超声检测(UT)是工业无损检测的常用手段,而超声相控阵技术是该领域的重要研究方向。与传统超声检测相比,超声相控阵具有检测效率更高、信噪比更好、分辨力更强等显著优势,并且能够对复杂几何形状的工件进行检测。超声相控阵的关键技术包括超声延时激发、波束形成、多通道高速同步信号采集与处理、成像算法等等。如今,超声相控阵检测设备正向着更高集成度、更优成像算法、更强检测能力,更智能化的方向发展。本文首先从理论上介绍了超声相控阵检测技术的基本原理、延时法则计算、成像算法,为自行设计超声相控阵检测系统奠定了理论基础。其次从硬件设计角度介绍了本课题所设计的64通道超声相控阵检测系统,包括超声换能器阵列的激发电路、高压电源设计、处理超声信号的模拟前端电路、FPGA数据采集与USB数据传输方案。本文所设计的系统最大支持64路发射控制,16路同步回波采集;最高采样率65Msps,采样深度4096点;发射电压0~90V可调,通道间延时范围0~2μs,延时精度2ns。另外还介绍了可提高性能的硬件改进方案。再次,从USB固件、FPGA程序设计、上位机LabVIEW程序设计三个方面介绍了系统软件设计,主要以状态转移图和流程图的形式说明系统工作过程。最后,对本课题设计的检测系统进行了调试与验证,检测了实际试块上的缺陷。另外,本文还提出了一种基于超声相控线阵的全聚焦缺陷三维成像方法,并且通过实验证明了其可行性。