漏电场无损检测新原理与方法

针对目前有色金属（非导磁性导电体如不锈钢、铜、铝及钛合金等）以及高温（过居里点而失去磁性）黑色金属（如钢铁等）的内伤无损检测盲点，结合磁-电对称物理特性，提出一种新的无损检测原理与方法- - 漏电场无损检测，它能适应导电金属内外伤检测，尤其是有色金属或高温（过居里点而失去磁性）黑色金属的内外伤快速检测；然后采用实验、仿真及电折射物理知识点对该原理与方法进行了可行性论证；期间，通过试验及仿真分析获得缺陷漏电场规律；然后在缺陷漏电场机理的深入剖析基础上形成漏电场检测原理，最终建立漏电场无损检测理论体系。漏电场无损检测原理与方法可与现有常规无损检测方法形成补充，在增强无损检测的社会服务功能的同时，也形成新的无损检测研究分支并丰富无损检测学科内容。

提出了一种交变漏电场检测方法，阐述了其检测机制，并在有色金属材料表面缺陷检测中得到了验证。基于电场理论，详细阐述了该方法的检测思路及可行性，并利用三维有限元方法对该检测技术进行了理论分析及工作机制的解释。根据理论分析，缺陷引起的漏电场可以分解为两部分电场的叠加，分别为变化磁场产生的非保守电场(有旋场)和自由电荷产生的保守电场(无旋场)。采用三维有限元仿真分别分析载有交变激励带缺陷铝棒内外空间特别是缺陷附近区域有旋和无旋电场分布。仿真结果表明：对应高电导率有色金属材料，与变化磁场引起的非保守电场相比，当激励信号频率比较高时，自由电荷产生的保守电场非常微弱并可以忽略。利用自制的共面电容探头进行漏电场验证试验，实验结果与仿真结果较吻合，从而验证了对交变漏电场检测机制的论述。.详细阐述了缺陷交变漏电场传感器探索过程及选取理由，并给出了采用共面电容探头拾取交变漏电场检测原理，利用正交锁相放大技术提取淹没在噪声中微弱漏电场信号，从探头技术及信号检测技术层面回答了交变漏电场无损检测新方法为何有效可行。采用自制共面电容探头开展了一系列实验以观测和分析交变漏电场检测方法检测特性。探索了交变漏电场检测系统电场检测能力；研究了裂纹宽度、通孔直径、平底孔深度、激励信号频率及绝缘层厚度对检测信号影响。系列实验证明交变漏电场方法能很好用于有色金属材料表面缺陷检测，具有很大的潜在实践价值。.提出的交变漏电场检测方法和传统的磁传感器相比最大的区别在于：前者测量的是磁场而后者是电场。实验证明，采用磁场传感器(线圈等)和电场传感器都可以实现缺陷检测，因为导入式激励金属构件不仅可以产生缺陷扰动磁场，也可以产生缺陷漏电场，且磁传感器检测信号信噪比优于电场检测方法。但是对于超低电导率半导体材料如镍锌铁氧体，当加载交变激励时，由于材料的高电阻率，工件导入电流非常微弱，产生的缺陷扰动磁场同样非常微弱，此时用传统磁传感器已无法检出缺陷信号；但如果采用本课题提出的交变漏电场检测方法，则很容易通过扰动电场的拾取来实现缺陷检测，并通过仿真结合实验手段进行了分析和验证。.组建了2套实验装置并进行了应用试验，同时针对电-磁场的物理对称性及检测方法上的互补性，对缺陷漏电场及漏磁场特征及检测进行了深入拓展研究。