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金属液的纯净度对金属的生产过程和使役性能具有重要意义，对金属液所含杂质进行在线、实时、定量检测具有广阔的应用前景，然而由于金属液温度高、腐蚀性强等的特点，使得这样技术的研发任务异常艰巨，挑战性相当高。洛伦兹力微颗粒探测法因其非接触式的测量原理（电磁感应原理），有望解决高温熔体的纯净度监测这一难题。 本研究的目的之一正是致力于解决该方法中的关键问题—微小力测量问题。微小力测量是洛伦兹力微颗粒探测法的基础，它是微小颗粒（微米级）能否被探测和精确测量的前提，是本论文研究的核心问题。 为集中研究此问题，采用设计、搭建和实施原型实验，从理论和实验两方面对洛伦兹力微颗粒探测法的原理进行探讨，并解决一些关键的科学与技术问题。由于固、液态下金属的电导率差异不大（在一个数量级内），为简化问题，并且不考虑其他诸如高温应用环境等问题，本文采用了固体导体进行相关实验研究。 作为洛伦兹力微颗粒探测法的拓展，本论文还以电磁转矩为测量的基本参量，提出一种基于电磁转矩变化的缺陷检测方法，详述了其检测原理并研究了其检测方式。 本文主要研究内容如下: 一、采用激光-悬臂梁系统研究洛伦兹力微颗粒探测法中的微小力测量问题。 1、提出采用激光-悬臂梁系统解决洛仑兹力微颗粒测量法中的微小力测量问题的解决方案。在洛伦兹力微颗粒探测法中，洛伦兹力的大小为微牛的数量级甚至更小，常用的力传感器如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、电感式压力传感器等均无法满足本研究的要求。本研究借鉴原子力显微镜中的测力原理，采用激光-悬臂梁系统测量本问题中作用在磁系统上的微小力。 2、对洛伦兹力微颗粒探测法所基于的电磁学问题进行探讨。讨论了电磁敏感区域内物理量的瞬变过程，并分析了电磁敏感区特征与缺陷之间的内在关系。分析了相关的操作参数与缺陷之间的关系，如永磁体系统的合适尺寸、电磁敏感区的特征以及永磁体与导体之间的距离的影响。 3、设计并优化了悬臂梁。通过数值模拟确定悬臂梁的受力与其形变之问的关系，为洛仑兹力微颗粒测量法中悬臂梁的设计提供依据;实验优化了悬臂梁尺寸，并研究了悬臂梁的形变与洛伦兹力之间的定量关系。 4、搭建了实验测量平台，考察了不同的参数对洛伦兹力微颗粒探测法的影响。经过优化，选取0.02 mm厚的不锈钢薄片作为悬臂梁的材质;考察了不同的永磁体尺寸对测量结果的影响;得到了缺陷的体积与悬臂梁的形变量的关系;本研究可以检测到的缺陷的最小尺寸为50μm;与其他的力传感器的测量结果进行对比，结果表明激光-悬臂梁系统具有更高的测量敏感性;检测过程中采用尺寸较小的永磁体对测量更为有利。 二、基于测量电磁转矩的变化检测导体中缺陷的研究。 1、首次提出基于测量电磁转矩变化检测导体中缺陷的方法。作为洛伦兹力微颗粒探测法的拓展，发现电磁转矩也可以作为直接测量的电磁变化量。采用沿某一径向磁化的圆柱形永磁体提供磁场，待测导体位于该磁场内。永磁体与导体之间的相对运动在导体内部产生了感应涡电流，涡电流与磁场的相互作用产生了作用于导体的洛伦兹力，其反作用力作用在永磁体上，产生一个制动转矩，阻碍永磁体的旋转，可记录下转矩与旋转速率随时间的变化曲线。当有不同大小的缺陷存在于导体中的时候，上述随时间变化的曲线均会发生变化，变化的差异反映了缺陷尺寸不同的信息。 2、利用Comsol数值软件对已建立的缺陷探测模型进行数值模拟，得到含有不同缺陷尺寸的导体中的涡电流分布，同时考察了圆柱形永磁体受到的电磁转矩及旋转角速度与随时间的衰减规律。 3、在原型实验中，采用了两种工作模式进行了研究。考察了转矩与旋转角速度之间的关系，以及它们随永磁体与导体之间距离的变化趋势，并由此建立模拟缺陷尺寸d与各参数(永磁体转速Ω、受到的转矩T、永磁体与导体间的距离L)之间的关系。