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(ji)于檢測信號中心頻率的區分(fen)方法(fa)
內(nei)部(bu)缺陷在檢測(ce)空(kong)間(jian)(jian)產生(sheng)的(de)(de)漏磁場(chang)強度相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)(jiao)弱，但(dan)空(kong)間(jian)(jian)分(fen)布范圍相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)(jiao)大。因此，內(nei)部(bu)缺陷檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)突變時(shi)間(jian)(jian)持續較(jiao)(jiao)(jiao)長(chang)；在頻(pin)域(yu)(yu)上，檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)中心(xin)頻(pin)率(lv)相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)(jiao)(jiao)低。相(xiang)(xiang)(xiang)反，外部(bu)缺陷檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)中心(xin)頻(pin)率(lv)較(jiao)(jiao)(jiao)高，突變相(xiang)(xiang)(xiang)對(dui)陡峭。根據上述特點，采(cai)用合(he)理(li)的(de)(de)帶通濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器、高通濾(lv)(lv)波(bo)(bo)器以(yi)及(ji)觸(chu)發(fa)門限(xian)電(dian)路，針對(dui)內(nei)、外部(bu)缺陷檢測(ce)信號(hao)的(de)(de)頻(pin)域(yu)(yu)特征，設置相(xiang)(xiang)(xiang)應的(de)(de)截止頻(pin)率(lv)，將(jiang)濾(lv)(lv)波(bo)(bo)后(hou)的(de)(de)輸出信號(hao)幅度進行(xing)對(dui)比，可達(da)到區分(fen)內(nei)、外部(bu)缺陷的(de)(de)目的(de)(de)。
如圖(tu)4-6所示，將(jiang)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)分別(bie)利(li)用高通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)與帶通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)進(jin)(jin)行濾波(bo)(bo)處理。其中，設置帶通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)的上、下限頻(pin)率(lv)時需包(bao)含內、外(wai)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)頻(pin)段，也即，內、外(wai)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在通(tong)過帶通(tong)濾波(bo)(bo)器(qi)(qi)后均不會引(yin)起波(bo)(bo)形(xing)特征上的變化，僅僅濾除高頻(pin)與低(di)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，并將(jiang)該輸出(chu)量(liang)視為(wei)A通(tong)路，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)XA(t)）。另外(wai)設立通(tong)路B，即高通(tong)濾波(bo)(bo)支路，它能夠使得頻(pin)率(lv)較(jiao)低(di)的內部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)在強度上明顯(xian)削弱，而外(wai)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)強度基本不變，輸出(chu)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)記為(wei)XB(t)。進(jin)(jin)一步，將(jiang)兩種濾波(bo)(bo)系統的輸出(chu)量(liang)XA(t)與XB(t)進(jin)(jin)行對比，從而可獲(huo)得內、外(wai)部缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)的判據。
從圖4-6中可(ke)以(yi)看出，采用(yong)中心(xin)頻(pin)率(lv)比(bi)較法識別缺陷的位置(zhi)時具有很好(hao)的邏輯性。但(dan)必須注意(yi)的是，由于(yu)檢測(ce)信號頻(pin)率(lv)與檢測(ce)速度(du)有關，因此檢測(ce)過程(cheng)中速度(du)必須保持恒定(ding)。如果檢測(ce)速度(du)發生變化(hua)，則需重新(xin)調整濾(lv)波器的各(ge)濾(lv)波截止頻(pin)率(lv)。
二、缺陷形態(tai)特(te)征對(dui)中心(xin)頻率法的影響
除缺陷(xian)位置(zhi)外，缺陷(xian)的(de)(de)其他形態特征也會影(ying)響缺陷(xian)的(de)(de)中心頻(pin)率(lv)，因(yin)此，采用該區分方法(fa)時(shi)需(xu)要(yao)綜合(he)考慮各種因(yin)素的(de)(de)影(ying)響。下面扼要(yao)介紹缺陷(xian)形狀、走(zou)向(xiang)和深度對(dui)基(ji)于(yu)中心頻(pin)率(lv)區分方法(fa)的(de)(de)影(ying)響。
模擬濾波(bo)(bo)與(yu)數字濾波(bo)(bo)都是改變(bian)(bian)信號(hao)(hao)中所包含頻率成(cheng)分(fen)(fen)的相對(dui)比(bi)例，或(huo)是濾除某種(zhong)(zhong)頻率成(cheng)分(fen)(fen)的系統。數字濾波(bo)(bo)具有精度高(gao)、穩定(ding)、靈(ling)活、不要求阻(zu)抗(kang)匹配等優勢。這里，選用(yong)巴(ba)特(te)(te)沃斯濾波(bo)(bo)器，即幅頻特(te)(te)性曲(qu)線在通帶(dai)(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)(dai)內(nei)均為(wei)單調遞減函(han)數。綜(zong)合考慮通帶(dai)(dai)與(yu)阻(zu)帶(dai)(dai)的變(bian)(bian)化速度及(ji)內(nei)、外部缺(que)陷信號(hao)(hao)的頻帶(dai)(dai)范圍，設定(ding)濾波(bo)(bo)器為(wei)四階。下(xia)面分(fen)(fen)別從幾種(zhong)(zhong)典型缺(que)陷形態特(te)(te)征出發，對(dui)各種(zhong)(zhong)人工(gong)缺(que)陷進行(xing)試驗區分(fen)(fen)，觀(guan)察檢測(ce)信號(hao)(hao)在經過數字濾波(bo)(bo)器之后幅值的變(bian)(bian)化。
1. 缺陷(xian)形狀對檢(jian)測(ce)信號頻(pin)率成(cheng)分的影響
不銹(xiu)鋼管漏(lou)磁檢測標準中(zhong)(zhong)，人工缺(que)陷通常(chang)選用通孔(kong)或刻(ke)槽，對不通孔(kong)未加說明。在(zai)鋼管的實際使用過程中(zhong)(zhong)，受到高壓(ya)沖刷、腐蝕等眾多因素的影(ying)響，鋼管上形成的腐蝕坑十分(fen)(fen)普遍。因此(ci)，在(zai)分(fen)(fen)析缺(que)陷形狀對檢測信號(hao)中(zhong)(zhong)心頻率成分(fen)(fen)的影(ying)響時，采用不通孔(kong)、裂紋和(he)通孔(kong)作為檢測對象，研究各類缺(que)陷信號(hao)在(zai)經(jing)過濾(lv)波系(xi)統后(hou)輸出量之間(jian)的差異。
建立不(bu)銹(xiu)鋼(gang)管漏磁自動化檢(jian)(jian)測(ce)(ce)系統，鋼(gang)管螺旋(xuan)前進，螺距為(wei)105mm，鋼(gang)管直徑(jing)(jing)為(wei)139.7mm，壁(bi)厚(hou)為(wei)8.5mm，采用(yong)電火花加工方(fang)法(fa)在(zai)內、外管壁(bi)加工周向和軸向刻槽，寬度均為(wei)0.8mm；采用(yong)機械加工的(de)方(fang)法(fa)，在(zai)鋼(gang)管外壁(bi)面(mian)上加工直徑(jing)(jing)為(wei)3.2mm、深(shen)度為(wei)2.0mm的(de)外部不(bu)通孔和直徑(jing)(jing)為(wei)1.6mm的(de)通孔。檢(jian)(jian)測(ce)(ce)過程中(zhong)，保證鋼(gang)管的(de)行進與旋(xuan)轉(zhuan)速(su)度恒定不(bu)變(bian)，以消(xiao)除(chu)傳感器掃查速(su)度變(bian)化對檢(jian)(jian)測(ce)(ce)信(xin)號的(de)影響(xiang)，獲(huo)得(de)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)(ce)原始信(xin)號波形如圖(tu)4-7所示。
經過不同截(jie)止頻率的高通濾波器之后，檢測缺陷(xian)信號輸(shu)出如圖(tu)4-8和圖(tu)4-9所(suo)示。
可(ke)以看(kan)出，經過截止頻(pin)率為540Hz的(de)(de)高通(tong)濾(lv)波(bo)器之后，N10的(de)(de)內傷(shang)可(ke)以很好地被(bei)削(xue)弱(ruo)，直至從信號(hao)輸出中完(wan)全消失(shi)。然(ran)而(er)，同在鋼管外(wai)表(biao)壁(bi)但(dan)形狀不(bu)(bu)同的(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)信號(hao)變(bian)化規(gui)律與N5外(wai)表(biao)面刻槽不(bu)(bu)同：外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔檢測(ce)(ce)(ce)信號(hao)同樣受到了高通(tong)濾(lv)波(bo)的(de)(de)影(ying)響而(er)被(bei)嚴重削(xue)弱(ruo)，當內部缺陷信號(hao)被(bei)濾(lv)波(bo)消除(chu)后，外(wai)不(bu)(bu)通(tong)孔的(de)(de)檢測(ce)(ce)(ce)信號(hao)也被(bei)濾(lv)除(chu)。這說明如果對外(wai)腐(fu)蝕坑采用(yong)基于中心頻(pin)率的(de)(de)區(qu)分方法，檢測(ce)(ce)(ce)結果可(ke)能(neng)會出現誤判的(de)(de)情況。
2. 缺(que)陷走向(xiang)對(dui)檢測(ce)信號頻率成分(fen)的(de)影響(xiang)
不銹鋼管在(zai)生產或使(shi)(shi)用(yong)過(guo)程中(zhong)如果受到扭(niu)轉(zhuan)載荷與軸(zhou)向(xiang)力的(de)(de)同(tong)時作用(yong)，容易在(zai)管壁內、外(wai)表面形成與管材(cai)(cai)軸(zhou)線方(fang)向(xiang)既不垂直(zhi)也(ye)不平行的(de)(de)裂紋(wen)，使(shi)(shi)得漏磁(ci)檢(jian)測(ce)過(guo)程中(zhong)無(wu)論是被周向(xiang)磁(ci)化(hua)或是軸(zhou)向(xiang)磁(ci)化(hua)，都無(wu)法滿足管材(cai)(cai)中(zhong)磁(ci)力線與缺陷走向(xiang)相垂直(zhi)的(de)(de)要求。而且，就(jiu)目(mu)前(qian)不銹鋼管漏磁(ci)檢(jian)測(ce)系統中(zhong)使(shi)(shi)用(yong)的(de)(de)磁(ci)化(hua)裝置(zhi)來(lai)看，裂紋(wen)的(de)(de)走向(xiang)在(zai)絕(jue)大多(duo)數情況(kuang)下與磁(ci)力線方(fang)向(xiang)成斜(xie)向(xiang)夾角，即(ji)兩(liang)者之間并非處于相互垂直(zhi)的(de)(de)狀態(tai)。
裂紋的走(zou)向對漏磁場強度(du)與分(fen)布影響(xiang)較(jiao)大，這一點可以通過檢(jian)測信號的波形(xing)特征(zheng)反映出來，進一步也必然會(hui)引起檢(jian)測信號中(zhong)心頻率(lv)的變化，從(cong)而會(hui)影響(xiang)基(ji)于中(zhong)心頻率(lv)方法的內、外(wai)部裂紋區(qu)分(fen)準確率(lv)。
采用電(dian)火花(hua)加(jia)工方式，在(zai)鋼管上加(jia)工N5（缺(que)陷深(shen)度占(zhan)壁厚的5％）內、外(wai)(wai)部軸向(xiang)(xiang)刻槽(cao)（也即縱向(xiang)(xiang)刻槽(cao)）、45°外(wai)(wai)部斜向(xiang)(xiang)刻槽(cao)以及不通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢測信號通過不同(tong)截止頻率濾波器后的信號輸出。不難發現：雖然處于(yu)鋼管外(wai)(wai)部，45°外(wai)(wai)部斜向(xiang)(xiang)刻槽(cao)與內部缺(que)陷一樣，檢測信號發生了(le)嚴重的削弱(ruo)，從而無法得到與軸向(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)標準刻槽(cao)區分一致的評判(pan)結(jie)果。
究其(qi)原因，斜(xie)向外部(bu)裂紋(wen)的走向與磁化場之(zhi)間(jian)的夾角呈(cheng)非垂(chui)直狀態，形成的漏磁場強度相對較弱，在(zai)檢測空(kong)間(jian)上也趨于分散，從而(er)導致斜(xie)向裂紋(wen)檢測信(xin)號在(zai)頻域內(nei)(nei)可能會被(bei)誤判為內(nei)(nei)部(bu)缺陷。
3. 缺陷(xian)深度對檢測(ce)信(xin)號(hao)頻率(lv)成分的影響
缺陷的(de)深度直接決定了管(guan)(guan)材的(de)使用性能。在管(guan)(guan)材的(de)實際使用過程中(zhong)，根(gen)據工(gong)作環(huan)境的(de)不同，位于鋼管(guan)(guan)不同表(biao)面（內表(biao)面或外表(biao)面）的(de)具有相同深度的(de)缺陷對(dui)管(guan)(guan)材性能的(de)影響(xiang)會不一樣。這里(li)討論(lun)缺陷深度對(dui)檢測信號頻率(lv)成(cheng)分(fen)的(de)影響(xiang)。
仍然選用不(bu)銹鋼管(guan)作(zuo)為(wei)試件，在距(ju)管(guan)端(duan)250mm的(de)圓周方向上(shang)加工N20（缺(que)陷深度占壁(bi)厚的(de)20％）周向內部刻槽(cao)和N10（缺(que)陷深度占壁(bi)厚的(de)10％）周向外部刻槽(cao)。經(jing)過試驗發現，通(tong)過不(bu)同(tong)截止頻率的(de)高通(tong)濾(lv)(lv)波系統處理后，深度較(jiao)大(da)的(de)內部刻槽(cao)檢測信(xin)號始終難以被有(you)效濾(lv)(lv)除，如圖4-12所示。
三、基(ji)于檢測信號中心頻率區分方法的(de)適應性(xing)
通過(guo)上述試驗(yan)分(fen)析可以看出，檢(jian)測信號中(zhong)(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)的(de)(de)(de)影響因(yin)素較多(duo)，如圖4-13所(suo)示，其對(dui)缺陷(xian)的(de)(de)(de)形狀、走(zou)向和深度等具(ju)(ju)有代表(biao)性的(de)(de)(de)形態特征均十分(fen)敏感。這(zhe)充分(fen)說明了信號的(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)成分(fen)在(zai)描(miao)述缺陷(xian)位(wei)置時(shi)并不(bu)具(ju)(ju)有完備(bei)的(de)(de)(de)表(biao)達能(neng)力。究其原(yuan)因(yin)，利用中(zhong)(zhong)心(xin)頻(pin)率(lv)區分(fen)內(nei)、外(wai)部缺陷(xian)，是以低(di)維度信息(xi)量(liang)去(qu)評判(pan)具(ju)(ju)有高維度信息(xi)的(de)(de)(de)檢(jian)測對(dui)象，因(yin)而，也(ye)就不(bu)可避免地(di)碰到信息(xi)維度過(guo)少而造成評判(pan)時(shi)模棱兩可的(de)(de)(de)尷尬(ga)局(ju)面(mian)。
中(zhong)心頻率比較法，可以對(dui)某(mou)些特(te)定(ding)類型缺(que)陷進(jin)行位(wei)置特(te)征判(pan)別。但(dan)由于判(pan)定(ding)指標的成因并不(bu)具有(you)唯一性，因此，該方法并不(bu)能(neng)保(bao)證對(dui)所有(you)類型缺(que)陷實現正(zheng)確區分。
