超声检测技术是生物医学工程(BME)及工业无损检测(NDT)领域常用的检测技术,可在不侵入被测物体的情况下实现隐伏病灶、缺陷的检测。国内外学者已在超声成像算法领域进行了富有成效的研究,开发了如超声层析成像(CT)、相控阵聚焦、合成孔径聚焦(SAFT)、复合平面波成像等成像算法。然而在混凝土超声无损检测领域,超声算法的应用面临着一些特别的问题,如超声换能器与混凝土粗糙表面的耦合问题、混凝土中可透过声波的频率上限问题、混凝土内的声波散射问题、混凝土内声束指向性问题等。这些问题的特殊性均是源自混凝土材料的异质性和混凝土结构的大尺度。BME超声检测的对象是生物组织,生物组织对声波的散射作用远不及混凝土骨料严重,所探测区域的深度仅在十数厘米,因此可使用数兆赫兹的高频声波,成像分辨率在毫米级。传统工业NDT中的超声检测的对象多为金属,除多晶金属外,一般的金属介质对声波的散射作用也远小于混凝土介质。目前,关于混凝土材料特性对超声无损检测技术应用的影响的研究还较少,基于上述问题,本文针对混凝土材料中超声传播的衰减行为和超声信号的统计随机性进行了研究,主要开展了以下工作:(1)通过嵌入混凝土中的超声换能器实际测量了50 kHz~140 kHz频率范围内的声衰减系数和衰减率系数,分别研究了声场扩散衰减和材料衰减对总衰减的贡献;实际测量了50 kHz~140 kHz频率范围内的声速、振幅、频谱的变异性;(2)提出了基于Field II超声模拟平台和随机骨料模型的混凝土中超声模拟方法并对其进行校核;通过模拟研究了混凝土骨料最大粒径和骨料体积比对超声回波信号的振幅变异性的影响;应用SAFT成像算法对含有随机骨料和球形缺陷的混凝土模型进行成像;提出等效PSF半峰全宽用于评价混凝土中成像算法的分辨率;(3)通过超声透射技术检测了再生复合混凝土材料的密实度,提出用声速和频谱中心频率判断密实度的检测方法。