前面所(suo)述(shu)的(de)(de)基于中心(xin)頻率(lv)、中心(xin)斜率(lv)和(he)數字信(xin)號差分(fen)的(de)(de)三種(zhong)方法(fa)均屬于信(xin)號后處理方法(fa)，是對檢測結果的(de)(de)進一步處理。這里，介紹一種(zhong)基于傳感(gan)器(qi)布置(zhi)(zhi)的(de)(de)雙層梯度檢測方法(fa)，它通過特殊的(de)(de)傳感(gan)器(qi)陣列布置(zhi)(zhi)及其處理方法(fa)來(lai)區分(fen)缺陷(xian)的(de)(de)位置(zhi)(zhi)。具體(ti)實施方法(fa)為：從冗余檢測出發，

  在法向(xiang)上(shang)布置兩(liang)層(ceng)陣列磁(ci)敏感元(yuan)件，實(shi)現(xian)兩(liang)個特定間(jian)隔(ge)測(ce)點的梯度檢測(ce)，并對得到的檢測(ce)信號進行對比分(fen)析，然后(hou)利用內、外部(bu)缺陷的檢測(ce)信號峰-峰值在提離方向(xiang)上(shang)的衰減(jian)率進行評(ping)判(pan)。最后(hou)，構建(jian)出歸一(yi)化衰減(jian)率作為評(ping)判(pan)參數來對缺陷的內、外位置進行評(ping)判(pan)。

一、內、外部缺陷(xian)檢測信號的提(ti)離特性和雙(shuang)層(ceng)梯(ti)度檢測

  當考慮(lv)不同(tong)的(de)(de)傳(chuan)感器提離值時，實際上(shang)檢(jian)測得到的(de)(de)數字(zi)信(xin)號(hao)(hao)是關(guan)于不同(tong)提離平面上(shang)的(de)(de)一(yi)組信(xin)號(hao)(hao)序列。如圖4-26所示(shi)，下面討論漏磁場法(fa)向分量在不同(tong)提離值h下的(de)(de)檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)峰-峰值變化規(gui)律，并將內(nei)、外部(bu)缺陷檢(jian)測信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)峰-峰值分別(bie)記為Vinpp(h)和(he)Vexpp(h)。

 1. Vexpp(h)和Vimpp(h)的提離(li)特性 

   采(cai)用(yong)(yong)鋼板進行內、外部缺(que)陷提離特性試驗，在其表面(mian)加工(gong)人工(gong)缺(que)陷，分(fen)別有不通(tong)孔、橫向刻(ke)槽以及斜(xie)向刻(ke)槽，如圖4-27所示。用(yong)(yong)霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)拾(shi)取漏磁(ci)場法(fa)向分(fen)量，通(tong)過改變霍(huo)(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)與鋼板表面(mian)之(zhi)間(jian)的距(ju)離，即提離值h的大小，考察各人工(gong)缺(que)陷(xian)在正面(mian)和反面(mian)檢(jian)測(ce)時信(xin)號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)的差異。鋼(gang)板(ban)漏磁(ci)檢(jian)測(ce)試驗平臺如(ru)圖4-28所示，試驗鋼(gang)板(ban)厚度(du)、寬度(du)和長(chang)度(du)分別為9.6mm、100mm和1000mm，采用(yong)電火(huo)花(hua)和機械加工(gong)方(fang)法(fa)制作人工(gong)缺(que)陷(xian)，見表4-10，刻槽長(chang)度(du)均為40.0mm，寬度(du)均為1.0mm。磁(ci)化(hua)器采用(yong)穿(chuan)過式直流(liu)磁(ci)化(hua)線圈(quan)，確保鋼(gang)板(ban)被軸向磁(ci)化(hua)至飽和狀(zhuang)態。

  試驗(yan)獲(huo)得的(de)(de)人工(gong)缺陷正(zheng)面檢測(ce)和(he)(he)背面檢測(ce)對應(ying)的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)Vinpp(h)與提離值(zhi)h之間(jian)的(de)(de)擬合曲線(xian)簇(cu)，如圖4-29和(he)(he)圖4-30所示。從(cong)圖中可以看出(chu)，峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)和(he)(he)（h）的(de)(de)遞(di)減趨勢(shi)雖(sui)然(ran)相同，但兩者的(de)(de)變化速率則有明顯區別(bie)，內部缺陷信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)（h）隨提離值(zhi)的(de)(de)增(zeng)加(jia)遞(di)減平(ping)緩(huan)，而外(wai)部缺陷信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vexpp(h)）遞(di)減陡峭，當提離值(zhi)大于1.0mm后，內、外(wai)部缺陷信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)均呈(cheng)現出(chu)平(ping)緩(huan)的(de)(de)變化趨勢(shi)。

 2. 雙層梯度(du)檢測方法 

   根據和Vinpp(h）提(ti)(ti)離特(te)性的(de)不同，提(ti)(ti)出一種(zhong)雙層梯度檢測方(fang)法(fa)，即沿(yan)著相(xiang)同法(fa)線方(fang)向的(de)不同提(ti)(ti)離值(zhi)處布置兩個測點，通(tong)過獲取測點處缺陷漏(lou)磁場(chang)法(fa)向分量信號峰(feng)-峰(feng)值(zhi)Vpp(z)在提(ti)(ti)離方(fang)向上的(de)衰減率(lv)作(zuo)為評(ping)判指標(biao)，也(ye)即

   其中(zhong)，衰減率R實(shi)際上是利用(yong)兩(liang)(liang)測(ce)點的(de)峰-峰值差ΔVpp(h)與(yu)兩(liang)(liang)測(ce)點的(de)提離值差Δh之比來(lai)實(shi)現的(de)。當Δh足夠小時(shi)，可(ke)(ke)以視為(wei)函數Vpp(h)在h方向上的(de)梯度，由于檢(jian)測(ce)元(yuan)件具(ju)有(you)一定厚度，兩(liang)(liang)個測(ce)點間(jian)的(de)間(jian)隔不可(ke)(ke)能無(wu)限小，實(shi)際應(ying)用(yong)中(zhong)，只(zhi)有(you)當內、外(wai)部缺(que)陷(xian)峰-峰值Vpp(h)）的(de)衰減率R1a之間(jian)存(cun)在明顯差異時(shi)，才有(you)可(ke)(ke)能有(you)效應(ying)用(yong)于內、外(wai)部缺(que)陷(xian)的(de)區分。為(wei)便(bian)于論述(shu)，對應(ying)于內部缺(que)陷(xian)和外(wai)部缺(que)陷(xian)檢(jian)測(ce)信號(hao)，衰減率分別記(ji)為(wei)和ERdoPlyI

   從圖4-29和(he)圖4-30中可以看出，在不同提離(li)(li)值(zhi)下，Vexpp(和(he)Vimpp(h)）的(de)變化趨勢僅在一(yi)定區(qu)域具有(you)明顯差(cha)異。在此區(qu)域，外部缺陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)峰-峰值(zhi)Vexpp(h)隨(sui)提離(li)(li)值(zhi)的(de)增加劇烈減(jian)小，而內部缺陷(xian)(xian)檢(jian)測信號(hao)峰-峰值(zhi)Vinpp(h)）的(de)變化程度相對緩慢。

  當(dang)h分(fen)別取0.3mm、0.5mm、0.7mm時，將Vexpp(h)和(he)Vimpp(h)進行(xing)對比分(fen)析，發現提離(li)值為0.3mm與0.7mm時，內、外部缺陷(xian)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(gang)板進一步試(shi)驗，缺(que)陷參數和峰-峰值(zhi)衰減率見(jian)表4-12～表4-15。

   通過大(da)(da)量對比試驗可(ke)以發現，提(ti)離值分別取(qu)0.3mm與0.7mm時(shi)，內(nei)(nei)、外部(bu)缺陷(xian)(xian)衰減(jian)(jian)率差(cha)異較為穩(wen)定，無論缺陷(xian)(xian)形(xing)態特(te)征如何，內(nei)(nei)、外部(bu)缺陷(xian)(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率均有較大(da)(da)差(cha)異。從上述(shu)列(lie)表中的(de)數值可(ke)以看出，衰減(jian)(jian)率的(de)量值并不(bu)隨(sui)缺陷(xian)(xian)的(de)其(qi)他特(te)征（如裂紋的(de)走向、形(xing)狀等(deng)）的(de)改變而(er)發生大(da)(da)的(de)變化(hua)。此外，隨(sui)著被檢(jian)測鋼板厚(hou)度的(de)加大(da)(da)，內(nei)(nei)、外部(bu)缺陷(xian)(xian)的(de)衰減(jian)(jian)率差(cha)別更大(da)(da)。

二(er)、內、外部缺陷位置區分特(te)征(zheng)量

  對于(yu)相(xiang)同(tong)尺寸的(de)(de)內、外部(bu)缺(que)陷(xian)，在不同(tong)提(ti)離位置上的(de)(de)兩個(ge)測點處得到的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，外部(bu)缺(que)陷(xian)信號明顯大(da)于(yu)內部(bu)缺(que)陷(xian)信號。為此，提(ti)出歸一化的(de)(de)峰(feng)-峰(feng)值差值，同(tong)時得到歸一化衰減率Rid，即

  其中(zhong)，Vpp(z)對(dui)應外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時為，對(dui)應內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)時為Vinpp(z)。為便(bian)于表達，將(jiang)外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)和內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)歸一化衰減率分(fen)別記為ERid和IRido實(shi)際檢測時，用Rid來辨別缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)信號對(dui)應的是(shi)外部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)還是(shi)內(nei)部(bu)(bu)缺(que)(que)陷(xian)(xian)(xian)(xian)。

  進(jin)一(yi)步，試(shi)驗(yan)驗(yan)證(zheng)將歸一(yi)化(hua)衰減率作為不銹鋼管(guan)內、外部缺(que)陷(xian)區分標(biao)準(zhun)的可行(xing)性，設(she)計雙層霍(huo)爾(er)元件(jian)陣列封(feng)裝檢(jian)測探頭，結構及實物如圖4-31所示。采用(yong)(yong)厚度(du)(du)為0.3mm的聚甲(jia)醛片作為耐磨(mo)片，微型(xing)霍(huo)爾(er)元件(jian)厚度(du)(du)為0.4mm，最終形成雙層霍(huo)爾(er)元件(jian)相(xiang)對于不銹鋼管(guan)表面提離距離分別為0.3mm和0.7mm。選用(yong)(yong)厚度(du)(du)為9.35mm、外徑為88.9mm的鋼管(guan)作為試(shi)件(jian)，采用(yong)(yong)電火(huo)花及機械(xie)加工方法在不銹鋼管(guan)上加工內、外部缺(que)陷(xian)，見(jian)表4-16，采用(yong)(yong)直流磁(ci)化(hua)線圈(quan)對鋼管(guan)進(jin)行(xing)軸向磁(ci)化(hua)，檢(jian)測速度(du)(du)保持穩定。

  通(tong)過(guo)試(shi)驗數據計算(suan)歸一(yi)化(hua)衰減率，見(jian)表4-16，并繪(hui)制(zhi)成如圖4-32所示的(de)分(fen)布圖。從圖中(zhong)可(ke)以發現，不銹鋼(gang)管中(zhong)內(nei)、外部缺陷具有較(jiao)(jiao)明顯的(de)量值差異(yi)。該方(fang)法(fa)區(qu)分(fen)正確率高，然(ran)而探頭系(xi)統較(jiao)(jiao)為復雜，需要(yao)更(geng)多(duo)的(de)通(tong)道數來(lai)實(shi)現冗余檢(jian)測，因此一(yi)般用于高品質(zhi)不銹鋼(gang)管的(de)檢(jian)測。

  內、外部缺陷區分是不(bu)銹(xiu)鋼管漏磁檢(jian)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(zhong)內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)區分(fen)方法(fa)都各有優缺(que)點，沒有一(yi)種(zhong)方法(fa)可100％正確區分(fen)。在(zai)選(xuan)擇缺(que)陷(xian)區分(fen)方法(fa)時，要(yao)(yao)根據檢測要(yao)(yao)求、工件特性、缺(que)陷(xian)類(lei)型、使(shi)用工況(kuang)以及(ji)設備成本來選(xuan)擇合適有效的(de)內(nei)、外(wai)部(bu)缺(que)陷(xian)區分(fen)方法(fa)。