前面所述的(de)(de)基于(yu)中心頻(pin)率、中心斜率和數(shu)字信號(hao)差(cha)分的(de)(de)三種(zhong)方(fang)法(fa)均屬于(yu)信號(hao)后處理(li)方(fang)法(fa)，是對檢測(ce)結果的(de)(de)進一步處理(li)。這里，介紹一種(zhong)基于(yu)傳感(gan)器布置(zhi)的(de)(de)雙層梯(ti)度檢測(ce)方(fang)法(fa)，它通過特殊的(de)(de)傳感(gan)器陣列布置(zhi)及其(qi)處理(li)方(fang)法(fa)來區分缺(que)陷(xian)的(de)(de)位置(zhi)。具(ju)體實施方(fang)法(fa)為：從冗余檢測(ce)出發(fa)，

  在法向(xiang)(xiang)上布置兩(liang)(liang)層陣列磁(ci)敏感元件，實現兩(liang)(liang)個特定間隔測(ce)(ce)點的(de)梯度檢測(ce)(ce)，并對得到的(de)檢測(ce)(ce)信號(hao)(hao)進(jin)行(xing)對比分析(xi)，然(ran)后(hou)利用內、外部缺陷(xian)(xian)的(de)檢測(ce)(ce)信號(hao)(hao)峰(feng)-峰(feng)值在提離方向(xiang)(xiang)上的(de)衰(shuai)減(jian)(jian)率進(jin)行(xing)評判(pan)。最后(hou)，構建(jian)出歸(gui)一化衰(shuai)減(jian)(jian)率作為評判(pan)參數來(lai)對缺陷(xian)(xian)的(de)內、外位置進(jin)行(xing)評判(pan)。

一、內、外部缺(que)陷檢測信號(hao)的提離特性和雙(shuang)層梯度檢測

  當考慮不(bu)同的(de)(de)傳感器提離(li)值(zhi)時，實際上(shang)(shang)檢測得到的(de)(de)數字信(xin)號(hao)是關(guan)于(yu)不(bu)同提離(li)平面上(shang)(shang)的(de)(de)一組(zu)信(xin)號(hao)序列(lie)。如圖4-26所(suo)示，下面討論(lun)漏磁場法(fa)向分(fen)(fen)量在不(bu)同提離(li)值(zhi)h下的(de)(de)檢測信(xin)號(hao)峰-峰值(zhi)變化規律，并將內、外部缺(que)陷檢測信(xin)號(hao)的(de)(de)峰-峰值(zhi)分(fen)(fen)別記為Vinpp(h)和Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)的提離特(te)性(xing) 

   采(cai)用(yong)鋼(gang)板(ban)進行(xing)內、外部缺陷提(ti)離特性試驗(yan)，在其表(biao)(biao)面加工(gong)人工(gong)缺陷，分(fen)別有不(bu)通(tong)孔、橫向(xiang)刻槽以及斜向(xiang)刻槽，如圖4-27所示。用(yong)霍爾(er)元(yuan)件拾取漏磁場法向(xiang)分(fen)量，通(tong)過改變霍爾(er)元(yuan)件與鋼(gang)板(ban)表(biao)(biao)面之間的距離，即(ji)提(ti)離值(zhi)h的大小(xiao)，考察各人工缺(que)陷(xian)在正面(mian)和(he)(he)反(fan)面(mian)檢測時信(xin)號(hao)峰(feng)-峰(feng)值的(de)差(cha)異(yi)。鋼板(ban)(ban)(ban)漏磁(ci)(ci)檢測試驗平臺如圖4-28所(suo)示，試驗鋼板(ban)(ban)(ban)厚度、寬度和(he)(he)長度分別為(wei)9.6mm、100mm和(he)(he)1000mm，采(cai)用(yong)電火花和(he)(he)機械加(jia)工方法制作人工缺(que)陷(xian)，見表4-10，刻槽長度均為(wei)40.0mm，寬度均為(wei)1.0mm。磁(ci)(ci)化(hua)器采(cai)用(yong)穿(chuan)過式直流磁(ci)(ci)化(hua)線圈，確保鋼板(ban)(ban)(ban)被軸向磁(ci)(ci)化(hua)至飽和(he)(he)狀態。

  試驗獲得的(de)人(ren)工(gong)缺(que)陷正面檢測和(he)(he)背面檢測對應的(de)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值Vexpp(h)和(he)(he)Vinpp(h)與提離值h之間的(de)擬合曲(qu)線簇(cu)，如圖4-29和(he)(he)圖4-30所示。從圖中可(ke)以看出，峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值Vexpp(h)和(he)(he)（h）的(de)遞減趨勢雖(sui)然相同，但兩者的(de)變化速率則(ze)有(you)明顯區別，內部缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值（h）隨(sui)提離值的(de)增加遞減平緩(huan)，而外(wai)部缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值Vexpp(h)）遞減陡(dou)峭，當提離值大于(yu)1.0mm后(hou)，內、外(wai)部缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值均(jun)呈現出平緩(huan)的(de)變化趨勢。

 2. 雙層梯度檢測(ce)方法 

   根據和Vinpp(h）提離特性的不同，提出一種雙層梯(ti)度檢測方法(fa)，即沿著相同法(fa)線方向(xiang)的不同提離值處布置(zhi)兩(liang)個測點，通(tong)過獲取(qu)測點處缺(que)陷漏磁場法(fa)向(xiang)分量信(xin)號峰-峰值Vpp(z)在提離方向(xiang)上的衰減(jian)率作為評判(pan)指(zhi)標，也即

   其中，衰(shuai)(shuai)減率(lv)R實際上是利用兩(liang)測點的(de)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值差ΔVpp(h)與兩(liang)測點的(de)提離值差Δh之比(bi)來(lai)實現的(de)。當Δh足(zu)夠小時，可以視為函數(shu)Vpp(h)在(zai)h方向上的(de)梯度，由(you)于檢測元件(jian)具有一(yi)定厚度，兩(liang)個測點間的(de)間隔不可能(neng)無限小，實際應(ying)(ying)用中，只有當內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷(xian)峰(feng)(feng)-峰(feng)(feng)值Vpp(h)）的(de)衰(shuai)(shuai)減率(lv)R1a之間存在(zai)明顯差異(yi)時，才有可能(neng)有效應(ying)(ying)用于內(nei)、外(wai)部(bu)缺陷(xian)的(de)區(qu)分(fen)。為便于論述(shu)，對應(ying)(ying)于內(nei)部(bu)缺陷(xian)和外(wai)部(bu)缺陷(xian)檢測信號，衰(shuai)(shuai)減率(lv)分(fen)別記(ji)為和ERdoPlyI

   從(cong)圖4-29和圖4-30中可以看(kan)出，在不同(tong)提離值(zhi)(zhi)下，Vexpp(和Vimpp(h)）的變(bian)(bian)化趨勢僅在一定(ding)區域具(ju)有明顯差異。在此區域，外(wai)部(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨提離值(zhi)(zhi)的增加劇烈減小，而內(nei)部(bu)(bu)缺陷(xian)檢(jian)測信號(hao)(hao)峰-峰值(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的變(bian)(bian)化程度相對緩慢。

  當h分別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對比分析，發現提(ti)離值(zhi)(zhi)為0.3mm與0.7mm時，內、外部(bu)缺陷峰-峰值(zhi)(zhi)衰減率有明顯差異，見表4-11。

   采用(yong)不同厚度的(de)鋼板進一步試驗，缺(que)陷參數(shu)和峰-峰值衰減率見表4-12～表4-15。

   通(tong)過大(da)量對比試(shi)驗可以發(fa)(fa)現(xian)，提離值分別(bie)取0.3mm與(yu)0.7mm時，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)衰(shuai)(shuai)減率差異(yi)較為穩定(ding)，無(wu)論缺(que)陷(xian)(xian)形(xing)態特征(zheng)如何，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰(shuai)(shuai)減率均有較大(da)差異(yi)。從上述列(lie)表(biao)中的(de)(de)數值可以看出，衰(shuai)(shuai)減率的(de)(de)量值并不隨缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)其他特征(zheng)（如裂紋的(de)(de)走向、形(xing)狀等）的(de)(de)改變而(er)發(fa)(fa)生大(da)的(de)(de)變化(hua)。此(ci)外(wai)，隨著(zhu)被(bei)檢測鋼板厚度的(de)(de)加大(da)，內(nei)、外(wai)部缺(que)陷(xian)(xian)的(de)(de)衰(shuai)(shuai)減率差別(bie)更(geng)大(da)。

二、內(nei)、外(wai)部缺陷(xian)位(wei)置區分特征量

  對于(yu)(yu)相同尺(chi)寸的內、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)，在(zai)不同提離位置(zhi)上(shang)的兩個測點處得到(dao)的峰-峰值(zhi)差(cha)值(zhi)，外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)信號(hao)明顯大于(yu)(yu)內部(bu)缺(que)陷(xian)信號(hao)。為(wei)此，提出歸一化的峰-峰值(zhi)差(cha)值(zhi)，同時得到(dao)歸一化衰減率Rid，即

  其中，Vpp(z)對應外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)為(wei)，對應內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)為(wei)Vinpp(z)。為(wei)便于表達，將外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)和(he)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)歸(gui)一(yi)化衰(shuai)減率(lv)分別(bie)記為(wei)ERid和(he)IRido實(shi)際檢測時(shi)，用Rid來辨別(bie)缺(que)陷(xian)(xian)信號(hao)對應的是外部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)還是內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)。

  進(jin)一(yi)步，試驗(yan)驗(yan)證將(jiang)歸一(yi)化衰減率作為不銹鋼管(guan)(guan)內、外部(bu)缺(que)陷區分標準的可行性，設計雙(shuang)層霍爾(er)元件(jian)(jian)陣列封裝檢測探頭(tou)，結構及實物如(ru)圖4-31所(suo)示。采用(yong)厚度(du)(du)為0.3mm的聚甲醛片作為耐磨(mo)片，微(wei)型霍爾(er)元件(jian)(jian)厚度(du)(du)為0.4mm，最終形成(cheng)雙(shuang)層霍爾(er)元件(jian)(jian)相對(dui)(dui)于(yu)不銹鋼管(guan)(guan)表面提離距離分別(bie)為0.3mm和0.7mm。選(xuan)用(yong)厚度(du)(du)為9.35mm、外徑為88.9mm的鋼管(guan)(guan)作為試件(jian)(jian)，采用(yong)電火花(hua)及機(ji)械加(jia)工方法在(zai)不銹鋼管(guan)(guan)上加(jia)工內、外部(bu)缺(que)陷，見表4-16，采用(yong)直流磁化線圈(quan)對(dui)(dui)鋼管(guan)(guan)進(jin)行軸向(xiang)磁化，檢測速度(du)(du)保(bao)持穩定(ding)。

  通過(guo)試驗(yan)數據(ju)計算歸(gui)一化(hua)衰減率(lv)，見表4-16，并繪制成如圖(tu)4-32所示(shi)的(de)分(fen)布圖(tu)。從圖(tu)中可以(yi)發現(xian)，不銹(xiu)鋼(gang)管中內、外部缺陷(xian)具有較(jiao)(jiao)明顯的(de)量值差異。該(gai)方法區分(fen)正確率(lv)高，然而(er)探頭系統(tong)較(jiao)(jiao)為復雜，需要更多的(de)通道數來實(shi)現(xian)冗余檢測，因此(ci)一般用于(yu)高品質(zhi)不銹(xiu)鋼(gang)管的(de)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(mei)種內、外部缺(que)(que)陷(xian)區分(fen)方法都(dou)各有(you)優缺(que)(que)點，沒有(you)一種方法可(ke)100％正確區分(fen)。在選(xuan)擇缺(que)(que)陷(xian)區分(fen)方法時，要根據檢測要求(qiu)、工件(jian)特性(xing)、缺(que)(que)陷(xian)類(lei)型、使用工況以及設(she)備(bei)成本(ben)來選(xuan)擇合適有(you)效(xiao)的內、外部缺(que)(que)陷(xian)區分(fen)方法。