漏磁檢測(cè)儀檢測(cè)通道一致性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

胡西洋，沈功田，盧 超，劉德宇

（1.中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100013；2.南昌航空大學(xué) 教育部無(wú)損檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330063）

漏磁檢測(cè)是一種自動(dòng)化程度很高的無(wú)損檢測(cè)方法，在實(shí)際的工業(yè)檢測(cè)中，已經(jīng)應(yīng)用于鋼管、鋼棒、鋼坯、索道、鋼結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)罐等的檢測(cè)中，其中對(duì)管道外壁和儲(chǔ)罐底板的檢測(cè)較為常見(jiàn)。

漏磁檢測(cè)儀通常為多通道檢測(cè)儀器，在實(shí)際檢測(cè)中會(huì)遇到不同通道檢測(cè)同一缺陷得到結(jié)果不一致的情況，這將影響技術(shù)人員對(duì)缺陷的判斷，同時(shí)也可能對(duì)檢測(cè)工作造成一定的干擾。

為了確定多通道的漏磁檢測(cè)儀器對(duì)試件進(jìn)行漏磁檢測(cè)時(shí)因通道的不一致對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的影響，同時(shí)也為了找到評(píng)價(jià)多通道一致性指標(biāo)的方法。筆者引入兩類最為常見(jiàn)的多通道漏磁檢測(cè)儀——外管道漏磁檢測(cè)儀和儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀，分別在其各自的校準(zhǔn)試板上進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，得到了可以評(píng)價(jià)儀器通道一致性的方法［1］。

1 漏磁檢測(cè)原理及漏磁檢測(cè)儀系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 漏磁檢測(cè)原理

漏磁檢測(cè)的原理為將鐵磁性材料磁化后，材料內(nèi)部材質(zhì)處于連續(xù)均勻的狀態(tài)，材料中的磁感應(yīng)線會(huì)被約束在材料中，不會(huì)發(fā)生磁通泄露。若存在缺陷時(shí)，磁路中的磁通會(huì)發(fā)生畸變，部分磁通會(huì)泄露到材料表面，形成漏磁場(chǎng)。利用磁感應(yīng)傳感器（通常使用霍爾傳感器）提取漏磁場(chǎng)信號(hào)，傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理并顯示出來(lái)，從而可對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析評(píng)定［2－3］。漏磁檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 漏磁檢測(cè)原理

1.2 漏磁檢測(cè)儀系統(tǒng)構(gòu)成

漏磁檢測(cè)儀采用漏磁檢測(cè)原理，其主要分為三部分：檢測(cè)部分、驅(qū)動(dòng)部分和控制顯示部分。檢測(cè)部分主要包括磁化器（主要為永磁體）、霍爾探頭、信號(hào)濾波放大裝置和多位數(shù)據(jù)采集卡；驅(qū)動(dòng)部分包括穩(wěn)定電源給電機(jī)和探照燈提供電源；控制顯示部分包括嵌入式系統(tǒng)，控制顯示設(shè)備和報(bào)警裝置，此外驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集卡與嵌入式系統(tǒng)之間也相互協(xié)調(diào)控制［2－5］，如圖2所示。

圖2 漏磁檢測(cè)儀系統(tǒng)構(gòu)成框圖

1.3 漏磁檢測(cè)儀器性能指標(biāo)

漏磁檢測(cè)儀器常見(jiàn)的性能指標(biāo)主要包括：通道數(shù)、掃查寬度、掃查長(zhǎng)度、驅(qū)動(dòng)方式、掃描速度、可探測(cè)厚度范圍、透過(guò)涂層厚度、探測(cè)精度、缺陷定位精度等。此外是否具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、實(shí)時(shí)分析功能和圖形報(bào)告軟件等也是漏磁檢測(cè)儀重要的性能指標(biāo)。

2 漏磁檢測(cè)儀評(píng)價(jià)試驗(yàn)

由1.3節(jié)可知，現(xiàn)階段的漏磁檢測(cè)儀性能中沒(méi)有儀器各通道一致性這一性能指標(biāo)，為了找到能夠表征這個(gè)性能指標(biāo)的方法，設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)：以兩類常見(jiàn)的多通道漏磁檢測(cè)儀儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀和外管道漏磁檢測(cè)儀對(duì)各自的校準(zhǔn)試板進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，得到評(píng)價(jià)通道一致性的方法。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)試件評(píng)價(jià)

標(biāo)準(zhǔn)JB／T 10765－2007《無(wú)損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)方法》規(guī)定，校準(zhǔn)試件的參數(shù)分別為：長(zhǎng)度為1.5m、寬度為1m、厚度為8mm；底板上有深度為板厚的20%，40%，60%，80%深度的橫槽，槽間的距離為200 mm，橫槽寬度為2 mm，如圖3所示［6］。

圖3 底板漏磁掃查儀校準(zhǔn)試板示意

管道外漏磁檢測(cè)校準(zhǔn)試板的參數(shù)為：管道尺寸為φ219mm×8mm，管道外壁有四條周向橫槽，槽寬為2mm，槽間中心距為200mm；槽深度分別為管壁厚度的20%，40%，60%，80%，如圖4所示。

圖4 外管道漏磁掃查儀校準(zhǔn)管示意

2.2 儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀通道一致性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

為驗(yàn)證漏磁掃查儀器的各個(gè)通道在同時(shí)工作且相互獨(dú)立的情況下，檢測(cè)漏磁信號(hào)的結(jié)果是否具備一致性。分別采用如圖3和4的校準(zhǔn)試件分別對(duì)儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀和管道漏磁儀的通道一致性情況進(jìn)行評(píng)價(jià)。為敘述簡(jiǎn)便，將試驗(yàn)中的儲(chǔ)罐底板漏磁掃查器定義為儀器A，管道外掃查儀器定義為儀器B。

儀器A 為信號(hào)記錄型儀器，該掃查器共有四個(gè)通道，各個(gè)通道的工作方式獨(dú)立，漏磁掃查器沿著垂直于橫槽的方向運(yùn)行時(shí)，顯示設(shè)備會(huì)同步記錄信號(hào)。掃查器依次從校準(zhǔn)試板的“20%”缺陷到“80%”缺陷上跨過(guò)，掃查器探測(cè)依次得到如圖5 所示的20%，40%，60%，80%缺陷的漏磁信號(hào)，四個(gè)獨(dú)立通道的信號(hào)會(huì)同步顯示出來(lái)。

圖5 校準(zhǔn)試板通道1漏磁信號(hào)

2.2.1 各通道檢出信號(hào)的偏離度分析

為驗(yàn)證四個(gè)獨(dú)立通道的一致性，將四個(gè)通道采集到的所有信號(hào)的峰值進(jìn)行偏離度ξ的偏離分析。偏離度是指信號(hào)偏離真實(shí)值的程度，由于真實(shí)值只是理論存在，在實(shí)際的試驗(yàn)中通常將真實(shí)值換成平均值。

信號(hào)偏離度的計(jì)算公式為：

式中：Y為信號(hào)幅值；為各通道信號(hào)幅值平均值。

通過(guò)計(jì)算得到的各個(gè)通道各信號(hào)幅值的偏離度如表1所示。

表1 各通道的信號(hào)幅值的偏離度 %

從表1中可以得出，通道1的檢出偏離度最大為0.67%和最小為0.11%；通道2最大為0.21%、最小為0.05%；通道3 最大為1.2%、最小為0.33%；通道4最大為0.40%、最小為0.17%。并且從表中也可以看出通道2檢出的20%，40%，60%缺陷的信號(hào)偏離度最小，通道1檢出的60%缺陷的信號(hào)的偏離度最小。

2.2.2 各通道檢出信號(hào)峰值的線性分析

圖6中所示的點(diǎn)為缺陷處所測(cè)得的信號(hào)峰值，直線為各通道峰值信號(hào)與缺陷尺寸之間的擬合直線。

如圖6所示通道3各峰值信號(hào)的擬合曲線的斜率k3最大達(dá)到0.123；通道1擬合曲線k1最小達(dá)到0.056 75；通道2擬合曲線斜率k2為0.087 55，最為接近平均幅值擬合曲線的斜率ˉk為0.085 55。

為了分析各通道信號(hào)擬合缺陷的線性度差異，引入線性度偏差率ΔP這一概念。其基本計(jì)算公式為：

式中：ΔP為線性度偏差率；k為通道擬合曲線斜率；為各通道信號(hào)平均值擬合曲線斜率。

圖6 各通道信號(hào)峰值與缺陷尺寸之間的線性擬合

通道1、2、3、4 的線性度偏差率分別為ΔP1＝33.66%，ΔP2＝2.33%，ΔP3＝43.77%，ΔP4＝12.62%。

2.3 外管道漏磁掃查器通道一致性評(píng)價(jià)試驗(yàn)

儀器B 為門(mén)檻報(bào)警型儀器，該掃查器有6個(gè)通道，掃查器在掃查過(guò)程中若檢測(cè)到缺陷，LED 燈會(huì)亮，且同時(shí)蜂鳴器會(huì)報(bào)警提示；控制可檢缺陷大小的關(guān)鍵為門(mén)檻值的調(diào)整。

驗(yàn)證儀器B 通道一致性的方法為外管道漏磁掃查器掃查如圖4的校驗(yàn)管，具體校驗(yàn)方法為：調(diào)整掃查器的狀態(tài)，使之充分貼合外管道，設(shè)置適當(dāng)?shù)奶筋^提離距離，將門(mén)檻值歸零，沿著垂直于橫槽的方向掃查，蜂鳴器和各個(gè)通道的LED 燈會(huì)報(bào)警提示。以“1”為刻度，不斷加大門(mén)檻值，分別記錄下橫槽缺陷各個(gè)通道的LED 燈從亮到滅的臨界門(mén)檻值，直至所有的LED 燈都始終不亮且蜂鳴器均不報(bào)警。

2.3.1 各通道檢出門(mén)檻值的偏離度分析

根據(jù)公式（1）計(jì)算出儀器B各通道檢出缺陷的門(mén)檻值的偏離度如表2所示（通道1不列入統(tǒng)計(jì)范圍）。

表2 各通道檢出門(mén)檻值偏離度 %

由表2可知，通道2對(duì)40%缺陷有最大的檢出偏離度為22.57%，最小為60%缺陷的10.66%；通道3對(duì)40%缺陷有最大的檢出偏離度為66.81%，最小為80%缺陷的43.24%；通道4對(duì)20%缺陷有最大的檢出偏離度為63.76%，最小為60%缺陷的1.74%；通道5對(duì)20%缺陷有最大的檢出偏離度為56.52%，最小為40%缺陷的7.07%；通道6對(duì)20%缺陷有最大的檢出偏離度為160.87%，最小為80%缺陷的43.68%。

對(duì)20%缺陷檢測(cè)門(mén)檻值偏離度最小的為通道2、最大的為通道6；對(duì)40%缺陷檢測(cè)門(mén)檻值偏離度最小的為通道4、最大為通道6；對(duì)60%缺陷檢測(cè)門(mén)檻值偏離度最小的為通道4、最大的為通道6；對(duì)80%缺陷檢測(cè)門(mén)檻值偏離度最小的為通道2、最大為通道5。

2.3.2 各通道檢出門(mén)檻值的線性分析

記錄下來(lái)的各個(gè)通道檢出的各個(gè)橫槽的臨界門(mén)檻值與橫槽缺陷尺寸關(guān)系如圖7所示。

圖7 儀器各通道檢出缺陷門(mén)檻值與缺陷尺寸的線性擬合

斜率最大的通道為對(duì)應(yīng)的通道4 的擬合曲線Y4的斜率為145.5，最小為通道5的曲線Y5的斜率為48.75，各通道的平均檢出缺陷門(mén)檻值的擬合曲線YA的斜率為102.9。最接近平均門(mén)檻值的為通道2的擬合曲線斜率為119.5。

依照公式（2）計(jì)算儀器B的各通道信號(hào)的線性偏差率分別為：ΔP2＝16.13%，ΔP3＝40.96%，ΔP4＝41.40%，ΔP5＝52.62%，ΔP6＝36.05%。

2.4 偏離度與線性偏差率對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

如圖6所示，儀器A 通道3在20%缺陷處所得到的信號(hào)的峰值明顯小于其余3 個(gè)通道，甚至在40%缺陷處所得到的信號(hào)也略小于其余3個(gè)通道，此時(shí)通道3在20%缺陷處的信號(hào)偏離度最大達(dá)到1.2%，通道3的線性偏離度也達(dá)到了43.77%。或者如圖7所示儀器B 的通道6在20%缺陷處的門(mén)檻值大于通道2和通道4在40%缺陷處的門(mén)檻值。

因此得出：漏磁檢測(cè)儀在進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)時(shí)，不同通道掃查得到相同的信號(hào)或者需調(diào)節(jié)不同的門(mén)檻值時(shí)，所表征的缺陷尺寸是存在差異的。即同樣大小的信號(hào)，因?yàn)橥ǖ赖牟煌碚鞯娜毕荽笮s不同，例如如圖6所示的檢測(cè)結(jié)果中，通道3 在40%缺陷處的信號(hào)竟然小于其余3個(gè)通道在20%缺陷的信號(hào)，需要通過(guò)信號(hào)進(jìn)行表征缺陷尺寸時(shí)，顯然會(huì)因?yàn)橥ǖ赖牟灰恢碌玫讲煌娜毕莩叽缃Y(jié)論，這樣會(huì)對(duì)檢測(cè)的評(píng)價(jià)工作造成影響。

3 分析與討論

在實(shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，各獨(dú)立通道不可能存在信號(hào)完全一致的情況，因此必定會(huì)有信號(hào)偏離度和線性偏差率的存在，絕對(duì)的通道一致性是不存在的，當(dāng)兩個(gè)指標(biāo)偏差過(guò)大時(shí)，多通道的一致性的狀況就會(huì)相對(duì)較差，如圖8所示。

圖8 通道一致性的四種狀態(tài)

由圖8所知，當(dāng)檢測(cè)信號(hào)的幅值偏離度和線性偏差率處于較小的狀態(tài)時(shí)，多通道儀器才表現(xiàn)出較好的通道一致性。儀器A 的幅值偏離度僅為1.2%，但是線性偏差率卻達(dá)到了43.77%，符合如圖8（a）的狀態(tài)，儀器B的幅值偏離度高達(dá)160.87%，線性偏差率也高達(dá)52.62%，符合如圖8（c）的狀態(tài)。

并且僅當(dāng)通道一致性滿足如圖8（d）所示的狀況時(shí)，儀器才可能表現(xiàn)出良好的一致性，但是在1.3節(jié)中列舉的漏磁檢測(cè)儀的性能指標(biāo)中，并沒(méi)有漏磁檢測(cè)儀器通道一致性的這一指標(biāo)，且在漏磁檢測(cè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也未對(duì)儀器通道是否一致作出相應(yīng)的規(guī)定。

因此若能在儀器本身的性能參數(shù)中能夠增加關(guān)于通道一致性的兩個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)情況：如某儀器信號(hào)偏離度為±a1%，線性偏差率為a2%；或者能夠有類似于圖8的示意圖來(lái)描述。或者在漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中可以對(duì)信號(hào)偏離度ξ和線性偏差率ΔP設(shè)定一個(gè)允許的偏差范圍，使各通道的一致性處于一致。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）漏磁檢測(cè)儀采用標(biāo)準(zhǔn)試板可以對(duì)各獨(dú)立通道能否正常工作進(jìn)行直觀的判斷，如儀器B 通道1是損壞的。

（2）明確了通道不一致性確實(shí)能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響，能夠直接地影響對(duì)缺陷尺寸的判斷。

（3）提出了兩個(gè)可以表征通道一致性的參數(shù)，包括信號(hào)偏離度和線性偏差率。并且也提出了相應(yīng)的計(jì)算方法。

（4）當(dāng)信號(hào)偏離度越小且線性偏差率也越小時(shí)，獨(dú)立通道之間才具有較好的一致性。

筆者提出了常見(jiàn)的兩類漏磁檢測(cè)掃查器通道一致性的評(píng)價(jià)方法，在今后的研究中可將之運(yùn)用到更多的不同種類型的多通道漏磁檢測(cè)儀中，得到更加全面而系統(tǒng)的論述。且儀器的性能指標(biāo)中并不包括通道一致性，各類漏磁檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中也未對(duì)此作出規(guī)定，但是通道的不一致性確實(shí)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成一定的影響。

［1］田利，郭妍瓊，侍吉清，等.大型常壓儲(chǔ)罐底板腐蝕的漏磁檢測(cè)與安全評(píng)定［J］.無(wú)損檢測(cè)，2013，35（6）：49－52.

［2］康宜華，武新軍.數(shù)字化磁性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

［3］任吉林，林俊明.電磁無(wú)損檢測(cè)［M］.北京：科學(xué)出版社，2009.

［4］王亞?wèn)|，王翔，徐彥廷，等.常壓儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)的信號(hào)分析［J］.無(wú)損檢測(cè)，2014，36（4）：23－25.

［5］吳志明.儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)器研制［D］.湖北：華中科技大學(xué)，2012.

［6］JB／T 10765－2007 無(wú)損檢測(cè) 常壓金屬儲(chǔ)罐漏磁檢測(cè)方法［S］.