前面所述的(de)(de)基(ji)于中心頻率(lv)、中心斜率(lv)和數(shu)字信(xin)號差分的(de)(de)三種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)均(jun)屬于信(xin)號后處(chu)理方(fang)(fang)法(fa)，是對檢(jian)(jian)測(ce)結果的(de)(de)進一步處(chu)理。這里(li)，介紹(shao)一種(zhong)基(ji)于傳感(gan)器布置的(de)(de)雙層梯度檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)(fang)法(fa)，它通(tong)過特殊的(de)(de)傳感(gan)器陣列布置及其處(chu)理方(fang)(fang)法(fa)來區(qu)分缺陷的(de)(de)位置。具體(ti)實(shi)施方(fang)(fang)法(fa)為：從(cong)冗余檢(jian)(jian)測(ce)出發(fa)，
在法向上布置(zhi)兩層陣列(lie)磁敏感(gan)元(yuan)件，實現(xian)兩個特定間(jian)隔測點的梯(ti)度檢測，并對得到的檢測信(xin)號進行對比(bi)分析，然后利(li)用內、外部缺陷的檢測信(xin)號峰-峰值在提離方向上的衰(shuai)減率進行評(ping)(ping)判(pan)。最后，構建出歸(gui)一化衰(shuai)減率作為評(ping)(ping)判(pan)參數來對缺陷的內、外位置(zhi)進行評(ping)(ping)判(pan)。
一、內、外(wai)部缺陷檢(jian)測(ce)信號(hao)的提離特性和雙(shuang)層梯度(du)檢(jian)測(ce)
當考慮不(bu)同的傳感器提離值(zhi)時，實(shi)際上(shang)檢(jian)測(ce)得到(dao)的數字信(xin)號(hao)是關(guan)于不(bu)同提離平面上(shang)的一組信(xin)號(hao)序列。如(ru)圖4-26所示(shi)，下(xia)面討論(lun)漏磁場法向分量在不(bu)同提離值(zhi)h下(xia)的檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)變化規律，并將內、外部缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)號(hao)的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)分別(bie)記為(wei)Vinpp(h)和Vexpp(h)。
1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的(de)提離特性
采(cai)用鋼板進(jin)行內、外部缺陷提離特性試驗，在其(qi)表面加工(gong)人工(gong)缺陷，分(fen)別有不通孔、橫(heng)向(xiang)刻槽以及(ji)斜向(xiang)刻槽，如圖4-27所示。用霍(huo)爾元(yuan)件拾取漏(lou)磁場法向(xiang)分(fen)量，通過改變霍(huo)爾元(yuan)件與(yu)鋼板表面之間的距離，即提離值h的大小，考察各人(ren)工缺(que)陷在(zai)正面和(he)反(fan)面檢(jian)測時信號峰(feng)-峰(feng)值的(de)差異。鋼板漏磁(ci)檢(jian)測試驗(yan)平臺如(ru)圖(tu)4-28所示，試驗(yan)鋼板厚度(du)、寬(kuan)度(du)和(he)長度(du)分別為(wei)9.6mm、100mm和(he)1000mm，采(cai)用電火花和(he)機械加工方法制作人(ren)工缺(que)陷，見表4-10，刻槽長度(du)均為(wei)40.0mm，寬(kuan)度(du)均為(wei)1.0mm。磁(ci)化器(qi)采(cai)用穿(chuan)過式直(zhi)流磁(ci)化線圈，確保鋼板被軸向磁(ci)化至飽(bao)和(he)狀態。
試驗獲(huo)得的(de)(de)(de)人工缺(que)(que)陷(xian)正面檢(jian)測(ce)和(he)(he)背面檢(jian)測(ce)對應(ying)的(de)(de)(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)Vinpp(h)與提離值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)h之間的(de)(de)(de)擬(ni)合曲線簇，如圖(tu)4-29和(he)(he)圖(tu)4-30所示(shi)。從(cong)圖(tu)中可以(yi)看(kan)出，峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)（h）的(de)(de)(de)遞減(jian)趨勢(shi)雖然相同，但兩者的(de)(de)(de)變化(hua)速率則有明顯區(qu)別，內部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)（h）隨提離值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)增加遞減(jian)平緩(huan)，而外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)Vexpp(h)）遞減(jian)陡峭，當(dang)提離值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)大(da)于1.0mm后，內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)信(xin)號峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)均呈(cheng)現出平緩(huan)的(de)(de)(de)變化(hua)趨勢(shi)。
2. 雙層梯度檢(jian)測方法
根據和Vinpp(h）提(ti)離(li)(li)特性(xing)的不同(tong)，提(ti)出一種雙層(ceng)梯度檢測(ce)方法，即沿著(zhu)相同(tong)法線方向(xiang)的不同(tong)提(ti)離(li)(li)值處(chu)布置兩個測(ce)點(dian)，通過(guo)獲(huo)取測(ce)點(dian)處(chu)缺陷漏磁場(chang)法向(xiang)分量信號峰-峰值Vpp(z)在提(ti)離(li)(li)方向(xiang)上的衰減率(lv)作為(wei)評判(pan)指標，也即
其中，衰減率R實際上是利用(yong)兩測(ce)(ce)點的(de)峰(feng)-峰(feng)值差(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)(ce)點的(de)提離值差(cha)Δh之(zhi)比來實現的(de)。當Δh足夠小時(shi)，可以視為函數Vpp(h)在h方(fang)向上的(de)梯度(du)，由于檢(jian)測(ce)(ce)元件具(ju)有一定厚度(du)，兩個(ge)測(ce)(ce)點間(jian)的(de)間(jian)隔不可能無限小，實際應用(yong)中，只有當內(nei)、外部(bu)(bu)缺陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值Vpp(h)）的(de)衰減率R1a之(zhi)間(jian)存在明顯差(cha)異時(shi)，才有可能有效應用(yong)于內(nei)、外部(bu)(bu)缺陷(xian)的(de)區分。為便于論(lun)述，對應于內(nei)部(bu)(bu)缺陷(xian)和(he)外部(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信號，衰減率分別(bie)記(ji)為和(he)ERdoPlyI
從圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30中可以看(kan)出(chu)，在不(bu)同(tong)提離值(zhi)下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)變化趨勢(shi)僅(jin)在一(yi)定區域具有明顯(xian)差異。在此區域，外部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)隨(sui)提離值(zhi)的(de)增加劇烈減(jian)小，而內部缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)峰-峰值(zhi)Vinpp(h)）的(de)變化程度相(xiang)對緩慢。
當h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時(shi)，將(jiang)Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對比分析，發現提離值(zhi)為0.3mm與0.7mm時(shi)，內、外部缺陷峰-峰值(zhi)衰減率有明顯差異，見表4-11。
采用不同厚度的鋼板進一步試驗，缺陷參數和峰(feng)-峰(feng)值(zhi)衰減率見表4-12～表4-15。
通過(guo)大量對比試驗可(ke)以(yi)發(fa)現，提離值分(fen)別取0.3mm與0.7mm時，內、外(wai)部缺(que)陷衰(shuai)減(jian)率差(cha)異較(jiao)(jiao)為穩定，無論缺(que)陷形態特(te)征如何，內、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減(jian)率均有較(jiao)(jiao)大差(cha)異。從上述列表中的(de)(de)數值可(ke)以(yi)看出，衰(shuai)減(jian)率的(de)(de)量值并不隨缺(que)陷的(de)(de)其他特(te)征（如裂紋(wen)的(de)(de)走向、形狀(zhuang)等(deng)）的(de)(de)改變而發(fa)生(sheng)大的(de)(de)變化。此(ci)外(wai)，隨著被檢測鋼板厚(hou)度(du)的(de)(de)加大，內、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減(jian)率差(cha)別更大。
二、內(nei)、外部缺陷位置區分(fen)特征量
對于(yu)相同(tong)尺寸的內、外(wai)部缺陷(xian)，在不同(tong)提離(li)位置上的兩個測點處得到的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)差值(zhi)(zhi)(zhi)，外(wai)部缺陷(xian)信號明顯大于(yu)內部缺陷(xian)信號。為此，提出歸一化的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)(zhi)(zhi)差值(zhi)(zhi)(zhi)，同(tong)時得到歸一化衰減率Rid，即(ji)
其中，Vpp(z)對應外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)時(shi)為(wei)，對應內部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)時(shi)為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表達，將外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)和(he)內部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)歸(gui)一化衰減率分別(bie)記為(wei)ERid和(he)IRido實際(ji)檢測時(shi)，用Rid來辨別(bie)缺(que)陷(xian)信號對應的是(shi)外(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)還是(shi)內部(bu)(bu)缺(que)陷(xian)。
進一步，試(shi)驗驗證將歸一化(hua)衰減率作為(wei)不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)內、外部缺(que)(que)陷(xian)區分(fen)標準的(de)可(ke)行(xing)性，設計雙(shuang)層霍爾(er)元(yuan)件(jian)陣列封(feng)裝檢(jian)測探頭，結(jie)構及實物如圖(tu)4-31所(suo)示。采(cai)用(yong)厚度為(wei)0.3mm的(de)聚甲醛(quan)片作為(wei)耐磨片，微(wei)型霍爾(er)元(yuan)件(jian)厚度為(wei)0.4mm，最終形成雙(shuang)層霍爾(er)元(yuan)件(jian)相對于不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)表(biao)面(mian)提離距離分(fen)別為(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)厚度為(wei)9.35mm、外徑為(wei)88.9mm的(de)鋼(gang)管(guan)(guan)作為(wei)試(shi)件(jian)，采(cai)用(yong)電火(huo)花及機械加工方法在不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)(guan)上加工內、外部缺(que)(que)陷(xian)，見(jian)表(biao)4-16，采(cai)用(yong)直流磁化(hua)線圈對鋼(gang)管(guan)(guan)進行(xing)軸向磁化(hua)，檢(jian)測速度保持穩定。
通過(guo)試驗數(shu)據(ju)計算歸一化衰減率(lv)，見表4-16，并繪制成如圖(tu)4-32所示的分布圖(tu)。從圖(tu)中(zhong)可以發現，不銹(xiu)鋼管中(zhong)內、外(wai)部缺(que)陷具有較(jiao)明顯的量(liang)值(zhi)差異。該方法區分正確率(lv)高(gao)，然而探頭系統較(jiao)為復(fu)雜，需(xu)要更多的通道(dao)數(shu)來實現冗余檢測，因(yin)此一般用于高(gao)品質不銹(xiu)鋼管的檢測。
內、外部缺陷區分是不銹鋼管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。
每種內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷區(qu)分(fen)(fen)方法都(dou)各(ge)有優缺(que)(que)點(dian)，沒(mei)有一種方法可100％正確(que)區(qu)分(fen)(fen)。在選擇缺(que)(que)陷區(qu)分(fen)(fen)方法時(shi)，要根據檢測要求(qiu)、工件(jian)特性、缺(que)(que)陷類型(xing)、使用(yong)工況以及(ji)設備(bei)成本來選擇合適有效(xiao)的內、外(wai)部(bu)缺(que)(que)陷區(qu)分(fen)(fen)方法。
