桥梁作为交通运输的枢纽,它的安全性至关重要。然而随着运输任务的加重,以及受到地震、环境侵蚀等复杂因素的耦合作用,桥梁在运行过程中很容易出现损伤。其中,由疲劳损伤,钢丝锈蚀,混凝土开裂诱发的桥梁裂纹是最为普遍的,所以针对桥梁裂纹的高效检测与整修就显得尤为重要。这个研究课题已经进行了很多年,国内外学者提出了很多接触非接触式桥梁结构安全性评估方法,如射线法,红外法等,但普遍存在成本高昂,效率低下的问题。超声波相控阵技术具有声束偏转、动态聚焦等优势,图像直观、检测效率高、检测结果可靠,所以本文最终选定利用相控阵技术作为检测裂纹的手段。通过分析相控阵成像仪的数据需求,我们发现其最主要的数据是回波信号的幅值与时间,因为这是A扫图像的核心,而其他形式的图像又是在多组A扫数据的叠加之上形成的。在后期进行图像处理时,我们只需要对不同的幅值标注上不同的颜色即可。基于以上分析,本文以FPGA为控制核心搭建相控阵收发系统,对其中关键的收发电路,接收信号处理算法进行研究与设计,完成回波信号的幅度信息的提取,以便提供给相控阵成像仪使用。主要工作如下:1.超声波声学相关理论以及超声相控阵技术原理的研究。研究了相控阵的发射接收原理、声束偏转与聚焦的过程、基本扫查方式、成像形式等,以及分析了阵元参数对声束方向图的影响,这些都为后续检测系统的设计夯实理论基础。2.设计了以FPGA为控制核心的检测系统。经过反复选型,本文设计了相控阵前端发射与接收电路,并且利用FPGA内部锁相环（PLL,Phase-Locked Loop）实现了2.5ns的延时精度。前端电路包括高压激励产生电路、限幅电路、以LMH6629芯片为核心的前置放大电路、滤波电路、和以AD603芯片为核心的可增益放大电路。并且对每一个电路模块都进行了仿真验证,均达到预期效果。3.对回波信号处理关键算法的研究与设计。在波束合成算法中,本文对比了常值系数加权与协方差系数加权的差异,仿真显示MVDR（Minimum Variance Distortionless Response）算法能够更有效地抑制来波干扰与噪声。在信号从高频移至中低频的过程中,本文利用FPGA实现了数字正交解调算法,较好地提取了信号幅度包络,以便后续的采样与储存。解调这部分最大程度地利用FPGA内置IP核和提高处理速度。并且,由于MATLAB具有强大的计算能力,所以本文利用ZYNQ7020芯片联合MATLAB对算法进行了具体设计与仿真。