光纤超声传感器是基于光纤传感技术实现的一种超声波敏感结构,和传统的压电式超声传感器相比,光纤超声传感器具有探测灵敏度高、响应带宽大、抗电磁干扰强、信号耦合方式灵活等特点;微机电系统（MEMS,Micro Electro Mechanical System）,是一种融合了光刻、腐蚀、薄膜等技术的微加工技术,将MEMS技术和光纤传感技术相结合可以研制出一种体积小、灵敏度高、频带宽的新型光纤MEMS超声传感器,该传感器可应用于超声Lamb波损伤定位和局部放电的超声定位领域。本论文基于光纤MEMS超声传感系统,通过对平板结构超声Lamb波和空间微弱放电源的高灵敏探测,深入研究了基于时延的损伤定位算法和局放源超声三维空间定位算法。本文结合超声Lamb波的基本概念,详细介绍了Lamb波的多模式和频散特性,对基于飞行时间和幅值的损伤定位算法进行理论分析;利用有限元仿真软件ABAQUS对Lamb波在损伤铝板中的传播过程进行了数值仿真,研究了椭圆算法和延时叠加算法在结构损伤定位中的关键参数和影响因素。在数值仿真的基础上,本文搭建了基于光纤MEMS超声传感器的铝板损伤定位实验平台,通过实验采集到的损伤铝板超声Lamb波信号,并采用椭圆算法和延时叠加算法开展了损伤定位研究,实验获得的损伤定位绝对误差最大仅有3 cm,同时结合光纤MEMS超声传感器探测Lamb波的信号特点,提出了一种基于匹配追踪的波包分解与高斯拟合相结合的包络分解算法,成功实现了对散射波和反射波的包络分离,并实验证明了该信号包络分离算法对光纤MEMS超声传感器Lamb波信号的包络特征提取和损伤定位精度的提升具有较好的实用价值。本论文针对电气设备局部放电定位的应用需求,基于光纤MEMS超声传感系统,同步开展了基于超声波探测的局放源三维空间定位算法研究,论文通过对比几种常见超声波局放源定位算法的优缺点,采用自主研制的光纤超声传感器系统搭建了针对局放源三维空间定位的在线传感系统,论文将到达时间差定位算法与希尔伯特变换相结合对局放源进行实时定位,实验结果表明,基于光纤MEMS的超声传感器系统可以实现对三维空间中微弱局放源的高灵敏度检测和精确定位,在40 cm的空间范围内,实现的三维空间定位精度较高,在x、y、z三个方向上的定位的重复性误差均小于±2 cm。