文献综述fq (2)

毕业设计（论文）文献综述题目无损探伤检测的平面电容传感器优化设计专业测控技术与仪器班级仪111学生符强指导教师高鹤明文献综述一．无损探伤1.无损探伤检测及研究其的意义无损探伤是在不损坏不破坏物件或材料工作性能和完整性的前提下，利用声、光、磁和电等特性检验物件的表面和内部是否存在影响质量的缺陷、裂痕，并给出缺陷的位置，大小，性质，数量分布状态等信息，从而达到改进制造工艺，降低制造成本，提高产品的可靠性，保证设备安全进行的目的[1]。

无损探伤最大的优势在于“无损伤”，其在工业生产，物理研究，生物工程医疗诊断等领域获得了极高的重视和发展。

2.无损探伤检测的发展现状2.1国外发展现状目前，国外应用的无损探伤方法中, 成熟的、已普遍应用的有: γ射线探伤,高能X射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、涡流探伤、萤光探伤和着色探伤等；已有应用尚处于发展阶段的有: 中子射线探伤、声发射探伤,音响探伤、全息照相探伤录、磁探伤磁场检测、液晶探伤等。

已广泛用于管道、建筑电站、压力容器、贮罐、船舶、飞机、吊车、桥梁、大型铸锻件、焊接件、海洋工程、工业设备等几十个部门。

对于检测的材料, 以往都是金属材料。

近年来, 已扩大到许多非金属和复合材料。

例如, 现代建筑物都要用混凝土, 过去常采取外观检查或破损试验, 这不仅浪费大、费时间, 而且得出的数据也不准确。

现在采用无损检测可以避免上述缺点, 主要的方法有: “按压”回弹法、超声波法、取芯法及切片法等等。

涡流探伤:涡流探伤在国外已广泛用于管材、棒材、线材的探伤, 钢坯、异形管材、带材的探伤也有应用。

由于探头线圈不与工件接触, 易于在快速自动化探伤中应用, 也可在高温条件下应用。

涡流检查反映的是工件的缺陷状况、材质、形状及材料的某些性能的综合结果。

超声波探伤：超声波探伤是目前应用十分广泛的无损探伤技术中的一种主要检测手段。

它既可检测材料表面的缺陷, 又可检测内部几米深的缺陷,在锻件、型材、铸件和焊缝等的探伤中应用较广[2]。

国外最近重视发展标淮化的、性能稳定的仪器和探头, 制订了仪器的性能测试方法、标准以及超声波探伤标准等[3]。

萤光探伤：萤光探伤和着色探伤主要用于表面检查非磁性材料、截面尺寸与长度尺寸接近的材料与工件, 以及具有微孔状缺陷等磁力探伤困难的材料与工件。

射线探伤: 射线探伤按采用不同的射线源, 分为X射线探伤、γ射线探伤、高能X 射线探伤和中子射线探伤。

射线探伤现已普遍应用, 已实现了标准化和系列化。

2.2国内发展现状在无损探伤的领域，国内大多沿着国外的研究方向，其大体的研究方法一致。

比如有超声波探伤，涡流探伤，射线探伤等。

下面为国内常见的两种无损检测，以供参考：（一）铸件缺陷的无损探测采用红外无损探测时, 只需在铸件内部通以氟里昂液体冷却, 再用红外热像仪快速扫描铸件整个表面, 如铸件内无缺陷,冷却通道畅通, 冷却效果良好, 热图中显示一系列均匀的白色条纹。

如果通道内有残余型芯或壁厚不均, 冷却液体受阻, 则在阻塞处出现黑色条纹。

通过热图可清楚断定铸件内是否存在缺陷及缺陷情况。

（二）疲劳裂纹的无损探测采用红外无损探测对飞机或导弹蒙皮进行探测, 可由此评价它的使用寿命。

将一点式热源置于蒙皮表面来回移动, 再用红外辐射温度计测量表面温度。

无裂纹时, 表面温度为正常温度; 当热源移到裂纹附近时, 由于裂纹不让热流通过, 使裂纹附近表面温度很快升高。

因此, 由蒙皮表面温度分布趋势可知是否存在裂纹、裂纹大小及裂纹位置。

3.目前无损探伤检测存在的问题无损探伤的很多方法虽然有许多的优点，当然也会有不少局限性。

比如X射线探伤，X射线探伤对体积型缺陷（气孔，渣滓，凹坑等）检测率很高，但对于面积型缺陷（未焊透、未溶合、裂纹等）如果照相角度不适当，容易漏检；另外，如果检测较厚的构件，射线会随着厚度的增加而削弱，所以灵敏度不高；适宜检测对接焊缝，不适合检验角焊缝；检测成本高；具有较强的辐射，对操作人员的身体伤害大[4]。

因此需要研究出新型的更适合我们的无损探伤方法。

4.无损探伤检测的发展趋势当前,无损探伤的发展趋势是:1.研究改进探伤方法, 提高探伤的准确性和灵敏度；2.设计制造小型轻量的、大型高效率的、专用和精密的设备, 并注意设备的系列化和辅助设备的配套；3.应用电视和其它传感器、电子计算机等, 实行自动化计测，发展高速度高效率的自动化探伤。

免除手工目测方式，改变检验结果单纯依赖探伤人员主观判断的倾向。

还考虑在高温、快速等条件下进行探伤的办法；4.应用科学技术新成就，研究新的无损探伤方法, 开辟无损探伤新领域, 扩大探伤范围； 5.进行无损探伤基本理论的研究, 为进一步发展探伤技作准备；6.进行材料缺陷与材料性能关系的综合研究, 合理利用探伤结果；7.制订有关探伤设备、试验方法、缺陷等级以及专门工件质量的标准[5]。

上面七个方面的内容中, 以3，4，6 这三项尤为突出。

二．无损探伤新方法——平面电容传感器无损探伤检测平面电容传感器的电极位于同一平面，因其电场单边穿透、信号强度可调，且测量时对样本无任何损伤，与X 射线、超声等无损探测技术相比，其成本低、效率高，所以在近年来得到迅速发展，平面电容传感器尤其是在无损探伤领域中具有广阔的应用前景。

1.平面电容传感器发展现状1.1国外发展现状平面电容传感器主要由驱动电极和感应电极组成。

在驱动电极上施加一定频率的交流信号，在感应电极产生相同频率不同幅度的输出信号，驱动电极和感应电极之间形成空间电场。

通过计算输出信号和驱动信号增益比，可以得到传感器极间电容值。

传感器的电极结构形状是影响电场分布的主要因素，电极结构形状有叉指型、回字型、早字型、圆盘型、螺旋型等[6]。

Mukhopadhyay S C 等将平面电容传感器用于海产品软骨藻酸的检测，研究梳状电极的结构对灵敏度和电场分布的影响，实验表明减少传感器驱动电极数目可以改善传感器的电场分布，提高传感器的灵敏度[7]。

Rashed HBhuiyan 等研究了用于混凝土含水量检测的圆电极和矩形电极叉指型平面电容传感器，圆电极叉指传感器能够提高传感器的信号强度和灵敏度[8]。

DehkhodaF等分析比较了多种不同电极结构平面传感器的灵敏度和线性度，通过优化结构参数提高性能。

Chen Tianming 比较了圆盘型、圆叉指型和圆螺旋型平面电容传感器的信号强度、灵敏度和穿透深度。

仿真结果表明圆叉指型和圆螺旋型传感器的信号强度和灵敏度相比圆盘型有明显改善[9]。

1.2国内发展现状相较于国外，国内对平面电容传感器的研究起步较晚，但是近年来得到了迅速的发展。

不少高校和专家在此领域都做出了巨大贡献。

针对目前地沟油难以检测的难题，桂林电子科技大学信息与通信学院得陈颖光，肖丹提出一种了基于平行板电容传感器的检测系统。

它是根据各种油样品介电常数的差异，去影响平行板电容传感器的内部电容量，由可编程电容－数字转换器AD7746和嵌入式微控制器STM3576实现数字化及多种软件功能。

该检测系统包括平行板电容传感器模块，电容测量模块以及显示模块。

理论分析及实验结果表明，不同油样品有各自对应的介电常数，依据此可以对地沟油进行区分。

系统操作方便，结构简单，具有较高的实用和推广价值。

针对非金属板中的异常或者损伤的检测，西南交通大学的谢宁宁研究了一种结构较简单，成本低和操作方便平面电容传感器式NDE技术。

首先，通过有限元方法分析了两电极平面电容传感器的结构参数对传感器有效电容量的影响。

具体分析如下：（1）分析了两电极平面电容传感器有效电容量与电极宽度和电极间距的关系，得出电极宽度s越大，电极间距g越小电容传感器的有效电容值c就越大，且电极间距g对传感器的有效电容量更为明显；（2）分析两电极平面电容传感器的有效探测深度与传感器探头与电极宽度和电极间距的关系。

然后，通过有限元方法分析了三平面电容传感器的结构参数对传感器有效电容量的影响[10]。

2.电容传感器的局限性电容式传感器当然存在很多不足, 比如: 寄生电容影响大, 不仅降低了传感器的灵敏度和精度, 而且会使仪器工作不稳定, 变极距型电容传感器输出成非线性, 即使其他类型的电容传感器由于边缘效应的存在, 也会出现非线性等[11]。

但随着材料、工艺、电子技术尤其是集成技术的高速发展, 成功地解决了电容传感器在使用中存在的问题, 使之成为一种高灵敏度、高精度, 在动态、低压及一些特殊测量方面大有前途的传感器。

3.电容传感器的发展趋势电容式传感器的应用非常广泛,凡是可以转换为间距、面积和介电常数的量都可以用电容传感器来进行测量。

我们可以经常看到的为电容式位移传感器，电容式物位传感器，固态电容式指纹传感器等[12]。

近年来随着科学技术的发展, 电容式传感器的缺点不断地被克服, 应用也越来越广泛,尤其是出现了数字式智能化的电容式传感器,它是一种先进的数字式测量系统。

将其测量部件技术与微处理器的计算功能结合为一体,使得测量仪表至控制仪表成为全数字化系统[13]。

数字式智能化传感器的综合性能指标、实际测量准确度比传统的传感器提高了很多。

总之, 随着传感器技术的发展,电容式传感器的形式将会多种多样,其形式应以非接触式为研制重点[14]。

其发展方向是通过广泛应用微机等高新电子技术来获得全面性能的进一步提高,同时还要向着小型化、智能化、多功能化的方向发展。

4.平面电容传感器无损探伤的优化设计平面电容传感器的种类非常繁多，而现在，将通过对由有限元（FE）模型和实验获得的背对三角形电极的平面电容成像（CI）探针的测量灵敏度分布的分析来进行对平面电容传感器无损探伤的优化设计。

处于试验阶段的样本对测量灵敏度的影响将被讨论，测量灵敏度分布对于评估不同的设计参数的平面电容的成像能力和检索有针对性功能的电容的实际形状都是十分有效的[15]。

三．总结通过对无损探伤技术的学习和深入探讨，充分认识了各种无损探伤方法对缺陷的检测和识别办法，无损探伤技术因其广阔的优势，尤其是不损伤物件结构和性能这一特性，现在广泛用于国内外的工业领域，很多国家将这一技术列为重要的研发课题。

通过对这项技术的深入研究与开发，无损探伤技术有了更突破的发展。

目前为止，我国的无损探伤技术较部分发达国家仍存在很大差距，我国已经成立了全国性的无损检测学术组织，部分省、自治区、直辖市也成立了地市级无损检测协会。

无损探伤的前景极其乐观。

然而，不少无损探伤的方法都存在着很多的问题，当然，正是由于有这些局限性我们才会有优化设计的方向，当我们找出合适的材料，科学的方法还有适当的条件下，就像平面电容传感器，因其自身的特殊性质，一定会发挥更大的价值。

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