超声波技术是测量钢轨应力一种重要手段。电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)是一种新型的超声发射接收装置。由于其具有不需要耦合剂和无需接触等特点,得到了越来越多的关注。本文首先论述了电磁超声技术的发展与应用,深入研究了电磁超声的理论基础,将EMAT分为三个相互联系的场:电磁场,机械力场和超声波场,推导出了相应的物理方程式,并得到了电磁超声系统的完整表达式;分析了固体中几种常见的超声波型,并结合声弹性理论,给出了应力和表面波的传播时间之间的关系。其次,对电磁超声的检测系统进行了设计。研究比较了永磁铁和两种电磁铁的特点,讨论了线圈结构对超声波模式的影响,设计了电磁超声检测探头。利用集成移相全桥控制芯片UCC2895设计了脉冲串信号发生器,并利用MOSFET组成全桥逆变电路对信号进行功率放大,着重研究了MOSFET的驱动特性以及相应的驱动参数的选择方法,设计了驱动电路。研究了EMAT的阻抗匹配方法,提高了发射效率和接收信号的信噪比。最后,在实际钢轨上进行了一系列的实验研究。首先对会影响钢轨应力测量结果的因素进行了实验分析和研究,优化了检测系统;其次,对钢轨进行应力加载试验,给出了钢轨的应力-声时关系,为下一步实现钢轨应力的动态检测奠定了基础。