提出了一种全新的圆度误差光学自动测量方法。新方法基于单缝衍射原理，利用工件的圆度误差来改变衍射单缝的宽度，进而改变衍射条纹的间距。在测量单缝衍射中央明纹的宽度时，提出了用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行二次曲线拟合，并由拟合得到的数学表达式，确定衍射暗条纹的精确位置。由导出的工件圆度误差与单缝衍射中央明纹宽度之间的关系，用最小二乘法对工件的圆度误差进行了评定．测量结果表明，新的圆度误差测量方法是可行的，圆度误差的相对不确定度小于1．4％，并且测量系统具有操作方便、精度高的优点，新方法也可应用于锥角、直线度误差等其它几何量的精密测量中。

将空气劈尖产生的等厚干涉与CCD图像处理技术相结合，提出了一种测量连续空间直线度误差的新方法。此方法利用待测工件的直线度误差改变空气劈尖顶角，并用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极值序号之间线性关系进行拟合，进而确定出空气劈尖顶角大小。由导出的直线度误差与空气劈尖顶角之间的关系，用最小包容区域法对工件的直线度误差进行了评定，评定结果为8．11±0．62μm。测量结果表明，新的测量方法是可行的，而且测量系统具有精度高、应用范围广的特点，也可应用到锥角、圆度误差等其他几何量的精密测量中。

正交异性压电复合材料（Orthotropic Piezoelectric Composite Materials，OPCM）超声换能器因其特有的正交异性特征具有发射和接收定向波信号的能力，有助于提高结构损伤定位精度。在OPCM元件研究的基础上，理论分析了声阻抗匹配层与OPCM元件间的声阻抗关系，并通过实验验证了带声阻抗匹配层的OPCM换能器具有更高的正交比，灵敏度和带宽也进一步得到提高。

研究了正交异性压电复合材料（OPCM）换能器的驱动特性,采用1-1型OPCM制备了换能器,对其驱动原理及正交异性进行了理论分析。通过数值仿真和实验测试了其在横观正交方向上不同的压电特性,即正交异性,并得出正交比,该特性可聚集特征信号的能量,从而提高结构损伤的定位精度。OPCM超声换能器模拟与实验测试结果一致,研究表明,这种新型换能器具有明显的正交异性,能在特定方向产生定向应力波,其驱动性能优于片状压电元件。

本文根据天平横梁吊耳托翼结构的分类及其比较，科学、合理、全面的论述了刀缝宽度与托翼结构形式的关系，托翼结构形式已成为天平准确度高低的一个重要标志。

近年来,结构损伤中超声相控阵检测技术正逐渐成为国际无损检测领域的研究热点之一。由于目前超声相控阵驱动电路中大多采用脉冲信号的激励方式,驱动信号的强度难以控制,缺陷处回波的有效信号不够突出,使得相控阵检测的分辨率较低。针对这一问题,提出了一种基于FPGA技术的新型超声相控阵驱动电路,该驱动电路利用FPGA片上丰富的逻辑资源以及其编程的灵活性,实现了任意波形信号的激励,并且依据超声波在材料中的衰减规律,通过在片上构建强度控制算法实现了缺陷处应力波等强度的目的,从而提高了缺陷检测的分辨率和信噪比。系统主要包括激励信号生成模块、强度程序控制模块以及高频功放模块。最终通过实验,验证了系统的可行性。

针对传统的声发射源平面定位中各传感器灵敏度差异和门槛值设置不同对时差定位精度影响较大的问题，通过研究弹性波在薄板中传播的特性即Lamb板波频散特性，借用模态声发射的概念将单个传感器接收到的信号利用Gabor小波时频分析得到不同模态的峰值到达时间，并在引入速度因子概念的基础上，讨论了两种不同的声发射源平面定位方法，即同一频率不同模态的定位方法和同一模态不同频率的定位方法，试验证明两种方法都能得到模拟源的正确定位，不仅从根本上避免了传感器间灵敏度差异对时差定位精度的影响，而且还可以减少平面定位中传感器的数量，避免三角形定位中伪定位的出现，并适用于传统的声发射源平面定位中不易布置传感器阵列的结构健康无损监测。

利用单缝夫琅和费衍射装置，通过转动来使组成狭缝的一个棱边与另一固定棱边形成分离间隙，进而使观察屏上的衍射条纹出现不对称分布现象。用最小二乘法对由线阵CCD测量到的衍射图像的光强分布进行二次曲线拟合，并由拟合得到的数学表达式，确定衍射条纹的精确位置。推导出转动棱边在转动平面内两个相互垂直方向上的位移与观察屏上衍射暗纹位置之间的关系式，并利用它对转动棱边的转角进行计算。实验结果表明，新的测量方法可以实现小转角的高精度测量，转角的测量不确定度可达4．2″。

将空气劈尖的等厚干涉原理与CCD图像处理技术相结合，提出了一种对材料杨氏弹性模量进行高精度自动测量的新方法。该方法利用待测试件受力产生的形变改变空气劈尖顶角，并用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极大值序号之间线性关系进行拟合，进而确定出空气劈尖顶角大小。由导出的杨氏弹性模量与空气劈尖顶角变化量之间的关系，对待测试件的杨氏弹性模量进行了计算。测量结果表明，新的测量方法是可行的，测量相对误差为1．5％，而且测量系统具有高精度、高灵敏度的特点，可广泛应用于各种微小形变的测量。

针对混凝土结构损伤信号的特点，引入一种非平稳信号的时频分析新方法——希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang变换，简称HHT）用于混凝土结构损伤检测。该方法是通过经验模态分解（empirical mode decomposition，EMD）提取信号的固有模态函数（intrinsic mode function，IMF），再进行Hilbert变换，求瞬时频率、瞬时振幅，得到信号的Hilbert谱。试验中通过对无损伤和有损伤两种钢筋混凝土梁进行侧向激振检测，对无损伤信号和损伤信号谱特征进行比较分析，结果表明HHT方法能识别结构损伤，且优于常规的Fourier变换方法及小波变换（wavelet transform，WT）方法，值得推广。