1 研究目的及意义(含国内外的研究现状分析）

1.1 管道结构超声导波的激励和接收研究的目的

管道作为最常见的结构之一，在船舶与海洋工程方面有着广泛的应用，例如船体内部错综复杂的管道系统、支撑海洋平台的导管立柱、海底输油管道等。

在已发生的海洋事故中，由于管道系统故障直接或间接引起的事故数不胜数。1992年—2005年间，美国墨西哥湾在5次飓风打击下共有数百根平台立管有不同程度的损伤^[1]；2012年7 月，海洋石油699控制空气管道破裂，失去动力，在香港锚地被台风掀翻，18名船员落水，直接损失逾3000万美元；2015年11月，南海216轮在番禺油田守护作业时，高压油管破裂，机舱起火。

与陆上管道相比，海洋中的管道面临着更为复杂、恶劣的环境。由于管道自身材料的老化、海水腐蚀、船舶机械振动等原因，处在高温高压等极端工作条件下的管系难免会出现故障。管道发生故障后若不能及时发现和维修，可能会引起船舶沉没、海洋平台倾覆、原油泄漏等事故，届时将导致巨大的经济损失与严重的环境污染，人员亦将难以生还。所以，船舶管系故障检测的研究是一项具有重大经济、社会和环境效益的工作。

传统基于超声体波的管道检测方法，检测过程为逐点扫描式，单次检测时仅能检测探头所覆盖的局部区域，难以实现对长距离管道的检测。此外，船体内相当部分管道所在区域空间狭小，“穿墙”管道十分常见，传统单点检测方法难以实施。

超声导波技术具有长距离在线检测的技术优势，近年来逐渐被应用于管道在线检测中^[2]。理论上讲，使用超声导波在管道一个位置布置传感器即可实现100m左右的缺陷检测，且无需除去管道表面的附着物，是当前最具前景的管道完整性检测/监测方法。

尽管导波检测具有诸多优点，但检测所用的单模态导波的激励并不容易，对管道结构中单模态导波的激励与接收进行研究，有助于推动导波无损检测技术在船舶与海洋工程方面的应用。

1.2 国内外研究现状

一些发达国家，如美国、德国等，自20世纪70年代以来，就开始了管道泄漏检测技术方面的研究，许多成功的管道泄漏监测系统产品已经在石油输送管上进行了安装应用，并且获得了不错的效果^[3]，其中以美国声学系统集成公司（ASI）的产品WAS、英国ATOMS检漏系统等最具代表性。