作为一种新型无损检测方法，非线性超声检测技术因其对结构早期损伤的高敏感性，而受到人们的广泛关注。现有检测方法之中，谐波法是技术最为成熟的一种非线性超声检测方法。目前，用于谐波检测非线性效应提取的信号处理方法主要是频谱法。高阶谱(双谱、三谱)利用高阶概率结构表征随机信号，能够定量地描述信号的非线性相位耦合特性，可用于分析信号频率成分间的相互耦合。目前，国内外学者已将双谱分析方法应用于混频非线性检测信号的分析与处理，而对于三谱分析方法在非线性超声信号处理中的应用鲜有报道。为有效提取并利用谐波检测信号中高次谐波分量，本研究工作将高阶谱分析法用于谐波检测信号的分析处理。首先，对三谱分析方法应用于非线性超声谐波检测信号处理的可行性及非线性特征提取方法进行了理论分析。之后，利用Rayleigh波对具有不同长度疲劳裂纹试件进行非线性超声谐波检测，对检测信号进行三谱分析，提取出非线性特征参数，并将其用于疲劳裂纹的表征。结果表明，基于三谱分析的非线性特征参数可以很好实现疲劳微裂纹的定量评价。