前面所(suo)述的基于(yu)(yu)中(zhong)(zhong)心頻率、中(zhong)(zhong)心斜率和數字信號差(cha)分(fen)的三種(zhong)方(fang)法(fa)均屬于(yu)(yu)信號后處理方(fang)法(fa)，是(shi)對檢(jian)(jian)測(ce)結果的進一步處理。這里(li)，介(jie)紹一種(zhong)基于(yu)(yu)傳感器布置的雙層梯度檢(jian)(jian)測(ce)方(fang)法(fa)，它通(tong)過特殊的傳感器陣列(lie)布置及(ji)其處理方(fang)法(fa)來區分(fen)缺陷的位置。具體實施(shi)方(fang)法(fa)為：從冗余(yu)檢(jian)(jian)測(ce)出發，
在法向上(shang)布置兩層陣列磁敏感元件，實(shi)現兩個特定間隔測(ce)點的(de)梯度檢(jian)測(ce)，并(bing)對得到的(de)檢(jian)測(ce)信號進(jin)行(xing)對比分析，然(ran)后(hou)利(li)用內(nei)、外(wai)部缺陷的(de)檢(jian)測(ce)信號峰(feng)-峰(feng)值在提(ti)離方向上(shang)的(de)衰(shuai)減(jian)率進(jin)行(xing)評判(pan)。最后(hou)，構建出(chu)歸一化衰(shuai)減(jian)率作為評判(pan)參數來對缺陷的(de)內(nei)、外(wai)位置進(jin)行(xing)評判(pan)。
一、內、外部缺(que)陷(xian)檢測信號的提離特性和雙層(ceng)梯(ti)度檢測
當(dang)考慮不(bu)同(tong)的傳感器(qi)提離值時，實際上(shang)檢測得到的數字信(xin)號(hao)(hao)是關于不(bu)同(tong)提離平面上(shang)的一組(zu)信(xin)號(hao)(hao)序列。如圖4-26所示(shi)，下面討(tao)論(lun)漏磁場(chang)法向(xiang)分(fen)量在不(bu)同(tong)提離值h下的檢測信(xin)號(hao)(hao)峰-峰值變化規律，并(bing)將內、外部缺(que)陷檢測信(xin)號(hao)(hao)的峰-峰值分(fen)別記為(wei)Vinpp(h)和(he)Vexpp(h)。
1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離特(te)性
采用(yong)鋼(gang)板進行內、外部(bu)缺(que)(que)陷提(ti)(ti)離特性試驗，在其表面加工(gong)人工(gong)缺(que)(que)陷，分別有不(bu)通孔、橫向刻槽以及斜(xie)向刻槽，如圖4-27所(suo)示。用(yong)霍爾(er)元(yuan)件拾取漏磁(ci)場(chang)法向分量(liang)，通過改變(bian)霍爾(er)元(yuan)件與(yu)鋼(gang)板表面之(zhi)間的(de)距離，即提(ti)(ti)離值h的(de)大小，考察各人工缺陷在(zai)正面和(he)反面檢測時信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)的(de)差異(yi)。鋼板漏磁(ci)檢測試(shi)驗(yan)平臺如圖4-28所(suo)示，試(shi)驗(yan)鋼板厚度(du)(du)、寬度(du)(du)和(he)長度(du)(du)分別為9.6mm、100mm和(he)1000mm，采用電火(huo)花和(he)機械加工方(fang)法制(zhi)作人工缺陷，見(jian)表4-10，刻槽長度(du)(du)均為40.0mm，寬度(du)(du)均為1.0mm。磁(ci)化器采用穿(chuan)過(guo)式直流(liu)磁(ci)化線圈，確保鋼板被軸(zhou)向磁(ci)化至飽(bao)和(he)狀態。
試驗獲得的(de)(de)人工(gong)缺(que)陷正面檢測和(he)背(bei)面檢測對(dui)應的(de)(de)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)Vinpp(h)與提離值(zhi)h之間的(de)(de)擬合曲線(xian)簇，如圖(tu)4-29和(he)圖(tu)4-30所示。從圖(tu)中(zhong)可以看出，峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)（h）的(de)(de)遞減(jian)趨勢雖然相同，但兩者的(de)(de)變化(hua)速(su)率則有(you)明顯(xian)區(qu)別(bie)，內部(bu)(bu)缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值(zhi)（h）隨提離值(zhi)的(de)(de)增(zeng)加遞減(jian)平(ping)緩(huan)，而(er)外(wai)(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞減(jian)陡峭，當提離值(zhi)大于1.0mm后，內、外(wai)(wai)部(bu)(bu)缺(que)陷信號(hao)峰(feng)(feng)(feng)(feng)-峰(feng)(feng)(feng)(feng)值(zhi)均(jun)呈(cheng)現(xian)出平(ping)緩(huan)的(de)(de)變化(hua)趨勢。
2. 雙(shuang)層(ceng)梯(ti)度(du)檢測方(fang)法
根據和Vinpp(h）提離特性的(de)不同，提出一種(zhong)雙層梯度檢測方(fang)法(fa)(fa)，即沿著相同法(fa)(fa)線(xian)方(fang)向的(de)不同提離值處布置兩(liang)個(ge)測點，通(tong)過(guo)獲取(qu)測點處缺陷漏磁場法(fa)(fa)向分量(liang)信號峰-峰值Vpp(z)在提離方(fang)向上的(de)衰減率作(zuo)為評(ping)判指標，也即
其中(zhong)，衰(shuai)減率(lv)(lv)R實際上是利用兩(liang)測(ce)點(dian)的(de)(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)差(cha)ΔVpp(h)與兩(liang)測(ce)點(dian)的(de)(de)(de)提離值(zhi)差(cha)Δh之(zhi)(zhi)比來實現(xian)的(de)(de)(de)。當Δh足夠小時，可以視為(wei)函數Vpp(h)在h方向上的(de)(de)(de)梯度，由(you)于(yu)檢測(ce)元件具有(you)一定厚度，兩(liang)個(ge)測(ce)點(dian)間的(de)(de)(de)間隔不可能無限小，實際應用中(zhong)，只(zhi)有(you)當內(nei)(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vpp(h)）的(de)(de)(de)衰(shuai)減率(lv)(lv)R1a之(zhi)(zhi)間存在明(ming)顯(xian)差(cha)異時，才有(you)可能有(you)效應用于(yu)內(nei)(nei)、外(wai)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)的(de)(de)(de)區分。為(wei)便于(yu)論述(shu)，對應于(yu)內(nei)(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)和外(wai)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)檢測(ce)信號，衰(shuai)減率(lv)(lv)分別(bie)記為(wei)和ERdoPlyI
從圖4-29和圖4-30中可以看出，在(zai)不同提(ti)離值(zhi)(zhi)下，Vexpp(和Vimpp(h)）的變化(hua)趨(qu)勢僅在(zai)一定區域具有明(ming)顯(xian)差(cha)異。在(zai)此區域，外部缺(que)陷(xian)檢測信號(hao)峰-峰值(zhi)(zhi)Vexpp(h)隨提(ti)離值(zhi)(zhi)的增加劇烈減小(xiao)，而內部缺(que)陷(xian)檢測信號(hao)峰-峰值(zhi)(zhi)Vinpp(h)）的變化(hua)程度相對緩慢(man)。
當h分(fen)別取(qu)0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和Vimpp(h)進行對(dui)比分(fen)析，發現提離值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺陷峰-峰值衰減率有明顯差異(yi)，見表4-11。
采用不同(tong)厚度的(de)鋼板進一步試驗，缺陷參數和峰-峰值衰減率見表4-12～表4-15。
通過大量(liang)對比試驗可(ke)以發現，提離值分別取0.3mm與0.7mm時，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷衰(shuai)減率差(cha)異較(jiao)為穩定，無(wu)論缺(que)(que)陷形態特(te)征如(ru)(ru)何，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減率均有較(jiao)大差(cha)異。從上述列表(biao)中的(de)(de)數值可(ke)以看(kan)出(chu)，衰(shuai)減率的(de)(de)量(liang)值并不隨缺(que)(que)陷的(de)(de)其他特(te)征（如(ru)(ru)裂紋的(de)(de)走向、形狀等）的(de)(de)改變而發生(sheng)大的(de)(de)變化(hua)。此(ci)外，隨著被檢(jian)測(ce)鋼板厚(hou)度的(de)(de)加(jia)大，內(nei)、外部(bu)缺(que)(que)陷的(de)(de)衰(shuai)減率差(cha)別更(geng)大。
二、內(nei)、外部缺(que)陷位置(zhi)區分特征(zheng)量(liang)
對于(yu)相同尺寸的(de)內、外部缺陷，在不同提離位置上的(de)兩個測點處得(de)到(dao)的(de)峰-峰值(zhi)差值(zhi)，外部缺陷信號明顯大于(yu)內部缺陷信號。為(wei)此，提出歸一化(hua)的(de)峰-峰值(zhi)差值(zhi)，同時得(de)到(dao)歸一化(hua)衰減率Rid，即
其中，Vpp(z)對(dui)應(ying)外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)為，對(dui)應(ying)內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)時(shi)為Vinpp(z)。為便于表達，將外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)和內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)歸一化衰減率分別記為ERid和IRido實際檢(jian)測時(shi)，用Rid來辨(bian)別缺(que)陷(xian)(xian)信號對(dui)應(ying)的是外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)還是內(nei)部(bu)缺(que)陷(xian)(xian)。
進(jin)一(yi)步(bu)，試(shi)驗驗證將(jiang)歸(gui)一(yi)化衰(shuai)減(jian)率作為(wei)不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)(guan)內、外部缺陷區(qu)分標準的可(ke)行性，設計(ji)雙層霍(huo)爾(er)元件(jian)陣列封(feng)裝(zhuang)檢(jian)測(ce)探頭，結構及實(shi)物如(ru)圖(tu)4-31所示。采用厚(hou)度為(wei)0.3mm的聚甲醛片作為(wei)耐磨片，微型(xing)霍(huo)爾(er)元件(jian)厚(hou)度為(wei)0.4mm，最終形成雙層霍(huo)爾(er)元件(jian)相對于不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)(guan)表面提離距離分別為(wei)0.3mm和(he)0.7mm。選用厚(hou)度為(wei)9.35mm、外徑為(wei)88.9mm的鋼管(guan)(guan)作為(wei)試(shi)件(jian)，采用電(dian)火花(hua)及機械(xie)加工(gong)方法在不(bu)銹(xiu)鋼管(guan)(guan)上加工(gong)內、外部缺陷，見表4-16，采用直流磁化線圈對鋼管(guan)(guan)進(jin)行軸向磁化，檢(jian)測(ce)速度保持(chi)穩(wen)定。
通過試驗數(shu)據計算歸一(yi)化衰減率(lv)，見表4-16，并繪制(zhi)成如(ru)圖(tu)4-32所示的分(fen)(fen)布圖(tu)。從圖(tu)中可(ke)以發現(xian)，不銹鋼管(guan)中內、外部缺陷(xian)具有較明顯的量值(zhi)差異。該(gai)方法區(qu)分(fen)(fen)正(zheng)確率(lv)高，然而探頭系統較為復雜，需要更(geng)多的通道數(shu)來實(shi)現(xian)冗余檢測，因此一(yi)般用于高品質不銹鋼管(guan)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(zhong)內、外部缺(que)陷區分(fen)方法都各有優缺(que)點，沒(mei)有一種(zhong)方法可100％正確(que)區分(fen)。在選擇缺(que)陷區分(fen)方法時(shi)，要根據(ju)檢測要求、工件特性、缺(que)陷類型(xing)、使用工況以及設備成本(ben)來選擇合適有效的內、外部缺(que)陷區分(fen)方法。
