超声波相控阵技术原理及特点

【摘 要】介绍将电子波相控技术与超声波技术结合在一起产生的新技术，阐述其开发目的，通过种种举例介绍该技术优于其它技术的地方：在其他技术只能测试个别缺陷时，它却可以大规模的审查出错误方位，甚至可以以你设定的速度对物体进行审查。这项优势展现出它在互联网时代与无数企业融合的可能。

【关键词】超声波相控阵技术；原理；特点

一、超声波相控阵技术简介

这种技术的核心工作点在于，利用双晶方式设计的直探头发射超声波的晶片，这种晶片往往是用陶瓷做的，这样可以抵抗住超声波的冲击力。这个晶片运作是有一定的条件，如果研发者们为其设置的条件没有达到它所需要的标准。那么它在这项技术中就无法发挥应有的作用，无法来调节超声波的发射方向，发射力度以及发射广度。而一旦无法控制这些因素，超声波会失去控制，严重时会伤及研究者的生命。并且这种晶片主要适用于超声波发射头处，这样对超声波的控制调节才能达到最好。由这种晶片制作的超声波发射头还可以阻挡超声波的外泄，使超声波最大程度的投射到需要检查的物品上，这样既能达到高效率的目标，节约能源，又能完成高成果的目标，准确地检测到物品内需要维修的地方，并且将结果以图片的形式呈现出来。

二、超声波相控阵技术原理

之前，由于各方面的约束，设置的发射头只能与一个超声波产生的波束相对应，并且由于发射头的制作材质容易破碎，一旦要改变之前设定好的发射路线或者是发射位置，那么这个发射头就很容易受到新的冲击，从而变成一堆碎片。所以之前研究的监测仪就极其不方便，在很大程度上耗费了过多的人力、物力以及财力。而现在选用的陶瓷虽然在我们看来很容易破碎，但是事实上，研究者们却发现陶瓷内有一种特殊的物质能够很好的抵挡超声波的冲击，从而能够减少发射头的更换次数，提高利用率。当然这更加体现了这种特殊晶片的巨大作用，因为这种晶片能够很好的吸附在陶瓷上。而这种晶片的体积小且质量轻，一个发射头上可以安装多个晶片，而一个晶片又对应着一个波束，这样一来，一个发射头所对应的波束就有很多种。因此，使用者们就可以自由的选择发射路线以及发射位置，且只需要一个发射头。

在安排发射头上的晶片排列中也蕴含着很大学问，如果晶片排列方式比较复杂，这就无形中增加了制作成本，并且耗费的时间精力也会更多。研究者们发现，在众多排列方式中，将晶片排列成一条直线的方式优势最为突出，不仅排列简单，而且在成本投入上与更复杂的方式相比资金投入少了很多。

但是上述方式只是针对一维，当对于二维或三维的检测时，这种排列方式也就不再适合。研究者们又发现，两个二维排列方式的结合或许可以对三维檢测物作出检查。比如说，简单的矩形排列方式与圆环形的排列方式组合，可以检查三维空间内的物品。但是，还是受技术限制，这种组合无法大规模地推广。研究者们就希望在未来，能逐步实现这些方案，推动我国科学研究进一步发展。

利用这种技术制作的机器还结合了PRF这项技术。只有结合这项技术，机器才能及时的接收超声波传回来的信息，并且经过内部分析将信息以数据图画的方式呈现出来，不需要安排特定的人员对原信息进行破解。并且机器自身还能适时的调节时间，对于紧急数据能够较快的分析破解，这样就大幅度的缩短了时间。

三、超声波相控阵技术的特点

（一）检查正确度的提高。由这种特殊晶片所传送出的波束能够通过自行检测发现被检测物体的缺陷，并且根据缺陷的大小，种类等自行转换一种更加准确的方式，更细致的再收集有关缺陷的信息，为研究者修复缺陷提供最为精准的信息。这样就降低了人工对修复工作的影响度，使研究者在修复时能够更加客观的作出选择，避免出现对缺陷认识不完整而制定错误的方案。

（二）前面就已经提到过，根据新研究所制作的发射头是由多个晶片组成的，这样一来，一个发射头就能对检测物体进行多个方面的检查，避免发生物体有哪些方面没有检测到的情况，因此提高了检测完整度。并且由于这个发射头使用的是适合超声波束的陶瓷，所以有关超声波速度过快，产生的冲击过大而破坏发射头的情况一般不会出现，这样就能提高发射头的适用度，使机器的运用更加普遍。并且还可以根据当时的紧急情况调整波束的速度，尽可能快的检测完物体，提高效率。

（三）因为机器可以多方面的检测物体，所以会最大程度的收集信息，而研究者接收到详细的信息，就可以正确地分析物体出现错误的原因，并且它还可以用图像来表现它所收集到的信息。举个例子，就检查一条焊工焊制的连接线，为了保证连接线没有任何的缝隙，所以每个波束之间的距离就要尽可能的缩短。如果使用以前的监测器检测一条长十厘米的连接线可能要大概一百台机器进行检测。而现在新型机器就不用这么麻烦，使用者可以根据连接线的长短来编写机器中安装晶片的模式，以及计算所需要的晶片数量，这样仅仅一台机器就可以完成一百台机器完成的工作。

总结

这种新技术依旧沿袭着它的本质，研究者在利用它时并没有改变它的特性，他们恰恰是根据它这种独特的性质与其他物质的相关联系，才研究出这项新技术的。这样不仅更大程度上发挥了它自己本身的作用，又表现了它与其他物质高度的合作性，为之后研究者进一步开发超声波使用的领域提供了更多的方案。

作者简介：闫军帅（1990-），男，籍贯，山东滨州，研究方向：工程、X射线机、相控阵超声波、声发射、TOFD、无损检测NDT的研究。

参考文献：

[1]李衍.相控阵超声对裂纹表征和定量的重要贡献[J].无损探伤.2013（01）

[2]肖武华，孔令昌.相控阵检测技术在缺陷定位、定性、定量准确性的探讨[J].河南科技.2013（14）

[3]钟德煌，徐贝尔，梁茂飞.超声波相控阵黄金纯度检测技术[J].无损检测.2013（03）