超声相控阵技术通过对超声阵列换能器中各阵元进行相位控制,获得灵活可控的合成波束。它具有能进行动态聚焦、可进行成像检测、可检测复杂形状物体、能提高检测灵敏度、分辨力和信噪比等多项优点,近年来正成为国际无损检测界的研究热点。国内工业相控阵超声检测的应用尚处于起步阶段,本论文对其关键技术进行了研究并提出了解决方案。 对超声相控阵换能器结构及相控阵超声声场的特性进行了研究,提出了压电晶片、探头保护层和探头背衬层的设计方法和设计参数,提出了消除波束栅瓣,减小其旁瓣的条件,根据这些条件确定了换能器主要元件的参数,设计了工业超声相控阵换能器。 超声相控阵发射波束形成中的关键环节是对各阵元的发射相位延时进行精确控制,本论文提出了一种新的超声相控阵发射精确延时的方法,采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)和可编程数字延迟线实现了高精度的发射相控延时,并根据此方法,设计了基于CPLD的一套8通道的超声相控阵发射实验系统的实现方案。该延时方法延时分辨率达到1ns,最大延时值可达25μs,完全满足各种超声相控阵检测方案的要求。初步实验和研究表明,这种延时方法与传统的模拟延时方法相比,具有延时分辨率高,延迟时间长且灵活可调等优点。 提出了超声相控阵接收与电子聚焦的整体设计,对高速存储器聚焦法和门控A/D采样时钟法两种聚焦方案进行了分析对比。对于相控接收延时,本论文阐述了一种将延时时钟和采样时钟分离的方案,有效地提高了接收延时分辨率。