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(yu)檢測信號(hao)中心頻率的區(qu)分方法(fa)
內部(bu)(bu)缺(que)陷在檢(jian)(jian)測(ce)空間產生的(de)漏磁場(chang)強度(du)相對(dui)較(jiao)弱，但空間分布范圍相對(dui)較(jiao)大(da)。因此，內部(bu)(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)突變(bian)時間持續較(jiao)長；在頻域上，檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)中(zhong)心頻率相對(dui)較(jiao)低。相反(fan)，外部(bu)(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)中(zhong)心頻率較(jiao)高，突變(bian)相對(dui)陡峭。根(gen)據上述特點(dian)，采用合理的(de)帶通濾波(bo)器(qi)、高通濾波(bo)器(qi)以及(ji)觸發門限電路，針對(dui)內、外部(bu)(bu)缺(que)陷檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)頻域特征，設置(zhi)相應的(de)截止頻率，將濾波(bo)后的(de)輸(shu)出信(xin)號(hao)(hao)幅(fu)度(du)進行對(dui)比，可達到(dao)區(qu)分內、外部(bu)(bu)缺(que)陷的(de)目的(de)。
如(ru)圖4-6所示，將(jiang)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)分別利(li)用高(gao)通(tong)濾(lv)波(bo)器與帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器進行濾(lv)波(bo)處理。其中，設(she)置(zhi)帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器的上、下限頻率時需包(bao)含(han)內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)頻段，也即，內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)在(zai)通(tong)過帶(dai)通(tong)濾(lv)波(bo)器后均(jun)不會(hui)引起波(bo)形特征上的變(bian)化，僅僅濾(lv)除高(gao)頻與低頻噪聲(sheng)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，并(bing)將(jiang)該輸出(chu)(chu)量(liang)視為A通(tong)路，輸出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)記(ji)為XA(t)）。另(ling)外(wai)設(she)立通(tong)路B，即高(gao)通(tong)濾(lv)波(bo)支路，它能夠(gou)使得(de)頻率較低的內部缺(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)在(zai)強度上明顯削弱，而外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)強度基本不變(bian)，輸出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)記(ji)為XB(t)。進一步(bu)，將(jiang)兩(liang)種(zhong)濾(lv)波(bo)系統的輸出(chu)(chu)量(liang)XA(t)與XB(t)進行對(dui)比，從而可獲得(de)內、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的判據。
從圖4-6中(zhong)(zhong)可以看出，采用中(zhong)(zhong)心頻率(lv)比較法識別缺陷的位(wei)置時具有(you)很好的邏輯(ji)性。但(dan)必須注意(yi)的是，由于檢(jian)(jian)測信號頻率(lv)與檢(jian)(jian)測速(su)(su)度有(you)關(guan)，因此檢(jian)(jian)測過程中(zhong)(zhong)速(su)(su)度必須保持恒定。如(ru)果檢(jian)(jian)測速(su)(su)度發生變(bian)化，則(ze)需重新調整(zheng)濾波(bo)器(qi)的各濾波(bo)截止頻率(lv)。
二、缺陷形態特征(zheng)對中心頻率法的影響
除缺陷(xian)位置外(wai)，缺陷(xian)的其他形態特征(zheng)也會(hui)影響(xiang)缺陷(xian)的中(zhong)(zhong)心頻率，因(yin)此(ci)，采用該區分方法(fa)時(shi)需(xu)要綜合考慮(lv)各種因(yin)素的影響(xiang)。下(xia)面(mian)扼要介(jie)紹缺陷(xian)形狀、走向(xiang)和深(shen)度對基于中(zhong)(zhong)心頻率區分方法(fa)的影響(xiang)。
模(mo)擬(ni)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)與(yu)數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)都是(shi)改變信號(hao)中所包含(han)頻率(lv)成分(fen)的(de)相對比例，或是(shi)濾(lv)(lv)除(chu)某種(zhong)頻率(lv)成分(fen)的(de)系統。數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)具有精度高、穩定、靈活、不要求阻(zu)抗匹(pi)配(pei)等優勢。這里(li)，選用巴特沃斯濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器，即幅頻特性(xing)曲線在(zai)通帶(dai)(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)(dai)內(nei)均為單調遞減函數。綜合考慮通帶(dai)(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)(dai)的(de)變化速度及內(nei)、外部缺陷(xian)(xian)信號(hao)的(de)頻帶(dai)(dai)范圍，設(she)定濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器為四階。下面分(fen)別從(cong)幾種(zhong)典型缺陷(xian)(xian)形態(tai)特征出發，對各種(zhong)人工缺陷(xian)(xian)進行試驗區(qu)分(fen)，觀察檢測信號(hao)在(zai)經過(guo)數字濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器之后幅值的(de)變化。
1. 缺陷形狀對檢測信(xin)號頻率成分(fen)的影響
不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)漏磁檢(jian)測(ce)標準中，人工缺陷通常選(xuan)用(yong)通孔(kong)或刻槽，對不(bu)通孔(kong)未(wei)加說明(ming)。在鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)的實(shi)際使用(yong)過程中，受到高壓沖刷、腐蝕(shi)等(deng)眾多因(yin)(yin)素的影響(xiang)，鋼(gang)(gang)管(guan)(guan)上形成(cheng)的腐蝕(shi)坑十分普遍。因(yin)(yin)此，在分析缺陷形狀對檢(jian)測(ce)信號中心(xin)頻(pin)率成(cheng)分的影響(xiang)時，采(cai)用(yong)不(bu)通孔(kong)、裂紋和通孔(kong)作為檢(jian)測(ce)對象，研究(jiu)各類缺陷信號在經過濾波系統(tong)后輸(shu)出量之(zhi)間的差異。
建立不銹鋼(gang)管(guan)漏(lou)磁自動(dong)化檢測(ce)(ce)系統(tong)，鋼(gang)管(guan)螺(luo)旋前進(jin)，螺(luo)距為(wei)(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)直(zhi)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)(wei)8.5mm，采(cai)用電火(huo)花加(jia)工方(fang)法(fa)在內、外管(guan)壁(bi)加(jia)工周向和軸向刻槽，寬度均為(wei)(wei)0.8mm；采(cai)用機(ji)械加(jia)工的(de)(de)方(fang)法(fa)，在鋼(gang)管(guan)外壁(bi)面上加(jia)工直(zhi)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)3.2mm、深度為(wei)(wei)2.0mm的(de)(de)外部(bu)不通(tong)孔和直(zhi)徑(jing)(jing)為(wei)(wei)1.6mm的(de)(de)通(tong)孔。檢測(ce)(ce)過程(cheng)中，保(bao)證鋼(gang)管(guan)的(de)(de)行進(jin)與(yu)旋轉速(su)度恒定不變，以消除傳感器掃查速(su)度變化對檢測(ce)(ce)信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)影響，獲得的(de)(de)檢測(ce)(ce)原始信(xin)號(hao)(hao)波(bo)形如圖4-7所(suo)示。
經(jing)過(guo)不同截止(zhi)頻率的高通濾(lv)波器之后，檢(jian)測缺陷信(xin)號(hao)輸出如圖4-8和圖4-9所(suo)示。
可(ke)以(yi)看出(chu)，經過截止頻率為540Hz的高通(tong)濾波器之后(hou)(hou)，N10的內傷可(ke)以(yi)很好地被(bei)削弱，直至從信號(hao)輸(shu)出(chu)中完(wan)全消失。然而，同在鋼管(guan)外(wai)表壁但形狀不(bu)同的直徑為3.2mm的外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)的檢(jian)測信號(hao)變化規律與N5外(wai)表面(mian)刻槽不(bu)同：外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)檢(jian)測信號(hao)同樣受到了高通(tong)濾波的影響而被(bei)嚴(yan)重削弱，當內部缺陷信號(hao)被(bei)濾波消除(chu)后(hou)(hou)，外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)的檢(jian)測信號(hao)也被(bei)濾除(chu)。這(zhe)說明如果對外(wai)腐蝕坑采用基于中心頻率的區分方法，檢(jian)測結果可(ke)能會出(chu)現誤判的情況。
2. 缺陷走向對檢測(ce)信號(hao)頻率(lv)成分的影響
不(bu)(bu)銹鋼管在生產或(huo)使(shi)用過程中如果受到扭轉載荷與(yu)(yu)(yu)軸向力的(de)(de)同時(shi)作用，容易(yi)在管壁內、外表(biao)面形(xing)成(cheng)與(yu)(yu)(yu)管材(cai)軸線方向既不(bu)(bu)垂(chui)直也不(bu)(bu)平(ping)行的(de)(de)裂紋，使(shi)得漏磁(ci)檢測過程中無論是被周向磁(ci)化(hua)或(huo)是軸向磁(ci)化(hua)，都無法(fa)滿(man)足管材(cai)中磁(ci)力線與(yu)(yu)(yu)缺陷走(zou)向相垂(chui)直的(de)(de)要(yao)求。而且，就目前不(bu)(bu)銹鋼管漏磁(ci)檢測系統中使(shi)用的(de)(de)磁(ci)化(hua)裝置來看(kan)，裂紋的(de)(de)走(zou)向在絕大多數情(qing)況下與(yu)(yu)(yu)磁(ci)力線方向成(cheng)斜(xie)向夾角，即兩(liang)者之間并非處于(yu)相互垂(chui)直的(de)(de)狀態。
裂紋(wen)的走向對(dui)漏磁場強度與分布影(ying)響(xiang)較(jiao)大，這(zhe)一點可以(yi)通(tong)過(guo)檢測信(xin)號的波形特征反映出(chu)來，進(jin)一步也必然會引起(qi)檢測信(xin)號中心頻率(lv)的變(bian)化，從而會影(ying)響(xiang)基于(yu)中心頻率(lv)方(fang)法(fa)的內(nei)、外部裂紋(wen)區分準確率(lv)。
采用(yong)電火花加工(gong)方式，在鋼(gang)管上加工(gong)N5（缺陷深度占壁厚的5％）內、外部(bu)軸向(xiang)刻(ke)槽(cao)（也(ye)即縱向(xiang)刻(ke)槽(cao)）、45°外部(bu)斜(xie)向(xiang)刻(ke)槽(cao)以及不(bu)通孔等。圖(tu)4-10和(he)圖(tu)4-11所示(shi)為原始檢測信號(hao)通過不(bu)同截止頻(pin)率濾波器后的信號(hao)輸出(chu)。不(bu)難發(fa)現：雖(sui)然處(chu)于鋼(gang)管外部(bu)，45°外部(bu)斜(xie)向(xiang)刻(ke)槽(cao)與(yu)內部(bu)缺陷一(yi)樣(yang)，檢測信號(hao)發(fa)生(sheng)了嚴重的削弱(ruo)，從而無法得到(dao)與(yu)軸向(xiang)、周向(xiang)標準刻(ke)槽(cao)區(qu)分一(yi)致(zhi)的評判結果。
究其(qi)原因，斜向(xiang)外(wai)部(bu)(bu)裂(lie)紋的(de)走向(xiang)與磁化場之(zhi)間的(de)夾角呈(cheng)非垂(chui)直狀態，形成的(de)漏磁場強度相對較弱，在檢(jian)(jian)測空間上也趨于分散，從而導致斜向(xiang)裂(lie)紋檢(jian)(jian)測信號在頻域內(nei)可能會被誤判為內(nei)部(bu)(bu)缺陷。
3. 缺陷深度對檢測信號頻率成分的影響
缺陷的深(shen)度直接決定了(le)管(guan)材的使(shi)(shi)用性能(neng)。在管(guan)材的實際使(shi)(shi)用過程(cheng)中，根據工作環境的不同(tong)，位于鋼管(guan)不同(tong)表(biao)面(mian)（內表(biao)面(mian)或外表(biao)面(mian)）的具有(you)相(xiang)同(tong)深(shen)度的缺陷對管(guan)材性能(neng)的影(ying)響(xiang)會不一樣(yang)。這里討論(lun)缺陷深(shen)度對檢測信號頻(pin)率成分的影(ying)響(xiang)。
仍(reng)然選(xuan)用不銹(xiu)鋼管(guan)作為試(shi)(shi)件，在(zai)距管(guan)端250mm的(de)圓周(zhou)方向上加工N20（缺(que)陷深度(du)(du)占(zhan)壁厚的(de)20％）周(zhou)向內(nei)(nei)部(bu)(bu)刻槽和(he)N10（缺(que)陷深度(du)(du)占(zhan)壁厚的(de)10％）周(zhou)向外部(bu)(bu)刻槽。經(jing)過試(shi)(shi)驗發現(xian)，通(tong)(tong)過不同截(jie)止頻率(lv)的(de)高通(tong)(tong)濾波系統(tong)處理(li)后，深度(du)(du)較大的(de)內(nei)(nei)部(bu)(bu)刻槽檢測信(xin)號始終難以(yi)被有效濾除，如圖(tu)4-12所(suo)示。
三、基于檢測信號中心頻率區分方法的適應(ying)性
通過上述試驗分(fen)(fen)析可(ke)以(yi)(yi)看出(chu)，檢(jian)測信號中心頻率(lv)的(de)(de)影響因(yin)素較(jiao)多，如(ru)圖4-13所示(shi)，其對缺陷的(de)(de)形(xing)狀、走向和深(shen)度(du)等具有(you)代表性的(de)(de)形(xing)態特征均十分(fen)(fen)敏感(gan)。這充(chong)分(fen)(fen)說明了(le)信號的(de)(de)頻率(lv)成(cheng)分(fen)(fen)在描述缺陷位置時(shi)并不具有(you)完備的(de)(de)表達能力(li)。究其原因(yin)，利用中心頻率(lv)區分(fen)(fen)內、外部(bu)缺陷，是以(yi)(yi)低維度(du)信息量去評(ping)判具有(you)高維度(du)信息的(de)(de)檢(jian)測對象，因(yin)而，也就不可(ke)避免地碰到信息維度(du)過少而造成(cheng)評(ping)判時(shi)模棱兩可(ke)的(de)(de)尷尬(ga)局面。
中心頻率比較(jiao)法(fa)(fa)，可(ke)以對某些特(te)定類(lei)型缺(que)陷進(jin)行位置特(te)征(zheng)判別。但由于判定指標(biao)的成因并不(bu)具有唯一(yi)性，因此(ci)，該方法(fa)(fa)并不(bu)能保證(zheng)對所有類(lei)型缺(que)陷實現(xian)正確區分。
