涡流检测技术以法拉第电磁感应原理为基础，通过探头在导体中产生的涡流磁场变化来判断被测试件的缺陷情况，探头传感器的性能决定了检测结果的精确性。传统的阻抗分析法通过探头线圈的阻抗变化来判断导体内部是否存在缺陷，但其不能直观地描述缺陷的形状、大小和位置等信息，且激励信号对线圈阻抗的影响较大。本文从涡流检测的基本原理出发，设计了一个直接测量涡流磁场的探头，能够消除激励信号的影响，并通过检测线圈的感应电动势变化直接确定导体内涡流磁场的分布，采用有限元仿真和实验相结合的方法，研究分析缺陷形状、大小和分布情况对检测线圈感应电动势的影响，验证了探头传感器直接测量涡流磁场的可行性，为新型涡流检测仪器的研制提供理论指导。主要研究内容和结果如下:　　(1)在查阅相关文献资料、总结国内外研究现状的基础上，选择有限元法作为涡流检测的数值分析方法。国内涡流检测的有限元仿真研究主要采用二维轴对称模型，但是导体内的缺陷并不规则分布，且探头在导体上方移动检测，理想化的二维轴对称模型不能准确的描述缺陷对导体内涡流磁场分布的影响。因此，本文采用三维有限元模型，细化了网格剖分，消除了缺陷、边界条件等不规则的干扰。　　(2)对工程电磁场问题的数学模型、边界条件和涡流的集肤效应进行了分析，并根据涡流检测的工作原理设计了一个直接测量涡流磁场的探头，包含三个线圈，两个由同一根漆包线反向绕制而成的激励线圈和一个匝数较多的检测线圈，使得检测线圈中的感应电动势完全由导体内的涡流磁场产生。　　(3)介绍了有限元法的基本理论，以有限元软件ANSYS Maxwell为工具，采用参数化法，仿真确定探头内三个线圈的具体结构，在探头未靠近被测导体时检测线圈的感应电动势恒为零，消除了激励信号的影响。涡流检测的有限元建模主要包括建立几何模型、管理材料属性、添加边界条件和激励源、剖分网格、计算和后处理等步骤。　　(4)导体内涡流场的变化不仅受缺陷分布的影响，还与激励信号的频率、探头传感器的提离高度、被测导体的材料和厚度等系统参数有关。采用有限元法仿真研究各参数对导体内涡流场强度的影响，结果表明:导体内涡流在探头线圈圆心正下方处为零，若以探头线圈圆心为原点，涡流场的强度向四周辐射至线圈外径附近时达到最大值，越过最大值后，随着径向距离的增加而逐渐减弱，至无穷远处衰减为零。　　(5)选择合适的系统参数:激励信号频率为1 kHz、探头提离高度为1.2 mm、被测导体选用2.5mm厚的铝板，仿真分析导体内存在缺陷时检测线圈感应电动势的变化，并将无缺陷时的感应电动势与其相减得到感应电动势差值的变化规律。研究表明:缺陷在导体中心和边缘位置时，检测线圈感应电动势的差值的变化规律相一致，且与导体内涡流场的分布规律相似，均在径向移动至线圈外径附近时达到最大值，但感应电动势的差值相比于涡流场的强度衰减到零的趋势更快。　　(6)搭建实验平台分析缺陷不同形状、大小和分布情况对检测结果的影响，包括探头传感器、被测导体试件、信号激励模块、信号检测模块四个部分。实验结果表明:导体内存在缺陷时，检测线圈感应电动势的差值均在探头移动至其外径距离时达到最大值，在缺陷正上方和无穷远处为零，与仿真结果相一致;检测线圈的感应电动势受导体内边缘效应的影响，但是感应电动势的差值的变化规律与缺陷位置无关;且当缺陷的直径和深度增大时，检测线圈感应电动势的差值也相应变大。