什么是相控陣探頭？

圖1.相控陣探頭用于產品檢測

陣列是大量的同類物體排列組合的方式。 NDT超聲陣列的最簡單的形式應該是以增加檢測的覆蓋范圍和 / 或提高檢測速度為目的，將一系列單晶探頭排列在一起的形式。以下為應用這種陣列探頭的示例：

? 管件檢測：在探測管件的裂縫與分層缺陷，以及測量管件的總體厚度時經常會使用多個探頭。
? 鍛件金屬工件的檢測：在這種檢測中，通常需要使用多個探頭在不同深度聚焦以探測出以帶狀形式排列的細小缺陷。
? 復合材料及金屬檢測：在材料的表面上線性排列多個探頭可以提高對復合材料中的分層缺陷或金屬中的腐蝕的檢測能力。 

進行這些檢測，不僅需要高速、多通道超聲設備帶有適當的脈沖發生器、接收器，以及可對每個通道進行處理的邏輯門，還需要將每個探頭仔細固定好，以正確設置檢測區域。

我們可以將這種最簡單的相控陣探頭的排列形式想象成包裝為一體的一系列單個晶片（參見圖1）。實際情況是這些晶片要比常規探頭小得多，脈沖可以對這些被編成組的晶片進行激勵，以產生可直接進行控制的波前。這種 “ 電子聲束形成 ” 的方式可以在不移動探頭的情況下高速對多個檢測區域進行檢測與分析。后面的章節對此有更詳細的介紹。 

相控陣探頭可以有各種尺寸、形狀、頻率及晶片數量，所有這些探頭的共同特點是都裝有一個被分割成若干段的壓電晶片。

用于工業 NDT 的現代相控陣探頭一般由壓電復合材料構建，具體地說就是許多細小、極薄的壓電陶瓷棒被嵌在聚合物矩陣中。雖然制造這種探頭會復雜一些，但是與在其它方面設計相似的壓電陶瓷探頭相比，這種復合材料探頭在一般情況下可提供的靈敏度會高出 10 dB 到30 dB。分成小段的金屬鍍層用于將條狀的復合材料分割成若干可單獨接收電子脈沖激勵的晶片個體。這個被分割成小段的晶片被裝入探頭組合件中。探頭組合件包含一個保護性匹配層、一個背襯層、線纜連接器以及一個外殼 （參見圖 2）。

圖2.相控陣探頭結構圖

相控陣探頭根據以下基本參數從功能上被分成不同的類別：

類型：大多數相控陣探頭屬于角度聲束類型，與塑料楔塊、平直塑料靴（即零度楔塊）或延遲塊一起使用。此外，還有直接接觸式探頭和水浸式探頭。
頻率：超聲缺陷探測一般使用 2 MHz 到 10 MHz 之間的頻率，因此大多數相控陣探頭都屬于這個頻率范圍。此外，還有頻率更低或更高的探頭。使用常規探頭，穿透性能會隨著頻率的降低而增加，而分辨率及聚焦銳利度會隨著頻率的升高而增強。
晶片數量：最常用的相控陣探頭一般有 16 到 128 個晶片，有些探頭的晶片多達 256 個。隨著晶片數量的增多，聲波聚焦與電子偏轉的能力會增強，同時檢測所覆蓋的區域也會擴大，然而探頭和儀器的成本費用也會增加。每個晶片被單獨脈沖激勵，以創建希望得到的波前。因此這些晶片排列方向的維度通常被稱為主動方向或偏轉方向。 

圖3.相控陣探頭晶片參數說明