本文由I. V. Stasyshyn, O. P. Maksymenko, T. I. Voronyak, I. B. Ivasenko, O. R. Berehulyak, I. H. Stetsko共同撰写。这些作者主要来自两个机构：1) 乌克兰国家科学院H. V. Karpenko物理力学研究所（位于利沃夫），以及2) 利沃夫理工学院国立大学。这项研究发表在乌克兰学术期刊《Information extraction and process》或《Відбір і обробка інформ》2025年的第53期（总第129期）上，页码范围从第58页至第64页。这是一篇关于采用磁光方法对铆接接头进行无损检测的原创性实验研究论文。

这项研究属于无损检测（Non-destructive testing, NDT）与材料科学的交叉领域，具体聚焦于应用基于法拉第效应（Faraday effect）的磁光成像（magneto-optical imaging）技术。研究背景源于工业领域对关键结构（如航空、交通、能源、石油天然气工业）中广泛使用的铆接接头进行可靠、高灵敏度、非接触式检测的迫切需求。铆接接头在动态载荷、应力集中等因素影响下，其内部孔表面容易产生裂纹、凹坑、孔洞等缺陷，而这些缺陷，特别是那些尺寸微小或未延展至表面的缺陷，往往难以通过传统的涡流或超声波方法有效检测。磁光方法因其高空间分辨率、对磁通泄漏敏感、无需与样品表面直接接触以及对复杂几何形状适应性好等优点，被认为是解决这一难题的潜力技术。然而，将该技术专门用于铆接接头内孔表面缺陷的定量检测，并构建一套紧凑、高灵敏度的实验系统，是本研究的核心目标。因此，本研究旨在开发和实验验证一套磁光无损检测系统，用于检测和表征钢制铆接接头样品中预制的可控缺陷，特别是内部孔表面的微小损伤，以评估该技术的可行性和灵敏度。

研究的详细工作流程包含几个紧密衔接的步骤，涉及专用实验系统搭建、样品制备、图像获取与处理以及数据分析。首先，研究人员设计并搭建了一套紧凑的集成式光电系统。该系统核心部件包括：1) 带有准直光路的白光发光二极管（LED）作为光源；2) 起偏器，用于产生线性偏振光；3) 分束器，引导光路；4) 作为核心传感元件的磁光薄膜，该薄膜材料为（Bi,Lu,Ca)3(Fe,Ga)5O12，基底为Gd3Ga5O12，厚度为3.5 µm，其维尔德常数（Verdet constant）v = 15 rad/(T·m)。薄膜背面镀有反射层，使得光可两次通过薄膜，从而倍增法拉第旋转效应，提高灵敏度。样品紧贴薄膜放置。5) 用于在样品中产生激励磁场的电磁换能器（由带铁芯的线圈构成），其励磁电流可通过控制单元在0.1至3 A范围内调节。6) 检偏器，用于分析被磁光薄膜调制后的偏振光状态。7) 最终由数码相机记录形成的磁光图像并传输至计算机。这套系统是本研究的关键创新之一，它将磁化、光偏振调制和数字图像采集集成于一体，能够实时可视化样品表面的磁场分布。

其次，为验证系统性能，研究人员制备了专用的测试样本。样本为厚度4毫米的钢板，其上加工有直径5毫米的孔，并在孔中安装了模拟铆钉。研究人员在部分铆钉的边缘区域人为引入了可控缺陷，主要是内部凹坑和局部空洞，其尺寸在0.2毫米到1毫米之间变化。这种设计旨在模拟实际制造或使用过程中可能产生的真实缺陷，并用于标定系统的检测灵敏度阈值。

实验过程包括图像采集和数据处理两个主要环节。在图像采集阶段，将带有预制缺陷的铆接接头样品固定在测试位置，确保铆钉头部与磁光薄膜紧密接触。随后，通过电磁换能器施加稳定或变化的磁场（电流0.1-3 A），对样品进行磁化。样品缺陷处会引发局部磁通泄漏，从而改变其上方磁光薄膜区域的磁场分布。根据法拉第效应，这导致通过该区域并被薄膜反射的线性偏振光的偏振面发生局部旋转。该偏振状态的变化经过检偏器后，转换为光强度的空间变化，最终在相机上形成一幅对比度图像，其中缺陷区域呈现为明暗对比的斑点。为了提高缺陷的可见度，特别是对于微小或低对比度缺陷，研究人员采用了数字图像处理算法。文中明确提及使用了“直方图均衡化算法”（histogram equalization algorithm）来增强图像的对比度。此外，为了进一步凸显由缺陷引起的磁光信号，还对在不同励磁电流极性（正、负）下获取的图像进行了差分处理（计算图像差的模），这有助于抑制背景噪声，突出缺陷特征。

研究的主要结果明确证实了所开发磁光系统对铆接接头内部缺陷检测的有效性和高灵敏度。通过对带有预制缺陷的测试样品进行成像，研究人员成功获得了清晰的磁光图像。结果表明，即使是尺寸小至约0.2毫米×0.2毫米的内部缺陷，也能在图像中作为局部暗斑被可靠地检测出来。随着缺陷尺寸增大，磁通泄漏区域更明显，图像中对应区域的对比度也显著增强。例如，直径约为1毫米的较大凹坑产生了非常清晰的高对比度区域，即使不经过复杂的数字处理也能轻松识别。图2展示了在不同尺寸缺陷（1毫米、0.5毫米、0.1毫米）下，系统在3 A励磁电流时获得的视觉化结果，直观地证明了系统对不同尺寸缺陷的成像能力。通过处理后的图像，研究人员不仅能够定位缺陷，还能够评估其几何特征，如大小和形状。系统的观测视野为10毫米×15毫米，足以覆盖典型铆钉头部的区域，实现局部损伤和整体表面结构的可视化。这些结果逻辑连贯：首先，系统搭建确保了磁光信号的产生和捕捉；其次，标准样品提供了已知尺寸的缺陷用于验证；最终，图像处理算法从原始数据中提取出清晰的缺陷信息。实验结果直接支持了关于系统检测能力、灵敏度阈值和定量化潜力的结论。

基于以上结果，本研究得出以下核心结论：1) 成功开发并实验验证了一套基于法拉第效应的磁光无损检测装置，专门用于铁磁材料（特别是钢制铆接接头）中裂纹等缺陷的检测。2) 该系统能够有效记录缺陷区域的磁通泄漏，并形成高对比度的图像，从而实现对表面和近表面裂纹的可视化。3) 在38KhS钢（一种合金钢）样品上进行的测试证实了系统的工作性能，系统具备定位缺陷并复现其几何形状的能力。4) 研究还指出，通过采用交变磁场激励的方法，可以进一步扩展该技术的功能，使其不仅适用于铁磁材料，还能应用于顺磁性材料（如铝合金）的缺陷检测，这在航空和运输装备领域具有重要的应用前景。这将极大地提升关键结构件的可靠性和运行安全性。

本研究的亮点主要体现在以下几个方面：1) 重要的发现：明确确定了所开发系统能够检测到钢制铆接接头内孔表面小至0.2毫米×0.2毫米的缺陷，为工业应用提供了明确的灵敏度参考。2) 方法的创新性：研制了一套集成化的紧凑磁光成像实验系统，将特定的磁光薄膜（Bi,Lu,Ca)3(Fe,Ga)5O12）、可控电磁激励和数字图像处理（如直方图均衡化和图像差分）相结合，专门针对铆接接头这种具有复杂几何特征的连接件进行优化。3) 研究对象的特殊性：将磁光无损检测技术聚焦于铆接接头内部孔表面的缺陷检测这一具体且具有挑战性的工业问题，弥补了传统方法在此类应用中的不足。4) 定量化潜力：研究不仅停留在缺陷检测的定性层面，还通过图像处理评估缺陷的几何参数，展示了该技术向定量化无损评估发展的潜力。

此外，文中还提供了有价值的理论基础，详细阐述了法拉第效应的物理原理及其在磁光成像中的应用公式，包括偏振旋转角与磁感应强度、材料厚度及维尔德常数的关系，以及光强与旋转角的关系（遵循马吕斯定律）。这些内容为理解系统工作原理和后续优化提供了坚实的理论支撑。参考文献部分也列举了该领域的重要著作和近期研究，显示了本工作是在现有学术前沿基础上的深化和专门化应用探索。