相比于基于体波的检测技术检测范围小，超声导波具有检测范围广，检测效率高等特点，被广泛用于航空航天领域大型碳纤维复合材料薄板的损伤检测。在明确了导波的传播特性后，可结合超声C扫描、相控阵、激光超声、空气耦合检测技术，激发出导波用于检测碳纤维复合材料薄板中的损伤，从而实现大范围的结构健康监测。在20世纪90年代中期，Guo等首次将超声Lamb波应用到复合材料层板中的分层损伤的检测。基于超声导波的相控阵检测技术适合应用于薄壁结构的损伤检测，具有大面积扫查、信噪比高、声束方向灵活可控、检测灵敏度高等优点。近年来，研究人员逐步将相控阵检测技术用于复合材料中的损伤检测，由于复合材料的各向异性，难于实现波束形成。Yan等研究了复合材料板中线性阵列的波束转向问题，选取准各向同性导波模态进行波束导向，以抑制各向异性的影响。Yan等利用弱各向异性导波模态，并假设相速度和群速度方向局部重合，基于单发多收阵列的数据定位复合材料板中的钻孔损伤。Vishnuvardhan等人使用单发多收阵列检测准各向同性复合材料板中撞击分层损伤。Leleux等使用超声相控阵探头激励中心频率为0.5 MHz的S0模态，实现对复合材料板中的损伤进行检测，但是该方法局限于相同方向的相速度和群速度。Purekar等研究了一维线性相控阵检测复合材料层合板分层损伤的能力，结果表明，该阵列在相速度和群速度方向相同的方向上可以检测到损伤。Yu等提出了一种考虑导波参数和能量偏斜效应的相控阵算法，在各向异性复合材料板上形成相控阵波束，实现多损伤的成像检测。此外，Huan等研究了铝板中基于SH0模态相控阵检测技术，SH0模态无频散，但是还未有学者利用该模态到复合材料的导波相控阵检测中。对于复合材料薄壁结构，基于超声导波的相控阵检测技术更加适合，该技术目前还未走向工程应用，需要研究人员在针对各向异性复合材料检测的超声导波相控阵列设计、信号处理与成像诊断、自动化检测系统等方面继续开展研究。采用基于导波的空气耦合检测技术，实现碳纤维复合材料的损伤检测是近几年的研究热点。结合导波检测范围广和空气耦合非接触检测的特点，非常适合用于大尺寸的碳纤维复合材料的损伤检测。超声导波的模态调谐潜力对复合材料分层等不同类型的损伤具有极好的灵敏度。如果选择合适的入射角，可以使用空气耦合换能器很好地生成和检测Lamb波。Yan等通过调节入射波的角度控制Lamb波的模态，通过设置阈值级别来确定损伤的大小，并通过分析颜色映射大小来确定碳纤维复合材料中损伤的严重程度。进一步，Liu等研究发现通过空气耦合换能器能够定向接收分层损伤的反射波，从而通过反射波确定碳纤维复合材料梁的分层损伤两端的大小和位置。吴霞等采用空气耦合超声换能器置于碳纤维复合材料层压板的同侧，激励和接收A0模态的Lamb波，提出时频域的损伤指数算法，实现了损伤的定位定量评估。国内外对于空气耦合超声检测技术应用于碳纤维复合材料的检测方面，在算法和仿真方面都做了一些研究，但是，目前国内的研究还依赖于国外的设备。因此，为实现空气耦合超声检测在航天航空领域的工业化的应用，还需根据碳纤维复合材料的特性，研发出一体化、自动化和智能化的空气耦合超声检测设备。激光超声导波检测技术具有非接触，可远距离、高效、可适用于复杂构件检测等特点，被广泛用于大曲率的涡轮叶片、机翼、钻头等复杂结构的检测中。Zhang等基于激光超声扫描技术，提出了一种基于异常入射波能量的改进成像方法，并根据能量分布图以显示碳纤维复合材料中损伤的大小和形状。虽然激光超声检测技术在复合材料损伤检测方面具有优势，但是其应用成本远高于其他的检测技术。因此，还需研发出低成本和小型化的激光超声检测设备。基于超声导波的检测技术由于具有传播距离远、响应快、可以探测传统超声波检测技术难以检测的部位等优点，十分适合定性检测复合材料大面积薄壁结构的脱粘、裂纹和腐蚀等损伤。然而，导波的检测分辨率有限。另外，在实用状态下，复合材料结构可能会面临温度变化、振动等外部因素的影响，Salamone等开展了变温度环境下的复合材料层合板的损伤检测，包括温度对导波频散曲线的变化影响、温度对换能器胶层传导应变能力的影响、温度补偿等。相较于传统的超声波压电陶瓷换能器易受电磁环境的干扰和不耐腐蚀的缺点，光纤超声波换能器具有不易受电磁干扰，耐腐蚀，能够埋入被测物体，换能器尺寸小等特点，成功应用于工业无损检测、海洋地震勘探等领域。光纤超声检测技术的研究始于1990年Alcoz等研发出的一种新型光纤超声换能器用于复合材料损伤检测，至今国内外对这方面的研究已开展了三十余年，从而使得光纤超声检测装置在检测频率范围和检测灵敏度方面都得到了提升。光纤超声检测技术作为一种无损检测新型检测技术，被广泛应用于金属裂纹和复合材料的损伤检测。
光纤超声检测技术的基本原理是利用超声波与光纤之间的相互作用引起的光纤传输的光的强度、相位、波长、偏振状态等的改变，从而获取被测物体内部的信息。图11为一种典型的光纤超声检测系统，在该系统中由压电陶瓷超声换能器激发出导波，利用光纤光栅接收导波信号。研究表明，对比于激发出的对称模态波和反对称模态波，光纤换能器对于对称模态波更敏感。因此，Tsuda等利用激发出的对称模态波检测正交碳纤维复合材料中的冲击损伤，通过比较压电陶瓷和光纤换能器的接收信号响应，表明光纤换能器对信号响应的灵敏度更高，比传统的压电换能器更适合于超声导波的检测。
图11 光纤超声检测系统示意图
综上所述，利用光纤超声检测技术可实现碳纤维复合材料冲击损伤的检测，然而，该技术在实际工程应用方面，还需在系统结构、换能器的性能和反馈控制器等方面进行优化。
