水平轴风力发电机是当前主流的风电机组。主轴在长期服役过程中,不仅遭受严峻自然环境带来的侵蚀,更是长期承受扭矩、弯矩及轴向推力等复杂应力作用。主轴与轴承配合部位出现的裂纹严重损害主轴机械性能,威胁风机服役安全。超声检测作为一种无损检测技术,为风机主轴的运行安全提供了保障。本文主要围绕在役风机主轴表面开口横向裂纹的超声检测问题,开展端面检测方法和裂纹量化表征技术研究。风力发电机主轴属于大型轴类,具有复杂的轮廓特征,服役空间较为封闭,主轴端面常作为检测面。然而,通过主轴端面检测时,得到的回波信号复杂,难以判断回波来源。对于在役风机主轴的检测,往往还要求评价裂纹的损伤程度,裂纹的定量检测需求逐渐凸显。本文立足于解决在役风机主轴裂纹检测实际问题,深入分析了端面辐射声波的传播特性,研究了一种仅依靠端面传感器阵列的超声检测方法以及相应的在线检测系统。在此基础上,充分借助主轴中心孔结构特点,突破性地提出了一种利用衍射波进行裂纹量化表征的技术,实现了小裂纹扩展深度的定量检测。论文的主要研究内容包括:（1）端面辐射声波在主轴中的传播特性研究。针对风力发电机主轴,发展了一种适于大尺寸复杂结构的声学建模方法;针对典型风机主轴,建立了自激自收与一激一收两种形式的主轴声学仿真模型,详细分析了声波在主轴中的传播路径,直观地展现了声波在主轴结构特征上的反射、波型转换和侧壁效应等。对于主轴中表面开口裂纹,探究了裂纹反射波在端面的幅值分布规律,以及裂纹衍射声场的特性。通过实验验证了所建模型的正确性。（2）主轴表面开口横向裂纹端面检测技术研究。考虑在役风机主轴检测面的限制,提出了一种仅利用端面进行表面开口横向裂纹的检测方法。利用端面辐射声波的扩散特性,考虑声束在不同深度上的覆盖范围,优化设计了传感器阵列,并实现了检测区域声束全覆盖。研制了一套风机主轴在线检测系统,具备超声波脉冲激励、小信号接收、多通道复用和无线传输等功能,解决了主轴运行条件下的检测设备通讯问题,并实现了远程检测和端面电子扫查。（3）主轴表面开口横向裂纹衍射波量化技术研究。针对裂纹定量检测需求,研究了一种利用端面辐射、中心孔接收的衍射波裂纹量化表征技术。利用裂纹尖端对声波的衍射特性,探究了发射声源位置、接收声源位置与衍射波渡越时间之间的关系。建立了表征裂纹扩展程度的双椭圆数学模型。通过建立的一激多收式声学检测模型,验证了裂纹量化方法的有效性。进一步探索了影响裂纹量化精度的因素,并提出了衍射波渡越时间的校准方法。在主轴试样上开展了裂纹检测实验,结果表明,裂纹衍射点定位最大误差小于5mm。（4）适用于中心孔内纵波接收的电磁声传感器研制。为满足主轴中心孔内衍射纵波的接收需要,提出了一种十字形永磁体阵列与“回”型线圈组合的电磁声传感器结构形式。建立了包含逆洛伦兹力和逆磁致伸缩效应共同作用的电磁声传感器模型,探究了线圈匝数、导线间距和“回”型线圈间隔等参数对声波接收能量的影响,并对线圈参数进行了优化。同时,通过分析不同电缆形式、材料类型、提离距离等影响因素对传感器阻抗的影响,研制了传感器至负载的阻抗匹配网络,实现了接收回波信号的增强,并测量了传感器的接收特性与指向性;最后,利用研制的电磁声传感器进行了衍射纵波检测实验,并实现了裂纹的检测评价,量化精度小于4.5mm。