许多机械部件中的圆管结构长期在交变应力的工况下服役，容易出现疲劳裂纹，最终导致材料失效酿成事故。非线性超声能够表征疲劳裂纹的损伤程度，而表征损伤程度的非线性系数的提取方法尤为重要。提出一种基于小波变换的时频信号处理方法用以提取疲劳裂纹产生的非线性信号并以此计算非线性系数。首先，分析了多种小波基进行小波变换处理后得到的非线性系数间的量化关系；其次，利用仿真得到带有疲劳裂纹的圆管中的非线性超声导波信号，比较各类非线性系数提取方法得到的不同频率分量幅值随时间变化的信息；最后，建立疲劳裂纹损伤程度与各类方法得到的非线性系数间的量化关系。试验结果表明，所提方法得到的非线性系数能够更好地表征疲劳裂纹的损伤程度。