第壹章超聲相控陣檢測技術發展史及優點
1.1 超聲相控陣檢測技術的發展史
20世紀20年代，蘇聯科學家S.J.Slkolov就已經開始了超聲成像的研究。其後由於技術上的種種原因，超聲成像研究進展緩慢。之後隨著電子技術和計算機技術的迅速發展，大大推動了超聲成像的研究和應用。目前，在無損檢測領域，已被發展或正在研究的超聲檢測成像方法主要有以下幾種。
1、掃描超聲成像：脈沖超聲回波（實際上是超聲回波通過超聲換能器轉換成電信號的波形）在顯示屏上可以由不同的顯示方式，包括A型、B型、C型、P型、F型掃描顯示。
2、超聲全息：基於波前重建原理，即通過物波和參考波幹涉形成的圖案（全息圖），然後經過反衍射積分的重建過程，獲得物體的圖像。早期的超聲全息模仿光全息原理，使用液面成像方式。目前研究比較活躍的聲全息方法是掃描聲全息，大致分為激光束掃描聲全息和計算機重建聲全息兩類。
3、超聲顯微鏡：利用聲波對物體內部的聲不連續性（如缺陷、力學特性或微觀組織變化等）進行高分辨率成像檢測的系統和技術。其原理是用高頻（工作頻率可高達2GHz）超聲波照射樣品，形成樣品的微觀聲學參數分布，能獲得被測物體表面和近表面結構的高分辨率圖像。
4、超聲CT：計算機層析超聲成像，它是借鑒X射線CT而發展的超聲成像技術。其用壹束超聲波依次沿不同方位角照射物體，並同時檢測物體中目標的散射波（即投影），再由投影來計算反演重建目標的像。目前超聲CT主要有透射型和反射型兩種，而圖像重建也有兩種理論，射線理論和衍射理論。
5、ALOK超聲成像（amplituden and laufzeit orts kurven）技術，即幅度—傳播時間—位置曲線技術。利用幅度—傳播時間—位置曲線，通過傳播時間補償和信號疊加的方法，從回撥信號中識別來自缺陷的回波信息而去除噪聲信號，並可給出用B型顯示的缺陷圖像。
6、衍射傳播時間技術（TOFD）：依靠超聲波和缺陷端部相互作用發出的衍射波來檢出缺陷並對其進行定量的檢測技術，並可給出A型掃描顯示及D掃描、B掃描灰度圖像顯示。
7、合成孔徑聚焦技術（SAFT）：采用小孔徑換能器和較低的工作頻率，以獲得高的空間分辨力的壹種超聲檢測技術，能在近場區工作，並能實現三維成像的特點。
8、超聲相控陣成像：通過控制陣列換能器中各個陣元激勵（或接收）脈沖的時間延遲，改變由各陣元發射（或接收）聲波到達（或來自）物體內某點時的相位關系，實現聚焦點和聲束方位的變化，從而完成相控陣波束合成，形成成像掃描線的技術，可給出A型、B型、C型、P型及3D掃描成像。
至今超聲相控陣技術已有近20多年的發展歷史。初期主要應用於醫療領域,醫學超聲（見圖1-1所示）成像中用相控陣換能器快速移動聲束對被檢器官進行成像（見圖1-2所示），而大功率超聲利用其可控聚焦特性局部升溫熱療治癌,使目標組織升溫並減少非目標組織的功率吸收。最初,系統的復雜性、固體中波動傳播的復雜性及成本費用高等原因使其在工業無損檢測中的應用受限。然而隨著電子技術和計算機技術的快速發展,超聲相控陣技術逐漸應用於工業無損檢測。
圖1-1 醫用相控陣設備圖1-2 器官檢查
近年來，超聲相控陣技術以其靈活的聲束偏轉及聚焦性能越來越引起人們的重視。由於壓電復合材料、納秒級脈沖信號可控制、數據處理分析、軟件技術和計算機模擬等高新技術在超聲相控陣成像領域中的綜合應用，使得超聲相控陣檢測技術得以快速發展，逐漸應用於工業無損檢測領域。
在超聲相控陣成像檢測儀器設備方面，國外有以色列SONOTRON NDT公司、加拿大R/D TECH公司、美國GE公司、日本OLYMPUS公司、英國SONATEST公司、英國Technology Design公司等致力研發相控陣檢測系統設備，並且已經在各行各業無損檢測領域得到了成
功地應用。同時國內也有多家公司在對超聲相控陣檢測設備進行研究，如廣州多浦樂電子科技有限公司、汕頭超聲研究所、武漢中科創新技術股份有限公司，且這些設備已逐步投入生產並在市場中得到推廣應用。
1.2超聲相控陣檢測的優點
超聲相控陣檢測與其他無損檢測方法對比具有如下所述的優勢：
1）采用電子方法控制聲束聚焦和掃描，檢測速度成倍提高：
①超聲波束方向可自由變換；
②焦點可以調節甚至實現動態聚焦；
③探頭固定不動便能實現超聲波扇掃或者線掃；