对于结构损伤检测而言,其核心环节在于确定合适的携带损伤信息的信号作为特征信号。通过这一特征信号往往淹没在强的背景噪声中而十分微弱,必须采用有效的信号处理或者信号增强的方法来辨别这一特征信号。本文将从微弱信号增强处理的角度出发来进一步改善结构损伤检测的效果。首先,本文通过改进传统的随机共振电路来实现了微弱信号的增强检测,通过设计滤波器阵列来实现多尺度调节随机共振。实验研究表明,多尺度调节随机共振电路系统可以有效拓宽其噪声强度适用范围。另外将多尺度调节随机共振电路与传统同步解调电路相结合的微弱信号检测方案通过实验验证可以发现其可以从信噪比低于-50dB的强噪声背景中检测出目标信号。其次,本文探索了基于压电陶瓷传感器阵列的超声导波结构损伤检测方法。精确确定超声导波在结构中的传播时间是该方法的核心步骤。基于Wigner-Ville Distribution (WVD)时频分析方法可以有效描述信号能量分布这一特性,我们采用WVD来处理超声导波信号,相对于传统的希尔伯特包络和小波变换方法,实验证明该方案可以稳定准确地检测出结构损伤位置。此外本文进一步探索了基于WVD方法的二维结构损伤探测的成像算法。最后,本文对基于非线性超声效应结构损伤检测方法进行了初步研究。振动声调制方法已经被证实可以用于检测微裂纹或闭合裂纹,但其机理和实用性等都有待进一步研究。本文将三稳随机共振机械系统与传统振声调制方法相结合,有效拓宽了后者的激励频率适用范围,实现了在结构非共振频率处的振声调制效应。该方案可用于结构初期微裂纹的探测。