随着我国运行铁路的快速发展,对火车车轮质量的检测也有了更高的要求。及时并有效地对火车车轮进行检测,能够及早地发现火车行车隐患,将事故消灭于萌芽之中。电磁超声相控阵检测技术克服了压电超声检测需要耦合剂的缺点,并能够控制声束的偏转与聚焦,检测速度快,对于车轮辋裂内部缺陷能够进行及时高效的检测。但电磁超声相控阵聚焦声场的影响参数较多,设计难度大,限制了EMAT相控阵技术的发展,针对上述问题,理论分析了聚焦声场的影响参数,并仿真研究设计了16通道EMAT聚焦相控阵。针对电磁超声换能器换能效率低的问题,通过建立多组永磁体磁场仿真对比试验,优化了永磁体的尺寸、排布。建立了16通道相控阵电磁超声二维有限元仿真模型,利用多物理场仿真研究了偏转角度、工作频率、聚焦深度、阵元宽度对聚焦声束指向性的影响,据此给出横波电磁超声相控阵换能器的优化参数。在此基础上,为克服检测曲率较大车轮时声束指向性与信号幅值降低的缺点,研究了电磁超声相控阵在不同曲率试件内的聚焦效果,优化设计了曲面曲折横波相控EMAT,使其声束指向性得到改善。最后,基于Matlab软件设计了对于电磁超声相控阵车轮检测阵元回波信号的处理与成像软件。通过对回波信号的滤波、去噪与检波,提取电磁超声相控阵车轮缺陷回波信号的特征值。利用B扫描射频采样算法,完成了对火车车轮内部1×5mm空气缺陷的成像,并最终结果证明该B扫描算法对于车轮内部1×5mm的长方形空气缺陷的检测平均误差为4.37%。