近日，应超声导波领域权威期刊《Ultrasonics》主编邀请，北京大学工学院李法新课题组在《Ultrasonics》上撰写了题为 “Shear horizontal wave transducers for structural health monitoring and nondestructive testing: A review”的长篇综述论文(Hongchen Miao and Faxin Li, Ultrasonics, 2021, 114, 106355 (27pp).)，系统回顾了水平剪切波（SH波）换能器的研究进展及其在结构健康监测(SHM)和无损检测(NDT)领域的广泛应用。论文第一作者是李法新课题组2017届博士毕业生苗鸿臣，现为西南交通大学力学与工程学院副教授、四川省海外高层次人才引进计划专家。

图1 综述一览

“工程结构安全的长期智能监测预警技术”是中国科协2018年发布的60个重大科学问题和工程技术难题之一。超声导波被认为是实现结构智能监测最具前景的技术方法，然而以往常用的Lamb导波由于固有的多模态和频散特性给信号处理带来了极大的困难。解决该问题最理想的方式是使用单模态的非频散导波，如板壳结构中的零阶水平剪切波（SH₀波），空心圆管结构中沿周向传播的零阶水平剪切波（CSH₀波）和沿轴向传播的零阶扭转导波T(0,1)，这些非频散导波均可归为SH导波。然而，SH波换能器的研制一直以来存在着各种各样的问题。近年来，在国内外学者的共同努力下，SH波换能器的研制取得了突破性进展，SH波的相关研究也受到了广泛的关注。

该综述论文首先阐述了SH₀波的激励机理，指出施加切向线力（位移）和诱导波导产生面内剪切变形是激励SH₀波的两种方式，两种方式在物理上是等价的，其区别在于激励的声场不同。接着介绍了压电和磁致伸缩材料的基本知识，并探讨了它们在物理规律上的相似性。然后系统回顾了基于洛伦兹力和磁致伸缩效应的两类SH波电磁超声换能器的研究进展。而后着重介绍了近年来取得重要进展的SH波压电换能器，包括压电斜探头，厚度切变型和面内切变型SH波换能器。最后介绍了SH₀波压电换能器在平板结构监测和埋地管道监测中的应用。

图2 基于扭转导波的埋地管道监测系统

近年来，李法新课题组通过波动力学和压电智能材料两个领域的交叉融合，研发了三代面内剪切压电陶瓷材料，建立了SH₀波可控激励的力学方法，研发了谱系化的SH₀波压电换能器，并构建了用于平板和管道结构在线的测试系统。自2015以来，已在《Ultrasonics》、《Smart Materials and Structures》等领域主流期刊上发表关于SH₀波的换能器设计及应用的SCI论文25篇，授权国家发明专利8项。