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，將不銹鋼管內、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、基于檢測信號中心(xin)頻率的區分方法
內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)在(zai)檢(jian)測空間產生的(de)(de)漏磁(ci)場(chang)強度(du)相對較(jiao)(jiao)弱(ruo)，但空間分布范(fan)圍相對較(jiao)(jiao)大。因此，內(nei)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)的(de)(de)突變(bian)時間持(chi)續較(jiao)(jiao)長；在(zai)頻(pin)域上，檢(jian)測信號(hao)的(de)(de)中心頻(pin)率相對較(jiao)(jiao)低。相反，外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)的(de)(de)中心頻(pin)率較(jiao)(jiao)高，突變(bian)相對陡峭。根據(ju)上述特(te)點，采用合(he)理的(de)(de)帶通濾波(bo)(bo)器、高通濾波(bo)(bo)器以及觸發門限(xian)電路(lu)，針(zhen)對內(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)的(de)(de)頻(pin)域特(te)征，設置(zhi)相應的(de)(de)截止頻(pin)率，將濾波(bo)(bo)后的(de)(de)輸出信號(hao)幅度(du)進行對比，可達到(dao)區分內(nei)、外(wai)(wai)(wai)部(bu)(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)。
如圖4-6所示，將檢測信(xin)號(hao)分(fen)別利用高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器與(yu)(yu)帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器進(jin)行濾(lv)波(bo)處理。其(qi)中(zhong)，設置帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器的(de)上、下限頻率(lv)時需(xu)包(bao)含內(nei)(nei)(nei)、外部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)頻段，也即，內(nei)(nei)(nei)、外部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)在(zai)通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)器后(hou)均不(bu)會引起波(bo)形特征(zheng)上的(de)變化，僅(jin)僅(jin)濾(lv)除高頻與(yu)(yu)低(di)頻噪聲信(xin)號(hao)，并將該輸出量(liang)視為A通(tong)(tong)路，輸出信(xin)號(hao)記為XA(t)）。另外設立通(tong)(tong)路B，即高通(tong)(tong)濾(lv)波(bo)支路，它(ta)能夠使得頻率(lv)較低(di)的(de)內(nei)(nei)(nei)部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)在(zai)強度上明顯削弱(ruo)，而(er)外部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)強度基本不(bu)變，輸出信(xin)號(hao)記為XB(t)。進(jin)一步，將兩種濾(lv)波(bo)系統(tong)的(de)輸出量(liang)XA(t)與(yu)(yu)XB(t)進(jin)行對比，從而(er)可獲得內(nei)(nei)(nei)、外部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)檢測信(xin)號(hao)的(de)判(pan)據。
從圖4-6中(zhong)可以看出，采用中(zhong)心(xin)頻(pin)率比較(jiao)法識別(bie)缺(que)陷的(de)位置時具有很好的(de)邏輯性。但(dan)必須(xu)注意(yi)的(de)是(shi)，由于檢測信(xin)號(hao)頻(pin)率與檢測速度有關，因此(ci)檢測過(guo)程(cheng)中(zhong)速度必須(xu)保持恒定。如果檢測速度發生變化，則需重新(xin)調整濾波(bo)器的(de)各濾波(bo)截止(zhi)頻(pin)率。
二、缺陷形態特征對中心頻率法的影響
除缺(que)陷(xian)(xian)位置外，缺(que)陷(xian)(xian)的其他形態(tai)特征也會影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)的中心(xin)頻率(lv)，因(yin)此(ci)，采用該區分方(fang)法時(shi)需要(yao)綜合考慮各種因(yin)素的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。下面扼要(yao)介紹缺(que)陷(xian)(xian)形狀、走向(xiang)和深(shen)度對基于中心(xin)頻率(lv)區分方(fang)法的影(ying)(ying)響(xiang)(xiang)。
模擬濾(lv)(lv)波(bo)與(yu)(yu)數字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)都是改變(bian)信號(hao)中(zhong)所包含(han)頻率成(cheng)分(fen)的(de)相(xiang)對(dui)比例，或是濾(lv)(lv)除(chu)某種頻率成(cheng)分(fen)的(de)系統(tong)。數字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)具(ju)有精(jing)度高、穩定(ding)、靈活、不要求阻抗匹(pi)配等優勢(shi)。這(zhe)里，選用巴特(te)沃(wo)斯濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)，即幅(fu)頻特(te)性(xing)曲(qu)線在(zai)通帶(dai)與(yu)(yu)阻帶(dai)內均為單(dan)調(diao)遞減函數。綜合考(kao)慮通帶(dai)與(yu)(yu)阻帶(dai)的(de)變(bian)化速(su)度及內、外部(bu)缺(que)陷(xian)信號(hao)的(de)頻帶(dai)范圍，設定(ding)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)為四階(jie)。下面(mian)分(fen)別從幾種典型缺(que)陷(xian)形(xing)態特(te)征出(chu)發，對(dui)各種人工缺(que)陷(xian)進行試驗(yan)區分(fen)，觀察檢測(ce)信號(hao)在(zai)經過數字(zi)濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)之(zhi)后幅(fu)值的(de)變(bian)化。
1. 缺(que)陷形狀對檢測信(xin)號頻率成(cheng)分的影響
不銹(xiu)鋼管漏磁檢測(ce)標(biao)準中，人工缺(que)陷通(tong)(tong)常選用通(tong)(tong)孔或刻槽(cao)，對不通(tong)(tong)孔未(wei)加說(shuo)明(ming)。在鋼管的(de)實際使用過(guo)程中，受(shou)到高壓沖(chong)刷、腐(fu)蝕等眾多因(yin)素的(de)影響(xiang)，鋼管上(shang)形(xing)成的(de)腐(fu)蝕坑十分(fen)普遍。因(yin)此，在分(fen)析缺(que)陷形(xing)狀對檢測(ce)信號(hao)(hao)中心頻率成分(fen)的(de)影響(xiang)時，采用不通(tong)(tong)孔、裂(lie)紋和通(tong)(tong)孔作為檢測(ce)對象，研究各(ge)類缺(que)陷信號(hao)(hao)在經過(guo)濾波系統后(hou)輸出量之間的(de)差異。
建立不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)漏磁自動化檢(jian)測(ce)系統，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)螺(luo)旋前進(jin)，螺(luo)距為105mm，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)直徑(jing)為139.7mm，壁厚為8.5mm，采用電火花加工(gong)方(fang)(fang)法在內(nei)、外管(guan)(guan)壁加工(gong)周(zhou)向(xiang)和軸向(xiang)刻槽，寬度均為0.8mm；采用機械加工(gong)的(de)方(fang)(fang)法，在鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)外壁面上加工(gong)直徑(jing)為3.2mm、深度為2.0mm的(de)外部(bu)不通(tong)孔和直徑(jing)為1.6mm的(de)通(tong)孔。檢(jian)測(ce)過程中(zhong)，保證鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的(de)行進(jin)與旋轉速(su)度恒(heng)定不變(bian)，以消除傳(chuan)感(gan)器掃(sao)查速(su)度變(bian)化對檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)影響，獲(huo)得的(de)檢(jian)測(ce)原始信(xin)號波形如圖(tu)4-7所示(shi)。
經過不同(tong)截止頻率(lv)的高通濾波器之(zhi)后，檢測缺陷信(xin)號輸出(chu)如圖4-8和圖4-9所(suo)示(shi)。
可以看出(chu)，經過截止頻率為540Hz的(de)高通(tong)濾(lv)波器之后，N10的(de)內傷可以很(hen)好地被(bei)削弱，直(zhi)至從信(xin)(xin)號(hao)輸出(chu)中完(wan)全消失。然(ran)而，同(tong)在鋼(gang)管外(wai)表壁但形狀不(bu)(bu)同(tong)的(de)直(zhi)徑(jing)為3.2mm的(de)外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)的(de)檢測信(xin)(xin)號(hao)變化規律與N5外(wai)表面(mian)刻槽不(bu)(bu)同(tong)：外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)檢測信(xin)(xin)號(hao)同(tong)樣受到了高通(tong)濾(lv)波的(de)影響而被(bei)嚴重削弱，當內部缺陷信(xin)(xin)號(hao)被(bei)濾(lv)波消除后，外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔(kong)的(de)檢測信(xin)(xin)號(hao)也被(bei)濾(lv)除。這(zhe)說明如(ru)果對外(wai)腐蝕坑采用(yong)基于中心頻率的(de)區分方法(fa)，檢測結果可能會(hui)出(chu)現誤判的(de)情況。
2. 缺陷走向對(dui)檢(jian)測信(xin)號頻(pin)率(lv)成(cheng)分的影響
不(bu)銹鋼管(guan)在(zai)生產(chan)或使用(yong)過(guo)程(cheng)中如果受到扭轉載(zai)荷(he)與(yu)軸向(xiang)力的(de)同時作用(yong)，容易在(zai)管(guan)壁內、外(wai)表(biao)面形成與(yu)管(guan)材(cai)軸線方向(xiang)既不(bu)垂(chui)直(zhi)也不(bu)平行的(de)裂紋(wen)，使得(de)漏磁(ci)(ci)(ci)檢測過(guo)程(cheng)中無(wu)論是被周向(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化或是軸向(xiang)磁(ci)(ci)(ci)化，都無(wu)法滿(man)足(zu)管(guan)材(cai)中磁(ci)(ci)(ci)力線與(yu)缺陷走(zou)向(xiang)相垂(chui)直(zhi)的(de)要求。而且，就目前不(bu)銹鋼管(guan)漏磁(ci)(ci)(ci)檢測系(xi)統(tong)中使用(yong)的(de)磁(ci)(ci)(ci)化裝(zhuang)置來看(kan)，裂紋(wen)的(de)走(zou)向(xiang)在(zai)絕大多數情況下與(yu)磁(ci)(ci)(ci)力線方向(xiang)成斜(xie)向(xiang)夾(jia)角，即兩者之間并非處于相互垂(chui)直(zhi)的(de)狀態。
裂紋(wen)的(de)走向對漏磁場強度與(yu)分布影響較大，這一(yi)點可以(yi)通過(guo)檢(jian)測信號的(de)波形特征反映出來，進一(yi)步也必然會引起檢(jian)測信號中心頻(pin)率(lv)(lv)的(de)變化(hua)，從而會影響基于中心頻(pin)率(lv)(lv)方法的(de)內、外(wai)部(bu)裂紋(wen)區分準確(que)率(lv)(lv)。
采用電(dian)火花加工方式，在鋼(gang)(gang)管上加工N5（缺陷(xian)深(shen)度(du)占壁厚(hou)的(de)5％）內(nei)、外(wai)部(bu)軸向刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)（也即縱向刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)）、45°外(wai)部(bu)斜向刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)以及不(bu)通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢(jian)測(ce)信號(hao)通過(guo)不(bu)同截(jie)止(zhi)頻率濾波(bo)器(qi)后(hou)的(de)信號(hao)輸出。不(bu)難(nan)發現(xian)：雖然處于鋼(gang)(gang)管外(wai)部(bu)，45°外(wai)部(bu)斜向刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)與內(nei)部(bu)缺陷(xian)一(yi)(yi)樣，檢(jian)測(ce)信號(hao)發生(sheng)了嚴重(zhong)的(de)削弱(ruo)，從而無法得到(dao)與軸向、周向標準(zhun)刻(ke)(ke)(ke)槽(cao)區分一(yi)(yi)致的(de)評(ping)判結果。
究其原因，斜向(xiang)(xiang)外部(bu)裂紋的走(zou)向(xiang)(xiang)與磁化場(chang)(chang)之間的夾角呈非(fei)垂直狀態(tai)，形成的漏磁場(chang)(chang)強度相對較弱，在(zai)(zai)檢測空間上也趨(qu)于分(fen)散(san)，從而導致斜向(xiang)(xiang)裂紋檢測信號在(zai)(zai)頻域(yu)內(nei)可能(neng)會被誤判為內(nei)部(bu)缺陷。
3. 缺陷深度對檢測信(xin)號(hao)頻(pin)率成分的影響
缺陷的(de)深度(du)直接決(jue)定了管(guan)材的(de)使(shi)用性(xing)能。在管(guan)材的(de)實際使(shi)用過程(cheng)中，根據工作環(huan)境的(de)不同，位于鋼管(guan)不同表面(mian)（內(nei)表面(mian)或外表面(mian)）的(de)具有相(xiang)同深度(du)的(de)缺陷對管(guan)材性(xing)能的(de)影響會不一樣(yang)。這里討論缺陷深度(du)對檢測信號頻率(lv)成分的(de)影響。
仍然選用不(bu)(bu)銹鋼管作為試(shi)件，在距管端250mm的圓周方向(xiang)(xiang)上加(jia)工N20（缺(que)陷深度占壁厚的20％）周向(xiang)(xiang)內部(bu)刻(ke)槽(cao)和N10（缺(que)陷深度占壁厚的10％）周向(xiang)(xiang)外部(bu)刻(ke)槽(cao)。經過試(shi)驗發(fa)現，通過不(bu)(bu)同截止頻(pin)率的高通濾(lv)波系(xi)統處理后，深度較(jiao)大的內部(bu)刻(ke)槽(cao)檢測信號始終難以被有效濾(lv)除，如(ru)圖4-12所示。
三、基于檢測信號中心頻率(lv)區分方法的適應性
通過上述試驗分(fen)(fen)(fen)析(xi)可以(yi)看(kan)出(chu)，檢測信(xin)號(hao)中心頻率(lv)的(de)(de)影響(xiang)因素較多(duo)，如圖4-13所示(shi)，其對缺陷(xian)(xian)的(de)(de)形狀、走向(xiang)和(he)深度(du)等具有代表性的(de)(de)形態特征均十分(fen)(fen)(fen)敏感。這(zhe)充分(fen)(fen)(fen)說明了信(xin)號(hao)的(de)(de)頻率(lv)成分(fen)(fen)(fen)在(zai)描述缺陷(xian)(xian)位置時(shi)并不(bu)(bu)具有完備的(de)(de)表達能力。究(jiu)其原因，利用中心頻率(lv)區分(fen)(fen)(fen)內、外部缺陷(xian)(xian)，是以(yi)低維度(du)信(xin)息量去評判具有高(gao)維度(du)信(xin)息的(de)(de)檢測對象(xiang)，因而，也就(jiu)不(bu)(bu)可避免(mian)地碰到信(xin)息維度(du)過少而造成評判時(shi)模棱兩可的(de)(de)尷尬(ga)局面。
中心(xin)頻(pin)率比較法，可以對某(mou)些特(te)定(ding)類(lei)型缺陷(xian)進行位置特(te)征判別(bie)。但由于判定(ding)指標的(de)成因(yin)并(bing)(bing)不具有唯一性，因(yin)此，該方法并(bing)(bing)不能保證(zheng)對所有類(lei)型缺陷(xian)實(shi)現正確區分。
