂(lie)紋(wen)區分準確率。
采用電火花加(jia)工(gong)方(fang)式(shi)，在鋼管(guan)上加(jia)工(gong)N5（缺陷深度(du)占壁(bi)厚的(de)5％）內(nei)、外部軸向刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)（也(ye)即縱向刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)）、45°外部斜(xie)向刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)以及不通孔等。圖(tu)4-10和(he)圖(tu)4-11所示為原始檢測(ce)信號通過(guo)不同(tong)截止頻率(lv)濾波(bo)器后的(de)信號輸出。不難發(fa)現(xian)：雖然處于鋼管(guan)外部，45°外部斜(xie)向刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)與內(nei)部缺陷一(yi)樣(yang)，檢測(ce)信號發(fa)生了(le)嚴(yan)重(zhong)的(de)削(xue)弱，從而無法得到與軸向、周向標準(zhun)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)區分一(yi)致的(de)評判結果。
究其原因，斜向外部裂(lie)紋的走向與磁化場(chang)之(zhi)間的夾角呈非(fei)垂直狀態，形成(cheng)的漏磁場(chang)強度相對較(jiao)弱，在(zai)檢測空間上也(ye)趨于(yu)分散，從而導致(zhi)斜向裂(lie)紋檢測信號在(zai)頻域內可(ke)能會被(bei)誤(wu)判(pan)為內部缺陷(xian)。
3. 缺陷深度對檢測信號頻率成(cheng)分的影響(xiang)
缺(que)(que)陷的(de)(de)深度(du)直接決定了管材(cai)(cai)的(de)(de)使(shi)用性(xing)能。在管材(cai)(cai)的(de)(de)實(shi)際使(shi)用過程中，根據工(gong)作環境的(de)(de)不同(tong)，位(wei)于(yu)鋼管不同(tong)表(biao)面(mian)（內表(biao)面(mian)或外表(biao)面(mian)）的(de)(de)具(ju)有(you)相同(tong)深度(du)的(de)(de)缺(que)(que)陷對管材(cai)(cai)性(xing)能的(de)(de)影響(xiang)會不一樣。這里(li)討論缺(que)(que)陷深度(du)對檢測信號頻率成分的(de)(de)影響(xiang)。
仍然選用不銹鋼管(guan)作為試(shi)(shi)件，在(zai)距管(guan)端250mm的(de)(de)(de)圓周方向上(shang)加工N20（缺陷深度占(zhan)壁(bi)厚的(de)(de)(de)20％）周向內(nei)部刻槽和N10（缺陷深度占(zhan)壁(bi)厚的(de)(de)(de)10％）周向外(wai)部刻槽。經過(guo)試(shi)(shi)驗發現(xian)，通過(guo)不同截止頻(pin)率的(de)(de)(de)高(gao)通濾波系統(tong)處理(li)后，深度較(jiao)大的(de)(de)(de)內(nei)部刻槽檢(jian)測信號始(shi)終難以(yi)被有效濾除，如圖4-12所示。
三、基(ji)于(yu)檢(jian)測信號中心頻(pin)率區分方法的適應性
通(tong)過(guo)上(shang)述試驗(yan)分(fen)(fen)析可以看出，檢測(ce)信(xin)號(hao)中心頻率(lv)的(de)影響因素較多，如圖4-13所示，其對缺(que)陷(xian)的(de)形(xing)狀、走向(xiang)和(he)深度等(deng)具(ju)有代(dai)表(biao)性的(de)形(xing)態特(te)征均十分(fen)(fen)敏感(gan)。這(zhe)充分(fen)(fen)說(shuo)明了信(xin)號(hao)的(de)頻率(lv)成分(fen)(fen)在描述缺(que)陷(xian)位置(zhi)時(shi)(shi)并(bing)不具(ju)有完備的(de)表(biao)達(da)能(neng)力。究其原因，利用中心頻率(lv)區分(fen)(fen)內(nei)、外部缺(que)陷(xian)，是以低維度信(xin)息量去(qu)評判具(ju)有高維度信(xin)息的(de)檢測(ce)對象，因而，也就不可避(bi)免地碰(peng)到(dao)信(xin)息維度過(guo)少而造成評判時(shi)(shi)模棱兩可的(de)尷尬局面。
中心頻率(lv)比較法(fa)(fa)，可(ke)以(yi)對某(mou)些特定(ding)類型缺陷進(jin)行(xing)位置(zhi)特征判別(bie)。但由于(yu)判定(ding)指標(biao)的成(cheng)因并(bing)不(bu)具有(you)唯一性，因此，該(gai)方法(fa)(fa)并(bing)不(bu)能保證對所有(you)類型缺陷實現正確區分。
