随着我国高铁的飞速发展,列车安全运行越来越受到人们的关注。列车关键部件之一车轮的检测及维护标准越来越高。研究更先进的相控阵超声检测技术,提高缺陷检测精度和灵敏度以及定位定量分析成为车轮检测趋势。为了优化车轮超声检测技术,本文在查阅大量相控阵超声资料和全聚焦方法(TotalFocusing Method)文献的基础上,将全聚焦算法应用到车轮缺陷定位、定量检测。具体工作如下：通过声场理论研究,分析了超声换能器声场辐射理论,建立了超声换能器数学模型,仿真了矩形平面声源的声场分布,为相控超声成像提供理论基础。基于全矩阵采集(Full Matrix Capture)模型以及全聚焦理论,仿真和实验实现了单一介质全聚焦成像。进一步分析了阵元指向函数在近场和深度上对缺陷图像质量的提升。本文还将全聚焦理论应用到二维阵列探头数据的处理,建立了基于二维阵列探头的全聚焦算法,同时对比分析了仿真和实验的结果。分析了超声波在双层介质中的传播特性,结合Snell定律和超声沿最短时间路径传播原理,通过Ferrari方法建立了界面条件下超声波束入射点位置计算模型,实现了双层介质全聚焦算法,并通过实验对计算模型进行验证。最后通过双层介质全聚焦成像算法实现车轮缺陷检测,确定了幅值叠加最大点定位为缺陷中心的方法,并通过改进传统的-6dB定量法对缺陷进行定量分析。与扇形扫查对比,双层介质全聚焦算法定位和定量的精度都有很大提高。