粘接结构以其优越的性能在航空航天和化工等领域得到广泛应用。然而在其制造和使用过程中出现如界面机械贴合、弱粘接等界面缺陷会影响材料使用的可靠性和安全性,甚至导致灾难性事故的发生。为确保产品质量和使用安全,对其粘接强度的检测具有重要意义。本文研究金属非金属粘接强度的非线性超声检测技术,提出了基于水浸脉冲透射法的非线性超声检测方案,设计了可以激发非线性二次谐波、获得高能量超声信号的检测系统,研究了利用非线性超声特征参量表征金属非金属粘接强度的方法和非线性超声信号降噪、特征提取方法。本文的主要研究内容包括：(1)通过研究非线性波动方程,明确了声波信号特征与材料非线性系数之间的关系,分析了非线性系数和相关参数的物理意义,为利用超声非线性参量检测金属非金属粘接强度奠定了基础。针对钢板/有机玻璃粘接结构,考虑声波在材料介质中的衰减情况,研究了胶层厚度和激励频率对二次谐波幅值影响的定量关系,为在胶层厚度已知的情况下选择最佳激励频率提供了实验依据。将钢板/胶层粘接界面氢键模型和胶层的非线性粘弹性本构模型相结合,引入到超声波与介质的非线性相互作用过程中,建立了介质非线性系数与粘接力的函数关系,为金属非金属粘接强度的非线性超声检测提供了理论解释。(2)推导了材料非线性参量与压电换能器接收到的超声信号中不同频率幅值间的定量关系,说明材料质点位移的绝对振幅与超声换能器输出的电压信号幅值成正比关系,可以利用超声信号表征材料的非线性系数；通过理论和仿真实验分析了在5MHz激励频率的情况下激励信号脉冲宽度对非线性谐波幅值的影响,结果表明只有当激励脉冲宽度在1.2μs以上时才能在粘接试件中激发出明显的谐波信号,而且激励脉冲串宽度越宽,非线性谐波幅值越大；为避免时域超声信号发生混叠,对6mm钢板与有机玻璃粘接试件和4mm钢板与有机玻璃粘接试件,实验中分别采用9个周期(1.8μs)和6个周期(1.2μs)的汉宁窗调制脉冲串作为激励信号,解决了在材料中激发高能量非线性谐波信号的问题。(3)分析了激励信号波形对超声信号频谱精度的影响,研究了不同窗函数截取非线性超声信号进行傅里叶变换引起频谱泄露和基波、谐波幅值计算误差的问题,通过推导证明了常用窗谱函数的能量重心为坐标原点,并对不同窗函数下能量重心法对信号频谱校正结果进行对比,在此基础上提出采用汉宁窗能量重心法对截取的非线性超声信号频谱中的频率和幅值进行校正的方法,有效减小频谱了泄露,达到了准确提取基波和二次谐波幅值的目的。针对超声信号中的非线性特征来源多样(仪器本身、金属非金属本身及胶层的非线性)、幅值微弱、容易受到噪声干扰等问题,根据发射换能器的频率响应特性利用其滤波效应滤除前端仪器非线性。(4)为准确提取超声信号中的非线性特征参量,提出了一种基于双树复小波系数层间相关性和贝叶斯最大后验估计滤波的信号分解降噪算法。首先根据小波系数的层间相关性,对包含噪声的双树复小波分解系数作相关性运算,对不同频带范围的信号分量进行初步降噪。然后采用一种基于小波系数拉普拉斯分布模型的贝叶斯最大后验估计算法对各信号分量继续滤波降噪,以准确提取出频率纯净的基波和二次谐波信号分量。建立了包含二次谐波和高斯白噪声的非线性超声信号模型,从信号信噪比、均方根误差和二次谐波幅值误差三方面考察了不同滤波算法对信号的降噪效果。结果表明：基于贝叶斯最大后验估计的双树复小波变换算法降噪后的超声信号时域信号平滑、非线性二次谐波信号的信噪比得到了有效提高。(5)设计搭建了金属非金属粘接强度的非线性超声检测系统,根据非线性超声信号降噪和特征提取方法从实测超声信号中提取基波和二次谐波幅值计算得到了粘接试件的非线性参量随固化剂含量增加时的变化规律,并通过与“剪切强度-固化剂含量曲线”对比分析,验证了非线性参量表征金属非金属粘接强度的可行性和有效性。论文所做工作,对非线性超声检测技术和非线性超声信号降噪及特征提取方法在新领域的应用以及金属非金属粘接强度的表征都具有重要理论意义和实用价值。