前面所述的(de)基(ji)于(yu)中心頻(pin)率、中心斜率和數(shu)字信號(hao)(hao)差分(fen)(fen)的(de)三種(zhong)方(fang)(fang)法(fa)均屬于(yu)信號(hao)(hao)后(hou)處(chu)理(li)方(fang)(fang)法(fa)，是對檢測結果(guo)的(de)進一步處(chu)理(li)。這里，介(jie)紹一種(zhong)基(ji)于(yu)傳感器布(bu)置的(de)雙層梯度檢測方(fang)(fang)法(fa)，它通(tong)過(guo)特(te)殊的(de)傳感器陣列布(bu)置及其處(chu)理(li)方(fang)(fang)法(fa)來區分(fen)(fen)缺陷的(de)位置。具(ju)體實施方(fang)(fang)法(fa)為：從(cong)冗(rong)余檢測出(chu)發，

  在法向上布置兩層陣(zhen)列磁敏感元件，實現兩個特(te)定間(jian)隔測點的(de)梯度檢測，并對得到的(de)檢測信(xin)號(hao)進行對比分析，然后利用內、外部缺陷的(de)檢測信(xin)號(hao)峰-峰值在提離方(fang)向上的(de)衰(shuai)減(jian)率進行評(ping)判(pan)。最后，構建出(chu)歸一化衰(shuai)減(jian)率作為評(ping)判(pan)參數來對缺陷的(de)內、外位置進行評(ping)判(pan)。

一、內、外部缺陷檢測信號的(de)提離特性和(he)雙層(ceng)梯度檢測

  當考慮不同的(de)傳感器提離值(zhi)時，實際上檢測(ce)(ce)(ce)得到的(de)數字信(xin)(xin)號(hao)是(shi)關于不同提離平面上的(de)一組信(xin)(xin)號(hao)序列。如圖4-26所示，下(xia)面討論(lun)漏磁場(chang)法向分量在不同提離值(zhi)h下(xia)的(de)檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)變化規律(lv)，并將內、外部缺陷檢測(ce)(ce)(ce)信(xin)(xin)號(hao)的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)分別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提(ti)離(li)特性 

   采用(yong)鋼(gang)板進行內(nei)、外部缺(que)陷(xian)(xian)提離特性(xing)試(shi)驗(yan)，在其表(biao)面(mian)加工(gong)人工(gong)缺(que)陷(xian)(xian)，分別有(you)不通孔(kong)、橫向刻槽以及斜(xie)向刻槽，如圖4-27所示。用(yong)霍爾(er)元件(jian)拾取漏磁場(chang)法向分量，通過改變霍爾(er)元件(jian)與鋼(gang)板表(biao)面(mian)之間的(de)距離，即(ji)提離值h的(de)大小，考察各人工(gong)(gong)缺陷(xian)在正面和(he)反面檢測(ce)時信號峰-峰值的差(cha)異。鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)漏(lou)磁(ci)檢測(ce)試驗平臺如圖(tu)4-28所示，試驗鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)厚(hou)度、寬(kuan)度和(he)長度分(fen)別(bie)為9.6mm、100mm和(he)1000mm，采(cai)用(yong)(yong)電火花(hua)和(he)機械加工(gong)(gong)方法制(zhi)作人工(gong)(gong)缺陷(xian)，見表4-10，刻槽(cao)長度均為40.0mm，寬(kuan)度均為1.0mm。磁(ci)化(hua)器(qi)采(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)過式直流磁(ci)化(hua)線圈(quan)，確保鋼(gang)(gang)板(ban)(ban)被軸向磁(ci)化(hua)至飽和(he)狀態(tai)。

  試驗獲得(de)的人(ren)工缺陷正面檢(jian)測(ce)和背(bei)面檢(jian)測(ce)對應的峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和Vinpp(h)與提離(li)(li)值h之間的擬合曲線(xian)簇(cu)，如(ru)圖(tu)4-29和圖(tu)4-30所示。從(cong)圖(tu)中可(ke)以看(kan)出，峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)和（h）的遞減趨勢雖然(ran)相同，但兩者(zhe)的變(bian)化(hua)(hua)速率則有(you)明顯區(qu)別(bie)，內部缺陷信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值（h）隨(sui)提離(li)(li)值的增加遞減平緩，而外部缺陷信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值Vexpp(h)）遞減陡峭，當提離(li)(li)值大于1.0mm后(hou)，內、外部缺陷信號(hao)峰(feng)-峰(feng)值均呈現出平緩的變(bian)化(hua)(hua)趨勢。

 2. 雙(shuang)層梯度檢測方法 

   根據(ju)和Vinpp(h）提離特性的不同，提出一(yi)種(zhong)雙(shuang)層(ceng)梯度檢(jian)測方法，即(ji)沿(yan)著相同法線方向(xiang)的不同提離值處布置(zhi)兩個測點，通過獲取測點處缺陷漏(lou)磁場法向(xiang)分量(liang)信號峰(feng)-峰(feng)值Vpp(z)在提離方向(xiang)上的衰減率作(zuo)為評判指標，也(ye)即(ji)

   其中，衰(shuai)減率R實(shi)(shi)際上是利用(yong)兩測(ce)點(dian)的峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與兩測(ce)點(dian)的提離值(zhi)差(cha)Δh之比來實(shi)(shi)現的。當Δh足夠小時，可以視為(wei)函數Vpp(h)在h方向上的梯度，由于檢(jian)測(ce)元件(jian)具有(you)一定厚度，兩個測(ce)點(dian)間(jian)的間(jian)隔不可能(neng)(neng)無限小，實(shi)(shi)際應(ying)用(yong)中，只有(you)當內、外(wai)部(bu)缺(que)陷峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值(zhi)Vpp(h)）的衰(shuai)減率R1a之間(jian)存在明(ming)顯差(cha)異時，才有(you)可能(neng)(neng)有(you)效(xiao)應(ying)用(yong)于內、外(wai)部(bu)缺(que)陷的區分(fen)(fen)。為(wei)便(bian)于論述，對(dui)應(ying)于內部(bu)缺(que)陷和(he)外(wai)部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信號，衰(shuai)減率分(fen)(fen)別記為(wei)和(he)ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中可以看出，在(zai)不同提(ti)離值(zhi)(zhi)下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)變(bian)化(hua)趨勢僅在(zai)一定區(qu)域(yu)具有明顯差異。在(zai)此區(qu)域(yu)，外部(bu)缺(que)陷檢測信號峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨提(ti)離值(zhi)(zhi)的(de)增加劇烈減小，而內部(bu)缺(que)陷檢測信號峰-峰值(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的(de)變(bian)化(hua)程(cheng)度相對緩慢。

  當h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比分析，發現提離值為0.3mm與(yu)0.7mm時，內、外(wai)部缺陷峰-峰值衰減率有明(ming)顯差異(yi)，見表4-11。

   采用不同厚度的鋼板(ban)進一步試驗，缺陷參數和峰-峰值衰減率見表(biao)4-12～表(biao)4-15。

   通過大(da)量對比試驗可以發(fa)現，提離值分(fen)別(bie)取(qu)0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷衰(shuai)減率(lv)差(cha)異較為穩定(ding)，無論缺(que)陷形(xing)態特征如何(he)，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)(de)衰(shuai)減率(lv)均有較大(da)差(cha)異。從上述(shu)列表中的(de)(de)(de)數值可以看出，衰(shuai)減率(lv)的(de)(de)(de)量值并(bing)不隨(sui)缺(que)陷的(de)(de)(de)其他特征（如裂紋的(de)(de)(de)走向、形(xing)狀等(deng)）的(de)(de)(de)改變而發(fa)生大(da)的(de)(de)(de)變化(hua)。此(ci)外(wai)，隨(sui)著被檢測鋼(gang)板(ban)厚度的(de)(de)(de)加(jia)大(da)，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷的(de)(de)(de)衰(shuai)減率(lv)差(cha)別(bie)更大(da)。

二、內、外部(bu)缺陷(xian)位置區分特征(zheng)量

  對于(yu)相同尺寸的(de)內、外(wai)部缺(que)陷，在(zai)不同提離位置(zhi)上(shang)的(de)兩個測點處得(de)(de)到的(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差值(zhi)，外(wai)部缺(que)陷信號(hao)明顯大于(yu)內部缺(que)陷信號(hao)。為此，提出(chu)歸(gui)一化的(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差值(zhi)，同時(shi)得(de)(de)到歸(gui)一化衰(shuai)減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為(wei)，對應內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表(biao)達，將(jiang)外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)和(he)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)歸一化衰減(jian)率(lv)分別記(ji)為(wei)ERid和(he)IRido實際檢測時，用(yong)Rid來辨別缺(que)陷(xian)(xian)信號對應的是外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)還是內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)。

  進一步，試驗驗證(zheng)將歸一化衰減率作為(wei)不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)內、外部(bu)缺陷區分標(biao)準的可(ke)行(xing)性，設計(ji)雙層霍(huo)爾元件(jian)陣(zhen)列(lie)封(feng)裝檢測探頭，結構及實物如圖4-31所示。采(cai)用(yong)(yong)厚度(du)(du)(du)為(wei)0.3mm的聚(ju)甲醛片作為(wei)耐(nai)磨(mo)片，微型(xing)霍(huo)爾元件(jian)厚度(du)(du)(du)為(wei)0.4mm，最終形成雙層霍(huo)爾元件(jian)相對(dui)于(yu)不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)表(biao)面提離(li)距離(li)分別為(wei)0.3mm和0.7mm。選用(yong)(yong)厚度(du)(du)(du)為(wei)9.35mm、外徑為(wei)88.9mm的鋼管(guan)作為(wei)試件(jian)，采(cai)用(yong)(yong)電火(huo)花及機械加工方法在不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)上加工內、外部(bu)缺陷，見表(biao)4-16，采(cai)用(yong)(yong)直流磁化線(xian)圈對(dui)鋼管(guan)進行(xing)軸向磁化，檢測速(su)度(du)(du)(du)保持穩定。

  通過試驗數據計(ji)算歸(gui)一化衰減率(lv)，見表4-16，并(bing)繪制(zhi)成如圖4-32所(suo)示的(de)分(fen)布圖。從圖中可以發現，不銹鋼管中內、外部缺陷具有較明(ming)顯的(de)量值差異。該方法(fa)區分(fen)正確率(lv)高，然而探頭系統較為(wei)復雜，需要(yao)更多的(de)通道(dao)數來(lai)實(shi)現冗余檢(jian)測，因(yin)此一般用于高品(pin)質不銹鋼管的(de)檢(jian)測。

  內、外部缺陷區分是不(bu)銹鋼管(guan)漏磁(ci)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、外部缺(que)陷(xian)區(qu)(qu)分(fen)方(fang)法(fa)(fa)都各(ge)有優缺(que)點，沒(mei)有一種方(fang)法(fa)(fa)可100％正確(que)區(qu)(qu)分(fen)。在選擇缺(que)陷(xian)區(qu)(qu)分(fen)方(fang)法(fa)(fa)時，要根據檢測要求、工(gong)件特性、缺(que)陷(xian)類型、使用工(gong)況以及設(she)備成本來選擇合適有效的內、外部缺(que)陷(xian)區(qu)(qu)分(fen)方(fang)法(fa)(fa)。