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。

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。