不銹鋼管漏磁檢測中，缺陷的位置信息與檢測信號波形特征之間并不存在一對一的映射關系。通過信號波形特征對缺陷的位置進行識別存在一定的不確定性。檢測信號的波形特征會受到很多因素干擾，如何排除各種因素的干擾，是保證各種區(qū)分方法準確性的關鍵。這里介紹一種基于數(shù)字信號差分的區(qū)分方法。
一、漏磁場的正交分量
漏磁場具有矢量特性，當采用霍爾元件作為磁敏感元件時，通過設計元件的布置方向，可以獲得漏磁場的兩個相互正交的分量，即法向分量Vn(x)與切向分量V1(x)）。沿著檢測探頭的掃查軌跡方向，在與檢測表面垂直的平面內觀察，可以將三維空間場簡化為二維場，進一步可分別研究漏磁場法向分量Vn（x）與切向分量VV1(x)）的分布情況，這樣可以完備描述漏磁場的矢量分布特征。而單方面考察一個分量常常不足以對漏磁場進行準確、充分地描述。
選用外徑為88.9mm，壁厚為9.35mm的不銹鋼管，利用電火花加工方式制作內、外部缺陷。采用直流磁化線圈提供軸向磁化，磁敏感元件選用兩個集成霍爾元件，在空間上呈相互垂直的角度擺放，分別檢測不銹鋼管中人工缺陷漏磁場的法向分量Va(x)與切向分量V1(x)，信號波形如圖4-20和圖4-21所示。
如果單獨利用切向或法向分量的檢測信號波形特征對缺陷形態(tài)進行評判，則丟失了兩者關聯(lián)性對缺陷評判的作用，為此，必須綜合利用內、外部缺陷檢測信號的切向分量與法向分量。從漏磁檢測拾取本質過程來看，通過多元件布置不可能在空間某一點對漏磁場進行各分量信息的同步拾取，因為多個磁敏感元件所處的空間檢測點并不能完全重合，而且會增加傳感器系統(tǒng)的復雜性。因此，通過精確構造能夠拾取漏磁場正交分量的辦法比較困難。這里介紹一種正交變換的方法，可對檢測信號本身進行特征考察。
差分處理是正交變換的一種，從差分處理的功能來看，對缺陷漏磁場某一分量檢測信號進行二階差分處理之后，可以得到與原始檢測信號近似映像關系的輸出量，從而使得兩者在波形特征上具有了可參照、可對比的特征參數(shù)，如峰-峰值。這樣一來，可以提取同一檢測點的空間多維度信息，并保證了信息量均來源于同一空間檢測點。
二、數(shù)字信號的差分處理分析
缺陷產生的漏磁檢測信號是一種有限的數(shù)值序列，它反映著檢測空間內漏磁場強度沿著掃查路徑方向上的變化情況，間接反映了缺陷的形態(tài)特征。以檢測路徑x為自變量，以采樣點得到的物理量具體數(shù)值為縱坐標，按各空間點的檢測順序排列起來，在顯示設備上形成可用于分析的信號波形。
實際上，數(shù)字信號處理技術被廣泛應用于檢測信號的模式識別。部分研究人員采用投影算法，在不增加分析軟件計算量的同時，提高了漏磁檢測的信噪比，初步實現(xiàn)了同類型缺陷的位置特征識別。但從本質來看，該方法仍未脫離根據(jù)信號波形特征進行類型劃分的范疇，容易受到其他因素的干擾，對形態(tài)特征隨機性較強的自然缺陷適應性較差。
對時域離散信號進行數(shù)字差分處理，可以有效地消去檢測信號中的趨勢項，提高信號的信噪比。由于內、外部缺陷檢測信號的頻率段不同，部分學者提出對模擬檢測信號采用一階差分處理的方法，經過差分處理之后的信號波形可以提高內、外部缺陷檢測信號的差異程度。但其評判規(guī)則仍是以內、外部缺陷信號的波形特征為依據(jù)的，只不過用于對比的波形是經過一次差分處理之后得到的，雖然提高了檢測信號的信噪比，但對于缺陷的深度、形狀以及走向等形態(tài)特征不一致的情況，該方法適應性欠佳。
隨著差分階數(shù)的提高，考慮到差分過程中的累積誤差，采用后向差分處理。用x°(h)表示離散采樣信號序列，用（h）表示采樣信號經過一階差分后的數(shù)字序列，x2(k)）表示經過9二階差分后的數(shù)字序列，為簡化計算，步長取1，也即向后一步差分。從信號處理效果出發(fā)，也可以用多步差分處理，可根據(jù)現(xiàn)場應用效果進行調試。
通過式（4-4)～式（4-7）可計算出檢測信號的各階差分輸出量，并可利用檢測量和差分輸出量來構建評判指標，而不是僅在檢測信號波形上尋求解決方案，從而可有效地避免缺陷其他形態(tài)特征對內、外部缺陷區(qū)分的影響。
數(shù)字信號差分處理可以通過軟件算法實現(xiàn)，其僅對原始采樣數(shù)據(jù)進行差分處理即可實現(xiàn)在役漏磁檢測設備的性能提升，而無須對檢測探頭及信號采集系統(tǒng)做任何硬件修改，具有重要的實際應用價值。
三、內、外部缺陷檢測信號的數(shù)字差分處理
差分處理既然可以起到頻率成分的析取作用，那么可以進一步理解為：具有不同頻率成分的內、外部缺陷檢測信號對差分處理的響應輸出量也會不同；再者，由于檢測信號的差分處理過程在本質上是對檢測數(shù)據(jù)沿掃查路徑變化趨勢的定量描述，如果將時域檢測信號數(shù)據(jù)視為可見的位移量，則一階差分處理過程更傾向于描述這種位移量的變化特征，即速度信息；不難理解，進一步的二階差分處理不妨視為對這種位移量的加速度信息的提取，而加速度更傾向于描述或體現(xiàn)出事物的本質特征。利用二階差分輸出量與信號源進行特征參數(shù)的參照對比，可發(fā)現(xiàn)內、外部缺陷產生的漏磁信號源在差分處理過程中的差異。
1. 刻槽內、外位置區(qū)分
下面對不同位置刻槽檢測信號進行差分處理，研究缺陷的位置特征與二階差分輸出量之間的關聯(lián)性。以外徑為88.9mm、壁厚為9.35mm的鋼管作為試件，采用電火花加工方法，分別在鋼管內、外壁刻制不同深度的周向刻槽。同樣，選用集成霍爾元件UGN-3505作為磁敏感元件，以0.5mm提離距離封裝于檢測探頭內部，拾取漏磁場的法向分量。試驗過程中，保證探頭掃查速度恒定不變，檢測信號及二階差分輸出如圖4-22所示。
從圖4-22中可以看出，對檢測數(shù)據(jù)進行后向二階差分處理，可以使得差分輸出量在波形上類似于原始檢測信號波形，相鄰波峰與波谷之間出現(xiàn)位置互換。分析檢測信號與二階差分輸出量之間的關系時，重點觀察兩者峰-峰值這一特征參數(shù)的變化情況。為便于論述評判(x)z4指標的構建過程，缺陷的檢測信號與二階差分輸出量分別記為V°(x)和。通過比較Vo(x)zA（x）和峰-峰值來構建評判指標，即
分析表4-7中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，內、外部缺陷評判指標βa的量值差異較大，因此，可以通過設定合理的區(qū)分門限來達到區(qū)分內、外部缺陷的目的，而且缺陷深度對評判指標βa的影響較小，不會因為缺陷的深度過大或是過小產生評判失效。
2. 不通孔內、外位置區(qū)分
下面進一步討論數(shù)字信號差分方法在不通孔缺陷上的適用性。仍然選用鋼管作為試件，外徑為88.9mm，壁厚為9.35mm，并在鋼管上加工各類不通孔缺陷。檢測探頭采用集成霍爾元件UGN-3503作為磁敏感元件進行封裝，實際提離距離為0.5mm，拾取漏磁場的法向分量Va(x)，檢測信號及二階差分輸出如圖4-23所示。
根據(jù)式（4-8）計算評判指標βa，見表4-8。可以發(fā)現(xiàn)，對于不同位置和形狀的不通孔缺陷，β。仍可作為評判指標來區(qū)分和識別缺陷的位置特征。由于該評判指標是對時域檢測信號與其二階差分輸出量之間進行對比，而不是僅僅對信號的波形特征進行信息提取，因此保證了評判方法對具有不同形態(tài)特征的缺陷仍然具有良好的位置特征識別能力。
3. 斜向裂紋內、外位置區(qū)分
不銹鋼管在生產和使用過程中，當受到復雜載荷的作用時，往往會在內、外管壁出現(xiàn)與鋼管軸向處于既非垂直、也非平行的斜向裂紋。下面討論數(shù)字信號差分方法在斜向裂紋上的適用性。
在不銹鋼管內、外表面上用電火花方法加工斜向刻槽，刻槽相對于管材軸向方向傾斜45°，深度分別為1.0mm（外部缺陷），3.0mm（內部缺陷），寬度均為0.5mm；鋼管直線前進，磁化器仍然選用直流磁化線圈，斜向缺陷的檢測信號及二階差分輸出如圖4-24所示。
利用式（4-8）計算評判指標βd，見表4-9?？梢园l(fā)現(xiàn)，通過設定區(qū)分門限（如βr-d=0.2）可以有效區(qū)分斜向裂紋的位置特征。
從表4-9中可以看出，評判指標βa適應性較好，受缺陷的其他形態(tài)特征影響較小，如缺陷的形狀、深度和走向等，可對各種內、外部缺陷進行有效的區(qū)分。
上述試驗過程中，評判指標的構建是基于(x)。4檢測信號與其二階差分輸出量之間(x)4的相似特征參數(shù)（即峰-峰值），區(qū)分流程如圖4-25所示。由于該評判指標的構建過程僅僅是對常規(guī)漏磁檢測信號進行算法上的處理，對檢測硬件未加任何改動，因此在傳統(tǒng)漏磁檢測設備上可方便地添加內、外部缺陷區(qū)分功能，有效升級傳統(tǒng)漏磁設備的檢測功能。
