材料早期力学性能退化总是伴随着某种形式的材料非线性力学行为,从而引起超声波传播的非线性,即高频谐波的产生。查超声非线性系数非常小,易被测量系统的非线性干扰淹没。通过实验仪器的选择和夹具的设计,改进了一套非线性超声测试实验系统。在相同条件下测得同一试件在不同输入电压下的二次谐波幅值和基波幅值平方近似线性关系,表明实验系统是可靠的。利用该系统进行了一组LY12铝合金拉伸试件非线性超声检测实验。在塑性阶段,随着拉伸应力的增大超声非线性系数显著增加。实验结果表明,超声非线性系数可以表征金属材料的力学性能退化程度。

可调谐激光光谱（TDLAS）技术利用激光管的波长扫描实现痕量气体吸收曲线的二次谐波检测，具有响应时间短、检测灵敏度高、精度高等优点。但实际应用条件分析结果表明，烟道气在线检测中存在外界环境和系统本身引入的噪声。为了实现TDLAS检测方法的高精度、高灵敏度等优势，本文提出在检测系统中加入温度反馈，以减少高温环境带来的干扰，设计并采用双光路扣除背景，消除颗粒物及背景吸收干扰以及采用对激光管驱动电流进行高频调制来抑制系统噪声等3条主要的降噪途径。理论分析表明，这些措施可以降低环境干扰及系统噪声影响，有效提高检测精度。

以FPGA为平台设计一套TDLAS在线气体检测系统。在线气体检测需要高精度以及快速的数据分析和处理速度。相比于传统单片机,FPGA在工作速度以及功耗等方面具有较大优势,可以保证数据分析和处理的实时性;基于TDLAS（可调谐二极管吸收光谱学）的二次谐波检测技术可以减小噪声等因素带来的影响,保证检测结果的精度。本文详细介绍了系统的检测原理以及TDL驱动电路的设计方法,并由FPGA产生所需调制信号。该系统适用于现场高精度高速度的气体监测。

通过对二次谐波低电压突变结构复合腔回旋管中谐振腔结构、模式竞争以及电子注一波互作用的研究，分析了高频结构特性、寄生模式的抑制和工作参数优化等问题。给出了3mm二次谐波低损耗TE02／TE03模式回旋管的模拟设计结果。计算采用了坡度磁场，互作用效率得到显著提高。PIC粒子模拟结果表明：在电子注电压25kV、电流4A、纵横速度比1．6、工作磁场1．72T时，回旋管可获得37kW的输出功率，横向运动能量转换效率高达51％，器件效率为37％。

建立了由损耗段和铜段组成的波导结构的Ka波段二次谐波回旋行波放大器理论模型，并进行了非线性理论研究。基于稳定性分析，确定35GHzTE02模二次谐波回旋行波放大器的基本工作参数：波导半径为1．02cm，电子注工作电压为90kV，工作电流为25A，工作磁场为0．6426T，横纵速度比为1．2；然后通过模拟详细分析了工作电流、波导损耗和速度零散等因素对该放大器性能的影响。研究表明：在该结构中损耗段可以有效地抑制模式竞争从而提高输出功率和带宽；工作电流对输出功率的影响存在最大值；速度零散对输出功率有很大的影响。

根据夹持结构存在的局部非线性特点,研究基于非线性动响应的夹持松动识别方法。利用悬臂梁结构在夹持边界条件下自由振动的非线性动响应理论解,将结构非线性响应的二次谐波振幅与基频振幅响应的比例系数r作为松动判别特征量,研究夹持结构的松动特性规律。以夹持悬臂梁结构为研究对象,建立接触有限元模型来计算夹持结构的非线性动响应;同时开展了试验研究,通过不同夹持力下结构振动响应特性来验证该方法的有效性。仿真和试验结果表明,随着夹持力的增加,结构非线性动响应信号的二次谐波振幅呈下降趋势,振幅比值r呈幂指数下降。二次谐波振幅与基频振幅的比值r可以作为表征结构松动状态的判据。