超声导波具有传播距离远及沿传播路径衰减小的特点，能同时检测结构的内部和表面缺陷，非常适合对管、杆等结构进行长距离、大范围检测。目前，对小缺陷准确定位是国际上长输管线腐蚀泄漏检测技术的难题之一。本文研究了基于时间反转方法实现导波能量在缺陷处聚焦的方法，在此基础上研制出了一套具有时间反转功能的超声导波检测仪器，与不同换能器（阵列）组合可架构针对管、杆类结构的时间反转检测系统，并进行了相应的实验研究。主要工作如下：（1）基于时间反转方法研究了采用管道端面加载方式实现导波能量在缺陷处进行时间--空间聚焦的原理，用3D模型仿真研究了时反方法对不同壁厚位置相同深度、沿径向逐渐加深非通透裂纹的检测规律，用2D模型研究了时反方法对单个通透裂纹沿周向、轴向扩展和同周向不同轴向、同轴向不周同向双通透裂纹的检测规律，并可视化观察了时反导波在缺陷处的聚焦过程。（2）在分析管中导波激励特性的基础上，结合时反方法的聚焦检测规律，提出了两种实现管中导波时反检测的新方法，分别为：采用斜入射加载方式，通过合理设计换能器入射角度、加载面积，可激发出较单一L(n,2)模态簇，从而提出了一种容易实现且行之有效的斜入射局部加载时反检测新方法；对称激励管道表面安装的压电晶片阵列，从各压电晶片接收到的反射回波中提取含缺陷信息的L(n,2)模态簇信号进行时间反转，用时反波激励对应压电晶片，整个阵列将同时接收到较单一L(n,2)模态簇信号，从而提出了另一种基于压电晶片阵列实现的管中缺陷时间反转检测新方法。（3）根据超声导波时间反转检测方法的需求，设计并实现了一种适合激励压电换能器产生时反导波的高压脉冲式激励板卡。在时反激励板卡的设计过程中，采用交互式状态机实现时反信号的快速合成，采用运放电路实现功率输出级电路的驱动，采用差分结构实现高压时反波输出电路，以保证在实际检测过程中该激励板卡能根据检测要求快速生成所需要的高压时反波。针对导波检测设备需采用Pulse-echo工作方式的需求，设计了具有自保护功能的回波检测系统，该系统主要包括自保护电路、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路和A/D转换电路等部分，通过DSP+FPGA构成一种易扩展方式来实现检测过程控制。（4）针对在役杆类结构只能在其端部安装单换能器的限制，研究了用单换能器信息实现杆中缺陷时间反转检测的方法，在此基础上，采用宽带、窄带信号在不同频散点进行时反检测实验研究，并对杆中单、双缺陷进行多次时反检测。（5）实现了能激发L(n,2)模态簇、声场涵盖管道整个圆周方向的多通道斜探头及压电晶片阵列，与本文所研制的激励/接收板卡共同构建了管道导波时反检测系统。采用上述系统，实验研究了时反窗的起始点、窗宽对检测效果的影响，时反方法对宽带、窄带初始激励信号的重构效果，及时反前、后缺陷回波反射系数随截面缺失率的变化关系。（6）将在不同圆周位置接收的缺陷反射声场分解为L(n,2)模态簇，通过数值频散补偿方法实现所分解信号的时间--空间变换，用变换后的信号实现管中导波缺陷成像。采用有限元仿真研究了激励源的选择对管中周向导波的抑制作用。实验研究了实现该成像方法的激励和接收压电晶片的配置，并针对裂纹缺陷进行常规导波、时反导波成像，验证了该方法的有效性。