不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷產(chǎn)生的漏磁檢測信號頻率成分存在差異。根據(jù)這種差異，借助于電路或數(shù)字濾波器，將不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷檢測信號的頻率進行對比，可以達到內(nèi)、外部缺陷區(qū)分的目的。下面扼要介紹基于檢測信號中心頻率的區(qū)分方法。

一、基于檢測信號中心頻率的區(qū)分方法

  內(nèi)部缺陷在檢測空間產(chǎn)生的漏磁場強度相對較弱，但空間分布范圍相對較大。因此，內(nèi)部缺陷檢測信號的突變時間持續(xù)較長；在頻域上，檢測信號的中心頻率相對較低。相反，外部缺陷檢測信號的中心頻率較高，突變相對陡峭。根據(jù)上述特點，采用合理的帶通濾波器、高通濾波器以及觸發(fā)門限電路，針對內(nèi)、外部缺陷檢測信號的頻域特征，設(shè)置相應(yīng)的截止頻率，將濾波后的輸出信號幅度進行對比，可達到區(qū)分內(nèi)、外部缺陷的目的。

  如圖4-6所示，將檢測信號分別利用高通濾波器與帶通濾波器進行濾波處理。其中，設(shè)置帶通濾波器的上、下限頻率時需包含內(nèi)、外部缺陷檢測信號頻段，也即，內(nèi)、外部缺陷檢測信號在通過帶通濾波器后均不會引起波形特征上的變化，僅僅濾除高頻與低頻噪聲信號，并將該輸出量視為A通路，輸出信號記為XA(t)）。另外設(shè)立通路B，即高通濾波支路，它能夠使得頻率較低的內(nèi)部缺陷檢測信號在強度上明顯削弱，而外部缺陷檢測信號強度基本不變，輸出信號記為XB(t)。進一步，將兩種濾波系統(tǒng)的輸出量XA(t)與XB(t)進行對比，從而可獲得內(nèi)、外部缺陷檢測信號的判據(jù)。

  從圖4-6中可以看出，采用中心頻率比較法識別缺陷的位置時具有很好的邏輯性。但必須注意的是，由于檢測信號頻率與檢測速度有關(guān)，因此檢測過程中速度必須保持恒定。如果檢測速度發(fā)生變化，則需重新調(diào)整濾波器的各濾波截止頻率。

二、缺陷形態(tài)特征對中心頻率法的影響

  除缺陷位置外，缺陷的其他形態(tài)特征也會影響缺陷的中心頻率，因此，采用該區(qū)分方法時需要綜合考慮各種因素的影響。下面扼要介紹缺陷形狀、走向和深度對基于中心頻率區(qū)分方法的影響。

  模擬濾波與數(shù)字濾波都是改變信號中所包含頻率成分的相對比例，或是濾除某種頻率成分的系統(tǒng)。數(shù)字濾波具有精度高、穩(wěn)定、靈活、不要求阻抗匹配等優(yōu)勢。這里，選用巴特沃斯濾波器，即幅頻特性曲線在通帶與阻帶內(nèi)均為單調(diào)遞減函數(shù)。綜合考慮通帶與阻帶的變化速度及內(nèi)、外部缺陷信號的頻帶范圍，設(shè)定濾波器為四階。下面分別從幾種典型缺陷形態(tài)特征出發(fā)，對各種人工缺陷進行試驗區(qū)分，觀察檢測信號在經(jīng)過數(shù)字濾波器之后幅值的變化。

 1. 缺陷形狀對檢測信號頻率成分的影響 

  不銹鋼管漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)中，人工缺陷通常選用通孔或刻槽，對不通孔未加說明。在鋼管的實際使用過程中，受到高壓沖刷、腐蝕等眾多因素的影響，鋼管上形成的腐蝕坑十分普遍。因此，在分析缺陷形狀對檢測信號中心頻率成分的影響時，采用不通孔、裂紋和通孔作為檢測對象，研究各類缺陷信號在經(jīng)過濾波系統(tǒng)后輸出量之間的差異。

  建立不銹鋼管漏磁自動化檢測系統(tǒng)，鋼管螺旋前進，螺距為105mm，鋼管直徑為139.7mm，壁厚為8.5mm，采用電火花加工方法在內(nèi)、外管壁加工周向和軸向刻槽，寬度均為0.8mm；采用機械加工的方法，在鋼管外壁面上加工直徑為3.2mm、深度為2.0mm的外部不通孔和直徑為1.6mm的通孔。檢測過程中，保證鋼管的行進與旋轉(zhuǎn)速度恒定不變，以消除傳感器掃查速度變化對檢測信號的影響，獲得的檢測原始信號波形如圖4-7所示。

 經(jīng)過不同截止頻率的高通濾波器之后，檢測缺陷信號輸出如圖4-8和圖4-9所示。

  可以看出，經(jīng)過截止頻率為540Hz的高通濾波器之后，N10的內(nèi)傷可以很好地被削弱，直至從信號輸出中完全消失。然而，同在鋼管外表壁但形狀不同的直徑為3.2mm的外不通孔的檢測信號變化規(guī)律與N5外表面刻槽不同：外不通孔檢測信號同樣受到了高通濾波的影響而被嚴重削弱，當(dāng)內(nèi)部缺陷信號被濾波消除后，外不通孔的檢測信號也被濾除。這說明如果對外腐蝕坑采用基于中心頻率的區(qū)分方法，檢測結(jié)果可能會出現(xiàn)誤判的情況。

 2. 缺陷走向?qū)z測信號頻率成分的影響 

  不銹鋼管在生產(chǎn)或使用過程中如果受到扭轉(zhuǎn)載荷與軸向力的同時作用，容易在管壁內(nèi)、外表面形成與管材軸線方向既不垂直也不平行的裂紋，使得漏磁檢測過程中無論是被周向磁化或是軸向磁化，都無法滿足管材中磁力線與缺陷走向相垂直的要求。而且，就目前不銹鋼管漏磁檢測系統(tǒng)中使用的磁化裝置來看，裂紋的走向在絕大多數(shù)情況下與磁力線方向成斜向夾角，即兩者之間并非處于相互垂直的狀態(tài)。

  裂紋的走向?qū)β┐艌鰪姸扰c分布影響較大，這一點可以通過檢測信號的波形特征反映出來，進一步也必然會引起檢測信號中心頻率的變化，從而會影響基于中心頻率方法的內(nèi)、外部裂紋區(qū)分準(zhǔn)確率。

  采用電火花加工方式，在鋼管上加工N5（缺陷深度占壁厚的5％）內(nèi)、外部軸向刻槽（也即縱向刻槽）、45°外部斜向刻槽以及不通孔等。圖4-10和圖4-11所示為原始檢測信號通過不同截止頻率濾波器后的信號輸出。不難發(fā)現(xiàn)：雖然處于鋼管外部，45°外部斜向刻槽與內(nèi)部缺陷一樣，檢測信號發(fā)生了嚴重的削弱，從而無法得到與軸向、周向標(biāo)準(zhǔn)刻槽區(qū)分一致的評判結(jié)果。

  究其原因，斜向外部裂紋的走向與磁化場之間的夾角呈非垂直狀態(tài)，形成的漏磁場強度相對較弱，在檢測空間上也趨于分散，從而導(dǎo)致斜向裂紋檢測信號在頻域內(nèi)可能會被誤判為內(nèi)部缺陷。

 3. 缺陷深度對檢測信號頻率成分的影響 

  缺陷的深度直接決定了管材的使用性能。在管材的實際使用過程中，根據(jù)工作環(huán)境的不同，位于鋼管不同表面（內(nèi)表面或外表面）的具有相同深度的缺陷對管材性能的影響會不一樣。這里討論缺陷深度對檢測信號頻率成分的影響。

  仍然選用不銹鋼管作為試件，在距管端250mm的圓周方向上加工N20（缺陷深度占壁厚的20％）周向內(nèi)部刻槽和N10（缺陷深度占壁厚的10％）周向外部刻槽。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，通過不同截止頻率的高通濾波系統(tǒng)處理后，深度較大的內(nèi)部刻槽檢測信號始終難以被有效濾除，如圖4-12所示。

三、基于檢測信號中心頻率區(qū)分方法的適應(yīng)性

  通過上述試驗分析可以看出，檢測信號中心頻率的影響因素較多，如圖4-13所示，其對缺陷的形狀、走向和深度等具有代表性的形態(tài)特征均十分敏感。這充分說明了信號的頻率成分在描述缺陷位置時并不具有完備的表達能力。究其原因，利用中心頻率區(qū)分內(nèi)、外部缺陷，是以低維度信息量去評判具有高維度信息的檢測對象，因而，也就不可避免地碰到信息維度過少而造成評判時模棱兩可的尷尬局面。

  中心頻率比較法，可以對某些特定類型缺陷進行位置特征判別。但由于判定指標(biāo)的成因并不具有唯一性，因此，該方法并不能保證對所有類型缺陷實現(xiàn)正確區(qū)分。