该文以置于非均匀铁磁性半空间导体上的探头电磁系统为研究对象,从麦克斯韦方程出发,建立了时谐电磁场半解析理论,实现了精确快速连续铁磁材料硬度无损检测的技术目标.主要内容及创造性成果如下:1.提出了一定面积平均硬度的概念,将铁磁导体的微观结构与硬度及其电磁特性相结合,寻求电导率和磁导率与阻抗之间关系,为电磁硬度无损检测理论提供了新的研究方向.2.通过麦克斯韦方程组,推导出半无限平板导体空间电磁场体积分方程,将各向异性半无限平板导体的麦克斯韦方程转化为谱域形式,利用模匹配法和电磁场谱域边界条件,给出电-电型、磁-磁型、磁-电型和电-磁型自由空间及反射空间的谱域格林函数,为时谐电磁场半解析法的实现提供了理论基础.3.根据谱域格林函数及给出的铁心磁化模型和谱域激励函数,建立了带铁心绝对和差动探头的通用三维电磁场电压和阻抗数学模型,数值求解了电磁场复系数代数方程.4.利用半解析方法建立的电磁场数学模型,以信号最强为目标函数,完成了用于铁磁材料硬度电磁检测系统设计参数的优化,包括激励频率、探头参数等,为电磁无损检测装置设计提供了工程指导,可实现电磁装置的计算机辅助设计.5.针对阻抗与硬度之间的多值对应关系问题,通过分析含碳量和提离效应等干扰因素在阻抗平面上的响应,提出了利用无限提离相位角之间较大差异进行组织分选方法,并利用零提离阻抗幅值变化实现铁磁材料硬度定量检测.6.通过阻抗平面坐标变换技术,建立了抑制提离效应的干扰模型,完善了电磁阻抗平面法,进而提高了硬度检测精度,为精确快速连续铁磁材料硬度无损检测的技术应用提供了支持.同时研发了淬火钢轨踏面硬度电磁无损检测仪器,检测硬度值满足工业上±1 HRC精度技术指标.