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伴随着高铁的高速发展,轨道载荷也同步增加,起着承载和导向列车作用的在役钢轨是否健康直接关系到列车的行车安全,因此对在役钢轨的损伤检测极具现实意义。本文基于超声波脉冲反射检测原理,对在役钢轨损伤精准定位系统进行研究。首先对系统整体方案和损伤识别算法进行设计,为实现探伤系统较高的探伤速度和探伤准确率的目标,本文提出了检测与观测分离的系统方案,通过蓝牙实现检测与观测之间的无线通信,采用ARM+FPGA的架构作为系统的计算和控制中心,并通过FSMC接口实现二者间的数据传输,以此完成对双轨超声回波信号的实时处理;基于超声回波信号间相似的特点,本文确定了损伤识别算法,即采用无时差互相关和滑窗互相关算法,并基于超声回波缺陷信号的频率和包络等特征,建立了超声回波缺陷模型,通过MATLAB对算法的可行性以及在叠加±5dBSNR噪声时算法的性能进行了仿真验证。在此基础上,提出本文多平台分级算法损伤识别解决方案,并采用算法状态机对该方案进行具体实现。此外对影响探伤系统性能的主要因素进行了分析,确定了超声波激励信号形式和通过实验方式确定了超声激励电路的关键参数,并采用FIR滤波器实现回波信号的滤波处理。在FPGA上实现无时差互相关算法,通过等效变换与运算模块分时复用的方式使得优化后的算法资源消耗是直接实现时的36%。本文完成系统的软硬件设计,采用SolidWorks对探伤装置进行三维建模,并生成可加工制作模型具体要求;完成FPGA数据采集控制电路、超声波发射与接收电路以及基于分布式算法的FIR滤波器设计;在ARM平台下完成算法状态机的实现、多探头轮流激励机制、钢轨自适应模块以及手持设备交互接口的设计。通过在实验室搭建调试平台,完成对探伤系统的软硬件调试,在验证了系统各模块功能正确性之余,对比了 FSMC与SPI通信效率,结果表明FSMC是SPI的27倍左右,大幅提升了系统性能。同时,通过在钢轨上分时引入人为损伤和在标准试块CSK-IA进行模拟实验,结果表明探伤系统能够正确识别出核伤、φ1.5mm孔伤和1mm裂缝等损伤。最后在现场进行实际测试,结果表明探伤装置能够正确识别出钢轨轨头轨腰轨底连通区域的损伤,这为我国在役钢轨探伤提供了有益探索。