无损检测技术是一种安全可靠、行之有效的检测方法,目前已被广泛应用于铁路、石油、航空航天、核电等诸多领域。它具有不破坏试件,检测灵敏度高,检验方法具有互容性等优点。小径薄壁无缝钢管和钢轨是核电和铁路运输的关键部件,它们作为母材都需要进行役前或在役检查。由于行业的特殊性,要求对其进行高精度、高效率和全断面检测。而无损检测方法众多,每种检验方法都有自身的优点和局限性。如何克服单一检测技术的局限性,实现高效率、精密检测是研究难点。本文将围绕速度效应下的超声波和涡流热成像检测技术开展研究,旨在研究超声探头高转速下小径薄壁管的缺陷检测和壁厚、外径的精密测量以及巡检模式下的钢轨检测等问题。本文主要研究内容和创新点概括如下:1)研究了超声波在小径薄壁管内的传播过程、缺陷检测机理和能量分布,提出了正向物理推导和反向学习的超声探头声学参数优化方法。创新性的从缺陷与管壁形成的端角区出发,逐一分析和推导了探头各项声学参数和公式。利用声场计算、反向学习和数字图像处理技术迭代优化了难以直接计算的频率和晶片尺寸参数。通过仿真与实验验证了提出方法的有效性。2)在高速测量下,研究了小径薄壁管壁厚和外径的高精度超声测量方法。在分析了探头高速旋转装置产生测量误差原因的基础上,结合超声共振法前期研究成果,提出了一种新型的嵌入式神经网络智能补偿传感构架。测试结果表明,该新型超声传感架构能够消除水温变化引起的误差,减小管材变形和机械振动对测量的影响。3)开展涡流热成像检测技术动态扫描实验,研究了红外热成像的空间‐时序融合张量模型。通过对比矩形和双匝圆形激励线圈在速度效应下的检测结果,验证了双匝激励线圈能够有效检出不同分布方向的缺陷,适用于动态扫描。通过张量分解,挖掘缺陷的位置‐时间隐性关系,降低了热扩散和运动模糊的叠加效应,增强了缺陷与背景噪声的对比度,为实现速度效应下的涡流热成像检测奠定基础。4)速度效应下,提出了基于特征层的声、热多传感数据融合模型。建立了超声波数据、热图像与被测试件检测位置映射关系,分析了超声B扫成像与运动、热图像序列与时间的关系。通过位置映射将超声B扫图像、热图像与被检区域进行真实位置统一。完成了三维热图像序列到二维热图像、超声一维A扫信号到二维B扫图像重构。提出冗余性数据融合方法,将融合结果与超声体波融合实现了互补性检测,完成了互容检测手段的相互补偿和印证。通过计算机DirectX技术,重构金属厚板试件的三维模型,客观反映试件从表面到内部缺陷状态。上述研究将有助于解决工业生产过程中的一些实际问题,为实施快速动态检测提供了理论研究基础,为推动多传感无损检测技术的发展做出贡献。