本论文的研究课题来源于国家自然科学基金项目：碳纤维智能层的多场耦合机理及其场域诊断(项目编号：10672128)。 目前国内的超声探伤仪器主要以大规模集成芯片电路为主，不仅设计复杂、成本高，而且仪器的功能和性能受到硬件的约束，针对这些缺点，本文基于数学、力学、计算机科学等学科的相关理论，从数学上推导了由超声信号对结构内部进行反演的算法，在虚拟仪器与系统的开发理念下，在LABVIEW虚拟仪器设计平台上自主开发了一套可实现混凝土CT反演检测等功能的超声探伤仪器，设计主要包括具有同步触发功能的超声波发射、接收及声信号处理模块，实现了基于声信号走时的嵌入式反演成像系统，并且编制了CT图像的分形维数计算程序用以分析和评价检测结果。具体研究内容如下： 1.根据混凝土在声学上各向异性的特点及超声波换能器的工作原理，在比较了不同型号的换能器功能特性基础上，选择了适合检测目的的超声波换能器，设计了能保持协同工作的超声波发射和超声波信号接收调制模块，使得用于反演成像的声波走时数据的精度得以保证。 2.设计了超声信号处理模块，主要研究了FIR数字滤波器的基本理论，依据窗函数法利用LABVIEW设计了可以选择四种滤波器类型和5种函数窗的FIR滤波器，克服了由于噪声干扰导致检测中采集到的声信号首波时间不明显的缺点。 3.基于图像分形维数反映的是图像的不规则程度这一特征，综合应用图像处理技术和分形理论，设计了CT图像分形维数的计算程序，并通过混凝土试样的实验检测数据分析了不同的混凝土结构缺陷与其对应的超声CT图像分形维数的关系。 4 将CT成像算法和声发射、信号接收调制模块整合，嵌入到PC机中，使其成为具有检测分析功能完备、符合国际检测标准、准确直观、操作简便的超声智能成像仪。