非线性超声无损检测利用的是超声波在材料中传播时的各种超声非线性响应信号，这些信号的来源可以分为经典声非线性和接触非线性两类。固体的经典非线性主要与材料晶格的非简谐性和晶体缺陷（畸变）有关，因此也称为材料的固有物理非线性，它具有分布性的特点，由此引起的超声非线性响应随传播距离而积累，主要表现为超声波中谐波成分的产生。经典非线性可以通过高阶弹性常数或超声非线性系数来描述。接触声非线性主要来源于裂纹、界面和接触面的应力-应变非线性，它反映了材料局部的缺陷特征，缺陷的存在将导致超声波与其相互作用时发生强非线性失真，主要表现为高次谐波和分频波成分的产生、声直流效应、自调制等现象。
频率低、波长长和分辨率不高，是传统超声波难以或无法检测材料微小缺陷的主要原因，而提高分辨率的前提是提高声束聚焦能力。
时间发转声学主要研究声束聚焦的自适应技术，它可以实现在不均匀介质中的声束聚焦成像。
表面波是超声波在介质中传播的一种形式，它只在固体表面很浅的表层内传播。由平行于波传播方向的纵波和垂直于波传播方向的横波所合成。
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DOI： 10.11973/wsjc202007001
基于扭转导波T(0，1)的埋地管道
长距离结构健康监测
宦强1•%陈铭桐h2,李法新w
(1.北京大学工学院力学与工程科学系，北京100871;
2.北京大学湍流与复杂系统国家实验室，北京100871)
摘要：针对不同变形模式压电换能器激发与接收管道中基频扭转导波T(〇，l)的特点，设计 了一种一发一收式T(0，1)波压电环形阵列。其中，厚度剪切d15模式的压电圆环用于T(0，1)波
的激发，面内剪切d24模式的压电圆环用于T(0，1)波的接收。试验验证了这种换能器激发 T(0，1)波的信噪比和T(0，1)波在埋地管道中的衰减。结果表明，该换能器对不同涂层埋地管道
的探测距离超过20 m，在埋地管道的长距离结构健康监测中具有很好的应用前景。
关键词：埋地管道；压电换能器；扭转导波；结构健康监测
中图分类号：TG115.28 文献标志码：A 文章编号：1000-6656(2020)07-0001-04
Long-distance structural health monitoring of buried pipes based on torsional guided wave T(0,1)
HUAN Qiang1 , CHEN Mingtong1 2, LI Faxin1 2(1.Department of Mechanics and Engineering Science, College of Engineering, Peking University, Beijing 100871, China； 2.State Key Laboratory of Turbulence and Complex Systems, Peking University, Beijing 100871, China)
Abstract： In this paper, a pitch-catch piezoelectric ring array was proposed for generation and reception of the fundamental tonsional wave T(0,1) in pipes according to the performance of piezoelectric transducers with different deformation mechanism. Thickness-shear d15 piezoelectric ring array was employed for T (0，1) wave generation while face-shear d24 piezoelectric ring array was adopted for T(0,1) wave reception. Experiments were carried out to investigate the signal-to-noise ratio of T(0,1) wave generated by the proposed transducer and the wave attenuation in buried pipes. Results indicated that the proposed transducer could detect buried pipes with different coatings over 20 m，which was very suitable for long-distance structural health monitoring of buried pipes.Key words： buried pipe； piezoelectric transducer； torsional wave； structural health monitoring
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究
超声导波技术是一种非破坏性检测技术，它利用超声波在管道、结构等特殊设备中的传播特性，实现对设备材料中的缺陷和损伤的检测。本文将探讨超声导波技术在特种设备检测中的应用研究。
超声导波技术具有以下优势：它可以在不破坏设备的情况下进行检测。对于一些特种设备来说，由于设备的特殊性和复杂性，破坏性检测方法往往难以实施，而超声导波技术可以通过设备表面直接传播超声波进行检测，减少了对设备的破坏。该技术具有高灵敏度和高精度。超声波的传播速度与设备材料的性质有关，通过对传播速度的测量，可以精确地评估设备材料的状态。超声导波技术可以对设备的大面积进行全面扫描，并实时监测设备的健康状态。
在特种设备检测中，超声导波技术主要应用于以下几个方面：它可以用于检测设备材料中的缺陷和损伤。通过对超声波信号的接收和分析，可以确定设备材料中的裂纹、腐蚀、疲劳等缺陷和损伤，从而及时采取维修或更换措施，避免设备的进一步损坏和事故的发生。超声导波技术可以用于检测设备的连接和焊缝。特种设备的连接和焊缝是容易产生缺陷的部位，超声导波技术可以有效地检测焊缝的质量，及时发现焊缝的缺陷，避免设备的漏气、泄漏等问题。超声导波技术还可以用于检测设备的内部管道和腔体。特种设备的内部管道和腔体在使用过程中很容易产生结垢、堵塞等问题，超声导波技术可以通过管道和腔体内壁的振动模态检测出结垢和堵塞的位置和程度，从而实现设备的及时清洗和维护。
超声导波技术在特种设备检测中的应用研究还存在一些挑战。由于特种设备的特殊性，超声波在设备中的传播路径和传播速度可能受到多种因素的影响，例如设备的形状、尺寸、材料等。需要对传播路径和传播速度进行建模和研究，以提高检测的准确性和精度。超声波的传播过程中会受到设备材料的吸收、散射和多次反射等影响，从而导致信号的衰减和失真。需要研发新的信号处理算法和技术，以提高信号的质量和稳定性。由于特种设备的形状和尺寸的复杂性，超声波的传播路径可能存在多条路径，从而导致信号的分散和混叠。需要研究和优化超声传感器的布置和检测系统的设计，以提高信号的分辨率和清晰度。
无损检测技术在飞机结构健康监测中的应用
随着现代航空科技的不断发展，无损检测技术逐渐在飞机结构健康监测中被越来越广泛应用。飞机结构的安全性对于民航行业来说是至关重要的，而现代的无损检测技术可以帮助航空公司及维修工程师实时检测和诊断飞机结构的问题，保证飞机的运行安全和可靠性。
一、 无损检测技术的基本原理
无损检测技术，顾名思义，是一种不会对待测材料造成损害的检测技术，基于物理和工程学的各种原理进行检测。这种技术利用超声波、电磁波、X射线等方法来探测物质内部存在的缺陷、裂纹或其他结构缺陷。其中最常用的技术包括超声波探伤、电磁波检测以及热红外成像等方式。这种技术的优势在于可以非入侵的方式检测物体，无需拆开或破坏；同时，可以在复杂和难以到达的位置发现问题，保证了飞机维护保养的效率和效果。
二、 无损检测技术在飞机结构健康监测中的应用
无损检测技术在航空航天领域中有着广泛应用，几乎覆盖了所有的技术发展领域。在飞机结构健康监测中，无损检测技术也同样得到了广泛的应用。航空器的材料经历了许多应力和环境的影响，会出现各种不同种类的损伤和疲劳，而无损检测技术可以精确地检测和确认物质的缺陷和损伤，在飞机出现任何损伤之前就及时发现和处理。同时，这种技术还可以在飞机维修、检修时确定损害程度和位置，帮助维护工人们更好地完成工作。
在飞机结构健康监测中，超声波技术是最常被使用的一种技术。这种技术不仅可以协助人们发现损害的位置，还可以测量损伤的深度和扩散程度。此外，该技术还可以用于检测航空机翼、机身内各种管道和连接件等易受操纵损伤的结构件。电磁波成像技术则经常用于检测飞机内部的电气系统是否正常。热红外成像技术则可用于检测发动机的磨损和热点的消耗情况。
三、 无损检测技术在航空运输保障中的重要意义
无损检测技术可以帮助航空公司实时全面地监测飞机的健康情况，预防和解决各种可能出现的问题，从而提高飞机的可靠性、航班的安全性以及航空客户的信任度。另外，这也可以节省维护保养成本和时间，减少迟延和维修周期。同时，这种技术还可以优化和完善飞机制造材料和生产工艺，使飞机制造更环保智能化。
