超声法因具有穿透力强、无辐射、检测速度快等优势广泛应用于重要构件残余应力的检测。在结构件加工及服役过程中,多数失效问题是由表面应力集中及表面裂纹引起,因而平面应力的快速、无损、精确测量具有重要意义。现有研究中,一发一收式压电探头激发的LCR波被用于测量平面应力,但耦合剂的使用限制了压电超声的应用。电磁超声技术（EMAT）因具有不需要耦合剂、对材料表面要求较低等优势,具有较好的发展前景。瑞利波EMAT可激发沿材料表面传播的瑞利波以测量平面应力,实际应用中多采用一发一收式,并采用手动或者利用机械结构旋转探头以获取多方向声速信息,不仅检测效率低,而且测量结果重复性差,进而导致检测精度降低。针对上述问题,本文提出三发三收式瑞利波EMAT,一次定位下实现平面应力测量。首先,基于三发三收的平面应力电磁超声测量建模。分析了瑞利波的波动模型及传播特点。介绍了基于洛伦兹力机制的电磁超声换能机理,基于麦克斯韦方程对铝板中洛伦兹力的产生过程进行理论推导分析,着重分析了可激发瑞利波的探头构型。论述了超声测应力的声弹性原理,推导了平面应力场沿任意方向分布时平面应力测量公式,为平面应力测量提供理论依据。其次,基于电磁仿真分析的探头设计与参数优化。详细介绍了三发三收式线圈及磁铁的选型及设计。基于有限元软件ANSYS电磁场模块对EMAT中的涡流场、磁场和电磁场等进行仿真分析。通过对比不同线圈参数和磁铁参数对探头换能效率的影响规律,开展了三发三收式EMAT的仿真优化设计。优化设计探头结构并完成探头装配,以进一步提高探头换能效率。最后,开展瑞利波电磁超声应力测量实验。搭建了电磁超声平面应力测量平台,采集分析了三方向瑞利波典型波形。开展了单向拉伸标定实验,对声弹性系数K_{1 1}和K₂₂进行标定。基于设计的电磁超声探头测量搅拌摩擦焊铝板的平面应力场,并将电磁超声测量结果与盲孔法对比分析。超声法测得的纵向应力分布表现出明显的双峰特征,呈“M”状,且测量结果与盲孔法表现出较好的趋势一致性,验证了三发三收探头测量平面应力的可行性。最后对超声测量结果进行误差分析。