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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独立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。

超声相控阵探头阵列类别：线阵、面阵

阵列顾名思义就是晶片在探头中排列的几何形状。相控阵探头有3 种主要阵列类型：线形（线阵列）、面形（二维矩形阵列）和环形（圆形阵列）。相控阵探头大多数采用线形阵列，因为线形阵列编程容易，费用明显低于其他阵列。

线阵相控阵探头，线阵相控阵探头有单线阵和双线阵两种，线阵相控阵探头中的晶片按照直线方向一维排布，只能实现晶片排列方向上的波束偏转。双线阵相控阵探头可以得到更好的近场检测效果。

面阵相控阵探头，面阵相控阵探头又有矩阵、环阵等类型。矩阵相控阵探头中的晶片按照两个方向排布，可实现两个方向上的波束偏转。环阵相控阵探头晶片呈同心圆环状排布，主要实现不同深度的聚焦功能。扇阵相控阵探头由环阵再切割而成，聚焦的同时可实现偏转。

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ASME 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。

不同类型的相控阵超声检测

扇形扫描即S扫描，在设定深度上，相控阵探头按聚焦法则分别计算每个偏转角度得聚焦延迟，激发时以从左至右的顺序分别激发，形成一定范围内的扇形扫查。扫查时须要设置扇扫范围、角度间隔和聚焦深度。右图给出了扇形扫查的检测原理和扫查成像图。

线性扫描又称电子扫查。扫描时先将探头阵元分为数量相同的若干小组，由延迟器传输的触发脉冲分别依次激发各小组阵元，检测声场在空间中以恒定角度对探头长度方向进行扫查检测。

线性扫查检测前须要设定好阵元数、聚焦深度。右图给出了线性扫描的检测原理和扫描成像图。