激光超声由于其良好的指向性、相干性,在缺陷检测技术领域被广泛应用。本文重点对激光超声缺陷信号进行时频分析研究,提取特征量,实现对缺陷深度的定量表征。采用EMD对激光超声信号去噪时,发现在处理反射波信号时出现了严重的模态混叠现象,导致去噪后的信号出现失真现象,分析导致模态混叠现象的原因,并通过查阅文献,结合激光超声信号的特点针对EMD去噪进行了改进,将其与小波包去噪相结合,改进后的EMD去噪过程较好的保留了原始信号的特征与细节,克服了模态混叠现象带来的失真情况。然后对去噪后的信号进行了时频分析处理:(1)采用傅里叶变换对透射波信号进行处理,选取频域中的峰值进行绘图,得到随着缺陷深度的增加,选取区域的峰值呈现近似线性减小,并与仿真数据的变化结果一致,通过拟合得到关于上述区域的表达式,并通过对未知信号的识别,表明此方法具有可行性。(2)采用小波包对反射回波以及透射波信号进行频带能量分析,选择DB8小波基对激光超声缺陷信号进行8层小波分解,得到频带能量分布与缺陷深度之间的关系,并在此基础上,提出了小波包能量变化率指标,当缺陷深度在0.6mm以下,反射波在S80、S81频带上的小波包能量变化率随着缺陷的增加呈现增加趋势;当缺陷深度在0.7mm以下,反射回波信号在S83频带上的小波包能量变化率指标随着缺陷深度的增加呈增加趋势;通过拟合得到了关于上述三个频带的表达式,并通过对同一组实验信号进行分析,三个拟合表达式得到的结果相似,表明此方法具有可行性。(3)针对反射回波的形成机理与缺陷深度存在一定的关系,提取反射回波信号进行EMD分解,得到固有模态函数,选取与原信号相关性最大的IMF1重点分析,结果表明当缺陷深度增加时,对应的IMF1振荡出现时间也呈现增加趋势,并得到了这两者之间的拟合关系;随后,将选取出来的不同深度的IMF1进行伪魏格纳分析,得到对应的时间-频率-幅值三维图,由分析可得,当缺陷深度增加时,三维图中的峰值出现时间也呈现增加趋势,并获得了这两者之间的拟合关系;通过实验数据进行验证,其误差在可接受的范围内。