超声相控阵技术的基本思想

超声相控阵技术的基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。相控阵雷达是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各单元的幅度和相位，调整电磁波的辐射方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。超声相控阵换能器由多个***的压电晶片组成阵列，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。

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。

超声相控阵的角度补偿

传统工业相控阵定量方法不具有角度、声程、晶片增益修正技术，多晶片探头通过楔块入射到工件内部时存在入射点漂移现象和能量分布变化。采用单一入射点校准方式与常规距离-波幅曲线修正，造成的扇形扫查区域中能量分布不均匀及测量误差等问题未能有效解决，如图7 所示。而ISONIC-UPA 相控阵设备具有角度补偿功能，能有效地解决此类问题。

所谓角度补偿就是针对不同的聚焦法则，输入扇形扫查所需的角度范围及入射角度的增量后，晶片可以分别进行角度增益调整，也就是晶片角度增益修正。

有了角度增益补偿设置功能，可以取代传统的通过设置DAC曲线的方法来补偿增益变化。在A***E Case2557 标准中明确指出进行扇形扫描时要进行角度增益补偿。角度增益补偿曲线如图8所示，经过角度补偿后得到的等量化数据。

相控阵超声检测发射与接收

相控阵声束的激发和接收过程主要由激发与接收模块、器、探头阵元三个模块组成，工作时激发模块将一定幅值的的触发信号传送至器，按发射聚焦法则分别计算各阵元声束发射的延迟时间，并对触发信号的脉冲宽度进行整合，整合后的脉冲信号分别加载至各个阵元。由于延迟的存在，各阵元发射的声束相位不一，声束在空间中产生叠加形成入射波波阵面，并聚焦在一定深度，以此进行工件中缺陷的检测。