针对传统声发射源定位中,声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大,导致声发射源定位效果较差,提出了一种声发射源定位新方法.根据模态声发射理论,携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中,具有频散现象和多模态特性.因此,声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度.通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法,在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间;并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度,从而实现声发射源的准确定位.通过薄板中声发射线源定位试验,证明了该定位算法的有效性.

针对目前我国超声导波检测设备的落后现状，根据超声导波检测的机理，采用新型高速单片机、模数转换芯片、高频线性功率放大电路、环状阵列压电陶瓷传感器和基于LabVIEW的数据采集软件，开发了一种集成化的小型超声导波检测系统。该系统能够在管道中激励和接收超声导波，通过对激励波及反射回波的时空位置分析，判断出管道长度及存在的缺陷。

为提高利用ANSYS进行弯管缺陷超声导波数值模拟的分析效率，简化操作程序，在ANSYS平台上，利用其固有的参数化设计语言APDL进行二次开发，编制了一套参数化弯管缺陷导波检测模块。利用此套模块可以方便快捷地进行基于ANSYS的弯管缺陷导波检测的数值模拟。整个过程完全实现了参数化建模、加载和后处理，从而减少了前后处理时间，提高了分析效率，并通过试验证明了此套模块的有效性。

针对在不具备直管段安装条件时,如何合理地选取多声道超声流量计的声道数量、测量断面及安装角度,本文从数学建模、误差分析、数值计算仿真与试验分析等方面,对DN400多声道超声流量计在弯管中的适应性进行了综合研究。利用高斯-雅克比数值积分法,给出了试验数据处理与数值仿真的数学模型,并分析了模型误差及横流的影响,提出利用双断面测量可减小横流的影响,并在数值仿真和试验中得到了验证。通过对声道数量、测量断面、安装角度进行数值仿真和试验表明,安装角度对低流速测量影响显著,最佳安装角应为0°;高流速测量应选用双断面,可根据测量精度的要求选用8声道或18声道。仿真结果与试验结果得到了很好的吻合,为进一步指导试验奠定了理论基础。

利用超声纵向导波对抽油杆缺陷进行检测.将空心抽油杆简化为一管状波导,利用管道中的导波频散曲线,并结合抽油杆的缺陷检测要求,设计出适合抽油杆缺陷检测的传感器,选择合适的导波模态对抽油杆表面上宽1 mm、深1 mm的周向槽进行检测,试验结果表明将抽油杆简化为管状波导是可行的,利用设计的环状传感器激发出纵向轴对称L(0,2)导波模态,有效检出了抽油杆表面的缺陷.

为了实现对板类结构的主动健康监测，采用附着在结构上的压电陶瓷晶片激励和接收导波模态，选取合适模态用于板中缺陷的识别和评估．理论分析结果表明，在低频范围内，相对于A0模态，以面内位移为主、频散小的S0模态更适合于铝板的缺陷检测．利用直径11mm，厚0．4mm的压电陶瓷晶片在1mm厚的铝板上激励和接收得到适合缺陷检测的频率300kHz的S0模态．在此基础上，在铝板中加工-孔状缺陷，分析了S0模态的缺陷榆测能力，并进一步研究了缺陷直径对接收到的导波信号幅度的影响．实验结果表明，利用-发-收法得到的Lamb波模态可以用于铝板中的缺陷检测，并且缺陷回波的幅度可实现对缺陷大小的表征．

本文针对小试件材料力学性能测试的特殊需求，利用PVDF压电薄膜设计制作了无透镜柱面线聚焦超声探头。文中介绍了探头材料的选择和结构参数的确定，对探头性能进行了数值模拟。该探头具有孔径角大、频带宽、中心频率高等特点。采用线聚焦PVDF探头的弹性常数超声测量系统对多种小试件材料进行了弹性常数测量，测量结果表明，本系统具有波形清晰，信噪比大，分辨率高，测量误差小，结果准确等特点，能够满足工程实验和科学研究的需要。由于线聚焦探头可以发射与聚焦线垂直的表面波，因此，基于线聚焦PVDF探头的小试件材料弹性常数超声精密测量系统，不仅适用于各向同性材料，而且适用于各向异性材料。

研究了充水管道中扭转模态的传播特性.通过理论分析可知最低阶扭转模态T(0,1)适合用于充水管道中的缺陷检测.在实验中利用研制的传感器在充水管道中激励出T(0,1)模态,并利用频率50kHz的该模态对4m长充水管道中两种不同类型的缺陷进行了检测.结果表明,利用T(0,1)模态的超声导波可以用于充水管道的缺陷检测.

本文针对小试件块体纳米材料力学性能测试的特殊需求，设计开发了一套小试件材料弹性常数超声精密测量系统。系统由线聚焦PVDF探头、四轴精密运动平台、NI PXI总线嵌入式控制器、超声脉冲产生／接收仪以及数字记忆示波器组成。系统基于声学显微镜技术，利用同时测定纵波和漏表面波波速来表征材料的弹性常数等，既适用于各向同性材料，又适用于各向异性材料。试验结果表明本测量系统工作良好，能够满足试验要求，为进一步评价小试件纳米材料制备工艺和表征纳米材料的力学性能奠定了基础。

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上，设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列，并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间一空间聚焦的时反聚焦检测系统。该系统实现的关键技术为：改进DDS（directdigitalsynthesis）结构，实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射；采用脉冲方式，实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路；通过时反聚焦检测过程，实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间一空间聚焦。采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验，其结果表明，对于所用的含缺陷的管道而言，在特定的检测条件下，缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246％，并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性，提高了回波信号的信噪比。