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(guī)律分布排列，然后逐次按預(yù)先規(guī)定的延遲時間激發(fā)各個晶片，所有晶片發(fā)射的超聲波形成一個整體波陣面，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或多個探頭系統(tǒng)更大的能力。超聲相控陣檢測技術(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)脈沖的不同延遲時間，變換聲波到達(或來自)物體內(nèi)某點時的相位關(guān)系，實現(xiàn)焦點和聲束方向的變化，從而實現(xiàn)超聲波的波束掃描、偏轉(zhuǎn)和聚焦。

然后采用機械掃描和電子掃描相結(jié)合的方法來實現(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。

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陣元發(fā)射和接收信號的時間，由于時間差的存在，每個陣元發(fā)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(yù)設(shè)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(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)。

相控陣超聲檢測

動態(tài)深度掃描又稱動態(tài)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(fā)射動態(tài)深度聚焦和接收動態(tài)深度聚焦：發(fā)射動態(tài)聚焦即在發(fā)射時以不同聚焦深度延遲對探頭進行分別激發(fā)，聲束焦點在空間中深度方向延伸；接收動態(tài)聚焦在發(fā)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(tài)深度掃描示意圖，以及普通扇形掃描成像和動態(tài)深度聚焦成像對比。