无损检测技术是可靠性保障和结构健康监测的重要手段,感应热像检测作为一种新型无损检测技术,结合了涡流检测技术和热像检测技术的优势,具有对近表面缺陷敏感、缺陷空间分辨率高、可直观显示缺陷位置、可非接触在役检测、检测结果易于存储等特点。该技术近年来发展迅速,已广泛应用于冶铁、电力、核工业、军事、运输、石油等多个领域,但目前仍存在单次可检测面积小、对倾角缺陷检测鲁棒性差、允许的提离距离小、对曲面构件的检测能力差等限制,为解决上述限制,本文提出了一种新型磁芯环线圈感应热像系统,其可收集空间磁通与磁能并注入被检对象,在被检对象内形成均匀高强辐射状磁场与环形涡流场,有效提高了感应热像系统的检测能力。本文首先建立了所提磁芯环线圈感应热像系统基于磁阻的电磁感应模型和基于辐射的热像采集模型,从理论层面解释了所述系统的检测优势,包括:单次可检测面积大、对倾角缺陷检测鲁棒性好、允许的提离距离大、检测结果信噪比高等;其次,结合理论模型与数值实验分析了磁芯环感应器空间磁场、被检对象内磁场和涡流场的特征;再次,通过有限元数值实验与实际验证实验评估了磁芯环线圈的实际检测能力。数值实验包括多倾角实验、单次可检测面积实验、曲面试件实验三组,每组均由磁芯环感应器实验与直导线感应器对照实验组成,被检构件包括铁磁性材料试件和非铁磁性材料试件。验证实验包括人工缺陷和自然缺陷检测实验,两类实验均以直导线感应器检测实验作为对照,实验试件包括铁磁性材料试件和非铁磁性材料试件,人工缺陷验证实验的设置与数值实验相同,用于验证数值实验;自然缺陷实验用于进一步检验磁芯环感应器的实际检测能力,被检对象包括铁磁性钢轨试件与非铁磁性晶界腐蚀缺陷试件。理论分析与实验验证表明,磁芯环感应器对铁磁性材料和非铁磁性材料构件均具有良好的检测能力,整体检测能力优于传统感应器。其优势在于对倾角缺陷的检测鲁棒性好,单次可检测面积不小于26000mm,对较规则曲面构件的检测能力好,检测结果信噪比平均高于传统直导线感应器3倍以上。最后,本文通过对磁芯环感应器的分析总结了感应器设计的参考准则,并展望了进一步改进与应用的方向。