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传统的板材焊缝缺陷一般采用脉冲超声波进行检测,在相同的激励电压下,该方法存在平均发射声功率低、回波信噪比低、以及检测范围小等不足,不利于板材焊缝缺陷的有效检出。为了提高超声检测系统的回波信噪比和缺陷距离分辨率,不少学者通过引入编码超声激励技术与脉冲压缩技术来改善这一现状。但目前的编码超声检测中,仍存在回波信号经脉冲压缩后主瓣持续时间长、旁瓣水平高和频带较窄等问题。为此,本文提出了一种基于非线性调频Barker码(Non-linear Frequency Modulation Barker,NLFM Barker)的复合编码超声波激励方法,用于板材焊缝缺陷检测。论文在对比分析常用编码激励信号产生原理、时频特性、以及传感器响应特性的基础上,通过采用非线性拟合的方法设计了一种具有显式解析表达式的非线性调频信号(Non-linear Frequency Modulation,NLFM),并以此为载波调制Barker码,得到NLFM Barker复合编码信号。推导出了该复合编码信号的函数表达式。以超声换能器的高斯函数模型为基础,推导出了NLFM Barker复合编码传感器响应模型,并研究了该复合编码信号的响应特性及影响因数。通过仿真对比分析了其与Barker码、NLFM、以及线性调频Barker码(Linear Frequency Modulation Barker,LFM Barker)这三种编码激励信号的时频特性、传感器响应特性、以及回波脉冲压缩特性。搭建了编码超声缺陷检测系统,并分别用四种不同编码激励信号产生的超声波对钢质板材焊缝中五种缺陷进行了检测,对比分析了不同编码超声信号对焊缝缺陷的检测性能。论文的主要研究内容及结论如下:(1)在分析板材焊缝中常见的缺陷类型及特点的基础上,总结了目前板材焊缝缺陷超声检测方法及编码激励信号的研究进展,给出了编码超声缺陷检测系统的总体设计方案;(2)通过对比分析常用编码激励信号产生原理、时频特性、以及传感器响应特性,提出了基于非线性拟合的NLFM设计方法,该方法是以超声传感器幅频特性作为基本函数,将三次样条插值和非线性拟合算法结合在一起,推导出了NLFM信号的显式解析表达式;(3)为进一步提高信噪比和检测距离分辨率,同时拓展频带分布,设计了NLFM Barker复合编码信号,该复合编码信号既有Barker高信噪比特性,又有NLFM频带丰富和旁瓣水平较低的特性;(4)以超声换能器冲激响应的高斯函数模型为基础,推导出了NLFM Barker复合编码传感器响应模型,并研究了该复合编码信号的响应特性及影响因数,为该复合编码信号的参数选择提供了理论依据;(5)搭建了编码超声缺陷检测系统,采用Barker、NLFM、LFM Barker和NLFM Barker四种编码信号对实际板材焊缝中的五种缺陷进行检测,统计了其对应的信噪比和距离分辨率。试验结果表明,NLFM Barker复合编码超声回波信号经脉冲压缩后,其主旁瓣比较NLFM和LFM Barker码分别提高了约11dB和5dB,峰值旁瓣水平较Barker码、NLFM、以及LFM Barker码分别降低了约7.8dB、7dB和3.6dB,进而提高了距离分辨率,有效检测出了焊缝中预设的五种缺陷。