文档介绍：谈谈超声相控阵（3）
上海航空股份有限公司李光浩

我们从前面两篇文章中知道可以在仪器软件中设置合适参数，规定聚集距离、扫查角度、
激活晶片数量等参数从而产生合适的超声波。并且该波束在整个晶片阵列上按照设置好的规
定要求移动。这就无需探头移动而产生非常多的扫查角度。这样，我们在运用相控阵检测时，
无需像传统超声检查先估计缺陷走向，再选择探头角度。而是直接扫查，甚至配合编码器等
外设，先在现场对检查区域进行扫查，然后将保存好的图像回内场调出后进行分析、测量等
数据处理。与传统探头相比，其信噪比也更优。
那么相控阵设备是如何工作的呢？
相控阵设备主要有两大部分组成，如下图所示
一部分是数据获得处理单元，主要负责给出一个触发脉冲，及接收信号、处理型号。
另一部分是相控阵单元。从图看到，发射电路给出一方波触发信号给发射延迟电路，发射延
迟电路根据设定的参数（主要被称之为聚集法则，英语是 focus law），按不同的延迟分配给
各晶片发射脉冲，从而形成所需超声波，对检测部位进行聚集，并且该电路按照设定的规律，
分时触发不同的晶片，使虚拟探头在整个晶片阵列上“移动”。
在缺陷中聚集的超声波回波，由于到达探头各晶片的距离不同，各晶片接收到的超声
波信号之间有一时间差。，如直接显示出信号，就影像模糊，无法判读。所以，各晶片接收
到的信号首先在相控阵单元的接收部分进行适当延迟，消除各晶片接收到信号之间的时间
差，然后对该批信号进行累加，这样，超声波聚集点的回波信号是相关信号，该信号被加强
了，而非聚集部分引起的回波信号被各晶片接收到后，由于不是按照该点进行延迟，所以其
他地方的回波可认为是非相关信号，经累加后，没有进一步加强，甚至被减弱。这样得到的
检测信号大大提高了信噪比。
经接收延迟累加后的信号送至数据获得处理单元接收部分进行数据处理。最后根据用
户的设定要求，以合适的方法显示出来，最简单的显示方式就是扇形显示，以不同的颜色代
表信号的不同幅度这样的伪彩色方式显示。除此之外，还能同时显示 A 扫描图形。如下图
所示。

如在进行相控阵扫查的同
时配上编码器，甚至手动或自
动扫查器，更能完成 B、C、D
等方式的扫查，而且能将各种
扫查方式得到的图像并列在
屏幕上同时显示，方便观察、
比较、分析、测量。
目前相关设备生产厂家并
不多，如 GE、RD、AGR 等公
司都有生产此类产品，但有关
相控阵的性能相差不大，差异
主要在采用的硬件不同、操作
系统不同、屏幕大小不同，但
参数设置的复杂程度基本相同。与我们熟悉的普通超声设备相比，该类设备要复杂得多。差
异大的是各厂家的产品其功能相差很大，比如有的仪器只有单一相控阵功能，而有的仪器还
集成了 TOFD（时差衍射法）功能，现在一台多功能性能优良的超声检测设备不但具备相控
阵 S 扫描（扇形扫查）功能、TOFD 功能，在传统的脉