平面电容传感器热障涂层缺陷检测系统
摘 要：为有效检测热障涂层的缺陷，研究基于平面电容传感器的缺陷检测系统。该文对用于热障涂层缺陷检测的平面电容传感器的工作原理进行分析，结合热障涂层的结构，利用COMSOL有限元仿真软件对传感器结构进行优化设计，设计微小电容检测电路，并通过复导纳的方法提取检测信息，搭建热障涂层缺陷检测系统，并对系统的性能进行测试。实验测试中对3种不同厚度的氧化铝陶瓷片进行复导纳的检测，通过对检测结果进行数据分析更易区分不同厚度的陶瓷片，即基于平面电容传感器的缺陷检测系统可以有效检测出热障涂层的厚度变化缺陷。
关键词：平面电容；热障涂层；复导纳；缺陷检测
文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2017）01-0078-06
收稿日期：2016-07-13；收到修改稿日期：2016-08-17
基金项目：国家自然科学基金（61171134）
高等学校博士学科点专项科研基金
（20134307120016）
作者简介：代守强（1991-），男，湖北襄阳市人，硕士研究生，专业方向为电磁检测及应用。
引 言
随着边缘电场理论的不断完善与发展，基于边缘电场原理设计的电容传感器被应用于工业和生活的各个领域。其中基于叉指结构的电容传感器被广泛应用于土壤含水量的检测[1]、pH值的测量[2]、电解质溶液阻抗的测量[3]、电缆绝缘层的测量[4]。平面电容传感器的电极均位于同一平面，利用电场线穿透待测物进行检测，具有单边渗透，穿透深度和信号强度可调，不损伤待测物的优点。随着高分子材料和复合材料的发展以及无损检测的需要，平面电容检测的方法已经成为复合材料和多层非金属材料缺陷损伤检测的重要途径之一。热障涂层作为一种多层非金属的复合式材料，对于提高发动机的温度起到了巨大的作用，但是由于热障涂层陶瓷层的非导电性，使许多利用电导率进行检测的方法无法达到检测涂层厚度和缺陷的目的。而涂层的厚度变化和缺陷的出现改变会使自身的介电常数也发生变化，所以通过测涂层电容的方法可以检测涂层厚度的变化和缺陷的产生。而第1次提出利用平面电容检测原理进行热障涂层缺陷检测的是美国JENTEK公司的研究员，他率先开展了基于平面式电磁传感器和电容传感器的热障涂层检测技术的研究，认识到集成电磁和电容两种检测技术的重要性，但在复合式传感器研究方面尚未取得突破性进展和实际性成果，研究还局限在实验室，没有形成外场原位化在役检测能力，而在国内并没有利用平面电容传感器检测热障涂层的先例。
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