本论文首先对当前国内外在超声红外热像技术及其应用和机理研究方面的进展概况进行了较全面的调研和了解，并在绪论中予以简单的介绍。 本论文的工作是在改进超声红外热像技术的实验装置基础上，着重对大功率超声波激励下金属板试样振动的非线性现象进行实验研究，分析和总结了其非线性现象的规律，首次发现“准次谐波”现象；建立了理论模型，模拟结果与实验现象很好地吻合，并解释了实验中的多种现象。此外，根据超声激励下缺陷处温度场分布、变化的特性，实现序列红外热像中缺陷信号的自动识别。 本论文主要工作共分三个部分：(1)大功率超声波激励下金属板非线性振动的实验研究；(2)次谐波、准次谐波现象产生机理的理论研究；(3)超声红外热像技术中缺陷的红外信号识别。 一、大功率超声波激励下金属板非线性振动的实验研究 首先，为了便于和国外其他实验小组得到的实验结果进行比较，以及定量地研究不同实验条件对实验结果的影响，在本实验室原有超声红外热像技术的实验装置的基础上，改进了实验装置，设计与制作了超声激励与激光检测控制系统。 在改进系统的基础上，对大功率超声波激励下金属板非线性振动进行了系统的实验研究，并对本文实验结果和前人实验结果进行认真分析，发现在功率超声波作用下，试样振动除了会出现次谐波现象外，还可能产生一种异常的次谐波，即准次谐波。重点研究了准次谐波的特性： (1)准次谐波现象，不同于传统意义上的次谐波现象，其共振频率与激励频率之间没有简单整数比关系，但满足非等分性，对称性、倍频性以及周期性等性。 (2)分析了金属板在大功率超声波激励下，(准)次谐波振动频谱分布和频谱能量随时间变化的规律。 (3)研究了激励源与试样之间压紧力大小对准次谐波频谱的影响。 (4)研究了不同材料与尺寸的试样在大功率超声波激励下准次谐波的响应。 (5)指正了以往部分文献中误认为是次谐波，但实际为准次谐波的结果。 (6)准次谐波现象用传统方法(如庞加莱映射)研究，它将属于混沌现象。 研究表明，准次谐波现象与次谐波现象是不同能量的大功率超声波激励下两种不同的非线性现象，都客观地存在于自然界中。首先产生的准次谐波(准次谐基波)出现在系统共振频率附近，是一种非线性碰撞引起的共振现象。准次谐基波和受迫振动相互作用，产生其他准次谐波。 二、次谐波、准次谐波现象产生机理的理论研究 通过对实验系统的工作原理的分析，建立了含三次非线性项的阻尼振子在有源振子激励下振动的双自由度的动力学模型。 根据部分实际的物理参数、以及模拟的结果，适当地选择系统的计算参数，可以得到试样中存在准次谐波的稳定运动，与实验的结果很好符合，该频谱满足非等分性、倍频性、对称性以及以激励频率为周期的周期性等特性。试样振动的稳定性表现为在一定范围的初始条件下，系统的振动频谱可以收敛于相同的准次谐波谱。 随着激励源的振幅增大，试样的振动可能相继出现无(准)次谐波的受迫振动、次谐波、准次谐波三种频谱。从理论上验证了实验中试样振动频谱变化由于实验中激励源振幅变化产生。 对描述动力学模型的方程组的变量进行规一化变换，讨论了其中7个无量纲参数变化对频谱的影响。并且在此基础上解释了实验中砝码牵引力对(准)次谐波频谱的影响。 从模拟计算的结果可以表明，本文提出的动力学模型可以有效地解释实验中观察到的准次谐波现象和次谐波现象，并且表明准次谐波现象与次谐波现象都是大功率激励下的非线性现象。 对前人提出的超声红外热像技术中次谐波现象产生机理模型和计算结果进行了研究，并指出了该模型的错误。 三、超声红外热像技术中缺陷红外信号识别 分析并推导了超声激励下缺陷区域热传导特性，总结了该区域温度场分布的三个形态特性，即区域面积时序变化特性，区域峰值温度时序变化特性和区域热量时序变化特性。 根据超声红外热像中信号的特点，运用“图象减”和形态学去噪方法获取动态目标信号。运用距离变换和分水岭方法分割具有独立“热源”区域形态的重叠信号，提出并实现了基于区域热源的对应信号搜索方法。提出了运用超声激励下缺陷区域信号的形态特性进行信号识别的方法，实现了对红外热像中复杂信号的自动识别。 最后，对本论文的内容进行了简单的总结。