前(qian)面所述的(de)基于(yu)中心頻率(lv)、中心斜率(lv)和數字信號(hao)差(cha)分的(de)三(san)種方法均屬于(yu)信號(hao)后處(chu)(chu)理方法，是對檢測(ce)結果的(de)進一(yi)步處(chu)(chu)理。這里(li)，介(jie)紹(shao)一(yi)種基于(yu)傳(chuan)感器(qi)布置的(de)雙層梯度檢測(ce)方法，它通(tong)過(guo)特(te)殊的(de)傳(chuan)感器(qi)陣列布置及(ji)其處(chu)(chu)理方法來區分缺陷的(de)位(wei)置。具體實施方法為：從冗余(yu)檢測(ce)出發，

  在法向(xiang)上(shang)(shang)布置(zhi)兩層陣列磁(ci)敏(min)感元件(jian)，實現兩個特定(ding)間(jian)隔(ge)測(ce)點的(de)梯度檢測(ce)，并對(dui)得(de)到的(de)檢測(ce)信(xin)號進行(xing)對(dui)比分析，然后(hou)利用(yong)內、外部缺(que)陷的(de)檢測(ce)信(xin)號峰-峰值在提離方向(xiang)上(shang)(shang)的(de)衰(shuai)減率進行(xing)評判。最后(hou)，構建(jian)出歸一化衰(shuai)減率作(zuo)為評判參數來對(dui)缺(que)陷的(de)內、外位置(zhi)進行(xing)評判。

一、內、外部缺陷檢測信號的(de)提離特性和(he)雙層(ceng)梯度檢測

  當考慮不(bu)(bu)同(tong)的(de)傳感器提(ti)離值時(shi)，實(shi)際(ji)上(shang)檢測(ce)(ce)得到的(de)數字(zi)信號是關于不(bu)(bu)同(tong)提(ti)離平面上(shang)的(de)一組信號序列。如圖(tu)4-26所(suo)示，下(xia)面討論漏磁(ci)場法向(xiang)分量在不(bu)(bu)同(tong)提(ti)離值h下(xia)的(de)檢測(ce)(ce)信號峰-峰值變(bian)化規律，并將內、外部缺(que)陷檢測(ce)(ce)信號的(de)峰-峰值分別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特性 

   采用(yong)(yong)鋼板(ban)進(jin)行內、外(wai)部缺陷(xian)(xian)提離(li)特性試驗，在其表面(mian)加工人工缺陷(xian)(xian)，分別有(you)不通孔、橫向(xiang)刻槽以及斜向(xiang)刻槽，如圖4-27所示。用(yong)(yong)霍爾元(yuan)件拾取(qu)漏磁(ci)場法向(xiang)分量，通過改變(bian)霍爾元(yuan)件與(yu)鋼板(ban)表面(mian)之間的(de)距離(li)，即提離(li)值h的(de)大小(xiao)，考察各人工(gong)缺(que)陷(xian)在正面(mian)和反面(mian)檢測(ce)時信號峰(feng)-峰(feng)值的差異。鋼(gang)板漏磁檢測(ce)試驗平臺(tai)如圖4-28所示(shi)，試驗鋼(gang)板厚度(du)、寬度(du)和長度(du)分別為9.6mm、100mm和1000mm，采用(yong)電(dian)火花和機械加工(gong)方法制作人工(gong)缺(que)陷(xian)，見(jian)表4-10，刻槽長度(du)均為40.0mm，寬度(du)均為1.0mm。磁化(hua)(hua)器(qi)采用(yong)穿過式(shi)直流(liu)磁化(hua)(hua)線圈(quan)，確保鋼(gang)板被(bei)軸向磁化(hua)(hua)至飽和狀(zhuang)態。

  試驗獲(huo)得的(de)(de)人工缺(que)陷正面(mian)檢測和背面(mian)檢測對應的(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提(ti)(ti)離(li)值(zhi)h之間的(de)(de)擬合曲線簇(cu)，如(ru)圖(tu)4-29和圖(tu)4-30所示。從圖(tu)中可以看出，峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)(de)遞(di)減趨勢(shi)雖(sui)然相同，但兩者的(de)(de)變化速率則有明顯區別，內部缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)（h）隨(sui)提(ti)(ti)離(li)值(zhi)的(de)(de)增加遞(di)減平(ping)緩，而外部缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減陡峭，當提(ti)(ti)離(li)值(zhi)大于1.0mm后，內、外部缺(que)陷信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)值(zhi)均呈現出平(ping)緩的(de)(de)變化趨勢(shi)。

 2. 雙層梯(ti)度檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)離特性的不(bu)同(tong)，提(ti)出一種雙層(ceng)梯度檢測方(fang)法(fa)(fa)，即沿著相(xiang)同(tong)法(fa)(fa)線(xian)方(fang)向的不(bu)同(tong)提(ti)離值(zhi)處布置兩個測點(dian)，通過(guo)獲取測點(dian)處缺陷漏(lou)磁(ci)場法(fa)(fa)向分量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在提(ti)離方(fang)向上(shang)的衰減率(lv)作為評判(pan)指標，也即

   其(qi)中，衰減(jian)率R實際上(shang)是利用兩測(ce)點的峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差ΔVpp(h)與(yu)兩測(ce)點的提(ti)離(li)值(zhi)差Δh之比來實現的。當Δh足夠小時，可以(yi)視為函(han)數Vpp(h)在h方(fang)向(xiang)上(shang)的梯度(du)，由(you)于檢測(ce)元(yuan)件具有一定厚度(du)，兩個測(ce)點間(jian)的間(jian)隔不可能無限(xian)小，實際應用中，只有當內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vpp(h)）的衰減(jian)率R1a之間(jian)存(cun)在明顯差異(yi)時，才有可能有效應用于內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷的區分。為便于論述，對應于內(nei)部(bu)缺陷和外(wai)部(bu)缺陷檢測(ce)信號，衰減(jian)率分別記為和ERdoPlyI

   從(cong)圖(tu)(tu)4-29和圖(tu)(tu)4-30中(zhong)可以(yi)看出，在(zai)不同提(ti)(ti)離值(zhi)(zhi)(zhi)下，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化趨(qu)勢僅在(zai)一定區域具(ju)有明(ming)顯(xian)差異。在(zai)此區域，外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨提(ti)(ti)離值(zhi)(zhi)(zhi)的增加劇烈減小，而內部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的變化程度相對緩慢(man)。

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

   采用(yong)不同(tong)厚度的(de)鋼板進一步試(shi)驗，缺陷參數和峰-峰值衰(shuai)減率見表4-12～表4-15。

   通過大量對比試驗可以發現，提離(li)值(zhi)分別取0.3mm與(yu)0.7mm時，內、外(wai)部缺陷(xian)衰(shuai)減率(lv)差(cha)異(yi)較(jiao)為穩定，無論缺陷(xian)形態特(te)征(zheng)如(ru)何，內、外(wai)部缺陷(xian)的衰(shuai)減率(lv)均有(you)較(jiao)大差(cha)異(yi)。從上述(shu)列表中(zhong)的數值(zhi)可以看出，衰(shuai)減率(lv)的量值(zhi)并(bing)不(bu)隨缺陷(xian)的其他特(te)征(zheng)（如(ru)裂紋的走(zou)向、形狀等）的改變(bian)而發生大的變(bian)化(hua)。此外(wai)，隨著被檢(jian)測鋼板厚度的加大，內、外(wai)部缺陷(xian)的衰(shuai)減率(lv)差(cha)別更大。

二、內、外部缺陷位置區分特征量

  對(dui)于相同(tong)尺寸的(de)(de)(de)內、外部缺陷(xian)，在不同(tong)提離位置(zhi)上的(de)(de)(de)兩(liang)個測點處(chu)得到的(de)(de)(de)峰-峰值(zhi)(zhi)差(cha)值(zhi)(zhi)，外部缺陷(xian)信(xin)號明顯大于內部缺陷(xian)信(xin)號。為此，提出(chu)歸一化的(de)(de)(de)峰-峰值(zhi)(zhi)差(cha)值(zhi)(zhi)，同(tong)時得到歸一化衰減率Rid，即

  其(qi)中，Vpp(z)對應外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為，對應內(nei)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為Vinpp(z)。為便(bian)于表達，將外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)和(he)內(nei)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)歸(gui)一(yi)化衰減率分別(bie)記為ERid和(he)IRido實際檢測時，用Rid來(lai)辨別(bie)缺(que)陷(xian)(xian)信號對應的是外部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)還是內(nei)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)(xian)。

  進(jin)一(yi)(yi)步，試驗驗證將歸一(yi)(yi)化(hua)(hua)衰減率(lv)作為(wei)不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)內(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷區分標準(zhun)的(de)可行性(xing)，設計(ji)雙層霍(huo)(huo)爾(er)元件(jian)(jian)陣(zhen)列封裝檢測探頭，結(jie)構及(ji)實(shi)物如圖4-31所示(shi)。采用(yong)厚(hou)(hou)度(du)為(wei)0.3mm的(de)聚甲醛(quan)片作為(wei)耐(nai)磨片，微(wei)型霍(huo)(huo)爾(er)元件(jian)(jian)厚(hou)(hou)度(du)為(wei)0.4mm，最(zui)終形成(cheng)雙層霍(huo)(huo)爾(er)元件(jian)(jian)相對(dui)于不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)表(biao)面提離(li)距離(li)分別為(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚(hou)(hou)度(du)為(wei)9.35mm、外(wai)(wai)徑為(wei)88.9mm的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)作為(wei)試件(jian)(jian)，采用(yong)電火(huo)花及(ji)機械加(jia)工方法在(zai)不銹鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)上(shang)加(jia)工內(nei)、外(wai)(wai)部缺(que)陷，見(jian)表(biao)4-16，采用(yong)直流磁化(hua)(hua)線(xian)圈對(dui)鋼(gang)管(guan)(guan)(guan)進(jin)行軸向(xiang)磁化(hua)(hua)，檢測速度(du)保持穩定。

  通(tong)(tong)過試驗數據計算歸(gui)一化衰減率，見表4-16，并(bing)繪制成如圖(tu)(tu)4-32所示的分(fen)布圖(tu)(tu)。從圖(tu)(tu)中(zhong)可以發現，不銹(xiu)鋼管(guan)中(zhong)內、外(wai)部缺陷具有較明顯的量值差(cha)異。該方法區分(fen)正確率高(gao)，然而探(tan)頭系統較為復雜，需要更多的通(tong)(tong)道(dao)數來實現冗余(yu)檢測，因此(ci)一般用(yong)于高(gao)品質(zhi)不銹(xiu)鋼管(guan)的檢測。

  內、外部缺陷區分是不(bu)銹鋼(gang)管(guan)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)(xian)區(qu)(qu)分方(fang)法(fa)(fa)都各有(you)優缺(que)點，沒有(you)一種(zhong)方(fang)法(fa)(fa)可100％正(zheng)確區(qu)(qu)分。在(zai)選(xuan)(xuan)擇(ze)缺(que)陷(xian)(xian)區(qu)(qu)分方(fang)法(fa)(fa)時，要(yao)根(gen)據檢測要(yao)求、工件特(te)性(xing)、缺(que)陷(xian)(xian)類(lei)型(xing)、使用(yong)工況(kuang)以(yi)及設備成本來選(xuan)(xuan)擇(ze)合適有(you)效的內、外部缺(que)陷(xian)(xian)區(qu)(qu)分方(fang)法(fa)(fa)。