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(guan)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(yu)檢(jian)測信(xin)號(hao)中(zhong)心頻(pin)率的區(qu)分方法(fa)
內部(bu)缺(que)陷在檢(jian)測(ce)空(kong)間(jian)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)漏磁場強度相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)弱，但空(kong)間(jian)分(fen)布范(fan)圍相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)大。因此(ci)，內部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)突(tu)變(bian)(bian)時間(jian)持(chi)續較(jiao)長(chang)；在頻(pin)域(yu)上(shang)，檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)中心(xin)(xin)頻(pin)率(lv)(lv)相(xiang)(xiang)對(dui)較(jiao)低。相(xiang)(xiang)反，外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)中心(xin)(xin)頻(pin)率(lv)(lv)較(jiao)高(gao)，突(tu)變(bian)(bian)相(xiang)(xiang)對(dui)陡峭(qiao)。根據上(shang)述特點，采用合理的(de)(de)(de)(de)帶通濾(lv)波(bo)器(qi)、高(gao)通濾(lv)波(bo)器(qi)以及觸發門限電路(lu)，針(zhen)對(dui)內、外部(bu)缺(que)陷檢(jian)測(ce)信(xin)號的(de)(de)(de)(de)頻(pin)域(yu)特征，設置相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)(de)截止(zhi)頻(pin)率(lv)(lv)，將濾(lv)波(bo)后的(de)(de)(de)(de)輸出信(xin)號幅度進行對(dui)比，可達到(dao)區分(fen)內、外部(bu)缺(que)陷的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。
如(ru)圖4-6所示，將檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號分別利用高通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器與(yu)帶(dai)通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器進行(xing)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)處(chu)理。其(qi)中(zhong)，設置帶(dai)通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器的(de)上(shang)、下(xia)限頻(pin)率(lv)時需包含內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號頻(pin)段，也即，內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號在通過(guo)帶(dai)通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)器后均(jun)不(bu)會引起波(bo)形特(te)征上(shang)的(de)變化，僅僅濾(lv)(lv)(lv)除高頻(pin)與(yu)低頻(pin)噪聲信(xin)(xin)號，并將該輸(shu)(shu)出(chu)量視為A通路(lu)，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)號記為XA(t)）。另外設立通路(lu)B，即高通濾(lv)(lv)(lv)波(bo)支(zhi)路(lu)，它能(neng)夠(gou)使得頻(pin)率(lv)較低的(de)內部(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號在強(qiang)度上(shang)明顯削弱，而外部(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號強(qiang)度基本不(bu)變，輸(shu)(shu)出(chu)信(xin)(xin)號記為XB(t)。進一步(bu)，將兩種(zhong)濾(lv)(lv)(lv)波(bo)系統的(de)輸(shu)(shu)出(chu)量XA(t)與(yu)XB(t)進行(xing)對比，從而可獲(huo)得內、外部(bu)(bu)缺(que)(que)(que)陷(xian)(xian)檢測(ce)(ce)信(xin)(xin)號的(de)判據。
從圖4-6中可以看出(chu)，采用中心頻率(lv)(lv)比較法識別缺陷的(de)(de)位置時具有很好的(de)(de)邏(luo)輯(ji)性。但必須注意的(de)(de)是，由于檢(jian)測(ce)(ce)信號(hao)頻率(lv)(lv)與檢(jian)測(ce)(ce)速度(du)有關，因此檢(jian)測(ce)(ce)過(guo)程中速度(du)必須保持恒定。如果檢(jian)測(ce)(ce)速度(du)發(fa)生變化，則需重(zhong)新調整濾波器的(de)(de)各(ge)濾波截止頻率(lv)(lv)。
二(er)、缺陷形態特征對中心頻率法的影響
除缺(que)陷(xian)(xian)位(wei)置外，缺(que)陷(xian)(xian)的其他形態特征也會影響缺(que)陷(xian)(xian)的中心(xin)頻(pin)率，因此，采用該(gai)區(qu)分(fen)方法時需(xu)要綜合考慮各種因素的影響。下面(mian)扼要介(jie)紹缺(que)陷(xian)(xian)形狀、走向和深度對基于中心(xin)頻(pin)率區(qu)分(fen)方法的影響。
模擬濾(lv)(lv)波(bo)與數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)都(dou)是改(gai)變信(xin)號(hao)中所包含頻率成分(fen)(fen)(fen)的相對比例，或是濾(lv)(lv)除某(mou)種(zhong)頻率成分(fen)(fen)(fen)的系統。數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)具有精度(du)(du)高、穩定、靈活(huo)、不(bu)要求阻(zu)抗匹配等優勢。這里，選(xuan)用巴特沃(wo)斯濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)，即幅(fu)頻特性曲(qu)線(xian)在通帶(dai)(dai)與阻(zu)帶(dai)(dai)內(nei)均為單調遞減函(han)數(shu)。綜合考慮通帶(dai)(dai)與阻(zu)帶(dai)(dai)的變化(hua)速(su)度(du)(du)及(ji)內(nei)、外部缺陷(xian)信(xin)號(hao)的頻帶(dai)(dai)范圍(wei)，設定濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)為四階。下面分(fen)(fen)(fen)別從幾(ji)種(zhong)典型缺陷(xian)形態特征(zheng)出發，對各種(zhong)人工缺陷(xian)進(jin)行(xing)試驗區分(fen)(fen)(fen)，觀察檢測信(xin)號(hao)在經(jing)過(guo)數(shu)字濾(lv)(lv)波(bo)器(qi)(qi)之后幅(fu)值的變化(hua)。
1. 缺陷形狀對檢測(ce)信號頻率成分的影響
不銹鋼管(guan)漏磁檢(jian)測(ce)標準中，人工缺(que)陷(xian)通常選用通孔(kong)或刻槽，對(dui)不通孔(kong)未(wei)加說明。在(zai)(zai)鋼管(guan)的(de)(de)實(shi)際(ji)使用過程中，受到(dao)高壓(ya)沖(chong)刷(shua)、腐蝕等眾(zhong)多因素的(de)(de)影響，鋼管(guan)上(shang)形成的(de)(de)腐蝕坑十分(fen)普(pu)遍。因此，在(zai)(zai)分(fen)析缺(que)陷(xian)形狀(zhuang)對(dui)檢(jian)測(ce)信號中心頻率(lv)成分(fen)的(de)(de)影響時(shi)，采用不通孔(kong)、裂紋和(he)通孔(kong)作(zuo)為檢(jian)測(ce)對(dui)象，研(yan)究各類缺(que)陷(xian)信號在(zai)(zai)經過濾波系統后輸(shu)出(chu)量之(zhi)間(jian)的(de)(de)差異。
建立(li)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)(guan)漏磁自動化檢(jian)(jian)測(ce)系統(tong)，鋼(gang)管(guan)(guan)螺(luo)旋前(qian)進，螺(luo)距為(wei)105mm，鋼(gang)管(guan)(guan)直徑(jing)為(wei)139.7mm，壁(bi)厚為(wei)8.5mm，采用電火(huo)花(hua)加(jia)(jia)工(gong)方(fang)法在(zai)內、外管(guan)(guan)壁(bi)加(jia)(jia)工(gong)周(zhou)向和軸向刻槽，寬度均為(wei)0.8mm；采用機械加(jia)(jia)工(gong)的(de)方(fang)法，在(zai)鋼(gang)管(guan)(guan)外壁(bi)面上加(jia)(jia)工(gong)直徑(jing)為(wei)3.2mm、深度為(wei)2.0mm的(de)外部(bu)不(bu)通(tong)(tong)孔和直徑(jing)為(wei)1.6mm的(de)通(tong)(tong)孔。檢(jian)(jian)測(ce)過程中，保證鋼(gang)管(guan)(guan)的(de)行進與旋轉(zhuan)速度恒定不(bu)變(bian)，以消(xiao)除傳(chuan)感器掃查速度變(bian)化對(dui)檢(jian)(jian)測(ce)信號的(de)影響，獲得(de)的(de)檢(jian)(jian)測(ce)原始信號波形如圖(tu)4-7所(suo)示。
經過(guo)不同截止頻率的高通濾波器(qi)之后，檢測缺陷信號輸出如圖4-8和圖4-9所示。
可以看出，經過截止頻率為(wei)540Hz的(de)(de)(de)(de)高通濾(lv)波器(qi)之后(hou)，N10的(de)(de)(de)(de)內傷(shang)可以很好地被(bei)削弱，直至從信號(hao)輸出中完全消(xiao)失(shi)。然而，同在鋼(gang)管(guan)外(wai)表壁但形(xing)狀不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)(de)直徑(jing)為(wei)3.2mm的(de)(de)(de)(de)外(wai)不(bu)(bu)通孔(kong)的(de)(de)(de)(de)檢測信號(hao)變化規(gui)律與N5外(wai)表面刻槽(cao)不(bu)(bu)同：外(wai)不(bu)(bu)通孔(kong)檢測信號(hao)同樣受到了高通濾(lv)波的(de)(de)(de)(de)影(ying)響而被(bei)嚴(yan)重削弱，當(dang)內部(bu)缺陷信號(hao)被(bei)濾(lv)波消(xiao)除(chu)(chu)后(hou)，外(wai)不(bu)(bu)通孔(kong)的(de)(de)(de)(de)檢測信號(hao)也被(bei)濾(lv)除(chu)(chu)。這說明(ming)如果對外(wai)腐蝕坑(keng)采用(yong)基于中心頻率的(de)(de)(de)(de)區分方法，檢測結(jie)果可能會出現(xian)誤判的(de)(de)(de)(de)情況。
2. 缺陷(xian)走向對檢測信號(hao)頻(pin)率成分的影響
不(bu)銹鋼管在生產或(huo)使(shi)用過程中(zhong)(zhong)如果(guo)受到扭轉載(zai)荷與(yu)(yu)軸(zhou)向(xiang)力(li)的(de)同時作用，容易在管壁(bi)內、外表面形成與(yu)(yu)管材軸(zhou)線(xian)方向(xiang)既不(bu)垂(chui)(chui)直也(ye)不(bu)平行的(de)裂(lie)紋，使(shi)得漏磁(ci)檢測(ce)過程中(zhong)(zhong)無論是(shi)被周向(xiang)磁(ci)化或(huo)是(shi)軸(zhou)向(xiang)磁(ci)化，都(dou)無法滿(man)足管材中(zhong)(zhong)磁(ci)力(li)線(xian)與(yu)(yu)缺陷(xian)走向(xiang)相垂(chui)(chui)直的(de)要求。而且，就(jiu)目前(qian)不(bu)銹鋼管漏磁(ci)檢測(ce)系統中(zhong)(zhong)使(shi)用的(de)磁(ci)化裝置來看(kan)，裂(lie)紋的(de)走向(xiang)在絕大多數(shu)情況下與(yu)(yu)磁(ci)力(li)線(xian)方向(xiang)成斜(xie)向(xiang)夾角，即兩者之間(jian)并(bing)非(fei)處(chu)于相互垂(chui)(chui)直的(de)狀態。
裂紋(wen)的(de)(de)走向對(dui)漏磁場強度與(yu)分布影響(xiang)較大，這一點可以通過(guo)檢測信號(hao)的(de)(de)波形特征反映出來，進一步(bu)也必然(ran)會(hui)引(yin)起(qi)檢測信號(hao)中心頻率(lv)的(de)(de)變化，從而會(hui)影響(xiang)基(ji)于中心頻率(lv)方法的(de)(de)內、外(wai)部裂紋(wen)區分準確(que)率(lv)。
采用電火花加工方式，在鋼管上(shang)加工N5（缺陷深度占壁厚的(de)5％）內、外(wai)部(bu)(bu)軸向刻(ke)槽(cao)(cao)（也即縱向刻(ke)槽(cao)(cao)）、45°外(wai)部(bu)(bu)斜(xie)向刻(ke)槽(cao)(cao)以(yi)及(ji)不通孔等(deng)。圖4-10和圖4-11所(suo)示(shi)為原始檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號通過不同截止頻率濾(lv)波器后的(de)信(xin)(xin)(xin)號輸出(chu)。不難(nan)發現(xian)：雖然處于鋼管外(wai)部(bu)(bu)，45°外(wai)部(bu)(bu)斜(xie)向刻(ke)槽(cao)(cao)與內部(bu)(bu)缺陷一樣，檢(jian)(jian)測(ce)信(xin)(xin)(xin)號發生(sheng)了嚴重的(de)削弱，從而無法得到與軸向、周向標準刻(ke)槽(cao)(cao)區分一致的(de)評判結果。
究其原因，斜(xie)向外部(bu)裂紋的(de)(de)走向與磁(ci)(ci)化場之間的(de)(de)夾角呈非(fei)垂直狀(zhuang)態，形成的(de)(de)漏磁(ci)(ci)場強度相對較弱(ruo)，在(zai)檢(jian)測(ce)(ce)空間上也(ye)趨(qu)于分散，從(cong)而導致斜(xie)向裂紋檢(jian)測(ce)(ce)信號在(zai)頻域內可能(neng)會被誤判(pan)為內部(bu)缺陷(xian)。
3. 缺陷深度對檢測(ce)信號頻率(lv)成分的影響
缺(que)(que)陷(xian)的(de)(de)(de)深度(du)(du)直接決定(ding)了管材的(de)(de)(de)使用性能。在管材的(de)(de)(de)實際使用過程中，根據工作(zuo)環境(jing)的(de)(de)(de)不同，位(wei)于(yu)鋼(gang)管不同表面(mian)（內表面(mian)或外(wai)表面(mian)）的(de)(de)(de)具有相同深度(du)(du)的(de)(de)(de)缺(que)(que)陷(xian)對(dui)管材性能的(de)(de)(de)影響(xiang)會(hui)不一樣。這里(li)討論缺(que)(que)陷(xian)深度(du)(du)對(dui)檢測信號(hao)頻率(lv)成分的(de)(de)(de)影響(xiang)。
仍然選用不銹鋼管(guan)作為試(shi)(shi)件，在距管(guan)端250mm的(de)(de)(de)圓(yuan)周方向(xiang)上加工N20（缺陷深度占壁(bi)厚(hou)的(de)(de)(de)20％）周向(xiang)內(nei)部刻槽(cao)(cao)和(he)N10（缺陷深度占壁(bi)厚(hou)的(de)(de)(de)10％）周向(xiang)外部刻槽(cao)(cao)。經過(guo)試(shi)(shi)驗(yan)發現，通過(guo)不同(tong)截止(zhi)頻(pin)率的(de)(de)(de)高(gao)通濾波(bo)系(xi)統(tong)處理(li)后，深度較大的(de)(de)(de)內(nei)部刻槽(cao)(cao)檢測信號始終難以(yi)被有效濾除，如(ru)圖4-12所(suo)示。
三、基于檢測(ce)信號中心(xin)頻(pin)率區分方法的(de)適應(ying)性
通過上述(shu)試驗分(fen)析可(ke)以(yi)看出，檢測信(xin)(xin)(xin)(xin)號中心(xin)頻(pin)率(lv)的(de)影(ying)響因(yin)素較多，如圖(tu)4-13所示，其對缺陷的(de)形(xing)狀、走向和深度(du)(du)(du)等具(ju)有代表性的(de)形(xing)態特征均十分(fen)敏感。這(zhe)充(chong)分(fen)說明了信(xin)(xin)(xin)(xin)號的(de)頻(pin)率(lv)成分(fen)在描述(shu)缺陷位置時(shi)并不具(ju)有完備的(de)表達能力(li)。究其原因(yin)，利用中心(xin)頻(pin)率(lv)區(qu)分(fen)內(nei)、外部缺陷，是(shi)以(yi)低維(wei)(wei)度(du)(du)(du)信(xin)(xin)(xin)(xin)息量(liang)去(qu)評判具(ju)有高維(wei)(wei)度(du)(du)(du)信(xin)(xin)(xin)(xin)息的(de)檢測對象，因(yin)而，也(ye)就不可(ke)避免地碰(peng)到信(xin)(xin)(xin)(xin)息維(wei)(wei)度(du)(du)(du)過少而造成評判時(shi)模(mo)棱兩可(ke)的(de)尷尬(ga)局面。
中心頻率比較法(fa)(fa)，可(ke)以(yi)對某些特定類(lei)型缺陷進行位置特征判別(bie)。但由于判定指標的(de)成因(yin)并不(bu)具有唯一性，因(yin)此，該方法(fa)(fa)并不(bu)能(neng)保(bao)證對所(suo)有類(lei)型缺陷實(shi)現(xian)正確區分。
