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超聲相控陣全解析-01-初識(shí)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(diǎn)怪怪的。
每次跟圈外人士提及相控陣，大多數(shù)人會(huì)將它看成是一種神奇的技術(shù)，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(nèi)人士聊到相控陣技術(shù)，大多能對相控陣技術(shù)了解一二，但深究其中的細(xì)節(jié)也會(huì)產(chǎn)生概念的混淆。
基于之前對相控陣技術(shù)的一些愚鈍的理解，為了讓大家看清相控陣技術(shù)，對它既不會(huì)過分崇拜，也不會(huì)棄之如履。我希望通過我的解釋，讓大多數(shù)人真正地了解、理解，并使用相控陣，使其發(fā)揮更大的作用，為實(shí)現(xiàn)偉大的中國夢貢獻(xiàn)自己的力量。（有點(diǎn)大了）
超聲相控陣技術(shù)起源于醫(yī)療的超聲檢測，二十世紀(jì)七十年代初期，*出現(xiàn)用于醫(yī)療診斷的商業(yè)相控陣系統(tǒng)。二十一世紀(jì)的初期出現(xiàn)了用于工業(yè)領(lǐng)域的便攜式、電池供電的相控陣儀器。
醫(yī)療與工業(yè)檢測雖然都使用超聲相控陣技術(shù)，但為什么我每次去醫(yī)院檢查B超依然對醫(yī)療的B超圖像一頭霧水，感覺我學(xué)到了假的相控陣，真是隔行如隔山呀。
言歸正傳，什么是超聲相控陣技術(shù)？“超聲相控陣”這個(gè)名字其實(shí)已經(jīng)高度概括了這門技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)，即：
1）使用“超聲”技術(shù)，即基本原理都是繞不開超聲的基本原理，特別是脈沖反射法檢測是超聲相控陣常用的檢測方法。所以如果對于一個(gè)工件，無論使用何種常規(guī)超聲檢測技術(shù)，從原理上講都無法檢測的時(shí)候，那相控陣也極可能無能為力，所以相控陣技術(shù)不是“神”，它也有脆弱的一面；
2）“相控”，即需要通過對每個(gè)晶片的激發(fā)時(shí)間和激發(fā)次序的變化，來控制終合成聲束的方向和聚焦等特性。請注意，可以控制每個(gè)晶片的激發(fā)時(shí)間和激發(fā)次序是相控陣的核心價(jià)值；
3）“陣”，即陣列，多晶片排列是超聲相控陣的另一大特點(diǎn)，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(gè)數(shù)量不等的小型單個(gè)晶片，有密集恐懼癥的小盆友就不要打開相控陣探頭或者導(dǎo)線了，容易癥狀發(fā)作。
這么多晶片是如何協(xié)同工作的呢？這里涉及到了波前（wave front）的概念。
那么問題又來了，什么是“波前”？波前即聲波傳播的前沿，當(dāng)通過儀器控制如上圖的16個(gè)晶片（黃色為晶片），左邊第1晶片先激發(fā)，之后的晶片依次延遲幾個(gè)納秒（ns）激發(fā)（綠色為延遲規(guī)則），這樣當(dāng)右邊晶片開始激發(fā)的時(shí)候，第1晶片出來的聲波已經(jīng)跑老遠(yuǎn)了。
這不公平呀，說好了大家同進(jìn)退、共患難，為啥你們先跑了，留下我第16號(hào)晶片后出來，而第1號(hào)晶片也在抱怨，為啥我跑的路多。
但正是這種大家齊心協(xié)力按照上面的延遲法則前進(jìn)，才會(huì)終手拉手形成一個(gè)斜角度的聲束。
如果大家按照圓弧型的延遲法則前進(jìn)，則終會(huì)發(fā)現(xiàn)大家會(huì)在某一個(gè)深度上集合到一點(diǎn)，這就形成了聚焦的聲束。
總結(jié)下來，超聲相控陣技術(shù)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(fā)時(shí)間和激發(fā)次序的變化，以實(shí)現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦等相控陣*的性能。
此處需要注意的是不同晶片間的激發(fā)時(shí)間的延遲是納秒（ns）量級(jí)的，這個(gè)概念在后面會(huì)被提及和比較。
待續(xù)
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文章轉(zhuǎn)自工業(yè)檢測大時(shí)代