当今天然气、汽油和石油产品等主要能源均通过安全的长距离管道运输。这些管道大部分都被掩埋,它们的完整性非常重要。腐蚀、凹痕和裂缝等变形会破坏管道的完整性,并可能导致非常危险的破坏性结果。因此,开展工业管道的健康状态进行实时监测智能诊断与预测,对于提高管路运行的安全性和可靠性具有重要意义。论文利用激光产生和超声波接收的组合提供非接触式检测的方式,在无损检测和材料表征方面具有较强的应用价值。论文主要工作如下:（1）激光超声产生机理与理论分析。从热弹和烧蚀两个机理说明激光激发超声波的原理。基于避免对检测工件造成物理影响,选择热弹机制,基于热弹性机理,利用有限元软件中的热传导方程和控制方程建立激光超声激励模型,根据数值模拟结果,分析出激光超声在金属工件传导中具有多种波形模态,并模拟出缺陷对超声波的散射过程,为激光超声的应用以及激光超声检测表面缺陷提供数值分析理论支持。（2）含缺陷材料激光超声波传导的有限元分析。利用COMSOL数值模拟软件,分析了激光在材料中激励出超声纵波、超声横波及超声表面波等多种模态,其中超声表面波幅度较高,证明了激光在激发超声表面波方面的优势。通过建立激光超声检测表面缺陷模型,与无缺陷模型结果进行对比发现:当缺陷存在时,通过回波声程对缺陷进行定位;对于相同深度的缺陷,回波信号的时间间隔相同,且该时间间隔与缺陷深度近似成正比关系。（3）组件实验系统,包括硬件与软件设计,主要由激励发生器部分、扫描检测部分、数据采集部分、结果成像与分析部分等组成。其中硬件设计主要实现了激光激励与超声波的接收系统以及整个检测结构。软件实现被检工件的参数信息与检测参数的设置,以及能够以A/B/C成像方式来显示检测结果。（4）开展管道表面缺陷的激光超声检测实验研究,分析影响激光超声检测信号干扰因素并优化检测工艺参数。主要包括金属板表面缺陷检测实验、金属管道表面缺陷检测实验以及工程上常见的管道焊缝上表面缺陷检测。利用激光超声表面波可以明显检测出金属板表面上制作不同深度的缺陷;针对金属管道上不同深度与长度的表面裂纹缺陷,激光超声表面波表现出良好的检测灵敏度;对于管道焊缝上的外表面Φ2mm半通孔与贯穿孔类缺陷,具有良好的检测效果。