漏磁檢測儀檢測通道一致性評價(jià)試驗(yàn)

胡西洋，沈功田，盧 超，劉德宇

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

漏磁檢測是一種自動化程度很高的無損檢測方法，在實(shí)際的工業(yè)檢測中，已經(jīng)應(yīng)用于鋼管、鋼棒、鋼坯、索道、鋼結(jié)構(gòu)和儲罐等的檢測中，其中對管道外壁和儲罐底板的檢測較為常見。

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

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

1 漏磁檢測原理及漏磁檢測儀系統(tǒng)構(gòu)成

1.1 漏磁檢測原理

漏磁檢測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)線會被約束在材料中，不會發(fā)生磁通泄露。若存在缺陷時，磁路中的磁通會發(fā)生畸變，部分磁通會泄露到材料表面，形成漏磁場。利用磁感應(yīng)傳感器（通常使用霍爾傳感器）提取漏磁場信號，傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行信號處理并顯示出來，從而可對信號進(jìn)行分析評定［2－3］。漏磁檢測原理如圖1所示。

圖1 漏磁檢測原理

1.2 漏磁檢測儀系統(tǒng)構(gòu)成

漏磁檢測儀采用漏磁檢測原理，其主要分為三部分：檢測部分、驅(qū)動部分和控制顯示部分。檢測部分主要包括磁化器（主要為永磁體）、霍爾探頭、信號濾波放大裝置和多位數(shù)據(jù)采集卡；驅(qū)動部分包括穩(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、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 漏磁檢測儀系統(tǒng)構(gòu)成框圖

1.3 漏磁檢測儀器性能指標(biāo)

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

2 漏磁檢測儀評價(jià)試驗(yàn)

由1.3節(jié)可知，現(xiàn)階段的漏磁檢測儀性能中沒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性能指標(biāo)的方法，設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)：以兩類常見的多通道漏磁檢測儀儲罐底板漏磁檢測儀和外管道漏磁檢測儀對各自的校準(zhǔn)試板進(jìn)行實(shí)際檢測，對檢測結(jié)果進(jìn)行了分析，得到評價(jià)通道一致性的方法。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)試件評價(jià)

標(biāo)準(zhǔn)JB／T 10765－2007《無損檢測 常壓金屬儲罐漏磁檢測方法》規(guī)定，校準(zhǔn)試件的參數(shù)分別為：長度為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 儲罐底板漏磁檢測儀通道一致性評價(jià)試驗(yàn)

為驗(yàn)證漏磁掃查儀器的各個通道在同時工作且相互獨(dú)立的情況下，檢測漏磁信號的結(jié)果是否具備一致性。分別采用如圖3和4的校準(zhǔn)試件分別對儲罐底板漏磁檢測儀和管道漏磁儀的通道一致性情況進(jìn)行評價(jià)。為敘述簡便，將試驗(yàn)中的儲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 為信號記錄型儀器，該掃查器共有四個通道，各個通道的工作方式獨(dú)立，漏磁掃查器沿著垂直于橫槽的方向運(yùn)行時，顯示設(shè)備會同步記錄信號。掃查器依次從校準(zhǔn)試板的“20%”缺陷到“80%”缺陷上跨過，掃查器探測依次得到如圖5 所示的20%，40%，60%，80%缺陷的漏磁信號，四個獨(dú)立通道的信號會同步顯示出來。

圖5 校準(zhǔn)試板通道1漏磁信號

2.2.1 各通道檢出信號的偏離度分析

為驗(yàn)證四個獨(dú)立通道的一致性，將四個通道采集到的所有信號的峰值進(jìn)行偏離度ξ的偏離分析。偏離度是指信號偏離真實(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。

信號偏離度的計(jì)算公式為：

式中：Y為信號幅值；為各通道信號幅值平均值。

通過計(jì)算得到的各個通道各信號幅值的偏離度如表1所示。

表1 各通道的信號幅值的偏離度 %

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%缺陷的信號偏離度最小，通道1檢出的60%缺陷的信號的偏離度最小。

2.2.2 各通道檢出信號峰值的線性分析

圖6中所示的點(diǎn)為缺陷處所測得的信號峰值，直線為各通道峰值信號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；為各通道信號平均值擬合曲線斜率。

圖6 各通道信號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價(jià)試驗(yàn)

儀器B 為門檻報(bào)警型儀器，該掃查器有6個通道，掃查器在掃查過程中若檢測到缺陷，LED 燈會亮，且同時蜂鳴器會報(bào)警提示；控制可檢缺陷大小的關(guān)鍵為門檻值的調(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，將門檻值歸零，沿著垂直于橫槽的方向掃查，蜂鳴器和各個通道的LED 燈會報(bào)警提示。以“1”為刻度，不斷加大門檻值，分別記錄下橫槽缺陷各個通道的LED 燈從亮到滅的臨界門檻值，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 各通道檢出門檻值偏離度 %

由表2可知，通道2對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20%缺陷檢測門檻值偏離度最小的為通道2、最大的為通道6；對40%缺陷檢測門檻值偏離度最小的為通道4、最大為通道6；對60%缺陷檢測門檻值偏離度最小的為通道4、最大的為通道6；對80%缺陷檢測門檻值偏離度最小的為通道2、最大為通道5。

2.3.2 各通道檢出門檻值的線性分析

記錄下來的各個通道檢出的各個橫槽的臨界門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檻值與缺陷尺寸的線性擬合

斜率最大的通道為對應(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檻值的擬合曲線YA的斜率為102.9。最接近平均門檻值的為通道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檢測結(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的峰值明顯小于其余3 個通道，甚至在40%缺陷處所得到的信號也略小于其余3個通道，此時通道3在20%缺陷處的信號偏離度最大達(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%缺陷處的門檻值大于通道2和通道4在40%缺陷處的門檻值。

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

3 分析與討論

在實(shí)際的檢測過程中，各獨(dú)立通道不可能存在信號完全一致的情況，因此必定會有信號偏離度和線性偏差率的存在，絕對的通道一致性是不存在的，當(dāng)兩個指標(biāo)偏差過大時，多通道的一致性的狀況就會相對較差，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)檢測信號的幅值偏離度和線性偏差率處于較小的狀態(tài)時，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，儀器才可能表現(xiàn)出良好的一致性，但是在1.3節(jié)中列舉的漏磁檢測儀的性能指標(biāo)中，并沒有漏磁檢測儀器通道一致性的這一指標(biāo)，且在漏磁檢測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中也未對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指標(biāo)的評價(jià)情況：如某儀器信號偏離度為±a1%，線性偏差率為a2%；或者能夠有類似于圖8的示意圖來描述。或者在漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)中可以對信號偏離度ξ和線性偏差率ΔP設(shè)定一個允許的偏差范圍，使各通道的一致性處于一致。

4 結(jié)語

（1）漏磁檢測儀采用標(biāo)準(zhǔn)試板可以對各獨(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)能對檢測結(jié)果造成影響，能夠直接地影響對缺陷尺寸的判斷。

（3）提出了兩個可以表征通道一致性的參數(shù)，包括信號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)信號偏離度越小且線性偏差率也越小時，獨(dú)立通道之間才具有較好的一致性。

筆者提出了常見的兩類漏磁檢測掃查器通道一致性的評價(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，各類漏磁檢測標(biāo)準(zhǔn)中也未對此作出規(guī)定，但是通道的不一致性確實(shí)對檢測結(jié)果造成一定的影響。

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

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