三维漏磁信号特征量值分析

参照GB/T 27699—2011《钢质管道内检测技术规范》中给出的分类标准，按照缺陷的长度及宽度特征，将金属损失型缺陷分为以下6种：针孔、水平凹槽、水平凹沟、切向凹槽、切向凹沟、坑状缺陷。以漏磁检测器扫查方向（同时是磁化方向）作为缺陷的长度方向，垂直该方向作为缺陷的宽度方向，以t作为被测件的厚度，则得到缺陷的分类标准如图5-77所示。

图5-77 金属损失型缺陷分类标准

令L表示缺陷长度，W表示缺陷宽度，则从图5-77中可以看出，针孔缺陷的定义为L＜t，W＜t；坑状缺陷的定义为t＜L＜3t，t＜W＜3t；水平凹槽缺陷的定义为L＞t，W＜t；水平凹沟缺陷的定义为L＞3t，t＜W＜3t；切向凹槽缺陷的定义为L＜t，W＞t；切向凹沟缺陷的定义为t＜L＜3t，W＞3t。

针孔缺陷与坑状缺陷在水平方向与切向方向的尺寸相近（相等），其缺陷三维漏磁信号的峰值区域、谷值区域均呈现相似的形状，本书将这两种缺陷归为一类，统称为凹坑缺陷；水平凹槽缺陷与水平凹沟缺陷的三维漏磁信号特征相近，因此将这两种缺陷归为一类，统称为水平沟槽缺陷；切向凹槽缺陷与切向凹沟缺陷三维漏磁信号特征也相近，因此将这两种缺陷归为一类，统称为切向沟槽缺陷。

为了获取更多的缺陷尺寸信息，提高缺陷的量化精度，分别对三种类型缺陷的三维漏磁信号进行分析，并分别定义能够反映缺陷三维漏磁信号特征的信号参数。

1.凹坑缺陷的参数定义

图5-78所示为24mm×24mm×2.4mm凹坑缺陷三维漏磁信号的三维立体图。基于缺陷三维漏磁信号水平分量、切向分量、法向分量的不同特征，对凹坑缺陷三维漏磁信号的参数进行定义，信号三个分量的参数分别以P_h、P_t、P_v表示。

图5-78 24mm×24mm×2.4mm凹坑缺陷三维漏磁信号三维立体图

a）水平分量 b）切向分量 c）法向分量

由图5-78a可知，凹坑缺陷漏磁信号的水平分量包括一个峰值区域和两个谷值区域，其峰值区域具有两个极大值与一个极小值；每个谷值区域包含一个极小值，即为该信号的谷值。该信号切向坐标为0的曲线（记作水平轴线）的峰值即为该信号峰值区域的极小值点，即缺陷的中心位置。同理，该信号水平方向坐标为0的曲线（记作切向轴线）的峰值即为该信号峰值区域的极大值点，也是该信号的峰值，该峰值位置可以在一定程度上反映凹坑缺陷切向方向的延伸，即反映凹坑缺陷的直径信息。此外，由于对磁化是沿水平方向的，漏磁信号的水平分量会在缺陷处发生突变，该突变点的位置可以很好地表征缺陷在水平方向的延伸，因此，需要提取水平轴线一阶微分信号的峰值坐标。

根据以上分析，针对凹坑缺陷漏磁信号的水平分量，共定义15个信号参数，见表5-18。

由图5-78b可知，凹坑缺陷漏磁信号的切向分量包括两个峰值区域和两个谷值区域。其中，每个峰值区域包含一个极大值，每个谷值区域包含一个极小值，均反映了缺陷深度的信息，该峰值位置可以在一定程度上反映缺陷的轮廓位置。除此之外，由于漏磁信号会在缺陷边界处发生突变，突变点的位置可以表征缺陷轮廓的直径，因此，提取了梯度最大点的坐标。针对凹坑缺陷漏磁信号的切向分量，共定义9个信号参数，见表5-19。

表5-18 凹坑缺陷漏磁信号水平分量参数定义

表5-19 凹坑缺陷漏磁信号切向分量的参数定义

由图5-78c可知，凹坑缺陷漏磁信号的法向分量包括一个峰值区域和一个谷值区域，反映了凹坑缺陷的深度信息。同时，信号的峰、谷值位置在一定程度上反映了凹坑缺陷的轮廓位置。此外，信号突变点的位置表征了凹坑缺陷的直径，且该突变点位于水平轴线上，因此，提取了水平轴线一阶微分信号的峰值坐标。针对凹坑缺陷漏磁信号的法向分量，共定义8个信号参数，见表5-20。

表5-20 凹坑缺陷漏磁信号法向分量的参数定义

2.水平沟槽缺陷的参数定义

图5-79所示为48mm×24mm×1.2mm水平沟槽缺陷三维漏磁信号的三维立体图。针对缺陷三维漏磁信号水平分量、切向分量、法向分量的不同特征，仿照对凹坑缺陷的分析方法，这里对水平沟槽缺陷三维漏磁信号的参数进行定义，信号三个分量的参数分别以H_h、H_t、H_v表示。

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图5-79 48mm×24mm×1.2mm水平沟槽缺陷三维漏磁信号三维立体图

a）水平分量 b）切向分量 c）法向分量

由图5-79a可知，与凹坑缺陷相比，水平沟槽缺陷三维漏磁信号水平分量的不同点在于，该信号具有两个峰值区域，且两个峰值区域之间的跨度可表征缺陷在水平方向的延伸。此外，该信号水平方向坐标为0的曲线（记作切向轴线）在缺陷切向边沿处发生突变，与缺陷宽度关系密切。据此，在进行特征量值提取时，增加了信号峰值区域跨度、切向轴线一阶微分信号峰值水平坐标等信号参数。针对水平沟槽缺陷漏磁信号的水平分量，共定义16个信号参数，见表5-21。

表5-21 水平沟槽缺陷漏磁信号水平分量的参数定义

由图5-79b可知，不同于凹坑缺陷，水平沟槽缺陷三维漏磁信号的切向分量除了包含两个峰值外，还包含两个极大值。该极大值的水平坐标与切向坐标分别反映了缺陷的长度信息与宽度信息，因此，在选取水平沟槽缺陷三维漏磁信号切向分量的信号参数时，增加了与极大值相关的参数。此外，水平沟槽缺陷的长度与宽度差别较大，导致其三维漏磁信号切向分量的峰值半径不再反映缺陷几何参数信息，在进行信号参数定义时，不再选用此参数。针对水平沟槽缺陷漏磁信号的切向分量，共定义12个信号参数，见表5-22。

表5-22 水平沟槽缺陷漏磁信号切向分量的参数定义

由图5-79c可知，相较于凹坑缺陷，水平沟槽缺陷三维漏磁信号的法向分量不再包含峰值区域，而是具有两个明显的峰值点。在进行信号参数定义时，不再选用信号峰值区域内点数，而是根据信号特征，提取信号峰值的水平坐标与切向坐标作为信号参数。针对水平沟槽缺陷漏磁信号的法向分量，共定义7个信号参数，见表5-23。

表5-23 水平沟槽缺陷漏磁信号法向分量的参数定义

3.切向沟槽缺陷的参数定义

图5-80所示为24mm×48mm×1.2mm切向沟槽缺陷三维漏磁信号的三维立体图。针对缺陷三维漏磁信号水平分量、切向分量、法向分量的不同特征，按照之前给出的对凹坑缺陷与水平沟槽缺陷的分析方法，这里对切向沟槽缺陷三维漏磁信号的参数进行定义，信号三个分量的参数分别以T_h、T_t、T_v表示，选取结果分别在表5-24、表5-25和表5-26中给出。

图5-80 24mm×48mm×1.2mm切向沟槽缺陷三维漏磁信号三维立体图

a）水平分量 b）切向分量 c）法向分量

表5-24 切向沟槽缺陷漏磁信号水平分量的参数定义

表5-25 切向沟槽缺陷漏磁信号切向分量的参数定义

表5-26 切向沟槽缺陷漏磁信号法向分量的参数定义