焊缝结构广泛应用于大型板状结构中,扮演着不可或缺的角色,尤其是压力容罐、船舶、海工平台等大型结构中。由于焊缝结构特殊,经常存在应力堆积、应力集中等情况,导致焊缝处较板中其他位置更容易出现缺陷、老化甚至断裂的发生,将会产生非常严重的后果。因此,焊缝质量的检测显得尤为重要。超声导波技术对于焊缝缺陷检测有着独一无二的优势,其可以在单传感器位置一次性检测整条焊缝,具有快速、高效的检测特点。本文从超声导波的理论研究入手,探究超声导波的典型模态在焊缝中的传播特性,研究焊缝特征导波传感器类型以及单位晶片的激励方式、排布方式等,以设计基于压电晶体的阵列式焊缝特征导波传感器。本文获得如下主要研究成果:（1）基于有限元分析模型,探究板中Lamb波和SH波的传播特性,验证在焊缝结构中特征导波的“能陷效应”。根据二者的频散特性以及“能陷效应”的条件,在同一波导厚度下的Lamb波和SH波的频散特性存在较大差异。SH波的在较低的频率范围内存在单一模态,而Lamb波在任何频率范围内均存在两个以上不同模态,且同时传播。通过建立有限元仿真分析,进一步对比分析SH波与Lamb在焊缝中的“能陷效应”以及传播的特性与区别,类比于板中SH₀波的振动形式的焊缝特征导波SH_w0波优于Lamb波的振动形式的焊缝特征导波S_w0波。（2）以压电理论为依据,完成对阵列式柔性传感器中核心元件——压电激励单元的设计,并完成阵列排布以及激励方式的确定。根据焊缝特征导波SH_w0模态的振动以及检测中导波的主要传播方向研究确定单位压电晶片的振动模式,并进一步研究确定压电陶瓷片的电场方向、极化方向及尺寸;根据空间布满的原则设计了阵列式传感器的排布方式为2维矩阵型,并对各个方向的信号融合效果进行了分析与改进:轴向上各个晶片之间的信号融合程度较好,直接采取同时激励方式;而周向上的每个晶片之间的信号采用分时激励的方式。在理论和仿真分析的基础上,完成了阵列式柔性传感器排布及激励方式的设计,解决了信号融合问题,使传感器能产生一个无信号混叠、能量高的融合信号。（3）完成了焊缝检测阵列式柔性导波传感器的整体设计与封装,确定激励单元之间的串并联方式及间距,并完成了其性能评估。研究并确定了传感器阵列在轴向、周向上的排布间距、单片传感器之间的串、并联方式,以及传感器阵列的封装材料等。确定了周向上激励单元间距为3mm,轴向上激励单元间距为3.26mm,使用聚酰亚胺薄膜对整个柔性传感器的上下表面进行封装,保证其良好的电性能、热性能及柔度。通过搭建超声导波焊缝检测实验平台,利用信号发生器和FPGA Spartan6开发板对所设计传感器进行信号的分时激励,并对不同缺陷的检测效果与现有传感器进行对比。结果表明该阵列式柔性传感器的信号能量、端面回波率及缺陷回波率皆高于现有传感器,其激励出的焊缝特征导波在焊缝中的传播更为集中,因此更适用于长距离焊缝的检测中。本文的研究成果,可为将超声导波技术真正应用于大型焊缝快速健康诊断提供重要的参考和借鉴。