随着现代工业技术的迅速发展,金属材料被广泛地应用在各行各业。对金属构件进行缺陷检测,是预防金属微小损伤演变成巨大缺陷而造成财产损失甚至生命威胁的重要措施。激光超声方法是一种检测金属缺陷的有效手段,目前激光超声的应用中,存在高功率激光灼烧被测对象表面,而非损伤条件下激光产生的超声信号信噪比低以至于不能保证检测精度和深度等问题。因此迫切需要一种简单高效且可以实现无损条件下精确定位缺陷的激光超声检测方法。本论文在国家自然基金联合基金重点项目“大型航空复合材料复杂型面自适应相控阵三维聚焦成像智能检测关键技术研究”和深圳市智慧传感与系统检测重点实验室资助项目的支持下,以7075型号航空铝材的激光超声检测为研究对象,提出了一种利用大尺寸光声换能器配合激光超声方法实现金属表面和深层缺陷大面积快速检测的新方法。首先设计并在铝板表面制备了一种均匀性能的大尺寸柔性光声换能器,并原位测试了光声换能器的声激发性能,然后根据检测信号特征通过实验和仿真方法对光声换能器结构进行了优化,最后利用优化后的光声换能器基于合成孔径聚焦方法实现铝板表面和深层缺陷的定量评估。实验结果表明,利用光声换能器和激光超声检测相结合的方法能够在无损条件下实现缺陷精准定位。该工作的创新性是提出了一种具有均匀性能的大尺寸柔性光声换能器制备和优化方法,并结合激光超声方法实现了金属构件表面和深层缺陷的无损检测。论文主要内容及创新点如下:（1）介绍了激光超声检测技术,以及从理论研究和实验应用两个方面总结了光声换能器的研究现状。从理论方面分析了光声换能器的光声转换物理过程,并设计了光声换能器的二维简化模型,使用等效热源代替激光激励源的方式,基于经典传热学和声波传播理论,从理论上说明了光声换能器中的温度分布和声压输出特性,最终基于理论和模型给出了光声换能器表面的声压分布表达式。（2）设计并制备了一种大尺寸均匀性能的柔性光声换能器。将烛灰作为光吸收材料,使用机械臂精确控制基板沿蛇形路线移动,从而使烛灰沉积路径有序叠加得到均匀厚度烛灰纳米颗粒（Candle Soot Nanoparticles,CSNPs）层;然后基于液体旋涂成型工艺将热弹性材料聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）与均匀厚度的光吸收层结合,在3 mm厚铝板上制备得到了大尺寸柔性光声换能器;搭建了激光超声检测系统,对样品（光声换能器和铝板）进行表征和结果分析。测试结果表明,样品上不同位置产生声波的波形和频率特征基本一致,成功验证了制备方法的工作有效性和控制可靠性。（3）优化了光声换能器激发声波的性能。针对测试实验中信号多波峰的问题,利用实验和仿真研究了光声换能器三层结构对激发声波性能的影响:1)对于光声转换层:实验制备并测试了不同光声转换层厚度的光声换能器的声激发性能,并从光声换能器产生声波的过程对测试结果进行了分析,计算得到光声转换层的最佳厚度;2)对于保护层和声学匹配层:利用COMSOL软件建立了光声换能器的二维轴对称模型进行厚度与声波关系分析,并分别给出了二者最佳厚度的计算公式。在各层最佳厚度参数下制备了大尺寸光声换能器,结果显示,结构优化的光声换能器能够产生高幅值的简单波形信号。（4）使用结构优化的光声换能器检测并定位铝板表面和深层缺陷。对于表面缺陷,采用环形布置检测点的方式,对铝板表面一定区域进行了覆盖式检测,通过计算声波从声激励源到检测点的飞行时间,对区域内划分的所有点进行了信号幅值对应,并基于合成孔径聚焦技术对数据进行处理,获得了缺陷的二维成像定位图;对于铝板深层缺陷,利用光声换能器激发的高幅值纵波对测试铝块进行了透射和反射实验,分别对测试数据进行了处理,绘制了二维图像确定了缺陷的水平和深度位置。本论文提出的基于大尺寸柔性光声换能器的非接触激光超声检测方法实现了铝板表面和深层缺陷的定位检测,是一种简单、高效的无损检测方法,在金属构件损伤检测中具有一定的应用潜力。