铁磁性材料的微观结构是决定其磁特性的关键因素。利用交变磁化过程中材料的磁特性检测结果可以间接表征材料的微观结构。本文选取55钢和75钢为研究对象,通过热处理工艺制备晶粒尺寸或组分占比不同批次的试件。研制了能同步检测切向磁场、磁巴克豪森噪声(Magnetic Barkhausen noise,MBN)和磁特性曲线的多功能传感器。实验测试了主磁滞回线、局部磁滞回线簇和MBN三类信号随晶粒尺寸或组分占比的变化规律,重点讨论不同励磁条件下特征参量提取的新方法,分析多类特征参量对晶粒尺寸或组分占比的表征能力。具体研究内容包括:(1)晶粒尺寸和组分占比对磁特性曲线影响的实验分析。通过改变励磁信号形式,检测得到了所有试件的主磁滞回线和局部磁滞回线簇。对比研究了主磁滞回线特征参量(矫顽力Hc、剩磁强度B_R、磁滞损耗W_F和磁饱和强度Bs)、切向磁场谐波幅值和畸变因子等对晶粒尺寸和组分占比的表征能力;以局部磁滞回线簇为例,分析了励磁场强度对磁滞回线特征参量与晶粒尺寸、组分占比依赖关系的影响,观察到检测灵敏度随励磁场强度增加而总体单调上升的实验规律;研究了一种基于局部微分磁导率曲线的晶粒尺寸和组分占比表征新方法,获得了比常规磁参量更优的表征效果。(2)晶粒尺寸和组分占比的局部磁滞回线簇表征方法。对局部磁滞回线簇信号进行了幂定律分析,重点讨论了不同磁化区间内获得的多种幂率系数对晶粒尺寸和组分占比的表征能力,优选了分析的磁化区间和幂率系数;构建了4种(感应电压U、微分磁导率μ、霍尔电压U_H和磁感应强度B)检测灵敏度矩阵,通过优选磁化条件实现了晶粒尺寸和组分占比的良好线性表征。(3)基于扫幅MBN的晶粒尺寸和组分占比实验表征方法。研究了不同励磁频率条件下,MBN扫幅曲线求导结果峰值与晶粒尺寸、组分占比的关系,并提出了组合多种频率下MBN扫幅曲线的信号处理技术,提升了方法的表征能力;构建了不同励磁频率下的MBN灵敏度矩阵,实现了晶粒尺寸和组分占比的最优MBN表征,并讨论了励磁频率对表征效果的影响。