近年来，随着我国经济的发展，大型民用工程、高层建筑、大跨度桥梁和水利设施等土木工程的兴建，学术界和工程界对土木工程结构进行实时、在线的健康监测的研究逐渐成为热点。在土木工程监测领域中利用智能材料的健康监测取得的成果,为达到实际的土木工程健康监测提供了有效的方法。压电材料因为既有传感的特性又有驱动功能，和响应快、线性度好、能耗低、成本低以及易于加工的优点，因此广泛应用于混凝土结构健康监测。以压电材料为传感元件的压电超声传感器是混凝土结构健康监测系统中的重要组成部分。压电超声传感器的工作机理是压电材料的正、逆压电效应，并且能够实现电能和声能互相转化的器件，按工作机理的不同压电超声传感器可以分为：发射型传感器和接收型传感器两大类。本论文基于上述背景，对发射型、接收型压电超声传感器的制备和使用其进行混凝土结构健康监测进行了具体研究，主要研究工作包含下列几个方面：(1)发射型压电超声传感器的制备及其性能研究。该类传感器的传感元件为PZT-41型压电陶瓷，研究了传感器组成部分中的匹配层和背衬材料对传感器性能的影响。结果表明，当匹配层厚度为2.5mm时，传感器信号首波幅值最大，发射信号强度高，实验结果符合四分之一波长理论；背衬材料中钨粉与水泥的质量比1.5:1，厚度为6mm时，传感器的首波幅值较大，信号衰减快，具有最大分辨率。在实际检测过程中，应该合理选择控制背衬层的厚度，使发射型传感器的灵敏度达到最优。(2)接收型压电超声传感器的制备及其性能研究。研究中分别从压电元件、匹配层及背衬层的组成和厚度进行实验和分析。实验表明：以陶瓷柱截面积为1×1mm2的1-3型压电复合材料做压电元件制备的接收型传感器灵敏度最高，频带宽度最大；匹配层厚度为3mm的传感器接收波的最大振幅值和首波幅值最大，试验结果和四分之一波长理论基本吻合；背衬材料中钨粉和水泥的质量比为2以及背衬层厚度为8mm时，传感器的带宽最大，接收性能最好。(3)基于非线性超声技术对混凝土中损伤的产生和扩大情况进行了检测。利用时域和频谱两种声波信号处理方式对接收信号进行分析，从幅值衰减、波形畸变以及谐振产生的角度提出判断混凝土损伤情况的特征指标。从试验结果可以得出声幅、谐振是确定混凝土裂纹损伤状况比较好的依据，试验结果证实了利用埋入式压电超声换能器进行混凝土损伤检测具有很好的有效性。(4)利用埋入式压电超声传感器对混凝土强度增长过程进行了动态监测。通过测试混凝土在不同龄期的抗压强度和监测不同龄期的混凝土声信号变化情况，得到了监测信号的声学参数随混凝土龄期变化的曲线图，建立了超声波声学参数的变化与混凝土强度增长趋势的对应关系。该方法突破了传统无损检测技术的限制，提出了一种利用埋入式传感器监测混凝土强度增长过程的新方法。试验结果表明，基于埋入式压电超声传感器对混凝土强度增长过程进行监测的方法是可行的。