無損檢測中使用的常規(guī)超聲探頭就晶片數(shù)量而言通常有兩種：一種是只包含一個(gè)晶片，這個(gè)晶片既用于生成又用于接收高頻聲波；另一種包含一對(duì)晶片，一個(gè)晶片用于發(fā)射聲波，另一個(gè)用于接收聲波。而相控陣探頭一般是一個(gè)換能器組件，這個(gè)組件包含16到256個(gè)數(shù)量不等的小型單個(gè)晶片，每個(gè)晶片可被分別觸發(fā)。這些可以排列成條形（線性陣列）、環(huán)形（環(huán)形陣列）、圓形矩陣（圓形陣列）或更復(fù)雜的形狀與常規(guī)探頭相同，相控陣探頭可以安裝楔塊，形成一個(gè)角度聲束組件，用于直接接觸法的檢測；也可以利用水作為耦合劑，用于水浸法檢測中。探頭頻率通常在2 MHz至10 MHz的范圍內(nèi)。相控陣系統(tǒng)還將包含一臺(tái)復(fù)雜的基于計(jì)算機(jī)的儀器，可以驅(qū)動(dòng)多晶片探頭，接收返回的回波并進(jìn)行數(shù)字化，然后以各種標(biāo)準(zhǔn)格式繪制回波信息。與傳統(tǒng)的超聲波探傷儀不同，相控陣系統(tǒng)可以通過一定范圍的折射角或沿著線性路徑發(fā)射聲束，或在許多不同的深度動(dòng)態(tài)聚焦。因此，相控陣系統(tǒng)可以提高檢測設(shè)置的靈活性和能力。

相控陣超聲檢測的工作原理是什么？

從基本的意義上說，相控陣系統(tǒng)利用了波動(dòng)物理學(xué)的相位調(diào)整原理。其改變了一系列輸出超聲波脈沖之間的時(shí)間，使得陣列中每個(gè)晶片產(chǎn)生的單個(gè)波前相互結(jié)合，以可預(yù)測的方式增加或消除能量，從而控制和塑造聲束。

要達(dá)到這個(gè)目的，需要以極小的時(shí)間差分別對(duì)探頭的晶片進(jìn)行脈沖觸發(fā)。通常，將晶片分組進(jìn)行脈沖發(fā)射，每組包含4到32個(gè)數(shù)量不等的晶片。通過加長孔徑的方法，可以減少不希望發(fā)生的聲束擴(kuò)散，完成銳利度更強(qiáng)的聚焦，從而有效地提高靈敏度。被稱為“聚焦法則計(jì)算器”的軟件根據(jù)探頭和楔塊的特性以及被測材料的幾何形狀和聲學(xué)屬性，確定向每組晶片發(fā)射脈沖的特定延遲時(shí)間，以生成想要的聲束形狀。然后由儀器的操作軟件所選擇的已編好程序的脈沖發(fā)射序列，會(huì)在被測材料中發(fā)射一系列單個(gè)的波前。這些交匯在一起的波前在某些位置得到加強(qiáng)，在另一些位置被減弱，從而形成一個(gè)單一的主要波前。這個(gè)主波前在被測材料內(nèi)部傳播，而且與任何常規(guī)超聲波一樣在遇到裂紋、不連續(xù)性缺欠、底面及其他材料邊界時(shí)會(huì)產(chǎn)生回波。聲束可以不同的角度、不同的焦距，以及不同的焦點(diǎn)大小被動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)，其目的是使單個(gè)探頭組合件通過一系列不同的視角完成對(duì)整個(gè)被測材料的檢測。聲束的這種電子偏轉(zhuǎn)完成得很迅速：一瞬間就可以完成多個(gè)角度或多個(gè)聚焦深度的掃查。

回波被不同的晶片或晶片組接收，并在必要時(shí)進(jìn)行時(shí)間偏移計(jì)算，以補(bǔ)償這些變化著的楔塊延遲，然后再進(jìn)行匯總。與常規(guī)單晶探頭實(shí)際上將觸及被測區(qū)域的所有聲束的效果融合在一起不同的是，相控陣探頭可以根據(jù)回波到達(dá)每個(gè)晶片的時(shí)間及其波幅，在空間上對(duì)返回的波前進(jìn)行分揀。儀器軟件對(duì)聲束進(jìn)行處理時(shí)，會(huì)將每個(gè)返回的聚焦法則認(rèn)作是以某個(gè)具體角度、從線性聲程上的某個(gè)點(diǎn)、和/或從某個(gè)具體的聚焦深度反射回來的聲束。然后，可以以幾種不同的格式顯示回波信息。