超聲相控陣技術(shù)，以其獨特的聲束操控和高速成像能力，正逐漸成為無損檢測領(lǐng)域的焦點。這一技術(shù)最初源于雷達天線的電磁波技術(shù)，最初僅在醫(yī)療領(lǐng)域得到應(yīng)用。然而，隨著微電子和計算機等新技術(shù)的迅猛發(fā)展，超聲相控陣現(xiàn)已被廣泛拓展至工業(yè)無損檢測領(lǐng)域。超聲相控陣技術(shù)憑借其獨特的聲束操控能力，能夠靈活地生成偏轉(zhuǎn)和聚焦聲束，從而實現(xiàn)對特定區(qū)域的高分辨率檢測，且無需更換探頭。
此外，該技術(shù)結(jié)合線性掃查、扇形掃查以及動態(tài)聚焦等多種工作模式，使得在檢測過程中，探頭幾乎無需移動即可高效完成對零件的檢測。相較于傳統(tǒng)的單晶片超聲檢測，超聲相控陣技術(shù)展現(xiàn)出更高的靈活性、檢測速度和分辨率，特別適用于形狀復(fù)雜的零部件檢測。
相控陣探頭設(shè)計與檢測模式
其探頭設(shè)計是將多個獨立的壓電晶片按照特定方式排列組合，通過計算機技術(shù)精確控制晶片的激勵順序和延時，以實現(xiàn)聲束的精確操控。為滿足多樣化的應(yīng)用需求，超聲相控陣換能器設(shè)計了多種獨特的組合方式。這些方式主要包括線形排列（線陣列）、面形布局（二維矩形陣列）以及環(huán)形構(gòu)造（圓形陣列）。通過這些靈活多變的設(shè)計，相控陣探頭能夠適應(yīng)不同的檢測場景，提高檢測效率和準確性。
動態(tài)聚焦與掃查效率
所有形式的相控陣排列，無論是線形、面形還是環(huán)形，都具備通過控制陣元發(fā)射延時來靈活操控聲束的能力。這使得探頭在無需移動的情況下，便能實現(xiàn)對較大區(qū)域的檢測。相比之下，常規(guī)的超聲聚焦探頭僅能將超聲波聚焦于一點，因此在該點處能獲得優(yōu)異的分辨率和靈敏度，但對于其他位置的缺陷則效果欠佳。
而相控陣探頭則大不相同，其聚焦位置可通過計算機進行動態(tài)控制，實現(xiàn)聲程范圍內(nèi)的任意聚焦。計算機能自動指揮探頭各晶片進行超聲波的發(fā)射與接收，從而在該范圍內(nèi)形成動態(tài)聚焦，使得聚焦效果成為一條線。這種動態(tài)聚焦能力使得相控陣探頭在提高檢測效率和準確性方面具有顯著優(yōu)勢。
對比傳統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢
具體來說，當(dāng)探頭在檢測過程中遇到不同的反射體時，計算機能夠?qū)崟r調(diào)整聚焦位置，以適應(yīng)不同的檢測需求。這種動態(tài)聚焦能力使得相控陣探頭在提高檢測效率和準確性方面具有顯著優(yōu)勢。相控陣換能器的設(shè)計遵循惠更斯原理。它由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，每個晶片都被稱為一個單元。通過電子系統(tǒng)，我們可以按照特定的規(guī)則和時序來控制這些單元的激發(fā)。
未來趨勢與發(fā)展
基于上述原理，相控陣換能器展現(xiàn)出了顯著的靈活性、便捷性和有效性，特別是在控制聲束形狀和聲壓分布方面。其聲束角度、焦柱位置、焦點尺寸以及位置都可以在一定的范圍內(nèi)進行連續(xù)且動態(tài)的調(diào)整。此外，探頭內(nèi)部還實現(xiàn)了聲束的快速平移。因此，相較于傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)，相控陣技術(shù)無疑具有顯著的優(yōu)勢。相控陣技術(shù)在檢測速度、靈活度等方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)，在核電、運輸、冶金、建筑等多個工業(yè)領(lǐng)域表現(xiàn)出色。
