近年来,随着火车的提速造成的稳定和安全问题,轨道逐步转为采用无缝焊接钢轨,随着钢轨温度的变化,无缝钢轨可能会因为热胀或冷缩的金属特性并且在扣件阻力小而且路基较差的路段释放能量,可能会发生钢轨严重变形,更甚者会发生胀轨跑道等严重铁道事故,为了避免发生如此事故,有必要定期对钢轨的温度应力进行检测。为了解决这个问题,目前已经有了多种检测钢轨温度应力的方法,比如为标定轨长法、应变法、磁感应测量法和超声波测量法,但是在我国,便携、通用有效的检测仪器或方法还没有被研制出来。本文中介绍了一种测量无缝焊接钢轨温度应力的特殊的超声波系统,这个测量系统是无损检测系统,它采用AVR处理器和高精度时间计时芯片为核心,采用极限折射纵波作为测量的对象。本文的研究工作重点在无缝焊接钢轨温度应力测量系统的理论模块,包括根据SNELL原理,研究极限折射纵波的激发机理,并使用有限元软件ANSYS进行仿真;根据声弹性理论以及公式推导出计算无缝焊接钢轨中的温度应力的公式,并对其中参数的求解方法进行介绍;根据收集的资料,介绍了三种使用极限折射纵波测量无缝焊接钢轨温度应力的方法,即固定距离测量声时法、临界角折射法和频谱分析法,本实验系统使用的是第一种;根据实验经验以及相关资料,分析了影响极限折射纵波测量温度应力的几个因素,并提出了相应的解决方法;根据实验系统的需要,独立设计并加工出相关配套的实验设备,包括实验钢块、有机玻璃楔块、固定件、载荷外框装置等。