超聲相控陣全解析-01-初識相控陣

超聲相控陣全解析-01-初識相控陣

大家好，我是一名接觸相控陣多年的理工男，大家也可以叫我“相工”，哈哈，聽起來有點怪怪的。

每次跟圈外人士提及相控陣，大多數人會將它看成是一種神奇的技術，如隔山打牛。所以在外人看來雜亂無章的圖像，而在我們看來卻栩栩如生。而跟高探傷的圈內人士聊到相控陣技術，大多能對相控陣技術瞭解一二，但深究其中的細節也會產生概念的混淆。

基於之前對相控陣技術的一些愚鈍的理解，為了讓大家看清相控陣技術，對它既不會過分崇拜，也不會棄之如履。我希望通過我的解釋，讓大多數人真正地瞭解、理解，並使用相控陣，使其發揮更大的作用，為實現偉大的中國夢貢獻自己的力量。（有點大了）

超聲相控陣技術起源於醫療的超聲檢測，二十世紀七十年代初期，首次出現用於醫療診斷的商業相控陣系統。二十一世紀的初期出現了用於工業領域的便攜式、電池供電的相控陣儀器。

醫療與工業檢測雖然都使用超聲相控陣技術，但為什麼我每次去醫院檢查B超依然對醫療的B超圖像一頭霧水，感覺我學到了假的相控陣，真是隔行如隔山呀。

言歸正傳，什麼是超聲相控陣技術？“超聲相控陣”這個名字其實已經高度概括了這門技術的關鍵點，即：

1）使用“超聲”技術，即基本原理都是繞不開超聲的基本原理，特別是脈衝反射法檢測是超聲相控陣最常用的檢測方法。所以如果對於一個工件，無論使用何種常規超聲檢測技術，從原理上講都無法檢測的時候，那相控陣也極可能無能為力，所以相控陣技術不是“神”，它也有脆弱的一面；

2）“相控”，即需要通過對每個晶片的激發時間和激發次序的變化，來控制最終合成聲束的方向和聚焦等特性。請注意，可以控制每個晶片的激發時間和激發次序是相控陣的核心價值；

3）“陣”，即陣列，多晶片排列是超聲相控陣的另一大特點，即通過多晶片的排列組合來得到更大的覆蓋面積和更多可能的變化。

超聲相控陣探頭包含16到128個數量不等的小型單個晶片，有密集恐懼症的小盆友就不要打開相控陣探頭或者導線了，容易症狀發作。

這麼多晶片是如何協同工作的呢？這裡涉及到了波前（wave front）的概念。

那麼問題又來了，什麼是“波前”？波前即聲波傳播的前沿，當通過儀器控制如上圖的16個晶片（黃色為晶片），最左邊第一晶片最先激發，之後的晶片依次延遲幾個納秒（ns）激發（綠色為延遲規則），這樣當最右邊晶片開始激發的時候，第一晶片出來的聲波已經跑老遠了。

這不公平呀，說好了大家同進退、共患難，為啥你們先跑了，留下我第16號晶片最後出來，而第1號晶片也在抱怨，為啥我跑的路最多。

但正是這種大家齊心協力按照上面的延遲法則前進，才會最終手拉手形成一個斜角度的聲束。

如果大家按照圓弧型的延遲法則前進，則最終會發現大家會在某一個深度上集合到一點，這就形成了聚焦的聲束。

總結下來，超聲相控陣技術就是通過相控陣儀器控制多晶片的超聲相控陣探頭中晶片的激發時間和激發次序的變化，以實現聲束的偏轉和聚焦等相控陣特有的性能。

此處需要注意的是不同晶片間的激發時間的延遲是納秒（ns）量級的，這個概念在後面會被提及和比較。

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文章轉自工業檢測大時代