在人们使用各种材料的长期实践中,有大量的材料破坏现象,这些给人们带来很多灾难性的事故。很多情况下,这些材料的破坏和使用它所制成的构件上的残余应力和加载应力有很大关系,所以,测量构件所受应力很有必要。本文基于超声表面波的声弹性理论,研究了超声表面波在固体介质表面的传播特性和表面应力的关系,建立了介质表面应力和表面波传播时间差的关系,优化了声弹性公式,为超声应力检测提供了理论依据。设计了一个便携式超声波信号发射和接收的系统,使实验过程更简便,为后续实现便携式在线监测提供基础。论文的研究内容简介如下:首先,介绍了课题研究的背景及意义,之后对超声应力表面波检测技术、超声信号处理的研究现状和发展做了介绍。对超声波的几种类型做了详细介绍,介绍了不同超声波检测方法的优缺点及选择表面波检测的依据,分析了表面波的特点和影响表面波声速的因素,引出基于表面波进行应力检测的声弹性理论,并推导简化了基于声弹性理论检测所用到的公式。然后,着手设计并制作了以FPGA为核心的超声信号发射和接收电路系统。其中,超声信号发射和接收电路系统包括超声激励信号放大电路、模拟前端信号调理电路、ADC采样电路、数据采集传输电路以及供电电路,给出了部分关键器件的选型。后面对超声回波信号的噪声特征进行了分析,并选定了信号预处理方法,针对采样率不高会引起的实验结果不够准确的问题,提出了使用多抽样率信号处理方法结合数字相关法来分析信号时间差,提高结果准确度。最后,将超声波信号发射和接收的系统用于超声应力检测实验,在不同应力加载的情况下进行超声表面波信号的数据采集实验,并完成实验数据的分析,与理论结果相比较,证明实验结果的准确性,可以初步应用于工程测量。