为适应高压、高温等特殊环境,机械设备常采用密闭金属薄壁箱体结构。在对这些设备进行结构健康监测时,需将传感器布置到设备内部的关键节点处,目前,内部传感器进行数据传输和能量供给时,常采用穿孔走线的方式,但该方式与结构的高密闭性需求相悖,并会造成结构疲劳寿命下降等问题。而Lamb波在板内传播时无需对结构进行破坏,因此将Lamb波应用于结构健康监测系统以实现传感器的无线数据通信和无线供能备受关注。在此背景下,本文提出了一种具有复合功能的结构健康监测系统,旨在实现传感器的无线数据通信和无线能量传输。本文通过推导Rayleigh-Lamb频率方程得到Lamb波的频散曲线,形象的揭示了Lamb波的频散特性和多模态特性。结合理想粘贴条件下的钉扎力模型,推导了板上表面的位移和应变表达式,得到了给定条件下的Lamb波调制的仿真结果。搭建实验平台,通过扫频实验得到Lamb波调制的实验结果。对比发现,两者在趋势上保持一致,最终选择500 k Hz和150 k Hz分别用于数据通信和能量传输。为了提高数据通信的速率,提出了一种信号调制-解调方案,从时域和频域两个角度对理论可行性进行推导。利用500 k Hz激励下得到的S0模态开展方案的可行性验证实验,经过同步码定位、区间划分、峰值提取等信号处理手段,成功对发送的序列信息进行重构。分析联合调制方案中参数对数据通信效果的影响,利用控制变量法开展相关实验,为参数的选择提供依据。分析基于Lamb波的能量传输的机电转换过程,结合阻抗共轭匹配条件和Smith圆图,设计了阻抗匹配网络,利用150 k Hz激励下得到的A0模态进行能量传输实验,对阻抗匹配电路的有效性进行验证。选择了一款高效的能量管理芯片,依据该款芯片设计能量管理电路。利用压电换能器阵列作为Lamb波的激励源,测试了能量管理电路的能量回收效率,搭配使用阻抗匹配电路后,电路的能量回收效率得到了极大的提高,电路输出功率达到m V级别。本文的研究可为基于Lamb波的结构健康监测系统的设计提供指导,同时也验证了利用Lamb波作为载体来实现数据通信和能量传输的可行性。