复合材料具有强度大、刚度大、质量轻等特点，已成为风力机叶片、航空航天、船舶等行业的关键制造材料。复合材料在制造和使用过程中，可能会发生各种损伤和缺陷，对使用安全构成极大威胁。为了保证复合材料制件的安全使用，必须通过必要的无损检测手段对复合材料制件进行制造后质量检测。通过对复合材料常规无损检测技术、复合材料超声检测技术和空气耦合超声导波技术的文献调研，确定采用空气耦合非接触超声导波技术对复合材料板进行检测。选用时间反转方法用于消除导波频散和实现信号聚焦与增强，采用基于损伤概率的缺陷重构算法用于检测结果的图形化显示，并从理论上分析论证了方法的可行性。根据Lamb波波结构特性，检测选取Lamb波A0模态。建立三维有限元模型对复合材料板中Lamb波A0模态的传播特性以及Lamb波A0模态与缺陷作用规律进行了详细的研究，研究结果显示：Lamb波A0模态从分层缺陷区域传播至无缺陷区域时反射现象剧烈，从无缺陷区域传播至分层缺陷区域时反射微弱；Lamb波A0模态反射时产生与反射回波同向传播的S0模态，反射现象越剧烈，模态转换信号幅值越大；Lamb波A0模态遇到位于对称界面的分层缺陷时，无S0模态转换波形出现。采用空气耦合传感器的实验研究结果与有限元结果吻合。对空气耦合传感器激励接收特性进行理论分析和实验研究，研究结果显示传感器入射角度与声波在两种介质中的传播速度之间的关系符合Snell定律。空气耦合接收传感器对于传播方向和它倾斜方向相同的波不敏感，对于传播方向和它倾斜方向相反的波更敏感。从信号与系统分析角度对时间反转方法进行理论分析，提出一种通过数学运算虚拟实现时间反转的方法。搭建了空气耦合超声导波扫描检测系统，根据空气耦合传感器的角度和方向选择性，对损伤概率成像算法进行改进，发展了一种空气耦合导波扫描检测的成像算法。利用搭建的系统对含有不同尺寸的圆形、矩形和梯形分层缺陷的复合材料板进行扫描检测，检测结果与商业水浸C扫描系统检测结果十分吻合。