超聲相控陣動作原理

超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個壓電晶片按一定的規律分布排列，然后逐次按預先規定的延遲時間激發各個晶片，所有晶片發射的超聲波形成一個整體波陣面，能有效地控制發射超聲束（波陣面）的形狀和方向，能實現超聲波的波束掃描、偏轉和聚焦。

它為確定不連續性的形狀、大小和方向提供出比單個或多個探頭系統更大的能力。超聲相控陣檢測技術使用不同形狀的多陣元換能器產生和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發射(或接收)脈沖的不同延遲時間，變換聲波到達(或來自)物體內某點時的相位關系，實現焦點和聲束方向的變化，從而實現超聲波的波束掃描、偏轉和聚焦。

然后采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像。通常使用的是一維線形陣列探頭，壓電晶片呈直線狀排列，聚焦聲場為片狀，能夠得到缺陷的二維圖像，在工業中得到廣泛的應用。

超聲相控陣應用實例

不同廠家超聲相控陣設備的功能、操作及顯示方式等各不相同，但是檢測應用基本相同。本文現以以色列Sonotron NDT 公司生產的相控陣設備（即ISONIC-UPA） 應用為例來分析介紹。本文現以以色列Sonotron NDT 公司生產的相控陣設備（即ISONIC-UPA） 應用為例來分析介紹。ISONIC-UPA 設備技術特點和優勢，不同于其他廠家的相控陣設備，體現了超前的理念。

相控陣超聲檢測優點

（1）相控陣的S掃：即同時擁有許多角度的超聲波，相當于多種角度的探頭同時工作，所以相控陣無需鋸齒掃查，只要沿著焊縫移動探頭即可，檢測效率更高，適合自動化檢測。

（2）相控陣的動態深度聚焦：而常規超聲波一般沒有（除了聚焦探頭外），所以相控陣檢測的靈敏度和分辨率都比常規超聲檢測高。

（3）相控陣檢測可以同時進行B掃、D掃、S掃和C掃描，通過建模，缺陷顯示非常直觀。

（4）超聲相控陣可以檢測復雜形狀的零件，比如可以檢測葉片的葉根、螺栓、變徑軸。

相控陣聲束的聚焦與偏轉

相控陣依照聚焦法則控制探頭各個陣元發射和接收信號的時間，由于時間差的存在，每個陣元發射聲波的波陣面在空間中傳播逐漸匯聚成一點，從而達到聲束聚焦的效果。以軸線聚焦為例，分別計算各陣元至預設焦點的聲程，從而得到聲束由陣元傳播至該焦點處所需的時間，并與其中值進行差值計算從而得到各陣元的延遲值。相控陣的聚焦和偏轉示意圖如圖2所示，其中（a）為聲束在軸線上聚焦，（b）為聲束呈現一定角度偏轉。