管道作为油气集输的主要运输方式,在生产运输方面占有重要的地位。管道在长期使用以及特殊环境下所产生的缺陷成为油、气和石化产业的主要问题。随着国家经济迅速发展,管道应用数量也随之增加,相应的管道在役安全状况以及使用寿命预测工作也急需加强,以保证正常生产运转。因此,如何快速、准确的实现对管道在役状况的检测,成为当前无损检测的首要任务。本论文在国家自然科学基金(51261024,51675258)、国家重点研发计划项目(2016YFF0203000)、江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ150699)和广东省数字信号与图像处理技术重点实验室开放课题(2014GDDSIPL-01)共同资助下开展研究的,采用磁致伸缩扭转模态导波传感器对铁磁性管道的进行非接触无损检测。扭转模态导波的传播特性不受管道中液体的存在的影响,并且T)1,0(模态在所有频率下是非频散的。该类型传感器能够实现单点检测,且产生的导波传播距离远、速度快。然而检测信号信噪比较低是当今磁致伸缩超声导波检测的的主要缺点,因此研究力磁耦合作用下磁致伸缩扭转导波的激励和其影响因素对于提升导波检测效率有重大意义。本文从相关理论出发,仿真计算和实验研究两方面相结合对磁致伸缩扭转模态导波传感器展开研究。首先,详细阐述磁致伸缩导波检测技术的相关基础理论。介绍了铁磁性材料的磁致伸缩效应基本特征以及对导波检测系统的换能机理做了详细描述,然后根据导波的多模态性和频散特性给出了扭转导波的频散方程。同时结合文献给出了针对铁磁性材料多场耦合的线性模型。其次,介绍了磁致伸缩扭转模态导波的检测原理和传感器结构,还包括圆管中扭转波的传播以及扭转模态导波的激励过程控制方程。利用有限元软件COMSOL建立了扭转模态导波传感器激励端的三维力磁耦合数值仿真模型,对其进行加载求解,得到管道内部的磁场分布情况。在此基础上,对管道内部靠近磁场的某一质点进行磁致伸缩力的位移分析,通过质点在周向和轴向的振动规律分析数值模型激励出的导波特性,并与铁磁性材料扭转模态导波的传播特性相比较。研究表明,铁磁性管道在周向偏置磁场作用下,与动态磁场的合成的方向较为单一,并且磁致伸缩效应占据主导地位。最后根据仿真结果确定该激励模型产生的导波符合铁磁性材料扭转模态导波的传播特性,即以周向振动为主,产生的波沿管道轴向传播,传播方向与质点振动方向相垂直。说明通过该仿真分析能够得到由力磁声多场耦合产生的应变,能够真实反映扭转模态磁致伸缩导波,为后续研究激励导波影响因素以及导波增强研究提供了基础。再次,对磁致伸缩扭转模态导波检测系统搭建了实验平台,通过计算激励出的导波的波速并与理论扭转波的波速作对比,从而确定实验激励出的导波模态为扭转波。针对周向偏置磁场作用下建立的铁磁性管道激励扭转波的仿真模型,从激励信号的电流强度、频率、周期数三个方面讨论不同影响因素下磁致伸缩激励传感器作用区域内质点振动位移的变化情况。为了验证仿真结果的有效性,对钢管分别进行了不同影响因素下的检测实验,并对实验采集到的波形进行分析。结果表明,随着激励信号条件的改变,质点振动幅值和回波的峰值都产生了一定规律的变化,可以从中分析选择最优激励条件,且仿真结果和实验结果的变化规律相一致,因此该仿真模型可作为磁致伸缩导波激励检测方面研究的参考。最后,对磁致伸缩扭转模态导波激励传感器结构进行优化,采用交叉线圈式磁致伸缩扭转模态导波传感器结构对管道进行超声检测。首先介绍了偏置磁场在磁致伸缩导波传感器中的影响和作用。其次介绍了交叉线圈式激励传感器的原理以及构造,通过数值仿真验证交叉线圈式的磁致伸缩传感器能够有效的激励出扭转波并且证明了管道中合成磁场强度矢量方向?对于质点振动幅值是有影响的。结果表明,在不同材质中,总存在一个最佳的?方向使得质点振动幅值最好。然后利用交叉线圈式的传感器结构进行实验,结果表明交叉线圈式传感器激励能量能用于产生扭转波,并对仿真研究进行了实验验证,二者具有良好的一致性。因此,交叉线圈技术的磁致伸缩传感器是用于管道检查的有用且有效的工具,在本文实验条件下,当动态磁场强度保持一定时,与环形线圈磁化镍带得到偏置磁场的合成磁场强度矢量方向接近某一最佳方向时,导波幅值最好,有利于提升信噪比和对缺陷的灵敏度。