超聲波相控陣技術原理及特點

【摘 要】介紹將電子波相控技術與超聲波技術結合在一起產生的新技術，闡述其開發目的，通過種種舉例介紹該技術優于其它技術的地方：在其他技術只能測試個別缺陷時，它卻可以大規模的審查出錯誤方位，甚至可以以你設定的速度對物體進行審查。這項優勢展現出它在互聯網時代與無數企業融合的可能。

【關鍵詞】超聲波相控陣技術；原理；特點

一、超聲波相控陣技術簡介

這種技術的核心工作點在于，利用雙晶方式設計的直探頭發射超聲波的晶片，這種晶片往往是用陶瓷做的，這樣可以抵抗住超聲波的沖擊力。這個晶片運作是有一定的條件，如果研發者們為其設置的條件沒有達到它所需要的標準。那么它在這項技術中就無法發揮應有的作用，無法來調節超聲波的發射方向，發射力度以及發射廣度。而一旦無法控制這些因素，超聲波會失去控制，嚴重時會傷及研究者的生命。并且這種晶片主要適用于超聲波發射頭處，這樣對超聲波的控制調節才能達到最好。由這種晶片制作的超聲波發射頭還可以阻擋超聲波的外泄，使超聲波最大程度的投射到需要檢查的物品上，這樣既能達到高效率的目標，節約能源，又能完成高成果的目標，準確地檢測到物品內需要維修的地方，并且將結果以圖片的形式呈現出來。

二、超聲波相控陣技術原理

之前，由于各方面的約束，設置的發射頭只能與一個超聲波產生的波束相對應，并且由于發射頭的制作材質容易破碎，一旦要改變之前設定好的發射路線或者是發射位置，那么這個發射頭就很容易受到新的沖擊，從而變成一堆碎片。所以之前研究的監測儀就極其不方便，在很大程度上耗費了過多的人力、物力以及財力。而現在選用的陶瓷雖然在我們看來很容易破碎，但是事實上，研究者們卻發現陶瓷內有一種特殊的物質能夠很好的抵擋超聲波的沖擊，從而能夠減少發射頭的更換次數，提高利用率。當然這更加體現了這種特殊晶片的巨大作用，因為這種晶片能夠很好的吸附在陶瓷上。而這種晶片的體積小且質量輕，一個發射頭上可以安裝多個晶片，而一個晶片又對應著一個波束，這樣一來，一個發射頭所對應的波束就有很多種。因此，使用者們就可以自由的選擇發射路線以及發射位置，且只需要一個發射頭。

在安排發射頭上的晶片排列中也蘊含著很大學問，如果晶片排列方式比較復雜，這就無形中增加了制作成本，并且耗費的時間精力也會更多。研究者們發現，在眾多排列方式中，將晶片排列成一條直線的方式優勢最為突出，不僅排列簡單，而且在成本投入上與更復雜的方式相比資金投入少了很多。

但是上述方式只是針對一維，當對于二維或三維的檢測時，這種排列方式也就不再適合。研究者們又發現，兩個二維排列方式的結合或許可以對三維檢測物作出檢查。比如說，簡單的矩形排列方式與圓環形的排列方式組合，可以檢查三維空間內的物品。但是，還是受技術限制，這種組合無法大規模地推廣。研究者們就希望在未來，能逐步實現這些方案，推動我國科學研究進一步發展。

利用這種技術制作的機器還結合了PRF這項技術。只有結合這項技術，機器才能及時的接收超聲波傳回來的信息，并且經過內部分析將信息以數據圖畫的方式呈現出來，不需要安排特定的人員對原信息進行破解。并且機器自身還能適時的調節時間，對于緊急數據能夠較快的分析破解，這樣就大幅度的縮短了時間。

三、超聲波相控陣技術的特點

（一）檢查正確度的提高。由這種特殊晶片所傳送出的波束能夠通過自行檢測發現被檢測物體的缺陷，并且根據缺陷的大小，種類等自行轉換一種更加準確的方式，更細致的再收集有關缺陷的信息，為研究者修復缺陷提供最為精準的信息。這樣就降低了人工對修復工作的影響度，使研究者在修復時能夠更加客觀的作出選擇，避免出現對缺陷認識不完整而制定錯誤的方案。

（二）前面就已經提到過，根據新研究所制作的發射頭是由多個晶片組成的，這樣一來，一個發射頭就能對檢測物體進行多個方面的檢查，避免發生物體有哪些方面沒有檢測到的情況，因此提高了檢測完整度。并且由于這個發射頭使用的是適合超聲波束的陶瓷，所以有關超聲波速度過快，產生的沖擊過大而破壞發射頭的情況一般不會出現，這樣就能提高發射頭的適用度，使機器的運用更加普遍。并且還可以根據當時的緊急情況調整波束的速度，盡可能快的檢測完物體，提高效率。

（三）因為機器可以多方面的檢測物體，所以會最大程度的收集信息，而研究者接收到詳細的信息，就可以正確地分析物體出現錯誤的原因，并且它還可以用圖像來表現它所收集到的信息。舉個例子，就檢查一條焊工焊制的連接線，為了保證連接線沒有任何的縫隙，所以每個波束之間的距離就要盡可能的縮短。如果使用以前的監測器檢測一條長十厘米的連接線可能要大概一百臺機器進行檢測。而現在新型機器就不用這么麻煩，使用者可以根據連接線的長短來編寫機器中安裝晶片的模式，以及計算所需要的晶片數量，這樣僅僅一臺機器就可以完成一百臺機器完成的工作。

總結

這種新技術依舊沿襲著它的本質，研究者在利用它時并沒有改變它的特性，他們恰恰是根據它這種獨特的性質與其他物質的相關聯系，才研究出這項新技術的。這樣不僅更大程度上發揮了它自己本身的作用，又表現了它與其他物質高度的合作性，為之后研究者進一步開發超聲波使用的領域提供了更多的方案。

作者簡介：閆軍帥（1990-），男，籍貫，山東濱州，研究方向：工程、X射線機、相控陣超聲波、聲發射、TOFD、無損檢測NDT的研究。

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