本课题来源于海洋资源开发技术主题下资源与环境技术领域中的一项国家海洋863重大专题项目,“海底管道内爬行器及其检测技术”,开发研制一套用于海底输油管道内壁的缺陷检测装置。本论文在简要介绍超声检测原理的基础上,根据项目工程样机的性能指标,通过理论分析和计算,设计了单个特种探头和探头阵列。文中介绍了几种常用的管道无损检测方法,并且分析比较了涡流检测、漏磁检测与超声检测方法的优缺点。选取超声检测进行海底石油管道内部检测,并介绍了其检测原理与实际应用。将管径为325mm的石油管道作为设计对象,通过分析比较不同类型超声探头的声场,选择了最适合石油管道检测的超声探头,并且确定了其基本参数。根据几何声学的原理,得出了发散探头在石油以及在管壁内的焦距和焦柱尺寸的计算公式。并且分析了探头的倾斜、温度、透镜曲率半径和油层厚度对探头声场的影响。根据探头的声场特性(包括检测范围、指向性)以及不漏检条件设计了探头环、探头列阵以及探头的排列方式。又根据系统要求的检测精度,确定了扫查速度、脉冲重复频率与扫查顺序。