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圓形陣列
| 相控陣相對于常規的單探頭超聲檢測具有明顯的技術優勢：
*速度：相控陣探頭中被選擇的晶片交替激發，使得電子掃描（E-掃描）能夠實現高精度、快速的斷面掃描（扇形S掃描）以及A掃描、滾動B掃描和L（線性）掃描，甚至能實現C掃描，能夠非常快速地覆蓋構件，要比常規單探頭機械系統快得多，在相同時間里提供更好的覆蓋。由于能夠一次檢測所有被檢查部份，大大縮短了檢測時間，相對節約成本，減少掃查時間，減輕監測人員的勞動強度，提高了檢驗精度和可靠性。
*適應性：設置可在幾分鐘內改變，能夠適應很多構件的尺寸與幾何形狀變化，能夠適合于形狀復雜構件檢驗
*檢驗角度：取決于檢測需要和陣列結構，所形成的波束能夠在寬范圍內選擇波束角度（檢驗角度），使超聲取向*化地垂直于預期的缺陷，例如焊縫中的未熔合
*波束控制（通常為扇形掃描，S-掃描）能以適當的和更多的角度掃描并繪出構件圖形達到*探測概率。S掃描對于僅有很小掃查位置的情況也是有用的從而比常規探頭檢驗更適應掃查接觸面積受限的區域。
*電子聚焦可以使波束形狀與尺寸在預期的缺陷位置達到*化，獲得zui大覆蓋區域和zui高分辨率，以及*的探測概率，獲得*信號和高質量圖象。聚焦明顯地改善信噪比，而且可以允許在較低的脈沖電壓下工作。
*成像：對缺陷檢測和圖形繪制具有高的分辨率，能夠顯示缺陷“真實深度”的圖像，因而比常規的波形顯示更容易解釋，能夠通過預先編程的軟件對掃描采集的數據進行分析評價，減少檢測人員因素的影響。數據可以保存和按需要重現，甚至可以視頻方式記錄和重放。 | |
| | | | 用一個多晶片探頭進行多角度檢測 | 對復雜的幾何形狀檢測具有很強的靈活性 | |
| 相控陣超聲檢測系統還具備了編寫檢測報告、支持USB外部存儲媒介以及網絡傳輸等功能。 |
| 相控陣超聲檢測系統通常由數據采集單元、脈沖發生單元、電機驅動單元、相控陣探頭、工業計算機、顯示器等組成。系統在Windows 平臺上運行的操作軟件，完成對被檢工件的掃查、實時顯示和結果評判。 |
| 就目前的相控陣技術發展階段而言，較多的是采用比較簡單的二維設置，復雜的三維設置還較少應用，因為目前的相控陣系統已經比常規的單通道系統昂貴得多。但是，隨著更新型的便攜式儀器的發展，采用復雜的三維設置將能具有更高的速度，更強的數據儲存和顯示，更小的掃查接觸面積，以及更大的適應性，從而具備更高的應用價值。 |
| 在超聲檢測中，壓電晶片是用于收集數據的。在相控陣應用中，相互獨立的壓電晶片被包裹在一個標準探頭盒內。其引線卷纜通常由良好屏蔽的微細同軸電纜捆扎組成，通過商品化的多通道連接器與儀器連接。 |
| 壓電元件通常以4到32組發射脈沖，相控陣探頭上可以承受高達200V的發射電壓。采集與分析軟件可根據操作者輸入的檢驗角度、焦距、掃查圖形等設置來計算時間延遲。操作者也可以利用預先制備的文件（見圖2）。軟件根據單獨的“聚焦規則”，依據焦點和掃查組合的時間渡越來計算返回的時間延遲。相控陣儀器的時間延遲電路應能接近2ns精度以提供所需要的相位精度。 |
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圖2
| 在脈沖激發下，每個壓電元件產生一個波束。這些波束因為疊加和相消干涉形成波前。相控陣儀器對各單獨通道發射脈沖是具有時間延遲的，從而能按規定形成一個預先計算的波前。對于接收，儀器則有效地完成逆轉。例如，儀器接收的信號具有預先計算的時間延遲，綜合時間變化的信號，然后顯示出來（見圖3）。
綜合得到并顯示的波形與探傷儀具有同樣角度、頻率、聚焦孔徑等的探頭信號通道同樣有效。圖4為聚焦的標準波束和切變波掃查圖形示例。 軟件 | |
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圖3相控陣探頭的發射與接收
| 相控陣儀器其中的一個非常重要的關鍵是軟件。因為相控陣能提供相當可觀的應用適應性，這取決于軟件的多功能性。應用軟件要能夠強有力地管理超聲檢測信號的采集。除了處理計算聚焦規則以外，要求軟件具有強大的編碼能力和全數據儲存、顯示結果，具備良好的數據處理能力等。
相控陣檢驗可以是手動，半自動，或者全自動，取決于應用，速度，預算等要求。
軟件能夠節約用戶的時間和精力。雖然對于初次設置準備時需要耗費一定的時間，但是信息被記錄在文件中后可以第二次重新加載提取，而修改一個已制定的設置是很快速的，這與常規探頭的調整是截然不同的，這也與目前越來越廣泛使用的數字化超聲探傷儀的使用程序是相同的道理。 | |
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圖4掃查圖形示例
| 從實際應用的觀點來看，超聲相控陣僅僅是一種發生和接收超聲波的方法。一旦超聲波進入材料中，它就與發生方法無關，無論是壓電，電磁，激光或者相控陣。因此，超聲檢驗的許多細節是保留不變的。例如，對于常規超聲，5MHz是*的檢驗頻率，而相控陣也利用同樣的頻率，聚焦孔徑尺寸，聚焦長度，以及入射角。
和常規超聲檢測一樣，相控陣也是利用掃查來采集數據。但是其激發電脈沖和超聲波的接收則對于掃查圖形的變化提供了重要的信息。 相控陣的掃描方式： | |
| 電子線性掃描 |
| 電子線性掃描（E-掃描）是通過多路技術以相同的聚焦規則（時間延遲）沿陣列來實現的（見圖5）。典型的陣列可達到128個壓電元件。E掃描能夠實現用一個緊湊的焦點來快速覆蓋。如果陣列是平面并且線形的，則掃查圖形是簡單的B掃描。如果陣列是曲面的，則掃查圖形也將是曲面的。E掃描可以通過簡單編程實現。例如，一個相控陣可以容易地通過編程實現腐蝕繪圖，或者利用45°和60°橫波檢查焊縫，模擬常規的ASME手工檢驗。 |
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圖5動態聚焦示意圖（可實現無機械運動的高速掃查）
| 常規手工超聲焊縫檢驗是利用一個單探頭實施的，操作者進行前后“掃描”以覆蓋焊接區域。許多自動化焊接檢驗系統也是利用類似的方式（見圖6a），使用一個單探頭前后掃查覆蓋焊接區域。這是很消耗時間的，而且在掃查開始和結束時系統還有盲區。
作為對照，相控陣利用線性掃描方式（見圖6b）。通常使用兩個陣列探頭分布于焊縫兩側。它能產生上千種不同的超聲束，可配置40°到70°范圍的掃查角度（β角），以滿足分區掃查所需要的各種角度。這里探頭是線性地在焊縫周圍或者沿焊縫掃查，每個探頭掃過焊縫的整個規定區域。它常常可以利用相控陣實現更多的波束（相當于單獨的常規探頭）同時掃描。線性掃描是zui簡單的方式，例如用于軋管、ERW焊接管的檢驗。 | |
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圖6a和圖6b
| 扇形掃描 扇形掃描（S-掃描）是相控陣所*的。它利用同組壓電元件但是由編程改變時間延遲來控制波束通過一系列角度來實現掃查。
S掃描的典型應用例如一個固定陣列，掃查橫過一個相對達不到的構件，如渦輪轉子葉片，并繪出葉片的形貌與缺陷（見圖7）。S掃描也可以用于檢驗焊縫，但是有一定局限，主要取決于陣列的頻率和壓電元件的間距，扇形掃描的角度可以從±20°到±80°變化。 | |
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圖7渦輪轉子葉片的扇形掃描
| 組合掃描 組合掃描是結合了線性掃描、扇形掃描和聚焦而得到的實用的綜合顯示（見圖8）。對于焊縫和其他構件可以選擇zui適宜的角度，在電子掃描中可以快速有效地檢驗。例如，結合線性與縱波的扇形掃描可以在一個給定的角度范圍內使超 | |
| 聲束*覆蓋被檢驗的構件，例如±20°。當使用簡單的直波束不能充分檢驗到所有需要檢查的區域時，這種組合掃描的檢驗就體現出優勢了。在焊縫檢驗中，對于給定的焊縫幾何形狀常常要求規定的角度。對于這些應用，可通過針對特定的焊縫傾斜角編程來實現在規定的位置上達到的波束角度。 |
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圖8組合掃描顯示
| | | 以管道環焊縫的檢測為例，采用區域劃分法，根據壁厚、坡口形式、填充次數將焊縫分成垂直方向上的幾個區，每個分區高度一般為1~3mm，再由電子系統控制相控陣探頭對其進行分區掃查（每個區都由一組獨立的晶片進行掃查），檢測主聲束的角度按照主要缺陷的方向來設定（例如在自動焊中主要是未熔合，即將波束盡量垂直于熔合線），通常采用聚焦聲束進行掃查，焦點尺寸一般為2mm或更小。它們可以有效的檢測各自的區域，而且臨近區域反射體上的重疊zui小。每個分區以焊縫中心線為界，分為上游、下游兩個通道，其檢測結果在帶狀圖上以相對應的通道顯示出。再輔以TOFD（衍射時差法）和Ｂ掃描功能，對焊縫進行分析、判斷。 | |
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