超聲相控陣動(dòng)作原理

超聲相控陣是超聲探頭晶片的組合，由多個(gè)壓電晶片按一定的規(guī)律分布排列，然后逐次按預(yù)先規(guī)定的延遲時(shí)間激發(fā)各個(gè)晶片，所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個(gè)整體波陣面，能有效地控制發(fā)射超聲束（波陣面）的形狀和方向，能實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。

它為確定不連續(xù)性的形狀、大小和方向提供出比單個(gè)或多個(gè)探頭系統(tǒng)更大的能力。超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)使用不同形狀的多陣元換能器產(chǎn)生和接收超聲波束，通過控制換能器陣列中各陣元發(fā)射(或接收)脈沖的不同延遲時(shí)間，變換聲波到達(dá)(或來自)物體內(nèi)某點(diǎn)時(shí)的相位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)和聲束方向的變化，從而實(shí)現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。

然后采用機(jī)械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實(shí)現(xiàn)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(chǎng)為片狀，能夠得到缺陷的二維圖像，在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。

超聲相控陣應(yīng)用實(shí)例

不同廠家超聲相控陣設(shè)備的功能、操作及顯示方式等各不相同，但是檢測(cè)應(yīng)用基本相同。本文現(xiàn)以以色列Sonotron NDT 公司生產(chǎn)的相控陣設(shè)備（即ISONIC-UPA） 應(yīng)用為例來分析介紹。本文現(xiàn)以以色列Sonotron NDT 公司生產(chǎn)的相控陣設(shè)備（即ISONIC-UPA） 應(yīng)用為例來分析介紹。ISONIC-UPA 設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，不同于其他廠家的相控陣設(shè)備，體現(xiàn)了超前的理念。

相控陣超聲檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)

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

（2）相控陣的動(dòng)態(tài)深度聚焦：而常規(guī)超聲波一般沒有（除了聚焦探頭外），所以相控陣檢測(cè)的靈敏度和分辨率都比常規(guī)超聲檢測(cè)高。

（3）相控陣檢測(cè)可以同時(shí)進(jìn)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(cè)復(fù)雜形狀的零件，比如可以檢測(cè)葉片的葉根、螺栓、變徑軸。

相控陣聲束的聚焦與偏轉(zhuǎn)

相控陣依照聚焦法則控制探頭各個(gè)陣元發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間，由于時(shí)間差的存在，每個(gè)陣元發(fā)射聲波的波陣面在空間中傳播逐漸匯聚成一點(diǎn)，從而達(dá)到聲束聚焦的效果。以軸線聚焦為例，分別計(jì)算各陣元至預(yù)設(shè)焦點(diǎn)的聲程，從而得到聲束由陣元傳播至該焦點(diǎn)處所需的時(shí)間，并與其中值進(jìn)行差值計(jì)算從而得到各陣元的延遲值。相控陣的聚焦和偏轉(zhuǎn)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(xiàn)一定角度偏轉(zhuǎn)。