目前,碳纤维复合材料由于具有高的比强度,在航空航天、汽车和船舶等领域起到越来越重要的作用。然而碳纤维复合材料在长期使用过程中很容易发生复杂的多种破坏。在这些破坏中,基体断裂往往是最先发生的破坏,基体裂纹的出现及后续扩展将降低结构的强度,增加潜在破坏的可能性。因此,研究一种能准确、灵敏地检测以及定位结构中的裂纹,并评估结构损伤程度的方法十分必要。本文将具有高灵敏度的相移光纤光栅应用于碳纤维复合材料板的超声损伤检测及定位,实验与有限元仿真结合,研究了Lamb波在碳纤维复合材料板中传播时的线性特征,并以此表征了结构的损伤程度及定位裂纹,主要工作如下:首先,本文阐述了课题研究背景及意义。对基于波动理论的复合材料损伤检测技术以及光纤光栅传感器的超声检测技术的国内外研究现状进行了调研。着重分析了相移光纤光栅(PSFBG)传感器在超声探伤方面的研究进展,发现在复合材料基体裂纹超声探伤方面,相移光纤光栅的的应用仍有待研究。其次,本文分析了光纤光栅及光声传感理论。介绍了光纤光栅的结构、谐振波长计算及其应变理论。对相移光纤光栅的光谱特性以及理论分析方法进行了阐述。最后分析了光纤光栅对超声波的响应特性。随后,本文采用LS-DYNA有限元软件对碳纤维复合材料板进行了建模,并通过节点拆分法模拟了微裂纹。分析了裂纹个数对Lamb波传播特性的影响,包括Lamb波幅值衰减以及损伤因子随裂纹个数和传播距离的变化规律,并通过损伤因子的线性拟合进行了裂纹定位。通过小波基分解进一步验证了Lamb波的衰减特性。最后提取裂纹的反射信号,通过时间延迟法对裂纹进行了精准定位。最后,本文设计并制作了特殊碳纤维铺层的碳纤维复合材料板,并总结了其在三点弯曲实验中产生基体裂纹的规律。在显微镜下观察并测量了裂纹,证明了复合材料板的破坏形式。搭建了一个具有高灵敏度的相移光纤光栅超声传感系统。基于相移光纤光栅传感器对碳纤维复合材料进行了超声探伤,实验所得结果与仿真结果一致,证明了实验方法的有效性。同时,对比了相移光纤光栅传感器与传统压电陶瓷传感器的检测信号,证明了相移光纤光栅传感器在复合材料基体裂纹超声探伤中的有效性和优越性。