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、基于檢測信號中(zhong)心頻率的(de)區分方法(fa)
內部缺(que)(que)陷(xian)(xian)在檢(jian)測(ce)空間產生的(de)漏磁場強度(du)相(xiang)(xiang)對較(jiao)弱，但空間分(fen)(fen)布范圍相(xiang)(xiang)對較(jiao)大。因此(ci)，內部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測(ce)信號(hao)的(de)突變時間持續較(jiao)長；在頻(pin)域(yu)上(shang)，檢(jian)測(ce)信號(hao)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率相(xiang)(xiang)對較(jiao)低。相(xiang)(xiang)反，外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測(ce)信號(hao)的(de)中(zhong)心(xin)頻(pin)率較(jiao)高(gao)(gao)，突變相(xiang)(xiang)對陡峭。根據上(shang)述(shu)特點，采(cai)用(yong)合理的(de)帶通(tong)濾(lv)波器、高(gao)(gao)通(tong)濾(lv)波器以及(ji)觸發門限(xian)電路，針對內、外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)檢(jian)測(ce)信號(hao)的(de)頻(pin)域(yu)特征，設置相(xiang)(xiang)應的(de)截止頻(pin)率，將濾(lv)波后的(de)輸出信號(hao)幅度(du)進行對比(bi)，可達到區分(fen)(fen)內、外部缺(que)(que)陷(xian)(xian)的(de)目的(de)。
如圖4-6所示，將(jiang)(jiang)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)分別(bie)利用(yong)高通(tong)(tong)濾(lv)波器與帶通(tong)(tong)濾(lv)波器進(jin)行濾(lv)波處理。其中，設置帶通(tong)(tong)濾(lv)波器的上(shang)、下限頻(pin)(pin)率(lv)時需包含內(nei)、外(wai)(wai)(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)頻(pin)(pin)段，也即，內(nei)、外(wai)(wai)(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在通(tong)(tong)過帶通(tong)(tong)濾(lv)波器后均不(bu)會(hui)引起波形特征上(shang)的變化，僅僅濾(lv)除高頻(pin)(pin)與低頻(pin)(pin)噪聲信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)，并將(jiang)(jiang)該輸(shu)出(chu)量視為(wei)A通(tong)(tong)路，輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記為(wei)XA(t)）。另外(wai)(wai)(wai)(wai)設立通(tong)(tong)路B，即高通(tong)(tong)濾(lv)波支路，它能夠使(shi)得頻(pin)(pin)率(lv)較低的內(nei)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)在強度(du)上(shang)明顯削(xue)弱，而外(wai)(wai)(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)強度(du)基本不(bu)變，輸(shu)出(chu)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)記為(wei)XB(t)。進(jin)一步(bu)，將(jiang)(jiang)兩種濾(lv)波系統(tong)的輸(shu)出(chu)量XA(t)與XB(t)進(jin)行對比，從而可獲得內(nei)、外(wai)(wai)(wai)(wai)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)(ce)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)(hao)的判據(ju)。
從圖(tu)4-6中可以看出，采用(yong)中心頻率(lv)比較(jiao)法識別缺陷的位置時具有很好的邏輯性。但必須(xu)注意的是，由于檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)信號(hao)頻率(lv)與檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)速度有關，因此檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)過程(cheng)中速度必須(xu)保持恒定。如果檢(jian)(jian)測(ce)(ce)(ce)速度發生變化，則需重新調整濾(lv)波(bo)器(qi)的各濾(lv)波(bo)截(jie)止頻率(lv)。
二、缺陷形態特征(zheng)對中(zhong)心頻率法的影(ying)響
除缺陷位置(zhi)外，缺陷的(de)其(qi)他形態(tai)特征也會影響(xiang)缺陷的(de)中(zhong)心頻率，因(yin)此，采用該區(qu)分方(fang)法時需要綜(zong)合(he)考慮各種因(yin)素的(de)影響(xiang)。下面扼要介(jie)紹缺陷形狀、走向和深(shen)度對基于中(zhong)心頻率區(qu)分方(fang)法的(de)影響(xiang)。
模擬濾波(bo)(bo)與(yu)數(shu)(shu)字濾波(bo)(bo)都是改變信(xin)號中所包含(han)頻(pin)(pin)率(lv)成分(fen)的相對比例，或(huo)是濾除(chu)某(mou)種頻(pin)(pin)率(lv)成分(fen)的系(xi)統(tong)。數(shu)(shu)字濾波(bo)(bo)具有精度高、穩定(ding)、靈活、不(bu)要求阻(zu)(zu)抗(kang)匹配(pei)等優(you)勢(shi)。這里，選(xuan)用巴特沃斯濾波(bo)(bo)器，即幅(fu)頻(pin)(pin)特性曲線在(zai)通(tong)帶與(yu)阻(zu)(zu)帶內均為單調遞減(jian)函數(shu)(shu)。綜合考慮通(tong)帶與(yu)阻(zu)(zu)帶的變化速度及內、外部缺(que)陷(xian)信(xin)號的頻(pin)(pin)帶范圍，設(she)定(ding)濾波(bo)(bo)器為四(si)階。下(xia)面分(fen)別從幾(ji)種典型缺(que)陷(xian)形態特征出(chu)發，對各種人(ren)工缺(que)陷(xian)進行(xing)試(shi)驗區分(fen)，觀(guan)察檢測信(xin)號在(zai)經(jing)過數(shu)(shu)字濾波(bo)(bo)器之后幅(fu)值的變化。
1. 缺陷(xian)形狀對檢測信號頻(pin)率成(cheng)分的(de)影響(xiang)
不銹鋼(gang)管漏磁檢(jian)測標準中(zhong)，人工缺(que)陷(xian)通(tong)常選用通(tong)孔(kong)或刻(ke)槽，對不通(tong)孔(kong)未加說明。在鋼(gang)管的(de)(de)(de)實際(ji)使(shi)用過(guo)程中(zhong)，受(shou)到(dao)高壓沖刷、腐蝕等眾多(duo)因(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，鋼(gang)管上形成的(de)(de)(de)腐蝕坑十分普遍。因(yin)此，在分析缺(que)陷(xian)形狀對檢(jian)測信號中(zhong)心頻率成分的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)時，采用不通(tong)孔(kong)、裂紋和通(tong)孔(kong)作為檢(jian)測對象，研(yan)究(jiu)各類缺(que)陷(xian)信號在經過(guo)濾(lv)波系統后輸出量之間的(de)(de)(de)差異。
建(jian)立不(bu)銹鋼(gang)(gang)管(guan)漏磁(ci)自(zi)動化(hua)檢(jian)測系統，鋼(gang)(gang)管(guan)螺旋前進，螺距為(wei)105mm，鋼(gang)(gang)管(guan)直(zhi)(zhi)徑為(wei)139.7mm，壁厚(hou)為(wei)8.5mm，采(cai)用電火花(hua)加工(gong)方法(fa)在(zai)內、外(wai)管(guan)壁加工(gong)周(zhou)向(xiang)和(he)軸向(xiang)刻(ke)槽，寬度(du)(du)均為(wei)0.8mm；采(cai)用機械加工(gong)的方法(fa)，在(zai)鋼(gang)(gang)管(guan)外(wai)壁面上加工(gong)直(zhi)(zhi)徑為(wei)3.2mm、深度(du)(du)為(wei)2.0mm的外(wai)部不(bu)通(tong)孔(kong)和(he)直(zhi)(zhi)徑為(wei)1.6mm的通(tong)孔(kong)。檢(jian)測過(guo)程中(zhong)，保(bao)證鋼(gang)(gang)管(guan)的行進與旋轉速度(du)(du)恒(heng)定(ding)不(bu)變，以消(xiao)除傳感器掃查速度(du)(du)變化(hua)對檢(jian)測信號(hao)的影(ying)響，獲得的檢(jian)測原始信號(hao)波形如圖(tu)4-7所示。
經過不同截止頻率的高通(tong)濾波(bo)器之后，檢測缺(que)陷信號輸出如圖(tu)(tu)4-8和圖(tu)(tu)4-9所示。
可(ke)(ke)以(yi)看出，經過截止頻率為540Hz的(de)(de)(de)(de)(de)高通(tong)濾(lv)波器之(zhi)后(hou)，N10的(de)(de)(de)(de)(de)內傷可(ke)(ke)以(yi)很好(hao)地被(bei)削弱，直至從信(xin)(xin)(xin)號(hao)輸(shu)出中完全(quan)消失(shi)。然而，同(tong)在鋼管外(wai)表(biao)壁但形狀不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)直徑為3.2mm的(de)(de)(de)(de)(de)外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)(xin)號(hao)變化規律與(yu)N5外(wai)表(biao)面刻槽不(bu)同(tong)：外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)檢(jian)測信(xin)(xin)(xin)號(hao)同(tong)樣受(shou)到了高通(tong)濾(lv)波的(de)(de)(de)(de)(de)影響而被(bei)嚴重削弱，當內部缺陷信(xin)(xin)(xin)號(hao)被(bei)濾(lv)波消除后(hou)，外(wai)不(bu)通(tong)孔(kong)的(de)(de)(de)(de)(de)檢(jian)測信(xin)(xin)(xin)號(hao)也被(bei)濾(lv)除。這說(shuo)明如(ru)果(guo)(guo)對外(wai)腐蝕坑(keng)采用基于中心(xin)頻率的(de)(de)(de)(de)(de)區分方(fang)法，檢(jian)測結果(guo)(guo)可(ke)(ke)能會出現(xian)誤(wu)判(pan)的(de)(de)(de)(de)(de)情況。
2. 缺(que)陷走向(xiang)對檢(jian)測信號頻率成分(fen)的(de)影響(xiang)
不銹(xiu)鋼管(guan)在(zai)生產或使用(yong)過程中如果受到(dao)扭(niu)轉載荷與(yu)(yu)軸向(xiang)力的(de)同時作(zuo)用(yong)，容易在(zai)管(guan)壁內(nei)、外表面形成與(yu)(yu)管(guan)材軸線方向(xiang)既(ji)不垂(chui)(chui)直也不平行(xing)的(de)裂紋，使得漏(lou)磁(ci)(ci)檢測過程中無(wu)論是被周向(xiang)磁(ci)(ci)化或是軸向(xiang)磁(ci)(ci)化，都無(wu)法滿足管(guan)材中磁(ci)(ci)力線與(yu)(yu)缺陷走向(xiang)相垂(chui)(chui)直的(de)要(yao)求。而且，就(jiu)目前不銹(xiu)鋼管(guan)漏(lou)磁(ci)(ci)檢測系統中使用(yong)的(de)磁(ci)(ci)化裝置來看，裂紋的(de)走向(xiang)在(zai)絕(jue)大多數(shu)情況下與(yu)(yu)磁(ci)(ci)力線方向(xiang)成斜向(xiang)夾角(jiao)，即兩者之間并非處于相互(hu)垂(chui)(chui)直的(de)狀(zhuang)態。
裂紋的(de)走向對(dui)漏磁場強度(du)與分(fen)布影響(xiang)較(jiao)大，這一(yi)點(dian)可以(yi)通過檢測信(xin)號的(de)波形特征(zheng)反映出來，進(jin)一(yi)步也必然會引(yin)起檢測信(xin)號中心頻率的(de)變(bian)化，從而(er)會影響(xiang)基于中心頻率方法的(de)內、外(wai)部裂紋區分(fen)準確率。
采用電火花(hua)加工方(fang)式(shi)，在鋼管(guan)上加工N5（缺陷深(shen)度(du)占(zhan)壁厚的5％）內、外部軸(zhou)向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)（也即(ji)縱向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)）、45°外部斜(xie)向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)以及不(bu)通(tong)孔(kong)等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢測信(xin)號(hao)通(tong)過不(bu)同截止頻率濾波器后的信(xin)號(hao)輸出。不(bu)難發(fa)現：雖然(ran)處于鋼管(guan)外部，45°外部斜(xie)向(xiang)(xiang)刻(ke)(ke)槽(cao)與內部缺陷一樣，檢測信(xin)號(hao)發(fa)生了嚴重的削弱，從而(er)無法得(de)到與軸(zhou)向(xiang)(xiang)、周向(xiang)(xiang)標(biao)準刻(ke)(ke)槽(cao)區分一致(zhi)的評(ping)判結果。
究其原因(yin)，斜向外(wai)部(bu)(bu)裂紋的走(zou)向與磁化場(chang)之間的夾角呈非垂直(zhi)狀態，形成的漏磁場(chang)強(qiang)度相對較弱，在檢測(ce)空間上也趨于分散，從而(er)導致(zhi)斜向裂紋檢測(ce)信號在頻域內可能(neng)會(hui)被誤判為(wei)內部(bu)(bu)缺陷。
3. 缺陷(xian)深度對檢測(ce)信號(hao)頻率成分的影(ying)響
缺陷的深(shen)度(du)直接決定了(le)管(guan)材(cai)的使(shi)(shi)用性(xing)能(neng)。在管(guan)材(cai)的實際使(shi)(shi)用過(guo)程(cheng)中，根(gen)據工作(zuo)環境的不(bu)(bu)同(tong)(tong)，位(wei)于鋼管(guan)不(bu)(bu)同(tong)(tong)表(biao)面(mian)（內(nei)表(biao)面(mian)或外表(biao)面(mian)）的具有相(xiang)同(tong)(tong)深(shen)度(du)的缺陷對管(guan)材(cai)性(xing)能(neng)的影響(xiang)會(hui)不(bu)(bu)一樣。這里討論缺陷深(shen)度(du)對檢測信號頻率成分的影響(xiang)。
仍然選用不銹(xiu)鋼管作為試(shi)件，在(zai)距管端250mm的(de)圓周(zhou)方(fang)向(xiang)(xiang)上(shang)加工(gong)N20（缺(que)陷(xian)(xian)深(shen)度(du)占壁厚(hou)的(de)20％）周(zhou)向(xiang)(xiang)內(nei)部刻(ke)槽(cao)和N10（缺(que)陷(xian)(xian)深(shen)度(du)占壁厚(hou)的(de)10％）周(zhou)向(xiang)(xiang)外部刻(ke)槽(cao)。經過(guo)試(shi)驗(yan)發現(xian)，通(tong)過(guo)不同截(jie)止頻率(lv)的(de)高通(tong)濾波系(xi)統處(chu)理后，深(shen)度(du)較大的(de)內(nei)部刻(ke)槽(cao)檢測(ce)信號始終難(nan)以被(bei)有效濾除，如(ru)圖(tu)4-12所示。
三、基于檢(jian)測信號(hao)中心頻(pin)率區(qu)分(fen)方法的適應性(xing)
通過上述(shu)(shu)試驗分(fen)(fen)(fen)析可(ke)以(yi)看出(chu)，檢(jian)測信(xin)號中(zhong)心頻率(lv)的影響(xiang)因(yin)素(su)較多，如(ru)圖(tu)4-13所示，其對缺陷(xian)(xian)的形(xing)狀、走向和深(shen)度(du)(du)等具有代表性的形(xing)態特(te)征均十分(fen)(fen)(fen)敏(min)感。這充分(fen)(fen)(fen)說明(ming)了信(xin)號的頻率(lv)成分(fen)(fen)(fen)在描述(shu)(shu)缺陷(xian)(xian)位置時(shi)并不(bu)具有完備的表達能力(li)。究其原因(yin)，利用中(zhong)心頻率(lv)區分(fen)(fen)(fen)內(nei)、外部(bu)缺陷(xian)(xian)，是以(yi)低(di)維度(du)(du)信(xin)息(xi)量去評判具有高(gao)維度(du)(du)信(xin)息(xi)的檢(jian)測對象，因(yin)而(er)，也就(jiu)不(bu)可(ke)避(bi)免地碰到信(xin)息(xi)維度(du)(du)過少而(er)造(zao)成評判時(shi)模棱(leng)兩可(ke)的尷尬局面。
中心頻率比較法(fa)，可(ke)以對某(mou)些特定類型缺陷(xian)進行(xing)位置特征判別。但由于判定指標(biao)的成因并不具有唯(wei)一性，因此，該方法(fa)并不能保證對所(suo)有類型缺陷(xian)實現正確區分。
