疲劳微裂纹的无损检测与评估是评价材料性能的一项重要而具有挑战性的工作。无损检测技术具有多学科综合交叉、理论与实践密切结合、应用性强等特点,涵盖了工程学、物理学、材料学、电子学、控制科学、信息科学以及计算机科学等多个学科,涉及声、光、热、电、磁、力等多种物理现象与物理规律。作为现代工业中保障整个产品制造过程和系统安全的基础技术之一,无损检测技术已成为国家大型和重点工程项目的安全保障。电磁热成像无损检测技术是一种多物理场耦合,利用材料电磁热效应进行检测和评估的一类新型无损检测技术。它结合了电磁和红外成像无损检测技术的优势,具有检测效率高、缺陷空间分辨率高、检测结果直观且易于存储、非接触检测等优点。该技术近年来发展迅速,展示出了较好的应用前景,但该技术的发展和应用仍然存在一些挑战。由于电磁感应过程中存在边缘效应和邻近效应,对于几何形状复杂和形状不规则的导体,其微裂纹检测和表征存在难度。传感结构的设计直接决定了试件表面电磁场的分布状态。同时,传感结构也会影响检测系统的检测效率和自动化水平。因此,新型传感结构对电磁热成像检测系统优化具有重要的意义。本文提出了一种基于新型开口磁轭的电磁热传感结构,以提高系统对疲劳微裂纹的检测能力。首先建立了新型传感结构的物理模型,包括新型开口磁轭的磁路模型、磁场与电场分解模型、热场分析和红外辐射采集模型。其次,对新型传感结构进行了数值仿真研究,验证了电磁场的均匀性,对多种影响因素进行了研究,包含对多角度裂纹的检测研究、对复杂几何结构工件的检测研究、对不同材料属性工件的检测研究、对不同尺寸微裂纹的检测研究以及对不同提离距离下裂纹的检测研究。最后,通过对多种材料属性、多种性质裂纹和多种复杂度的工件进行实验研究,验证了系统对复杂几何结构工件中微裂纹的检测能力。物理模型推导与实验研究证明了基于新型开口磁轭传感的电磁热成像检测系统检测信噪比高,对多角度缺陷检测鲁棒性好,对铁磁性材料和非铁磁性材料均有较好的检测效果,适用于复杂几何结构工件中微裂纹的检测,包含钢轨滚动接触疲劳裂纹,螺钉根部疲劳裂纹,焊缝微裂纹以及不锈钢中的晶间腐蚀裂纹等。此外,新型传感结构提高了系统对微裂纹的检测效率,线圈激励区域在热像仪的视野中,检测缺陷过程中无需调整热像仪角度,利于检测自动化。