随着航空发动机的飞速发展，涡轮发动机的前端进口温度越来越高，涡轮叶片长期工作在十分恶劣的高温、高压环境中。热障涂层就是为了保护叶片不被高温氧化和腐蚀应运而生的。基于涂层材料与基体材料的物理性能以及热物理参数的巨大差异，涂层在制备过程中可能产生裂纹、气孔、界面结合薄弱、厚度不均匀等各种缺陷；涂层的质量严重影响着叶片的使用寿命以及可靠性。本文根据超声波在涂层中的实际传播情况建立理论传播模型，针对涂层超声回波信号在时域内无法直接识别出和涂层厚度有关的参量的问题。基于热障涂层与超声信号的交互作用关系，分别从时域和频域内对超声信号进行分析，试图从中挖掘出蕴含的有效表征涂层厚度的特征参量信息，并利用特征参量来计算涂层的厚度值。通过与扫描电子显微镜所测出的厚度值进行对比，进而评价这些方法对超声无损检测厚度方法的适用性及其精确度。在频域内通过对涂层信号与基体信号求反卷积、归一化处理，从多因素影响的综合响应中分离出涂层的特征信号，对涂层的该特征信号求取超声反射系数幅度谱来表征涂层的厚度；在时域内分别利用小波变换模极大值和Lipschitz指数检测信号奇异性的优秀特性来检测信号在涂层上下表面的突变时间点，借此来计算出涂层的厚度。本文研究的热障涂层厚度范围为80~150μm，通过对三种方法所测得数据进行数据拟合、相关性分析发现：Lipschitz指数测厚的结果波动较大，但其总体反映水平最好，在求取涂层厚度的平均值时应该使用Lipschitz指数；WTMM分析法和频谱分析法的残差平方和较小，在求取单个位置厚度值时应该使用WTMM和频谱分析法。综合考虑残差平方和、Pearson相关系数、调整后的拟合优度以及斜率可以知道频谱分析法所测厚度值最为可靠。本实验分析所得的结果，对今后工程实践中基于超声检测技术对热障涂层厚度的测量具有一定的参考价值。