前面所述的基(ji)于中(zhong)心頻率、中(zhong)心斜率和(he)數字信號差分的三種方法(fa)(fa)均屬于信號后處理方法(fa)(fa)，是對檢(jian)測結果的進(jin)一步處理。這(zhe)里，介紹一種基(ji)于傳(chuan)感器布(bu)置的雙層(ceng)梯度檢(jian)測方法(fa)(fa)，它通過特殊的傳(chuan)感器陣(zhen)列布(bu)置及其處理方法(fa)(fa)來區分缺陷的位置。具體實施方法(fa)(fa)為：從(cong)冗余檢(jian)測出發，

  在法(fa)向上布置兩(liang)層陣(zhen)列磁(ci)敏感元件(jian)，實現兩(liang)個特定(ding)間隔測(ce)點(dian)的(de)梯度檢(jian)測(ce)，并對得到(dao)的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)進(jin)行對比分析(xi)，然后利(li)用內、外部缺陷(xian)(xian)的(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)峰-峰值在提(ti)離方向上的(de)衰減率進(jin)行評判。最后，構建出歸一化衰減率作為評判參數(shu)來對缺陷(xian)(xian)的(de)內、外位置進(jin)行評判。

一(yi)、內、外(wai)部缺陷檢測(ce)信號的提離特性和雙層梯度檢測(ce)

  當考(kao)慮不(bu)同的(de)傳感器提(ti)離值(zhi)時，實際上檢(jian)測(ce)(ce)得(de)到的(de)數(shu)字信(xin)號是關于不(bu)同提(ti)離平(ping)面(mian)(mian)上的(de)一組信(xin)號序列。如圖4-26所(suo)示，下面(mian)(mian)討論漏磁場法向分量在(zai)不(bu)同提(ti)離值(zhi)h下的(de)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號峰-峰值(zhi)變(bian)化規(gui)律，并(bing)將內(nei)、外部缺陷檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)號的(de)峰-峰值(zhi)分別(bie)記為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離(li)特性(xing) 

   采用鋼板進行內(nei)、外(wai)部缺陷提離(li)特性試驗，在(zai)其表(biao)面加工人(ren)工缺陷，分(fen)別有不通(tong)孔、橫向刻(ke)槽以及斜向刻(ke)槽，如圖4-27所(suo)示。用霍(huo)爾元(yuan)件拾取漏磁場法向分(fen)量，通(tong)過改變霍(huo)爾元(yuan)件與鋼板表(biao)面之(zhi)間(jian)的距離(li)，即提離(li)值h的大小，考察(cha)各人工缺(que)陷在正(zheng)面和(he)(he)反面檢測時信號峰(feng)-峰(feng)值的差異(yi)。鋼板(ban)(ban)漏(lou)磁(ci)檢測試(shi)(shi)驗平臺如圖4-28所示，試(shi)(shi)驗鋼板(ban)(ban)厚度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)(he)長度(du)(du)分別為9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采用電火花和(he)(he)機械(xie)加工方法制作(zuo)人工缺(que)陷，見表4-10，刻槽長度(du)(du)均為40.0mm，寬度(du)(du)均為1.0mm。磁(ci)化(hua)器采用穿過式直流(liu)磁(ci)化(hua)線圈，確保鋼板(ban)(ban)被(bei)軸向磁(ci)化(hua)至飽和(he)(he)狀態。

  試(shi)驗(yan)獲得的(de)(de)人(ren)工缺(que)(que)陷(xian)正(zheng)面(mian)檢測(ce)和背面(mian)檢測(ce)對(dui)應的(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離(li)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)h之間的(de)(de)擬合曲線(xian)簇，如圖(tu)(tu)4-29和圖(tu)(tu)4-30所示。從圖(tu)(tu)中可以看出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)和（h）的(de)(de)遞(di)(di)減(jian)(jian)趨勢雖然(ran)相(xiang)同，但兩者(zhe)的(de)(de)變化速率則有明顯區(qu)別，內部(bu)缺(que)(que)陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)（h）隨提離(li)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)增(zeng)加(jia)遞(di)(di)減(jian)(jian)平緩，而外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞(di)(di)減(jian)(jian)陡(dou)峭，當提離(li)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)大(da)于1.0mm后，內、外部(bu)缺(que)(que)陷(xian)信號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)均呈(cheng)現出平緩的(de)(de)變化趨勢。

 2. 雙層(ceng)梯度檢測(ce)方法 

   根(gen)據(ju)和(he)Vinpp(h）提(ti)(ti)離(li)(li)特(te)性的不(bu)同，提(ti)(ti)出(chu)一種(zhong)雙層梯(ti)度檢(jian)測(ce)(ce)方(fang)(fang)法，即沿著相同法線方(fang)(fang)向的不(bu)同提(ti)(ti)離(li)(li)值(zhi)處布置兩個測(ce)(ce)點(dian)，通過(guo)獲取測(ce)(ce)點(dian)處缺陷漏磁場法向分(fen)量信號峰-峰值(zhi)Vpp(z)在提(ti)(ti)離(li)(li)方(fang)(fang)向上(shang)的衰減率作為評(ping)判指標，也即

   其(qi)中，衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)R實(shi)際(ji)上是利用兩測(ce)(ce)點(dian)的峰-峰值差(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)點(dian)的提離值差(cha)Δh之比來實(shi)現的。當Δh足(zu)夠小(xiao)時，可以視為函數Vpp(h)在(zai)h方向上的梯度，由于(yu)(yu)檢測(ce)(ce)元(yuan)件(jian)具有(you)(you)一定厚度，兩個測(ce)(ce)點(dian)間的間隔不(bu)可能無限小(xiao)，實(shi)際(ji)應用中，只有(you)(you)當內、外部缺(que)陷峰-峰值Vpp(h)）的衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)R1a之間存在(zai)明顯(xian)差(cha)異時，才有(you)(you)可能有(you)(you)效應用于(yu)(yu)內、外部缺(que)陷的區分。為便于(yu)(yu)論述，對應于(yu)(yu)內部缺(que)陷和(he)外部缺(que)陷檢測(ce)(ce)信號，衰(shuai)減(jian)率(lv)(lv)分別(bie)記為和(he)ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中可(ke)以看出，在不同提離值(zhi)下(xia)，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)變(bian)化趨勢僅(jin)在一定區域(yu)具(ju)有明顯差異。在此區域(yu)，外部缺陷檢(jian)測信(xin)(xin)號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)隨提離值(zhi)的(de)增加劇烈減小，而內部缺陷檢(jian)測信(xin)(xin)號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vinpp(h)）的(de)變(bian)化程度(du)相對緩慢。

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

   采用不同厚度的鋼板進一(yi)步試(shi)驗，缺陷參(can)數和(he)峰(feng)-峰(feng)值衰減率見(jian)表4-12～表4-15。

   通過大(da)量(liang)對比試驗可(ke)以(yi)發現，提離值分別取(qu)0.3mm與0.7mm時，內、外部缺(que)(que)陷衰(shuai)減(jian)率差異較為穩定，無論(lun)缺(que)(que)陷形態特征如何，內、外部缺(que)(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減(jian)率均有(you)較大(da)差異。從上(shang)述列表中的(de)(de)數值可(ke)以(yi)看出，衰(shuai)減(jian)率的(de)(de)量(liang)值并(bing)不隨缺(que)(que)陷的(de)(de)其他特征（如裂(lie)紋(wen)的(de)(de)走(zou)向、形狀等(deng)）的(de)(de)改(gai)變(bian)而(er)發生大(da)的(de)(de)變(bian)化(hua)。此外，隨著(zhu)被檢測鋼板(ban)厚(hou)度(du)的(de)(de)加大(da)，內、外部缺(que)(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減(jian)率差別更大(da)。

二、內(nei)、外部缺陷位置(zhi)區(qu)分特(te)征量

  對于(yu)相同(tong)尺(chi)寸的內(nei)、外部(bu)缺陷(xian)，在不同(tong)提離位置(zhi)上的兩個測點處得到的峰-峰值差值，外部(bu)缺陷(xian)信號(hao)(hao)明(ming)顯大于(yu)內(nei)部(bu)缺陷(xian)信號(hao)(hao)。為(wei)此，提出(chu)歸一(yi)化的峰-峰值差值，同(tong)時得到歸一(yi)化衰減率(lv)Rid，即(ji)

  其中，Vpp(z)對(dui)應(ying)外部缺(que)(que)陷(xian)時為，對(dui)應(ying)內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)時為Vinpp(z)。為便于表達，將(jiang)外部缺(que)(que)陷(xian)和內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)歸一化衰(shuai)減率分(fen)別記為ERid和IRido實際檢測時，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號對(dui)應(ying)的(de)是外部缺(que)(que)陷(xian)還是內(nei)部缺(que)(que)陷(xian)。

  進一步，試驗(yan)驗(yan)證將(jiang)歸一化衰(shuai)減率作為(wei)(wei)不銹鋼(gang)管內、外(wai)部缺陷區(qu)分(fen)標準的可行(xing)性，設計(ji)雙(shuang)層霍爾(er)元(yuan)件(jian)陣列封裝檢測(ce)探(tan)頭，結構及實(shi)物如(ru)圖4-31所(suo)示(shi)。采(cai)用(yong)厚度為(wei)(wei)0.3mm的聚甲醛片作為(wei)(wei)耐磨片，微型霍爾(er)元(yuan)件(jian)厚度為(wei)(wei)0.4mm，最終形成(cheng)雙(shuang)層霍爾(er)元(yuan)件(jian)相(xiang)對于不銹鋼(gang)管表面提離距(ju)離分(fen)別為(wei)(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚度為(wei)(wei)9.35mm、外(wai)徑為(wei)(wei)88.9mm的鋼(gang)管作為(wei)(wei)試件(jian)，采(cai)用(yong)電火(huo)花及機械加工(gong)方法(fa)在不銹鋼(gang)管上加工(gong)內、外(wai)部缺陷，見(jian)表4-16，采(cai)用(yong)直流磁化線圈對鋼(gang)管進行(xing)軸(zhou)向磁化，檢測(ce)速(su)度保持穩定。

  通過試驗數據計算歸一化(hua)衰減率(lv)，見表4-16，并(bing)繪制成如圖(tu)(tu)4-32所示的(de)分布(bu)圖(tu)(tu)。從(cong)圖(tu)(tu)中可以(yi)發(fa)現，不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)中內、外部缺陷具有較明(ming)顯(xian)的(de)量值(zhi)差異(yi)。該方法區分正確率(lv)高(gao)，然而探頭(tou)系統較為(wei)復雜，需要更多的(de)通道數來實現冗余檢測，因(yin)此(ci)一般用(yong)于(yu)高(gao)品(pin)質不銹(xiu)鋼(gang)(gang)管(guan)的(de)檢測。

  內、外部缺陷區分是不銹鋼管(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(nei)、外部缺陷區(qu)分方(fang)法(fa)都各有優缺點(dian)，沒有一種(zhong)方(fang)法(fa)可(ke)100％正確區(qu)分。在選擇缺陷區(qu)分方(fang)法(fa)時(shi)，要根據檢測要求(qiu)、工件特性、缺陷類型、使用工況以(yi)及設備(bei)成本來選擇合適有效的內(nei)、外部缺陷區(qu)分方(fang)法(fa)。