油气管道在不断建设的同时,油气管道的安全更是重中之重,近年来随着国家对安全领域的重视,油气管道的检测不仅仅只针对管道内外表面的微裂纹缺陷,同时对管道内部缺陷的检测也越来越重视,但是仍存在“检不准”、“测不到”和三维成像“抽象”等技术难题,这对激光超声无损检测技术提出了新要求。针对上述问题,对基于激光超声内部缺陷定量表征关键问题进行研究,重点开展了脉冲反射法与激光超声信号时域特征分析、横波平行斜率法与等距同步移动法角度表征以及小波分析与体缺陷散点成像方法等方面的研究,具体研究内容如下:针对激光超声波与内部缺陷模式转变的具体作用过程与机理不明确的问题,采用理论分析结合数值模拟的方式,获得了激光超声波与内部缺陷模式转变的具体过程。建立了均匀各向同性材料中激光超声波热弹性激发和传播理论模型,分析数值模拟结果,得到了激光超声波在均匀各向同性材料中的超声场分布和超声波信号波形,明确了超声体波在管道内部缺陷处发生模式转变的过程,为实验研究提供了理论基础。针对管道内部缺陷位置、深度、长度等参数“检不准”的问题,采用数值模拟结合实验研究的方式,提出了内部缺陷位置、深度、长度检测原理。采用脉冲反射法和体波信号时域分析方法表征深度,仿真结果和物理实验结果表明相对误差不超过5%。对比脉冲反射法和透射法对内部缺陷长度进行定量表征,并对提取的体波信号进行时域分析,结果表明脉冲反射法的相对误差在4%以内,透射法的相对误差在5%以内,综合考虑选择脉冲反射法表征长度,实现了“检的准”的目标。针对管道内部缺陷角度“测不到”的问题,建立了激光热弹性激发体波内部缺陷角度检测模型,提出了内部缺陷角度检测原理。采用横波平行斜率法和等距同步移动法定量表征内部缺陷角度,横波平行斜率法检测效率高,但检测精度低,等距同步移动法检测精度较高,但检测效率低,可根据实际需要选择合适的方法。实验所得的结果与仿真结果相吻合,证明构建物理模型的准确性,实现了“测的到”的目标。针对管道内部缺陷三维成像“抽象”的问题,提出一种管道体缺陷散点三维成像方法。为了提高信号特征参数的准确性,采用小波分析和小波包分析的方法,通过信噪比明确小波分解函数、分解层数和阈值选择等变量,获得了高信噪比的超声波信号。为了精确描述管道内部缺陷,将内部缺陷分解为连续的点,实现了时域信号到三维坐标的转换,解决了A扫、B扫和C扫管道内部缺陷三维成像的技术难题,实现了三维成像“直观”的目标。研究工作表明,实现了管道内部缺陷定位定量表征和缺陷三维成像,为激光超声检测技术在管道内部缺陷检测的工程应用奠定了基础。