焊缝结构是金属结构连接的主要手段,特别是在深海船舶等工业制造领域起着至关重要的作用。焊缝结构的健康状况也与服役场所的安全性息息相关,如果不对服役场所中的焊缝进行定期地缺陷检测,排除隐患,将可能造成不可挽回代价。在各式各样的检测方法中,超声导波检测技术因具有一次扫描即可检测长距离部件内外缺陷的优势脱颖而出。实现基于超声导波进行缺陷检测的核心部分即为传感器在部件中对于超声导波的成功激励与接收。而现有传感器多为单片式传感器,结合焊缝结构表面的凹凸性与不规则性,导致传感器与焊缝表面贴合度低,信号传输效率低。为了提高传感器在焊缝中的检测效果,本文采用有限元分析方法与实验测试相结合的方式对阵列式传感器予以研究和设计,以期研制出高精度和高灵敏度适用于焊缝缺陷检测的阵列式传感器。本文主要研究内容和有效结论如下:（1）基于对接焊缝三维仿真模型,结合有限元分析方法对SH波在焊缝中的激励方式和传播特性进行研究,进而确定阵列传感器中压电阵元的振动模式。结合有限元分析模型,利用波结构加载法,探究SH波在焊缝结构中形成的焊缝特征导波成形条件,以及其在焊缝中传播的频散特性和衰减特性,得出SHW0模态导波在焊缝中具有频散小、衰减弱的优势,适用于长距离、大规模焊缝检测;在此基础上,进一步研究SHW0模态的振动形式以确定阵列传感器中压电阵元的振动模式,为本文阵列传感器的研究奠定基础。（2）以压电理论为依据,结合有限元仿真完成了对阵列式传感器压电阵元的相关参数以及背衬层、匹配层的设计。综合压电性能与传感器制造成本角度考虑,本文压电元件材料确定为PZT-5H;基于有限元分析方法,在对接焊板的焊缝表面上基于PZT-5H压电材料对矩形阵列传感器的阵元周向间距X和轴向间距Y、阵列周向阵元个数M和轴向阵元个数N对传感器信号能量激励效果进行仿真研究,得到能够最大激励信号能量的阵列参数。同时优化选取背衬材料、背衬厚度以及匹配层材料及確定匹配层厚度,提高传感器灵敏度。优化得到当X为0.1λ（λ为相应频率表面波波长）,Y为0.25λ,阵列参数M×N为4×4时,传感器激励信号能量大且集中度高。（3）完成焊缝检测阵列式传感器的整体设计与封装,并通过实验从焊缝中传输的衰减率、回波反射率、缺陷检测能力及定位精度等方面,完成了阵列式传感器的性能评估。实验证明,本文设计的传感器针对焊缝缺陷的定位精度均值为1.47%,而传统单片式压电传感器及3×3压电片阵列传感器的缺陷定位检测精度均值分别为5.32%、1.58%,可见4×4阵列式传感器的检测精度均高于现有传感器;同时,4×4阵列式传感器检测中端面和缺陷回波反射率平均为52.4%和23.6%,分别比单片式传感器高23.7%、9.6%,比3×3压电片阵列传感器高1.02%、1.2%,且激励信号能量幅值接近于3×3压电片阵列传感器激励能量的两倍,在长距离焊缝检测中优势更为明显。通过实验验证可知,本文所研制的阵列式柔性传感器在焊缝缺陷检测实验中能够实现单一模态导波在焊缝结构中的有效激励,并能够保证所激励特征导波对缺陷进行定位的准确性以及缺陷识别的灵敏性,它为超声导波无损检测技术在焊缝缺陷检测领域的实际运用开拓了新道路。