什么是阵列？
相控阵探头是一种超声波检测探头，其中包含一系列晶片，可以通过对这些晶片应用同步脉冲信号将声波引导到特定方向。这使一次测试多个检测区成为可能。
什么是阵列？
阵列是大量的同类物体排列组合的方式。用于NDT的最简单超声波阵列形式是一系列的若干单晶片探头，这些探头经过特别排列，可扩大检测范围和/或提高检测速度。
相控阵探头的用途
相控阵探头用于各种NDT检测，包括：
- 管材检测，通常使用多个探头来检测裂纹、发现分层缺陷和测量总厚度
- 锻件金属工件的检测：在这种检测中，通常需要使用多个探头在不同深度聚焦以探测出以带状形式排列的细小缺陷
- 复合材料及金属检测：在材料的表面上线性排列多个探头可以提高对复合材料中的分层缺陷或金属中的腐蚀缺陷的检测能力
这些检测不仅需要高速、多通道超声设备带有适当的脉冲发生器、接收器以及可对每个通道进行处理的逻辑门，还需要将每个探头仔细固定好，以正确设置检测区域。
最简单超声波阵列形式是一系列的若干晶片组成的一个套件。虽然这些晶片要比常规探头小得多，脉冲可以对这些被编成组的晶片进行激励，以产生可直接进行控制的波前。这种“电子声束形成”的方式可以从探头的一个单一固定位置对多个检测区域进行高速检测与分析。本教程后文将对此做更详细的阐述。
相控阵探头的特性
相控阵探头按以下基本参数进行功能分类
类型： 大多数相控阵探头都是斜射波束型，设计用于塑料楔块、直塑料楔块（零度楔块）或延迟线。此外，还有直接接触式探头和水浸式探头。
频率： 大多数超声缺陷探测一般使用2 MHz到10 MHz之间的频率，因此大多数相控阵探头都属于这个频率范围。此外，还有频率更低或更高的探头。使用常规探头，穿透性能会随着频率的降低而增加，而分辨率及聚焦锐利度会随着频率的升高而增强。
晶片数量： 相控阵探头通常有16至128个晶片，有些则多达256个。更多的晶片数量可以提高聚焦和控制能力，还可以增加覆盖范围。但更多的晶片会同时增加探头和仪器的成本。每个晶片被单独激励，以创建希望得到的波前。因此这些晶片排列方向的维度通常被称为主动方向或偏转方向
晶片的尺寸： 波束控制能力随着晶片宽度的减小而提高。但大面积覆盖需要更多晶片，成本更高。
相控阵探头的维度参数一般定义如下：
相控阵探头的维度参数通常被定义如下：
- N = 阵列中的晶片总数
- A = 偏转方向或主动方向的总孔径
- H = 晶片高度或标高；由于该尺寸是固定的，通常将其称为被动平面
- p = 晶片间距，即两个相邻晶片的中心到中心之间的距离
- e = 单个晶片的宽度
- g = 有源晶片之间的距离
仪器软件使用这些信息生成所需的声束形状。如果探头识别软件没有将这些信息自动输入到仪器中，则用户在设置过程中要输入这些信息。
相控阵探头的内部结构
相控阵探头有各种尺寸、形状、频率及晶片数量，所有这些探头都装有一个被分割成若干段的压电晶片。
用于工业NDT应用的现代相控阵探头一般由压电复合材料构建，具体地说就是许多细小的薄压电陶瓷棒被嵌在聚合物矩阵中。虽然制造这种探头会复杂一些，但是与在其他方面设计相似的压电陶瓷探头相比，这种复合材料探头在一般情况下可提供的灵敏度会高出10 dB到30 dB。分成小段的金属镀层用于将条状的复合材料分割成若干可单独接收电子脉冲激励的晶片个体。这个被分割成小段的晶片被装入探头组合件中。探头组合件包含一个保护性匹配层、一个背衬层、电缆连接器以及一个整体外壳。
相控阵探头配置的类型
上面的动画描绘了一个覆盖区域呈矩形的线性阵列。这是一种常见的相控阵配置。阵列可被排列成矩阵形式，从而可在表面上对通过截面的声束进行更有效的控制，还可以排列成圆形，以提供更接近球面形的聚焦图案。
相控阵探头可以排列成几种不同的配置，每种配置都有明显的优缺点。常见的相控阵探头配置包括：
线性相控阵探头
线性相控阵探头的晶片成直线排列，是相控阵超声检测中最常见的配置。线性相控阵探头容易制造，但它们需要具备较大尺寸才能进行深度聚焦。
环形相控阵探头
环形相控阵探头和分段环形相控阵探头的特点是晶片排列成具有共同中心的圆环。这些探头可以在不同深度提供具有控制能力的椭圆和球面声束。但由于设计复杂，它们在制造上具有挑战性。
凸面相控阵探头
凸面相控阵探头也称为曲面或曲线相控阵探头，其晶片排列成拱形线。这些探头适用于深入检测，但图像分辨率可能会随着深度的增加而降低。
方形相控阵探头
方形相控阵探头的晶片以方形图案排列。虽然这种模式提供了出色的控制能力，但复杂的设计给方形相控阵探头的制造增加了难度。
圆形相控阵探头
圆形相控阵探头的特点是晶片排列成无共同中心的圆环。它们可以在不同深度提供出色的控制能力，特别是在弯曲目标中。但其复杂的设计给圆形相控阵探头的制造增加了难度。