如果能從漏磁檢測(cè)信號(hào)中盡可能多地找到與缺陷形位特征對(duì)應(yīng)的特征參數(shù)，則可構(gòu)建出具有較強(qiáng)排他能力的評(píng)判指標(biāo)。漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)波形特征中，相鄰極值間的波形與漏磁場(chǎng)空間分布之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系已有較為成熟的應(yīng)用。參照相鄰極值峭度的概念，從漏磁場(chǎng)能級(jí)劃分角度出發(fā)，構(gòu)建檢測(cè)信號(hào)的中心斜率，提出用中心斜率區(qū)分內(nèi)、外部缺陷的方法。

一、漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)的中心斜率

  與外部缺陷漏磁檢測(cè)信號(hào)相比，內(nèi)部缺陷引發(fā)的漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)相鄰極值間的水平跨距Wp和峰-峰值V都有很大不同。極值間的峭度可以有效反映出兩個(gè)特征量的關(guān)ρηdd聯(lián)性，并主要應(yīng)用在判斷缺陷的深寬比方面。由于缺陷的深度會(huì)直接影響到峭度指標(biāo)的大小，因此，其不能直接應(yīng)用于缺陷位置區(qū)分。不銹鋼管內(nèi)、外部缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)分布不同，如圖4-14所示，內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)更加擴(kuò)散，而外部缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)更加集中。

  漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)的中心斜率與信號(hào)波形中的兩個(gè)特征參數(shù)有關(guān)，分別是檢測(cè)信號(hào)相鄰極值間的水平跨距W和峰-峰值V與“峭度”特征量有所不同，為了避免某一特征量受到形態(tài)特征影響過(guò)大而對(duì)最終的評(píng)判過(guò)程造成干擾，首先需要對(duì)其進(jìn)行規(guī)范，然后再進(jìn)一步對(duì)畸變波形特征進(jìn)行信息提取。綜上所述，基于檢測(cè)信號(hào)中畸變部分極值點(diǎn)間的垂直及水平的距離關(guān)系，定義中心斜率為

  式中，Vpp為相鄰波峰與波谷之間的垂直距離；WPP為相鄰波峰與波谷之間的水平距離；ε為調(diào)節(jié)因子。根據(jù)檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值大小，設(shè)置調(diào)節(jié)因子ε，協(xié)助構(gòu)建最終的評(píng)判指標(biāo)αc。

  由于峭度是未加任何約束的、僅僅依靠峰值間的波形信息創(chuàng)建起來(lái)的評(píng)判參數(shù)，因此極容易受到外界干擾而導(dǎo)致最終評(píng)判結(jié)果失效，同樣也會(huì)因?yàn)槿毕菪螒B(tài)的復(fù)雜性而使得最終評(píng)判指標(biāo)不可靠。

通過(guò)能級(jí)篩選建立起來(lái)的評(píng)判指標(biāo)，與僅靠信號(hào)波形特征構(gòu)建的峭度指標(biāo)相比，能夠反映出更多的缺陷信息。例如，根據(jù)待檢鋼管的不同壁厚值，設(shè)置一定的峰-峰值門限，參照極值間的波形特征，按式（4-1）計(jì)算得出中心斜率αc，此方法具有很好的適應(yīng)能力。

  采用外徑為88.9mm，壁厚為9.35mm的不銹鋼管做測(cè)試，人工缺陷為周向刻槽，尺寸信息見(jiàn)表4-2。磁敏感元件選用集成霍爾元件UGN-3503，以0.5mm的提離距離封裝于檢測(cè)探頭內(nèi)，檢測(cè)漏磁場(chǎng)的法向分量。為保證評(píng)判指標(biāo)的穩(wěn)定性與可靠性，在檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)探頭掃查速度必須保持恒定，隨機(jī)抽取各人工缺陷對(duì)應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)如圖4-15所示。

  漏磁場(chǎng)原本就是一種低能量場(chǎng)，造成其能量波動(dòng)的因素很多，其中，位置差異造成的波動(dòng)會(huì)隨著不銹鋼管壁厚的不同而變化。就內(nèi)、外部缺陷產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)法向分量信號(hào)波形而言，相鄰極值間的峭度存在差別，但這種差別還可能與缺陷的寬度和走向有關(guān)。如果進(jìn)一步利用檢測(cè)信號(hào)中畸變部分的峭度信息，首先應(yīng)該觀察峰-峰值的大小，以“試探”其是否有可能來(lái)自于鋼管內(nèi)壁。此時(shí)，需要建立合適的峰-峰值門限VPP，該值可以通過(guò)分析對(duì)比試樣中的各人工缺陷的檢測(cè)信息獲得。

  VTpp值的設(shè)定與多方面因素有關(guān)，重點(diǎn)需要考慮材質(zhì)的磁特性以及鋼管壁厚兩方面因素?；谥行男甭实膬?nèi)、外部缺陷區(qū)分方法是建立在漏磁檢測(cè)信號(hào)能級(jí)篩選基礎(chǔ)之上的，并以此構(gòu)造檢測(cè)信號(hào)極值特征間的斜率，即中心斜率。

  將上述試驗(yàn)中各人工缺陷的Vpp值列入表4-3中，同時(shí)觀察峰-峰值與缺陷的位置特征，確定合適的門限值，構(gòu)建表達(dá)式如下：

  需要明確的一點(diǎn)是，該評(píng)判指標(biāo)在反映漏磁場(chǎng)空間分布特性方面，與峭度有很大的不同。一方面，中心斜率首先需要進(jìn)行峰-峰值篩選，根據(jù)檢測(cè)信號(hào)中VpP值的大小，選擇對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)因子ε，因此充分考慮到了漏磁場(chǎng)能量大小在判定缺陷位置特征時(shí)的作用；另一方面，斜率這種包含著相鄰極值間水平特征與垂直特征兩者于一身的指標(biāo)，以其構(gòu)造成分之一-峰值作為篩選對(duì)象，為中心斜率的構(gòu)造過(guò)程提供了更多的選擇空間。由于中心斜率一部分來(lái)源于漏磁場(chǎng)的能量信息，而不僅僅是檢測(cè)信號(hào)的波形特征，因此對(duì)于特定材質(zhì)和壁厚的不銹鋼管，一旦中心斜率得以構(gòu)建，就可有效應(yīng)用于特定批次的不銹鋼管檢測(cè)。

  從Vpp這一指標(biāo)上來(lái)看，處于鋼管同一位置（同在外壁或內(nèi)壁）的不同深度的缺陷會(huì)產(chǎn)生不同的檢測(cè)信號(hào)峰-峰值。缺陷深度越深，檢測(cè)信號(hào)峰-峰值越大。所以，會(huì)造成處于鋼管內(nèi)壁的深度較大的裂紋產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度與外部深度較小的裂紋差異不大。如深度為1.0mm的內(nèi)部裂紋檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值為140.5mV，深度為0.5mm的外部裂紋檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值僅為114.6mV，兩者幅值差異不大。所以，僅從檢測(cè)信號(hào)波形的峰-峰值來(lái)判斷，極有可能將值相對(duì)較大的內(nèi)部裂紋判為外部缺陷，或者將相對(duì)較淺的外部裂紋判為內(nèi)部缺陷。

  當(dāng)以中心斜率α。作為評(píng)判指標(biāo)時(shí)，0.5mm深的外部缺陷所對(duì)應(yīng)極點(diǎn)連線中心處的評(píng)判指標(biāo)值為9.5，而1.0mm深的內(nèi)部缺陷對(duì)應(yīng)值為6.38，結(jié)合其他具有不同深度的內(nèi)、外部缺陷所對(duì)應(yīng)的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外部缺陷之間具有明顯的區(qū)分門限，而不會(huì)受到缺陷深度的影響。

  中心斜率在構(gòu)建過(guò)程中對(duì)漏磁場(chǎng)的能級(jí)進(jìn)行了篩選，也即，由缺陷自身形態(tài)引發(fā)的漏磁場(chǎng)能量波動(dòng)可以被“區(qū)分對(duì)待”。與中心頻率法相比，中心斜率法的評(píng)價(jià)指標(biāo)更為靈活。這種直接對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理的區(qū)分策略計(jì)算量不大，可在鋼管漏磁檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)高效的內(nèi)、外部缺陷區(qū)分。

二、缺陷形態(tài)特征對(duì)中心斜率法的影響

  上述內(nèi)、外部缺陷評(píng)判指標(biāo)α。在構(gòu)建時(shí)是以漏磁場(chǎng)的能量屬性為基準(zhǔn)的，而漏磁場(chǎng)的能量又與多種因素有關(guān)。下面分析不銹鋼管壁厚、缺陷形狀及走向?qū)χ行男甭实挠绊憽?/span>

 1. 壁厚對(duì)αc的影響 

  當(dāng)不銹鋼管壁厚不同時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)磁化電流來(lái)確保鋼管磁化至磁飽和狀態(tài)。對(duì)于磁特性一定的材質(zhì)，處于磁飽和狀態(tài)的不同厚度鋼管具有相對(duì)一致的磁感應(yīng)強(qiáng)度，因而可以在金屬損失狀況與漏磁通之間建立相對(duì)穩(wěn)定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

  漏磁場(chǎng)能量分級(jí)門限的設(shè)定會(huì)受到管壁厚度的影響，前面對(duì)特定壁厚鋼管上的槽類人工缺陷進(jìn)行了試驗(yàn)分析。對(duì)于內(nèi)部缺陷而言，漏磁通來(lái)源于鐵磁性管壁內(nèi)部，直接反映了材質(zhì)不連續(xù)對(duì)管壁內(nèi)整體磁力線的擾動(dòng)情況。當(dāng)整體磁力線數(shù)量不等時(shí)，相同深度的內(nèi)部缺陷對(duì)管壁內(nèi)整體磁力線的影響程度也會(huì)有所不同。下面對(duì)不同壁厚情況下人工缺陷檢測(cè)信號(hào)的中心斜率進(jìn)行分析。

  以厚度為8.0mm、14.7mm、17.2mm的三種鋼板作為檢測(cè)試樣，在每種規(guī)格鋼板表面度不同的橫向刻槽。磁敏感元件選用集成霍爾元件UGN-3503，以0.5mm的提離值封裝于檢測(cè)探頭內(nèi)。當(dāng)鋼板以恒定速度經(jīng)過(guò)探頭時(shí)，以厚度為8.0mm的鋼板為例，隨機(jī)抽取檢測(cè)信號(hào)如圖4-16所示。

  參照不同深度人工缺陷的檢測(cè)信號(hào)值，建立鋼板人工缺陷的評(píng)判指標(biāo)參數(shù)α。，根據(jù)不同厚度的鋼板設(shè)置相應(yīng)的VPP值，如對(duì)于厚度為8.0mm的鋼板，可設(shè)置VTpp =500mV。

  式中，為中心斜率；Vpp為法向漏磁檢測(cè)信號(hào)的峰-峰值；VTP為峰-峰值門限；Wpp為相鄰極值之間的水平寬度；ε為調(diào)節(jié)因子。

  對(duì)不同厚度鋼板缺陷進(jìn)行內(nèi)、外位置區(qū)分，首先對(duì)Vor值進(jìn)行能級(jí)篩選，進(jìn)而選取不同d的調(diào)節(jié)因子e，構(gòu)建中心斜率，并計(jì)算VpP和峭度列入表4-4中。

  對(duì)比表4-4中的Vpp 峭度以及中心斜率三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以看出，中心斜率ac可以有效地避免缺陷深度過(guò)大或過(guò)小對(duì)位置評(píng)判的干擾。以中心斜率αc作為評(píng)判指標(biāo)的區(qū)分方法可適用于三種不同厚度的鐵磁性構(gòu)件，即通過(guò)設(shè)定統(tǒng)一的評(píng)判指標(biāo)區(qū)分門限（如20.00～30.00），可以對(duì)不同厚度鐵磁性構(gòu)件中的缺陷位置進(jìn)行區(qū)分和識(shí)別。因此，通過(guò)構(gòu)建漏磁場(chǎng)法向分量檢測(cè)信號(hào)的中心斜率可以區(qū)分缺陷的位置信息，并且不會(huì)受到缺陷深度變化的影響。對(duì)于不同壁厚的不銹鋼管，內(nèi)、外部缺陷區(qū)分準(zhǔn)則可以有效地統(tǒng)一起來(lái)。

 2. 缺陷形狀對(duì)αc的影響 

  從中心斜率的構(gòu)建過(guò)程可以看出，該評(píng)判指標(biāo)重點(diǎn)在于對(duì)漏磁場(chǎng)能級(jí)進(jìn)行篩選。不銹鋼管在生產(chǎn)和使用過(guò)程中出現(xiàn)的缺陷形狀各異，而不同形狀的缺陷在檢測(cè)空間引發(fā)的漏磁場(chǎng)相差很大。不通孔類缺陷雖然具有一定的深度，但它的實(shí)際材料損失量與接近深度的刻槽類缺陷相比要小得多，具有相同位置特征的刻槽與不通孔在檢測(cè)空間產(chǎn)生的漏磁量也相差較大。當(dāng)不通孔位于檢測(cè)構(gòu)件的背面時(shí)，試件中的磁力線受到缺陷引發(fā)磁通畸變而發(fā)生的整體偏移程度也就更弱。因此，常規(guī)漏磁檢測(cè)過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題是，正面檢測(cè)較淺缺陷時(shí)容易被判別為內(nèi)部缺陷，而較深的內(nèi)部缺陷又容易被判別為較淺的外部缺陷。

  下面對(duì)不同厚度鋼板中不同深度的機(jī)加工不通孔進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，其中8.0mm厚和17.2mm厚的鋼板正、反面檢測(cè)不通孔缺陷信號(hào)如圖4-17和圖4-18所示，將各人工缺陷的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及評(píng)判指標(biāo)計(jì)算列入表4-5。

  從表中可以看出，經(jīng)過(guò)能級(jí)篩選后的中心斜率表現(xiàn)出良好的區(qū)分效果，而且不通孔類缺陷的位置特征區(qū)分門限與橫向刻槽有著較好的通用性，均可采用相同的區(qū)分門限（以αc-t=20.00~30.00．00作為門限值）。因此，采用中心斜率對(duì)缺陷的位置特征進(jìn)行識(shí)別時(shí)具有較好的排他能力，而不會(huì)被缺陷形態(tài)所干擾。

 3. 缺陷走向?qū)Ζ羉的影響 

  在不銹鋼管漏磁檢測(cè)過(guò)程中，當(dāng)裂紋的走向與磁化場(chǎng)方向呈非垂直關(guān)系時(shí)，漏磁場(chǎng)空間分布特征與其檢測(cè)信號(hào)的畸變程度都會(huì)發(fā)生變化。下面介紹缺陷走向?qū)z測(cè)信號(hào)中心斜率的影響。

  同樣采用8.0mm厚的鋼板作為檢測(cè)試件，對(duì)鋼板中的人工斜向刻槽進(jìn)行正、反面漏磁檢測(cè)，提離值為0.5mm，提取缺陷漏磁場(chǎng)的法向分量檢測(cè)信號(hào)如圖4-19所示。將試驗(yàn)結(jié)果及各種評(píng)判指標(biāo)列入表4-6。

  結(jié)合表4-4和表4-5中橫向刻槽及不通孔類缺陷的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以8.0mm厚的鋼板試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例，從表4-6中的斜向刻槽試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到，中心斜率α。依然可以選用與橫向刻槽、不通孔相同的門限值（在αc-=20.00~30～30.00之間選擇）。

  在使用中心斜率法區(qū)分內(nèi)、外部缺陷時(shí)，應(yīng)確保探頭與不銹鋼管管壁充分接觸，以確保檢測(cè)信號(hào)不受提離效應(yīng)的影響。另外，在檢測(cè)過(guò)程中必須保證檢測(cè)速度恒定，因?yàn)楫?dāng)采用霍爾元件作為磁敏感元件時(shí)，檢測(cè)輸出量為檢測(cè)空間內(nèi)某一點(diǎn)的絕對(duì)量值，在一定的提離距離下，其量值是一定的。然而，如果在檢測(cè)過(guò)程中速度發(fā)生變化，勢(shì)必會(huì)改變相鄰極值之間的水平距離，后期基于這兩者建立起來(lái)的中心斜率就失去了判別位置特征的可靠性。

  此外，基于檢測(cè)信號(hào)中心斜率的區(qū)分方法在使用過(guò)程中需要首先經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析獲得調(diào)節(jié)因子ε。當(dāng)然，對(duì)于材質(zhì)和壁厚一定的不銹鋼管，在某一磁化狀態(tài)下，調(diào)節(jié)因子是恒定的。因此，通過(guò)建立數(shù)據(jù)庫(kù)的方式可大大提高該方法的準(zhǔn)確性。