近年来,由于工程结构出现损伤而引发的事故层出不穷,工程结构中安全性、可靠性的问题已经成为社会关注的焦点。与此同时,结构健康监测技术也在不断地发展。在多种损伤监测技术中,基于超声导波的理论与技术已经成为其中最为常用的一种。该技术涉及数学、力学、仿真测试、传感器技术、信号处理技术等多个学科知识,是一项多学科融合的综合性技术。实际工程中大部分结构均由板结构与管结构构成或衍生而来,本文以航空铝板、输油气管等常见工业级金属结构为研究对象,主要研究内容如下:论文简要介绍了基于超声导波的结构健康监测技术,研究了超声导波基本理论与在不同结构中的传播机理,并结合频散曲线分析了传播中所产生的多模特性与频散特性。针对响应端接收到的损伤信号,研究了损伤时间信息提取方法与损伤定位方法。针对典型工程结构中较为常见的板状结构,为了构造合适的激励信号,综合考虑了影响超声导波激励中心频率选择的各种因素:超声导波模态、时域分辨率、激励信号幅值、传播过程中能量损耗等。同时,针对工程中较难实现大规模传感器布置的实际情况,具体分析了传感阵列数量有限情况下传统损伤识别方法出现漏判断、误判断的原因。研究并设计了基于损伤间相对距离的损伤成像监测方法,最后在板结构中心区域、边界区域与加筋区域等分别进行单损伤与多损伤实验验证与实验误差分析。针对管状结构以及超声导波在其中传播的特点,分别从超声导波模态、导波结构与传输能量泄露、超声导波模态相似性、单点激励等几个方面进行分析,并选择合适的激励信号。同时,分析了管结构中多模特性与多径效应对损伤识别定位与成像的影响,研究并设计了基于区域激励的损伤成像监测方法,并在管结构单损伤与多损伤状态下进行实验验证与实验误差分析。针对工程中设备集成化、智能化的需求,研究设计系统硬软件功能与集成方法。其中,硬件部分主要由损伤评估模块、主动激励模块、高速采集模块与供电散热模块四部分构成。软件部分针对各模块功能,在LabVIEW与MATLAB环境下共同实现对整机的控制与损伤识别成像工作。最后通过实验对系统整机功能进行验证。