1. 相控陣超聲探頭
傳統(tǒng)A型脈沖反射法超聲探頭的壓電晶片通常是一個(gè)整體，為圓形或矩形，晶片尺寸為6-25mm。而相控陣探頭的壓電晶片有所不同，它是由多個(gè)相互獨(dú)立的小晶片組成的陣列，每個(gè)小晶片稱為一個(gè)陣元，每一個(gè)陣元都有獨(dú)立接收和激發(fā)電路，且彼此聲絕緣。比如一個(gè)32晶片的相控陣探頭是由32個(gè)單獨(dú)陣元組成陣列（相當(dāng)于32個(gè)常規(guī)探頭）。
為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，相控陣超聲探頭可以將若干個(gè)獨(dú)立的陣元按照一定的排列方式組合成若干種陣列。所有陣列排列方式都可以通過(guò)控制陣元的激勵(lì)順序和延時(shí)，實(shí)現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)或聚焦，以獲得靈活的聲束滿足不同的檢測(cè)需求，并且可以在不移動(dòng)探頭的情況下檢測(cè)較大區(qū)域。
其中，一維線陣由于制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用最為廣泛；二維矩陣受加工工藝、電路復(fù)雜度和制作成本等限制，主要用于特殊材料檢測(cè)；一維曲面陣列適用于管道內(nèi)外壁檢測(cè)；圓環(huán)陣列不能控制聲束偏轉(zhuǎn)（可聚焦）；扇形陣多用于棒材和螺栓坯件等檢測(cè)；雙線陣和雙1.5維陣通常用于近表面缺陷和粗晶材料檢測(cè)。
此外，針對(duì)特殊的檢測(cè)對(duì)象和環(huán)境，還有一些特殊用途的相控陣探頭，比如適用于小徑管焊接接頭的自聚焦線陣探頭，用于狹小空間區(qū)域檢測(cè)的小尺寸換能器，以及適用于不規(guī)則表面零件檢測(cè)的柔性換能器等。
2. 相控陣超聲聲束形成
相控陣超聲是基于惠更斯-菲涅耳原理，各個(gè)陣元發(fā)出的超聲波經(jīng)過(guò)干涉合成預(yù)期的聲束。儀器激發(fā)電路會(huì)對(duì)各陣元的激發(fā)時(shí)間施加一定延遲，各列陣元發(fā)出的超聲波，會(huì)在空間某處形成干涉。通過(guò)精確設(shè)定各陣元的激發(fā)延時(shí)（通常稱為聚焦法則或延時(shí)法則），可以實(shí)現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)、聚焦等現(xiàn)象。
我們以應(yīng)用最廣泛的一維線陣為例，來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下相控陣超聲聲束的形成及特點(diǎn)。
聲束偏轉(zhuǎn)：按照固定延時(shí)依次激發(fā)各陣元，得到傾斜的聲束；調(diào)整延時(shí)間隔時(shí)間，能得到不同傾斜角的聲束。
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聲束聚焦：先激發(fā)兩端的陣元，再逐步激發(fā)中間的陣元，得到聚焦聲束；調(diào)整延時(shí)間隔時(shí)間，能得到不同焦點(diǎn)的聲束。
不同的陣元組合與不同的延遲法則相結(jié)合，形成了3種特有的工作方式（稱為：電子掃描方式），即：線性掃描、扇形掃描、動(dòng)態(tài)聚焦。
線性掃描：
1、N為陣元總數(shù)，其中相鄰的n個(gè)陣元為一組（稱為一個(gè)序列，n＜N），對(duì)每一組序列施加相同的聚焦法則；
2、以設(shè)定的聚焦法則激發(fā)第一組序列；
3、沿陣列長(zhǎng)度方向向前移動(dòng)一個(gè)步進(jìn)值(一般為一個(gè)陣元晶片)，以同樣的聚焦法則激發(fā)第2組序列；以此類推，直至最后一組序列。
扇形掃描：
選擇一組陣元，對(duì)這組陣元依次實(shí)施不同的聚焦法則，每次改變聲束的偏轉(zhuǎn)角度，從而形成一個(gè)扇形的掃查區(qū)域。與線性掃描不同，扇形掃描陣元不變，而聚焦法則隨時(shí)改變。
動(dòng)態(tài)聚焦：
在聲軸的不同深度進(jìn)行聚焦，即通過(guò)動(dòng)態(tài)控制晶片的聚焦法則，實(shí)現(xiàn)聲軸上不同深度點(diǎn)的動(dòng)態(tài)聚焦。
3. 相控陣超聲成像
傳統(tǒng)的A型脈沖反射法超聲檢測(cè)，是將超聲回波信號(hào)的幅度與傳播時(shí)間以直角坐標(biāo)的形式展示，其中橫坐標(biāo)表示聲波的傳播時(shí)間，縱坐標(biāo)表示信號(hào)幅度，即A型顯示。相控陣超聲不僅能實(shí)現(xiàn) A 型顯示，還能實(shí)現(xiàn)超聲成像。超聲成像方法是基于 A 型顯示形成的工件不同截面的圖像顯示。按成像所反映的工件不同截面，可分為 B、C、D、S 型顯示。
S型顯示
S型顯示作為相控陣超聲成像中最基本的顯示形式，我們簡(jiǎn)單介紹一下它的成像機(jī)制。
S 型顯示是相控陣超聲成像的基礎(chǔ)顯示形式，我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下它的成像原理。
S 型顯示的每條角度線都對(duì)應(yīng)著一幅 A 掃波形圖，就像上圖頂部的紅色角度線，它對(duì)應(yīng)的是聲束偏轉(zhuǎn)角度為 69°的 A 掃波形圖。我們知道 A 掃波形圖是二維的，橫軸表示時(shí)間（距離），縱軸表示波幅。而 S 型顯示中的每條角度線是一維的，因此我們?cè)?S 型顯示中用不同顏色來(lái)表示 A 掃的波幅信息。也就是說(shuō)，角度線代表時(shí)間（距離），顏色則代表不同的波幅。
B型、D型、C型顯示
基于S型顯示，再結(jié)合探頭的移動(dòng)掃查，通過(guò)儀器將各截面投影并進(jìn)行體積修正，可以得到B型、D型、C型顯示。
4. 相控陣超聲檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)和局限性
與傳統(tǒng)A型脈沖反射法超聲檢測(cè)技術(shù)相比，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
1、聲束精確可控，靈活性強(qiáng)，尤其適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)工件的檢測(cè)。
2、缺陷以圖像方式顯示，直觀和可記錄，重復(fù)性好。
3、可獲得更好的檢測(cè)靈敏度、分辨率和信噪比。
4、相控陣超聲檢測(cè)速度更快。
5、相控陣超聲檢測(cè)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集操作人員的要求降低。
相對(duì)射線檢測(cè)，相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)具有如下特點(diǎn)：
1、相控陣超聲檢測(cè)對(duì)面積型缺陷檢出率高。
2、相比射線檢測(cè)，它能更精確測(cè)缺陷深度和高度。
3、相控陣超聲檢測(cè)無(wú)輻射，可與附近區(qū)域同時(shí)工作，保障工程進(jìn)度。
相控陣超聲檢測(cè)技術(shù)的局限性：
1、相控陣設(shè)備器材價(jià)格較高，但會(huì)隨技術(shù)發(fā)展降低。
2、檢測(cè)人員理論知識(shí)要求高，還需了解更多領(lǐng)域知識(shí)。
3、工件表面光滑度和溫度會(huì)影響檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。
4、相控陣超聲檢測(cè)對(duì)工藝紀(jì)律要求高。
