管道是油气行业的重要基础设施。由腐蚀引起的缺陷是管道服役过程中面临的重大安全隐患,因此研究高效可靠的管道腐蚀缺陷在线监测方法具有重要意义。超声导波法是实现管道结构在线监测最具前景的方法之一。由于传统的监测方法通常基于管道中对称模态的轴向导波,因此难以确定缺陷的周向位置。周向导波可用于识别缺陷的周向位置并对其进行定量评估,管道中的零阶周向水平剪切波（CSH₀波）因其近似非频散的特性,是发展大口径管道结构健康监测技术的理想模态。然而,目前缺乏既能够激励单模态CSH₀波又满足结构健康监测要求的换能器,同时CSH₀波与腐蚀缺陷的作用规律也有待进一步研究。因此,本文设计并研制了能够选择性激励单模态CSH₀波和一阶周向水平剪切波（CSH₁波）的压电换能器,并在此基础上研究了CSH₀波和CSH₁波与管道腐蚀缺陷作用的反射和透射规律。主要研究内容和成果包括:（1）分析了CSH₀波的激励机理,将平板中的指向型SH₀波换能器应用于管道结构。有限元模拟和实验测量结果表明这种换能器能够在较宽的频率范围内（在壁厚1 mm的管道中为100 k Hz到300 k Hz）在管道圆周的两个方向上激励出单模态CSH₀波,同时也可以作为传感器接收CSH₀波且过滤CLamb波。在此基础上,研制了单指向型CSH₀波换能器,该换能器能够只在管道圆周的一个方向上激励出CSH₀波,而在另一个相反的方向上完全消去CSH₀波。（2）通过分析激励CSH₁波的荷载条件,研制了适用于厚壁管道的双模态CSH波压电换能器,该换能器能够在一定的频率范围内选择性地激励出单模态CSH₀波和CSH₁波。（3）提出了一种利用CSH₀波监测管道凹槽缺陷的方法,并通过实验证实了该方法可以准确地确定凹槽的位置、深度以及周向尺寸。进一步通过实验研究发现CSH₀波的透射系数在一阶截止频率下随着频率的增加近似线性减小,而在频率超过一阶截止频率后近似不变。并且,CSH₀波的透射系数随凹槽深度的增加而减小。（4）通过实验研究发现了CSH₀波和CSH₁波与管道椭圆缺陷的作用规律:a)CSH₀波在不同缺陷深度下都是透射波占主导,反射波非常小;b)当缺陷处的频厚积小于一阶截止频厚积时,CSH₁波以反射为主,当其超过一阶截止频厚积后则以透射为主;c)CSH₀波和CSH₁波的透射系数均随缺陷深度的增加而减小。