我国重载铁路运输量的逐年增长,对铁路线路基础设施的健康监测工作提出了更高的要求,其中轨道断裂在线监测工作是保障重载铁路线路安全运营的重要举措之一。超声导波在钢轨中传播时可以覆盖钢轨整个横截面,其传播速度快,传播距离远,利用超声导波检测技术进行长距离断轨监测,可以及时检测出钢轨完全断裂和不完全断裂的情况。针对我国重载铁路的长距离断轨在线监测的需求,论文基于超声导波检测技术,设计一套用于重载铁路无缝线路的实时断轨监测系统,系统可以对重载铁路的钢轨断裂情况进行全天候在线监测。论文主要研究工作包括:基于半解析有限元（SAFE）理论,首先求解出超声导波在U78Cr V（我国重载铁路常用轨材之一）重型钢轨中的频散曲线和模态振型,然后根据各模态振型特点选取适用于钢轨全断面检测的导波模态以及所选模态的激励方式。最后针对该激励方式,通过ANSYS三维有限元仿真,利用FFT和小波变换从群速度和相速度两个方面对模态进行了初步验证,并通过对比钢轨截面与导波模态振型的相似度来验证论文所确定的激励方式可以激励出所选模态。设计断轨监测设备,并将超声导波激励电路和接收电路集成到一个设备当中。设备以STM32和FPGA为核心控制单元,由FPGA驱动DA模块和AD模块分别完成超声信号的激励和采集工作,STM32从FPGA内部FIFO读取超声导波信号,对信号进行分析处理,并驱动显示屏对设备状态和钢轨状态进行实时显示。最后,由STM32通过4G模块与计算机采集系统进行数据交互。根据系统需求,结合论文所设计的硬件系统,完成嵌入式软件系统和计算机采集系统的设计,实现了系统预期功能。其中嵌入式软件系统包括FPGA和STM32的程序设计,计算机采集系统开发环境为Visual Studio,包括人机交互界面和源代码的设计。针对论文所设计的断轨监测系统,在实验室轨道和铁路现场分别对设备的性能和系统的整体功能进行了综合测试,测试结果表明论文所设计的断轨监测系统已达到预期要求。最后,针对论文所提出的激励方式,在环形铁路试验线进行了衰减试验,试验表明论文所选取的激励方式和导波模态适用于我国重载铁路的长距离断轨监测。