超聲相控陣探頭的形式以及專用相控陣探頭的開發(fā)應(yīng)用案例

， ，定岳，

(寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，寧波 315048)

早在1959 年,TOM B和HUGHES注冊(cè)了一項(xiàng)超聲波環(huán)形動(dòng)態(tài)聚焦探頭的專利,后來該技術(shù)被稱為超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)。20世紀(jì)60年代,相控陣的研究主要局限于實(shí)驗(yàn)室；20世紀(jì)60年代末70年代初，醫(yī)學(xué)物理學(xué)者將該技術(shù)用于醫(yī)學(xué)人體超聲成像中。由于當(dāng)時(shí)壓電復(fù)合材料、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等的限制，該技術(shù)沒有在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。2000年后，隨著壓電復(fù)合材料、納秒級(jí)脈沖信號(hào)控制、數(shù)據(jù)處理分析、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)模擬等多種技術(shù)在超聲相控陣成像領(lǐng)域中的綜合應(yīng)用，超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)得以迅速發(fā)展，并逐步應(yīng)用于工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域[1]。

首先，分別從相控陣陣列的排布形式和相控陣的特殊用途兩個(gè)方面對(duì)相控陣探頭的幾種常見形式進(jìn)行了歸納；接著，簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外相控陣技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用情況以及筆者參與的專用相控陣探頭開發(fā)的2個(gè)案例；最后，展望了相控陣技術(shù)的前景和發(fā)展方向。

1 不同陣列排布方式的相控陣探頭

相控陣按陣列形式通?？煞譃榫€形、矩陣形、環(huán)形和扇形。相控陣探頭有多種不同的陣列排布形式，其類型按陣元排列方式可分為：一維線陣、二維矩陣、環(huán)形陣、扇形陣、凹面陣、凸面陣、雙線型陣等，各種換能器的模型如圖1所示。不同的陣列排布方式將會(huì)產(chǎn)生不同的聲場(chǎng)特性，使相控陣能應(yīng)用于不同工況下的檢測(cè)。

圖1 不同陣列排布方式的超聲相控陣換能器模型

一維線陣是目前相控陣探頭中應(yīng)用最多的一種形式，其特點(diǎn)是能在相控陣的軸平面實(shí)現(xiàn)聲束偏轉(zhuǎn)和軸向聚焦。與一維線陣相比，環(huán)形陣的優(yōu)勢(shì)是能在聲束剖面實(shí)現(xiàn)二維聚焦(一維線陣只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向上的聲束聚焦)，聲束剖面呈圓形，能獲得較大的能量集中，并且不要求大數(shù)目的陣列，因此其能在采用高頻檢測(cè)時(shí)仍保證較高的穿透力[2];但環(huán)形陣的缺點(diǎn)是不能進(jìn)行聲束偏轉(zhuǎn)控制，因此主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)成像和脈沖多普勒體積流量計(jì)中[3]。扇形陣和二維矩陣都可實(shí)現(xiàn)所有方向的聲束偏轉(zhuǎn)和軸向聚焦，扇形陣多用于棒材檢測(cè)，二維矩陣由于加工工藝限制、電路復(fù)雜及制作成本高等原因，仍主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較少，但其聲束不僅能實(shí)現(xiàn)沿晶片排列方向的掃查，還可以縱向擺動(dòng)掃查，因此其具有三維成像的優(yōu)勢(shì)，這將會(huì)是未來超聲相控陣換能器的發(fā)展方向[3]。由于二維面陣探頭還處于實(shí)驗(yàn)室研究的階段，而作為一維線陣探頭向二維面陣探頭的過渡，一種被稱為分?jǐn)?shù)維的探頭已經(jīng)開始在一些高端的超聲診斷儀中使用。分?jǐn)?shù)維探頭在長(zhǎng)度方向上按傳統(tǒng)方法被切割成致密的小陣元，而在寬度方向上則被切割成有限的幾排；按寬度方向不同的聚焦功能，可分為1.25維、1.5維和1.75維，由于其陣元數(shù)成倍增加，對(duì)陣元連線等一系列加工工藝提出了更高的要求。雙線型陣的發(fā)射和接收聲束分開，消除了幻影回波，無近場(chǎng)區(qū)的影響和明顯的盲區(qū)，具有良好的近表面檢測(cè)能力，并可通過連續(xù)的深度聚焦來增加整體的聚焦深度，且在所有深度范圍內(nèi)能保持最佳的側(cè)向分辨力，可用于晶粒粗大的不銹鋼工件的檢測(cè)[4-5]；此外，其壓電晶片的高阻尼特性還提高了軸向分辨力和信噪比[6]。凹面陣多用于管道的外檢測(cè)，因其能很好地匹配相同曲率管子的外徑，并且其陣列的排列方式有物理聚焦的特點(diǎn)，聲束比平面陣列更加容易匯聚。凸面陣能很好地匹配相同曲率管子的內(nèi)徑，但在陣列凸面排列的狀態(tài)下，聲場(chǎng)旁瓣十分明顯，特別是小徑管中的聚焦聲場(chǎng)更容易向空間擴(kuò)散[7]；凸面陣多用于醫(yī)學(xué)B超超聲診斷領(lǐng)域[8-9]。在工業(yè)方面，國(guó)內(nèi)已有部分學(xué)者對(duì)凸面陣探頭進(jìn)行了開發(fā)應(yīng)用，但總體研究并不多[10]。

2 不同用途的相控陣探頭

除了陣列排布方式、延時(shí)法則之外，超聲相控陣探頭的檢測(cè)能力還與探頭盲區(qū)大小、中心頻率、發(fā)射脈沖寬度、楔塊的選擇、耦合介質(zhì)、試件表面平整度等因素有關(guān)。因此，針對(duì)一些特殊的檢測(cè)對(duì)象，調(diào)整其中的某些因素，便可以獲得不同用途的超聲相控陣探頭[3]。

(1) 近壁探頭

該類探頭的兩端具有較短的盲區(qū)，如Olympus 生產(chǎn)的近壁探頭第一晶片的中心和最后晶片的中心到與其最近的探頭外殼邊緣的距離僅1.5 mm[3],非常適用于復(fù)合材料的C掃描檢測(cè)，對(duì)復(fù)合材料的分層、脫膠和多孔性等缺陷有較高的檢出率。此外，其還可用于薄板、薄管等小型工件的檢測(cè)。

(2) 小腳印探頭

小腳印探頭封裝緊密，陣元數(shù)目較少(一般不超過16個(gè))，可進(jìn)入到活動(dòng)空間狹窄的區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，如Olympus 生產(chǎn)的A00探頭的腳印尺寸(長(zhǎng)×寬)僅為8 mm×8 mm[3]。

(3) 液浸探頭

液浸探頭是相控陣探頭部分或全部浸入液體中使用的。這類探頭往往用于剛性楔塊無法良好匹配被檢測(cè)工件表面時(shí)的情況。液浸探頭最常用的介質(zhì)為水，目前國(guó)內(nèi)有學(xué)者在檢測(cè)聚乙烯材料時(shí),利用甘油、水、水玻璃、海藻酸鈉，按一定的比例配制了特殊用途的耦合介質(zhì)，該介質(zhì)的聲阻抗與聚乙烯材料相似度達(dá)95%以上，檢測(cè)時(shí)聲波在界面上的反射率較小，可以稱得上是最理想的耦合液[11]。

(4) 雙晶線性陣列探頭

該探頭采用雙晶線性陣列的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相當(dāng)于內(nèi)置兩個(gè)相控陣線陣探頭，一個(gè)發(fā)射聲波，另一個(gè)接收聲波，避免了表面檢測(cè)盲區(qū)，提高了信噪比。并且，其通過降低探頭的中心頻率，采用縱波檢測(cè)的方式提高超聲波的穿透力。該探頭不僅可以對(duì)不銹鋼材料進(jìn)行檢測(cè)，還可用于鑄件、合金、異種鋼焊縫等其他粗晶材料的檢測(cè)。

(5) 曲面陣列探頭

該探頭的形狀往往呈半圓形，相較于通常的線性陣列探頭，還可以進(jìn)行自然幾何聚焦。其可與所有可調(diào)節(jié)水浸楔塊配合使用，常用于復(fù)合材料的分層檢測(cè)中。此外，在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)的圓角部位檢測(cè)方面，由于該探頭的凹面結(jié)構(gòu)可保證聲束垂直進(jìn)入R區(qū)，在檢測(cè)R區(qū)時(shí)相比其他超聲探頭有較多優(yōu)勢(shì)[12]。

(6) 柔性相控陣探頭

超聲換能器單元以陣列形式安置于柔性層介質(zhì)中或表面，而構(gòu)成柔性超聲換能器陣列，因柔性超聲換能器陣列能夠貼合各種具有不同形狀的工件表面，從而提高了檢測(cè)效率，避免了因表面不規(guī)則引起聲束扭曲、靈敏度下降等問題發(fā)生[13]。柔性相控陣探頭可分為一維柔性相控陣探頭和二維柔性相控陣探頭。一維柔性相控陣探頭通過機(jī)械裝置將探頭內(nèi)各個(gè)晶片壓在工件表面，利用工件輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)出表面形狀，隨后根據(jù)計(jì)算機(jī)對(duì)該輪廓的延時(shí)律算法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理；二維柔性相控陣探頭是在二維矩陣的表面涂抹一層柔軟的彈性樹脂，彈性樹脂能與工件表面緊密貼合，從而實(shí)現(xiàn)三維成像[14]。柔性相控陣探頭主要應(yīng)用于輪廓不規(guī)則工件的檢測(cè)中，如航天航空領(lǐng)域飛機(jī)機(jī)翼和機(jī)身復(fù)合板，承壓設(shè)備領(lǐng)域壓力管道的內(nèi)外壁、彎頭、三通等的檢測(cè)。但是，柔性相控陣探頭的阻尼片較薄，探頭的頻帶很窄，具有較大的表面盲區(qū)，這是柔性相控陣探頭的局限性[7]。因此，其比較適宜大厚度工件的檢測(cè)。

(7) 輪式探頭

輪式探頭利用橡膠輪胎的滾動(dòng)來實(shí)現(xiàn)快速直觀的檢測(cè)，多應(yīng)用于管道腐蝕、復(fù)合材料、鐵路軌道以及航空航天領(lǐng)域表面光滑板材的檢測(cè)中[15-20]。探頭由寬度適當(dāng)?shù)南鹉z材料制成，橡膠輪胎內(nèi)充滿水，超聲波按照水層-橡膠-工件的路徑進(jìn)行傳播。C掃成像時(shí)，應(yīng)該將閘門套在水-橡膠界面波外，以免界面波和缺陷波的混淆。

3 相控陣探頭研究現(xiàn)狀及開發(fā)應(yīng)用案例

超聲圖像很大程度上取決于探頭的質(zhì)量，相控陣探頭的改進(jìn)是超聲檢測(cè)系統(tǒng)性能中最基礎(chǔ)也是最重要的環(huán)節(jié)之一。

相控陣探頭的設(shè)計(jì)不同于常規(guī)超聲波探頭，常規(guī)超聲波探頭只要設(shè)計(jì)了探頭的尺寸、前沿、K值等參數(shù)，探頭的聲學(xué)性能便基本確定了;相控陣探頭則不同，其內(nèi)部陣列的排列方式多種多樣，探頭的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)也相當(dāng)復(fù)雜。相控陣的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)具有非常大的影響，如晶片長(zhǎng)度、寬度、間距、陣元個(gè)數(shù)等；相控陣的激勵(lì)陣元參數(shù)對(duì)聲場(chǎng)也具有重大的影響，如激勵(lì)陣元數(shù)、激發(fā)頻率、偏轉(zhuǎn)角度、聚焦深度等，這些設(shè)計(jì)參數(shù)和激勵(lì)參數(shù)對(duì)相控陣聲場(chǎng)的影響可詳見參考文獻(xiàn)[21-23]。不良的相控陣參數(shù)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致較高的旁瓣，甚至出現(xiàn)柵瓣效應(yīng)。因此，在專用相控陣探頭開發(fā)過程中要充分考慮到聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)、耦合情況、操作難易度等問題。

對(duì)于復(fù)雜特殊結(jié)構(gòu)件的檢測(cè)，常規(guī)的相控陣探頭或超聲波探頭由于耦合不良、操作困難等原因無法實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，這就需要研發(fā)新型的相控陣探頭。

3.1 國(guó)內(nèi)外相控陣探頭的研發(fā)應(yīng)用情況

3.1.1 國(guó)外相控陣探頭研發(fā)應(yīng)用情況

目前，世界上對(duì)相控陣技術(shù)的研究與應(yīng)用較為深入的國(guó)家有：加拿大、法國(guó)、英國(guó)、美國(guó)等。1959年，TOM B開發(fā)出第一個(gè)環(huán)形換能器系統(tǒng)并申請(qǐng)了專利。20世紀(jì)70年代開始，相控陣首先在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于人體組織成像。20世紀(jì)80年代，國(guó)外學(xué)者研制出第一臺(tái)工業(yè)探傷用的相控陣檢測(cè)儀器，主要用于檢測(cè)核電站的相關(guān)零部件。2000年以來，相控陣技術(shù)不斷應(yīng)用于航空航天、鐵路、復(fù)合材料、特種設(shè)備等各行各業(yè)。近年來，英國(guó)的ALAN J H等[24]提出了自動(dòng)聚焦成像算法，利用一維柔性相控陣探頭實(shí)現(xiàn)了在未知輪廓曲面上的點(diǎn)狀缺陷的檢測(cè)，但其僅在理想條件下對(duì)點(diǎn)狀缺陷進(jìn)行了測(cè)試，且圖像質(zhì)量易受底波干擾。法國(guó)的DOBIGNY等[25]研發(fā)了二維柔性相控陣探頭和關(guān)節(jié)機(jī)器人技術(shù)的自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備利用柔性換能器的型面適應(yīng)性和超聲相控陣技術(shù)的聲束可控性實(shí)現(xiàn)核設(shè)施大型復(fù)雜構(gòu)件的自動(dòng)掃描檢測(cè)。WALTER等[26]研制出一種基于PMN-PT(鐵電單晶)復(fù)合材料的超聲相控陣換能器，與PZT(鋯碳酸鉛)相控陣換能器相比具有更高的靈敏度和更寬的頻帶范圍。DEVOS等[27]研制出一種半柔性的矩陣陣列超聲換能器，以提高新一代核電站大型整體轉(zhuǎn)軸鍛件各類缺陷的檢出率、可靠性和檢測(cè)效率。SONG等[28]利用PAULI系統(tǒng)對(duì)核電站渦輪機(jī)葉根試塊進(jìn)行檢測(cè)，獲得了較高的缺陷檢出率，但難以區(qū)分缺陷類別。

3.1.2 國(guó)內(nèi)相控陣探頭研發(fā)應(yīng)用情況

國(guó)內(nèi)相控陣技術(shù)起步較晚，與國(guó)外相比還存在一定的差距。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)相控陣技術(shù)進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用。汪春曉[29]將相控陣技術(shù)應(yīng)用到火車車輪的檢測(cè)上，提出了車輪在線超聲相控陣檢測(cè)的方案，研究了提高缺陷檢出率的方法。楊平等[30]推導(dǎo)出了二維面陣列設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)則，并利用設(shè)計(jì)的8×8二維陣列實(shí)現(xiàn)了相控陣三維體數(shù)據(jù)的掃描和顯示。萬國(guó)賓等[31]建立了一種適用于曲面有限陣列結(jié)構(gòu)輻射與散射特性分析的迭代方法，該方法不受陣面曲率變化、單元數(shù)量和分布情況的限制，對(duì)有限周期和非周期陣列的分析都有著較高的計(jì)算效率和穩(wěn)定性。李鵬頻、宋波喬等[4,32]利用雙晶聚焦縱波相控陣探頭對(duì)雙相不銹鋼管線和T型不銹鋼焊縫進(jìn)行了檢測(cè)，在缺陷的定位、定性和定量的準(zhǔn)確性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，且具有操作方便、安全性高和檢測(cè)快捷等特點(diǎn)。張碧星等[33]開展了凹面線性相控陣列輻射聲場(chǎng)在液固界面上的反射和折射特性研究,發(fā)現(xiàn)凹面線陣聲場(chǎng)在液固圓柱界面下比液固平界面具有更好的聚焦效果。郭偉燦等[10]研發(fā)了512大陣元數(shù)的雙層結(jié)構(gòu)的圓環(huán)形探頭，該凸面超聲相控陣探頭置于管狀設(shè)備的內(nèi)部并通過充水耦合，實(shí)現(xiàn)了腐蝕和埋藏缺陷的自動(dòng)化掃查。楊天文等[34]在理論推導(dǎo)圓形活塞換能器陣的三維指向性計(jì)算公式的基礎(chǔ)上，對(duì)陣元分別為4×6陣列、5×5-1陣列、3×8陣列、2×12陣列的指向性進(jìn)行了分析,并得到了陣列三維指向性的差異。

3.2 換熱器管板角焊縫的檢測(cè)

針對(duì)換熱器管板角焊縫的檢測(cè)，常規(guī)的超聲檢測(cè)方法具有系統(tǒng)復(fù)雜、檢測(cè)效率低等缺點(diǎn)。筆者提出了適用于換熱器管板角焊縫的相控陣檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)了相控陣超聲檢測(cè)專用探頭，研制了機(jī)械掃查裝置，成功地實(shí)現(xiàn)了超聲C掃描檢測(cè)。

該項(xiàng)目開發(fā)的總體思路如下：① 根據(jù)換熱器管板角焊縫的結(jié)構(gòu),利用聲學(xué)理論與仿真設(shè)計(jì)開發(fā)一維相控陣探頭；② 利用一維線陣相控陣探頭伸入到換熱管內(nèi)部進(jìn)行水浸聚焦掃查；③ 研制了機(jī)械掃查裝置用于輔助探頭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)；④ 通過對(duì)帶有氣孔、未熔合等典型缺陷的檢測(cè)試驗(yàn)來驗(yàn)證該系統(tǒng)的可靠性[35-38]。

圖2為CIVA聲場(chǎng)仿真結(jié)果，通過仿真可以得到該探頭的聲場(chǎng)聚焦效果，其是相控陣探頭工藝參數(shù)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，直接影響探頭的聲學(xué)性能。針對(duì)換熱器管板角焊縫的結(jié)構(gòu)特征(內(nèi)徑25 mm、外徑32 mm，角焊縫長(zhǎng)和高約為4 mm)，根據(jù)聲場(chǎng)理論分析，結(jié)合CIVA仿真結(jié)果確定了相控陣設(shè)計(jì)參數(shù)為陣元總數(shù)32個(gè)、激勵(lì)陣元個(gè)數(shù)16個(gè)、頻率10 MHz、陣元寬度0.4 mm、陣元長(zhǎng)度10 mm、陣元間距0.5 mm。其中，使用激勵(lì)陣元是為了保證良好的聲場(chǎng)聚焦性能，確定的陣元總數(shù)能保證電子線掃查時(shí)聲束能覆蓋長(zhǎng)度方向的角焊縫，陣列尺寸則根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則確定。圖3為檢測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及檢測(cè)圖像，圖3(a)為自主開發(fā)的掃查裝置，用于控制探頭自動(dòng)旋轉(zhuǎn)一圈而完成超聲檢測(cè)；圖3(b)為檢測(cè)完成后，得到的C掃描圖像。

圖2 CIVA聲場(chǎng)仿真結(jié)果

圖3 檢測(cè)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及檢測(cè)圖像

3.3 厚壁管件內(nèi)表面徑向缺陷的超聲柔性相控陣檢測(cè)

對(duì)于厚壁管件內(nèi)表面徑向缺陷的檢測(cè)，常將超聲探頭置于管件的外表面來實(shí)施檢測(cè)。管件的外表面為圓弧面，常規(guī)的超聲檢測(cè)技術(shù)在圓弧面上的檢測(cè)靈敏度低、缺陷定位困難、檢測(cè)范圍受曲面和聲場(chǎng)結(jié)構(gòu)等因素限制。針對(duì)這些不足，筆者采用柔性相控陣探頭實(shí)現(xiàn)了該類厚壁管件的內(nèi)表面徑向缺陷的檢測(cè)。

該項(xiàng)目開發(fā)的總體思路為：① 根據(jù)厚壁管件的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)聚焦法則，并用CIVA仿真設(shè)計(jì)得到一維柔性相控陣探頭的參數(shù)；設(shè)計(jì)探頭時(shí)，與常規(guī)超聲探頭進(jìn)行的聲場(chǎng)比對(duì)如圖4所示；② 利用研制的柔性相控陣探頭貼合厚壁管件的外表面，并選擇合適的角度(45°入射角)進(jìn)行掃查，焦點(diǎn)落在內(nèi)壁上；③ 設(shè)計(jì)對(duì)比試塊，通過檢測(cè)試驗(yàn)來驗(yàn)證筆者提出的柔性相控陣技術(shù)對(duì)厚壁管件內(nèi)表面徑向缺陷的檢測(cè)是否具有較高的檢測(cè)靈敏度。

圖4 多種探頭的CIVA聲場(chǎng)仿真比對(duì)

針對(duì)上述非聚焦探頭、聚焦探頭、柔性相控陣探頭的CIVA聲場(chǎng)仿真比對(duì)可以得出結(jié)論：非聚焦探頭的聲場(chǎng)均勻，對(duì)于厚壁管子內(nèi)表面缺陷的檢測(cè)靈敏度較低；聚焦探頭的聲場(chǎng)有一定的匯聚，但不同曲率的管子需要不同的探頭來與之匹配；柔性相控陣探頭內(nèi)的每個(gè)陣元可以很好地貼合在管子的外表面，設(shè)計(jì)的聚焦法則可以使聲場(chǎng)在厚壁管子內(nèi)表面形成點(diǎn)聚焦，大大提高內(nèi)表面缺陷的檢測(cè)靈敏度。柔性相控陣探頭的CIVA參數(shù)設(shè)置見表1[39]。

表1 柔性相控陣探頭CIVA參數(shù)設(shè)置

4 展望

近年來，從相控陣檢測(cè)技術(shù)相關(guān)的考核培訓(xùn)、標(biāo)準(zhǔn)制定以及行業(yè)應(yīng)用方面來看，我國(guó)已制定了一部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 29302-2012《無損檢測(cè)儀器 相控陣超聲檢測(cè)系統(tǒng)的性能與檢驗(yàn)》。中國(guó)特檢院出版了一部企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSEI 01-2013《鋼制承壓設(shè)備焊接接頭相控陣超聲檢測(cè)》，這是國(guó)內(nèi)特種設(shè)備行業(yè)第一個(gè)相控陣超聲檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)其他有關(guān)相控陣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還在制定階段。在國(guó)際上，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)正式出版了關(guān)于焊縫檢測(cè)的方法標(biāo)準(zhǔn)ISO 13588:2012《焊縫無損檢測(cè) 超聲檢測(cè) 利用自動(dòng)/半自動(dòng)相控陣技術(shù)》，該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)屬于現(xiàn)有最為先進(jìn)的相控陣檢測(cè)方法標(biāo)準(zhǔn)[40]。早在2011年底,中國(guó)船級(jí)社和英國(guó)焊接協(xié)會(huì)已在北京成功舉辦了相控陣技術(shù)二級(jí)培訓(xùn)班。2011年1月，API(美國(guó)石油學(xué)會(huì))推出了超聲相控陣檢測(cè)認(rèn)證考試，這個(gè)考試是基于手工超聲相控陣檢測(cè)進(jìn)行的[40]。在行業(yè)應(yīng)用方面，相控陣技術(shù)在船舶海工行業(yè)中已得到業(yè)主和監(jiān)造方的大力推薦并開始使用，比如煙臺(tái)來福士的“藍(lán)鯨1#”項(xiàng)目在2015年已開始運(yùn)用相控陣技術(shù)檢測(cè)管對(duì)接焊縫。上海外高橋在建的“集裝箱”船體檢測(cè)已運(yùn)用超聲相控陣和超聲波衍射時(shí)差法檢測(cè)技術(shù)。隨著標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的不斷推出，相關(guān)培訓(xùn)、人員考核制度的不斷完善，相控陣技術(shù)一定會(huì)得到越來越廣泛的應(yīng)用。 從技術(shù)開發(fā)層面而言，當(dāng)今相控陣的前沿技術(shù)是專用相控陣探頭的開發(fā)。根據(jù)被檢設(shè)備的材料、形狀等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制作與之相適應(yīng)的專用相控陣探頭，再開發(fā)自動(dòng)化的掃查裝置以及相控陣檢測(cè)儀，將這些技術(shù)結(jié)合起來就能將相控陣的作用發(fā)揮到最大。具體的新型相控陣探頭開發(fā)的思路和流程可以參考筆者總結(jié)的兩個(gè)案例。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、微電子技術(shù)等的快速發(fā)展，將會(huì)不斷開發(fā)出多陣元、多通道的相控陣技術(shù)。目前，GE(通用電氣)公司開發(fā)了512陣元的面陣探頭，該探頭在目前市場(chǎng)上陣元個(gè)數(shù)最多，其可以實(shí)現(xiàn)大面積的三維成像。國(guó)內(nèi)對(duì)于超聲相控陣的研究起步較晚，其在工業(yè)上的應(yīng)用還不夠成熟，主要是一些高校和研究機(jī)構(gòu)在做這方面的工作。目前，國(guó)內(nèi)儀器探頭廠商已基本可以制作128陣元的相控陣探頭，個(gè)別機(jī)構(gòu)正在開發(fā)256陣元的探頭，相信在不久的將來還可以開發(fā)出更多陣元和更多通道的探頭。

總之，相控陣在機(jī)械、核電、冶金等各行業(yè)的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)往自動(dòng)化、智能化、便攜式的方向發(fā)展，相控陣探頭會(huì)不斷向頻帶更寬、密度更高、頻率更高的方向發(fā)展。

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