高效准确的无缝钢轨温度应力检测与探伤是确保高速铁路安全运营的重要技术手段,由于超声导波具有传输距离远、可以引起钢轨截面全部质点振动等优点,基于超声导波的钢轨状态在线监测技术受到越来越大的关注。应用超声导波的一个关键是要精确控制钢轨中导波的波形,这样才能精确定位和匹配探测波包,测量其形状、速度等的变化,进而感知温度应力、缺陷等钢轨关键状态。本文从导波换能器结构和激励信号两个方面来研究导波波形控制方法,借助ANSYS有限元仿真和实物实验,提出了压电晶片直接耦合与时间反转波形控制的策略,取得了较好的效果。本文首先利用有限元对超声导波在平板和钢轨中的传播进行仿真,同时进行实验对比分析,发现仿真结果和实验结果的吻合度很高,成功验证了本文有限元仿真方法的可行性。通过理论分析确定了有限元仿真中35kHz的最佳激励频率和激励位置,并通过仿真验证了理论结果。本文对变幅杆式换能器、夹心式换能器和压电片式换能器三种换能器进行设计建模,并通过ANSYS有限元仿真分析,最终确定了压电片式换能器为后续研究中的理想换能器。通过仿真分析了阻尼对兰姆波在平板中传播的影响,最终确定了最优阻尼值,使得仿真获得的位移曲线和电压曲线与实验中得到的曲线达到了很高的一致性,在此基础上,在平板中成功验证了时间反转法获得任意波形激励方案的可行性。本文最后通过对钢轨中超声导波换能器的有限元仿真,利用时间反转法,以5个周期,幅值为1,汉宁窗调制的正弦信号为例,成功获得了任意波形激励,提高了接收波形的精确度。