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：一種是只包含一個晶片，這個晶片既用于生成又用于接收高頻聲波；另一種包含一對晶片，一個晶片用于發(fā)射聲波，另一個用于接收聲波。而相控陣探頭一般是一個換能器組件，這個組件包含16到256個數(shù)量不等的小型單個晶片，每個晶片可被分別觸發(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)還將包含一臺復(fù)雜的基于計算機的儀器，可以驅(qū)動多晶片探頭，接收返回的回波并進行數(shù)字化，然后以各種標準格式繪制回波信息。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)利用了波動物理學的相位調(diào)整原理。其改變了一系列輸出超聲波脈沖之間的時間，使得陣列中每個晶片產(chǎn)生的單個波前相互結(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。

要達到這個目的，需要以極小的時間差分別對探頭的晶片進行脈沖觸發(fā)。通常，將晶片分組進行脈沖發(fā)射，每組包含4到32個數(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)生的聲束擴散，完成銳利度更強的聚焦，從而有效地提高靈敏度。被稱為“聚焦法則計算器”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屬性，確定向每組晶片發(fā)射脈沖的特定延遲時間，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，會在被測材料中發(fā)射一系列單個的波前。這些交匯在一起的波前在某些位置得到加強，在另一些位置被減弱，從而形成一個單一的主要波前。這個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會產(chǎn)生回波。聲束可以不同的角度、不同的焦距，以及不同的焦點大小被動態(tài)偏轉(zhuǎn)，其目的是使單個探頭組合件通過一系列不同的視角完成對整個被測材料的檢測。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角度或多個聚焦深度的掃查。

回波被不同的晶片或晶片組接收，并在必要時進行時間偏移計算，以補償這些變化著的楔塊延遲，然后再進行匯總。與常規(guī)單晶探頭實際上將觸及被測區(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)回波到達每個晶片的時間及其波幅，在空間上對返回的波前進行分揀。儀器軟件對聲束進行處理時，會將每個返回的聚焦法則認作是以某個具體角度、從線性聲程上的某個點、和/或從某個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。