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超声相控阵动作原理

超声相控阵是超声探头晶片的组合，由多个压电晶片按一定的规律分布排列，然后逐次按预先规定的延迟时间激发各个晶片，所有晶片发射的超声波形成一个整体波阵面，能有效地控制发射超声束（波阵面）的形状和方向，能实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。

它为确定不连续性的形状、大小和方向提供出比单个或多个探头系统更大的能力。超声相控阵检测技术使用不同形状的多阵元换能器产生和接收超声波束，通过控制换能器阵列中各阵元发射(或接收)脉冲的不同延迟时间，变换声波到达(或来自)物体内某点时的相位关系，实现焦点和声束方向的变化，从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦。

然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。通常使用的是一维线形阵列探头，压电晶片呈直线状排列，聚焦声场为片状，能够得到缺陷的二维图像，在工业中得到广泛的应用。

超声相控阵应用实例

不同厂家超声相控阵设备的功能、操作及显示方式等各不相同，但是检测应用基本相同。本文现以以色列Sonotron NDT 公司生产的相控阵设备（即ISONIC-UPA） 应用为例来分析介绍。本文现以以色列Sonotron NDT 公司生产的相控阵设备（即ISONIC-UPA） 应用为例来分析介绍。ISONIC-UPA 设备技术特点和优势，不同于其他厂家的相控阵设备，体现了超前的理念。

相控阵超声检测优点

（1）相控阵的S扫：即同时拥有许多角度的超声波，相当于多种角度的探头同时工作，所以相控阵无需锯齿扫查，只要沿着焊缝移动探头即可，检测效率更高，适合自动化检测。

（2）相控阵的动态深度聚焦：而常规超声波一般没有（除了聚焦探头外），所以相控阵检测的灵敏度和分辨率都比常规超声检测高。

（3）相控阵检测可以同时进行B扫、D扫、S扫和C扫描，通过建模，缺陷显示非常直观。

（4）超声相控阵可以检测复杂形状的零件，比如可以检测叶片的叶根、螺栓、变径轴。

相控阵声束的聚焦与偏转

相控阵依照聚焦法则控制探头各个阵元发射和接收信号的时间，由于时间差的存在，每个阵元发射声波的波阵面在空间中传播逐渐汇聚成一点，从而达到声束聚焦的效果。以轴线聚焦为例，分别计算各阵元至预设焦点的声程，从而得到声束由阵元传播至该焦点处所需的时间，并与其中值进行差值计算从而得到各阵元的延迟值。相控阵的聚焦和偏转示意图如图2所示，其中（a）为声束在轴线上聚焦，（b）为声束呈现一定角度偏转。