铁路是日常生活中重要的交通工具,一旦发生事故,就会造成严重的生命和财产损失。因此,保证铁路的安全运行,一直是各个国家的重要任务。定期对钢轨进行检测,对减少重大事故的发生具有重要的现实意义。为了实现在高速状态下探伤,本文设计了一台简单的钢轨检测装置,该装置可以达到10km/h的探伤速度。为了确保能够正常检测,本文设计的检测装置必须满足以下三个要求:具有一定的探伤速度、保证探头与钢轨有效的耦合、实现缺陷信号的高速采集等。超声信号中往往含有大量的噪声,如何在背景噪声条件下提取缺陷一直是超声信号处理的一大难题。分离谱技术因能显著提高信噪比,一直在超声信号处理中占有重要地位,但是该技术受滤波器组的数目、带宽、频率间隔等参数的影响较大,因此至今仍然无法在工程界得到广泛的推广。本文基于分离谱技术的思想,构建了变带宽时频分析的处理方法,并确定了最优信噪比下的重构方法,即极性阀值法和最小值法相结合的方法。基于缺陷信号的波形、频率等特征,构建了缺陷信号模型,并利用仿真缺陷信号对实际超声信号进行相关滤波处理,以提取缺陷信号特征。在钢轨探伤中,缺陷回波的频率会集中在探头中心频率的附近,然而噪声的频率是随机的,所以噪声的能量也往往比缺陷信号能量低。基于WVD时频能量变换,对超声信号进行处理,以排除噪声干扰。本文将上述三种方法组合起来,构成时频分析三步法,可以同时提高缺陷检出率和信噪比。本文分别用超声0°探头、37°探头以及70°探头对位于不同部位的钢轨孔缺陷和裂纹进行检测,并将实际超声信号进行三步时频分析处理,从处理后的信号中能够快速的识别出孔缺陷和裂纹缺陷。