列车在制动和加速以及通过钢轨间的焊接缝、弯道和岔道时,列车对钢轨造成摩擦、挤压、冲击等作用力,长期反复下去,钢轨就极易产生裂纹而且可能快速扩展开来,从而引起钢轨断裂等造成恶劣的交通事故。尤其在我国,由于人口众多,外出务工及其他流动人口大,物资运输量大,在交通日益发达的今天,列车仍然是最主要的中长途交通运输方式。因此,为保证物资运输的可靠性和人身交通安全,对线路钢轨进行损伤检测以防灾难事故发生是极其必要的。本文通过学习现有的探伤技术并结合了解当前的钢轨探伤方法及应用产品,展开超声相控阵用于钢轨探伤的研究。本文的主要工作内容如下:1.详细阐述了超声相控阵的原理特点,并研究了相控阵偏转和聚焦法则即时延控制计算方法及时延控制精度的影响,通过仿真分析总结了相控阵各个参数对其性能的影响。2.分别研究了影响超声相控阵探伤检测的三个主要因素:时延控制、横向和纵向分辨率。本文将DDS技术运用到超声相控阵发射细时延的控制以实现时延高分辨率,减小声束误差旁瓣,提高声束偏转精度和系统焦点的纵向控制分辨率;采用动态孔径变深度聚焦接收方法提高超声相控阵探伤检测较高的横向分辨率,给出了孔径控制的理论计算方法;引入脉冲压缩技术以提高探伤检测的纵向分辨率。3.设计了一种钢轨探伤系统和方法,采用相控阵技术克服传统钢轨探伤系统采用多个方向上的单探头的结构复杂、操作不灵活、检测效率低以及检测结果不够准确等缺点;该系统通过均匀扫描对检测区域进行定性的成像显示,同时通过偏转聚焦的集中检测,对缺陷进行准确定位,在缺陷定位时针对当前钢轨探伤系统大多采用回波幅度阈值法进行缺陷的定位作一点改进,而是采用回波幅度阈值与广义互相关联合的方法进行准确的缺陷回波时延估计,保证了缺陷定位的可靠性和准确性。