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(guan)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)檢測信號中心(xin)頻率(lv)的區分方法
內(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)在檢測(ce)空間(jian)產(chan)生的(de)(de)(de)漏磁(ci)場強(qiang)度相(xiang)對(dui)較(jiao)弱，但空間(jian)分(fen)布范(fan)圍相(xiang)對(dui)較(jiao)大。因此，內(nei)(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)突變(bian)(bian)時間(jian)持(chi)續較(jiao)長；在頻(pin)(pin)域上，檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)中(zhong)心頻(pin)(pin)率相(xiang)對(dui)較(jiao)低。相(xiang)反，外部(bu)缺(que)陷(xian)檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)中(zhong)心頻(pin)(pin)率較(jiao)高(gao)，突變(bian)(bian)相(xiang)對(dui)陡峭。根據上述(shu)特(te)點，采用合理的(de)(de)(de)帶(dai)通(tong)濾波器(qi)、高(gao)通(tong)濾波器(qi)以及觸發(fa)門限電路，針對(dui)內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)檢測(ce)信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)頻(pin)(pin)域特(te)征，設置相(xiang)應(ying)的(de)(de)(de)截止頻(pin)(pin)率，將濾波后的(de)(de)(de)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)幅度進行對(dui)比(bi)，可達到區(qu)分(fen)內(nei)(nei)、外部(bu)缺(que)陷(xian)的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)。
如圖4-6所示，將檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號分別(bie)利(li)用高(gao)通(tong)濾波(bo)(bo)(bo)器與帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)(bo)器進行濾波(bo)(bo)(bo)處理。其中(zhong)，設(she)置帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)(bo)器的(de)上、下限頻率時(shi)需(xu)包(bao)含(han)內、外部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號頻段，也即，內、外部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號在通(tong)過(guo)帶(dai)通(tong)濾波(bo)(bo)(bo)器后均不會引起波(bo)(bo)(bo)形特征上的(de)變化(hua)，僅僅濾除高(gao)頻與低(di)頻噪(zao)聲信(xin)號，并將該(gai)輸出(chu)量視為A通(tong)路(lu)，輸出(chu)信(xin)號記為XA(t)）。另外設(she)立通(tong)路(lu)B，即高(gao)通(tong)濾波(bo)(bo)(bo)支路(lu)，它能夠使(shi)得頻率較低(di)的(de)內部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號在強(qiang)度(du)上明顯削弱，而外部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號強(qiang)度(du)基本不變，輸出(chu)信(xin)號記為XB(t)。進一步(bu)，將兩種濾波(bo)(bo)(bo)系統的(de)輸出(chu)量XA(t)與XB(t)進行對比，從而可獲得內、外部(bu)缺(que)陷(xian)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號的(de)判據。
從圖4-6中(zhong)可以看出，采用中(zhong)心頻率(lv)比較(jiao)法識(shi)別(bie)缺陷的(de)位置時具有(you)很好的(de)邏輯性。但(dan)必須注意的(de)是，由于檢(jian)(jian)測信(xin)號頻率(lv)與(yu)檢(jian)(jian)測速度有(you)關，因此檢(jian)(jian)測過程中(zhong)速度必須保持恒定。如果檢(jian)(jian)測速度發(fa)生(sheng)變化，則需重新調(diao)整(zheng)濾波器的(de)各(ge)濾波截止(zhi)頻率(lv)。
二、缺陷(xian)形態特(te)征對中(zhong)心頻率法的影響
除缺(que)陷(xian)(xian)位置外，缺(que)陷(xian)(xian)的其他形態特征也會影響(xiang)缺(que)陷(xian)(xian)的中心頻率，因(yin)(yin)此，采用該區分方(fang)法(fa)時需要綜合考慮(lv)各(ge)種(zhong)因(yin)(yin)素的影響(xiang)。下面扼(e)要介紹缺(que)陷(xian)(xian)形狀、走(zou)向和(he)深度對基于(yu)中心頻率區分方(fang)法(fa)的影響(xiang)。
模擬濾波(bo)與(yu)(yu)數(shu)字濾波(bo)都是改變信(xin)號中(zhong)所包含頻率(lv)成分(fen)(fen)的(de)相對比例，或是濾除某(mou)種(zhong)頻率(lv)成分(fen)(fen)的(de)系統。數(shu)字濾波(bo)具有精度高、穩(wen)定(ding)、靈活、不(bu)要求阻(zu)抗匹配等優勢。這里，選用巴特沃(wo)斯濾波(bo)器(qi)，即幅(fu)頻特性曲線在通帶(dai)與(yu)(yu)阻(zu)帶(dai)內均為(wei)單調遞減函數(shu)。綜(zong)合考慮(lv)通帶(dai)與(yu)(yu)阻(zu)帶(dai)的(de)變化(hua)速度及內、外部缺(que)陷(xian)(xian)信(xin)號的(de)頻帶(dai)范圍，設(she)定(ding)濾波(bo)器(qi)為(wei)四階(jie)。下面分(fen)(fen)別從幾種(zhong)典型(xing)缺(que)陷(xian)(xian)形(xing)態特征出發，對各(ge)種(zhong)人工缺(que)陷(xian)(xian)進行(xing)試(shi)驗(yan)區分(fen)(fen)，觀察檢測信(xin)號在經過(guo)數(shu)字濾波(bo)器(qi)之后幅(fu)值的(de)變化(hua)。
1. 缺陷(xian)形狀對檢(jian)測信號頻率成分(fen)的影響
不(bu)銹鋼管(guan)漏磁檢測標準(zhun)中(zhong)，人工缺(que)陷(xian)通常選用(yong)(yong)通孔或(huo)刻(ke)槽(cao)，對(dui)不(bu)通孔未加說明。在(zai)鋼管(guan)的(de)(de)實(shi)際使用(yong)(yong)過程中(zhong)，受到(dao)高壓沖刷、腐(fu)蝕等(deng)眾多因(yin)素(su)的(de)(de)影(ying)響(xiang)，鋼管(guan)上形成(cheng)的(de)(de)腐(fu)蝕坑十分(fen)(fen)普遍(bian)。因(yin)此(ci)，在(zai)分(fen)(fen)析(xi)缺(que)陷(xian)形狀對(dui)檢測信號中(zhong)心頻率成(cheng)分(fen)(fen)的(de)(de)影(ying)響(xiang)時，采(cai)用(yong)(yong)不(bu)通孔、裂(lie)紋(wen)和通孔作(zuo)為(wei)檢測對(dui)象，研究各類缺(que)陷(xian)信號在(zai)經(jing)過濾波(bo)系統后輸出量之間的(de)(de)差(cha)異。
建立不(bu)銹(xiu)鋼管漏(lou)磁自動化(hua)檢測系統，鋼管螺旋前進，螺距為(wei)(wei)105mm，鋼管直徑為(wei)(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)(wei)8.5mm，采用(yong)電火(huo)花加工(gong)(gong)方(fang)法(fa)在(zai)內(nei)、外(wai)管壁(bi)加工(gong)(gong)周(zhou)向和(he)軸(zhou)向刻槽(cao)，寬度(du)均為(wei)(wei)0.8mm；采用(yong)機械加工(gong)(gong)的(de)方(fang)法(fa)，在(zai)鋼管外(wai)壁(bi)面上加工(gong)(gong)直徑為(wei)(wei)3.2mm、深度(du)為(wei)(wei)2.0mm的(de)外(wai)部不(bu)通(tong)孔和(he)直徑為(wei)(wei)1.6mm的(de)通(tong)孔。檢測過(guo)程中(zhong)，保證(zheng)鋼管的(de)行進與旋轉速(su)度(du)恒定不(bu)變(bian)，以消除傳感器掃查速(su)度(du)變(bian)化(hua)對檢測信號(hao)的(de)影響，獲(huo)得的(de)檢測原始信號(hao)波形如圖4-7所示(shi)。
經過不(bu)同截止頻率的高通濾波器(qi)之后，檢(jian)測缺陷信(xin)號輸出如圖4-8和圖4-9所示。
可以(yi)看(kan)出，經過截止頻率為(wei)540Hz的(de)(de)(de)(de)高通濾波器(qi)之后，N10的(de)(de)(de)(de)內(nei)傷可以(yi)很好地被(bei)削弱，直(zhi)至從信(xin)號輸出中完全消失。然而，同(tong)在鋼(gang)管外(wai)(wai)表(biao)壁但形(xing)狀不同(tong)的(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑為(wei)3.2mm的(de)(de)(de)(de)外(wai)(wai)不通孔(kong)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號變化規(gui)律與N5外(wai)(wai)表(biao)面(mian)刻槽不同(tong)：外(wai)(wai)不通孔(kong)檢(jian)測(ce)信(xin)號同(tong)樣(yang)受到了高通濾波的(de)(de)(de)(de)影(ying)響而被(bei)嚴(yan)重削弱，當(dang)內(nei)部缺(que)陷信(xin)號被(bei)濾波消除(chu)后，外(wai)(wai)不通孔(kong)的(de)(de)(de)(de)檢(jian)測(ce)信(xin)號也被(bei)濾除(chu)。這說明如果對外(wai)(wai)腐蝕坑采用基于中心頻率的(de)(de)(de)(de)區分方法(fa)，檢(jian)測(ce)結果可能會出現誤判的(de)(de)(de)(de)情況。
2. 缺陷走向對檢測信(xin)號頻率(lv)成分的影響
不(bu)銹鋼(gang)管在(zai)(zai)生(sheng)產或(huo)使(shi)用過(guo)程(cheng)中如果受到扭轉載荷與(yu)軸向(xiang)(xiang)力的(de)(de)同時作用，容易在(zai)(zai)管壁內、外表面形成與(yu)管材(cai)(cai)軸線方(fang)向(xiang)(xiang)既不(bu)垂直(zhi)也不(bu)平行的(de)(de)裂紋，使(shi)得漏磁(ci)檢測(ce)(ce)過(guo)程(cheng)中無論是被周(zhou)向(xiang)(xiang)磁(ci)化(hua)或(huo)是軸向(xiang)(xiang)磁(ci)化(hua)，都(dou)無法滿足管材(cai)(cai)中磁(ci)力線與(yu)缺陷(xian)走向(xiang)(xiang)相垂直(zhi)的(de)(de)要求(qiu)。而且，就目(mu)前不(bu)銹鋼(gang)管漏磁(ci)檢測(ce)(ce)系統中使(shi)用的(de)(de)磁(ci)化(hua)裝(zhuang)置來看，裂紋的(de)(de)走向(xiang)(xiang)在(zai)(zai)絕大多(duo)數情況下(xia)與(yu)磁(ci)力線方(fang)向(xiang)(xiang)成斜(xie)向(xiang)(xiang)夾角，即兩者(zhe)之間并非處于相互垂直(zhi)的(de)(de)狀態。
裂紋的(de)走向對漏磁場強(qiang)度與(yu)分布影響較(jiao)大，這一點(dian)可以通過(guo)檢測信號的(de)波形特征反映出來，進一步(bu)也必然會引起(qi)檢測信號中(zhong)心頻(pin)(pin)率的(de)變化，從而會影響基于中(zhong)心頻(pin)(pin)率方(fang)法(fa)的(de)內、外部裂紋區分準確率。
采用電火花(hua)加工(gong)方(fang)式(shi)，在鋼管(guan)上(shang)加工(gong)N5（缺陷(xian)深度占(zhan)壁厚的5％）內、外(wai)部(bu)(bu)(bu)軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)（也即縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)）、45°外(wai)部(bu)(bu)(bu)斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)以(yi)及不(bu)(bu)通孔等。圖4-10和(he)圖4-11所(suo)示(shi)為原始檢測信號通過不(bu)(bu)同截止頻率(lv)濾波(bo)器后的信號輸出。不(bu)(bu)難發現：雖然處于鋼管(guan)外(wai)部(bu)(bu)(bu)，45°外(wai)部(bu)(bu)(bu)斜向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)與內部(bu)(bu)(bu)缺陷(xian)一樣，檢測信號發生了(le)嚴(yan)重的削(xue)弱(ruo)，從(cong)而無法得到與軸向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)標準刻(ke)(ke)槽(cao)(cao)區分(fen)一致的評判結果。
究(jiu)其原(yuan)因，斜(xie)向(xiang)外(wai)部裂紋(wen)的走向(xiang)與磁(ci)化(hua)場之間(jian)的夾角呈非垂直狀態，形成的漏磁(ci)場強度相對較弱，在檢測(ce)空間(jian)上也趨于分散，從而導致(zhi)斜(xie)向(xiang)裂紋(wen)檢測(ce)信號在頻域內可(ke)能會被誤判(pan)為(wei)內部缺陷。
3. 缺陷(xian)深度對(dui)檢測信號(hao)頻率成(cheng)分的(de)影響
缺陷(xian)的深度直(zhi)接決定(ding)了管材的使用性能。在管材的實際使用過程中(zhong)，根據工作環境的不(bu)(bu)同(tong)(tong)，位(wei)于鋼管不(bu)(bu)同(tong)(tong)表(biao)面（內表(biao)面或外表(biao)面）的具(ju)有相(xiang)同(tong)(tong)深度的缺陷(xian)對管材性能的影響會不(bu)(bu)一樣。這(zhe)里討論缺陷(xian)深度對檢測信號頻率成分的影響。
仍然選用不銹鋼管(guan)作為試(shi)(shi)件(jian)，在距管(guan)端250mm的(de)(de)圓周方向上加(jia)工N20（缺陷深(shen)度(du)占壁厚的(de)(de)20％）周向內(nei)部(bu)刻(ke)槽和N10（缺陷深(shen)度(du)占壁厚的(de)(de)10％）周向外部(bu)刻(ke)槽。經(jing)過(guo)試(shi)(shi)驗發(fa)現，通過(guo)不同截止頻(pin)率的(de)(de)高通濾(lv)波系統處理后(hou)，深(shen)度(du)較大的(de)(de)內(nei)部(bu)刻(ke)槽檢(jian)測信號始終難以被有效濾(lv)除，如圖4-12所示。
三、基于(yu)檢測信號中(zhong)心(xin)頻率(lv)區(qu)分(fen)方法的適應(ying)性
通過上述(shu)試驗分(fen)(fen)析可以看出，檢測信號中(zhong)心頻(pin)率的(de)影響因(yin)素較多，如圖4-13所示(shi)，其對缺(que)(que)陷的(de)形(xing)狀(zhuang)、走向和深度等具有(you)(you)代表(biao)性的(de)形(xing)態特征均(jun)十分(fen)(fen)敏感。這充(chong)分(fen)(fen)說明(ming)了(le)信號的(de)頻(pin)率成分(fen)(fen)在描(miao)述(shu)缺(que)(que)陷位(wei)置時并不具有(you)(you)完備的(de)表(biao)達能力。究(jiu)其原因(yin)，利用中(zhong)心頻(pin)率區分(fen)(fen)內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷，是以低維(wei)度信息(xi)量去評判(pan)具有(you)(you)高維(wei)度信息(xi)的(de)檢測對象，因(yin)而，也就(jiu)不可避免地碰到信息(xi)維(wei)度過少而造成評判(pan)時模棱兩(liang)可的(de)尷尬局面。
中心頻率比較法，可以對某些特(te)定(ding)(ding)類型缺(que)陷進(jin)行位置特(te)征判別。但由于(yu)判定(ding)(ding)指標的成因并(bing)不(bu)具(ju)有(you)唯一性，因此，該方法并(bing)不(bu)能保證對所(suo)有(you)類型缺(que)陷實現正確區分。
