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。

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。

相控陣超聲檢測

動態深度掃描又稱動態深度聚焦，超聲聲束沿陣元中軸線，對不同深度的焦點進行掃描。分為發射動態深度聚焦和接收動態深度聚焦：發射動態聚焦即在發射時以不同聚焦深度延遲對探頭進行分別激發，聲束焦點在空間中深度方向延伸；接收動態聚焦在發射時使用單個聚焦脈沖，通過接收時不同深度接收延遲對回波脈沖重新聚焦。右圖為動態深度掃描示意圖，以及普通扇形掃描成像和動態深度聚焦成像對比。