与传统的超声检测相比,超声相控阵可以软件控制其声束角度、聚焦范围和聚焦尺寸;操作简单便捷,仅用一个小型电子控制的多晶阵列探头即可实现多角度扫查;对复杂几何形状材料的检测具有很大的灵活性。所以超声相控阵技术在无损检测中具有不可替代的地位。超声相控阵技术中其声场指向性是研究的重点,本文就是以如何提高相控阵的指向性为主要内容进行研究的。本文的绪论部分首先介绍超声相控阵的研究意义及其国内外的研究现状。介绍了超声相控阵技术在医学和超声检测中的各种应用,并给出了超声相控阵技术的优势。得到本文所提出设计的基本思路和研究方向。接着文中介绍了超声声场的基本概念和描述声场的物理量。介绍了相控阵技术聚焦和偏转原理,并给出了相控阵延迟时间的计算公式,给接下来的工作打下了理论基础。本文的第三部分介绍了超声相控阵声场的计算方法,给出了圆形换能器的声场描述,重点对圆形阵列和矩形阵列进行了指向性分析,给出了阵列换能器的排列依据,根据这一依据,本系统采用倒车雷达等通用的超声探头为换能器,采用矩形相控阵排列:阵列共七个探头组成,以2*3分布的六个探头组成矩形阵列,第七个探头在阵列外。本系统采用多发单收形式,以阵列的六个探头作相控阵发射,第七个探头作单探头接收。可以得到正前方一定距离的平面内m*n个点的精确聚焦。实验证明,该阵列换能器个数少,聚焦精确,能够满足超声避障的要求。本文的第四章介绍了实验系统的硬件构建,给出了系统工作的基本流程和实现空间扫描的方法。本文提出的尾链式扫描方法是使5*5个点的回波信号以间隔一个时间窗的时间逐次回到接收探头,以此接收时间为基准控制每个聚焦目标点的发射时间。这个5*5个点的最优扫描顺序为:以发射并接收过程中用时最少的目标点为先,用时多的为后进行排序。对一个目标点的聚焦超声波发射后,以下一点和此点的用时差加上一定的延时等于一个时间窗的标准进行下一个点的延时发射。这种方法大大提升了扫描速度,应用到本系统可比逐点扫描节约时间90%,实现快速高精聚焦。本部分主要对PFGA的时序电路进行了设计,使之能够可以同时提供1路同步脉冲和6路脉冲,并且6路脉冲相对于同步脉冲的延迟时间可调。最后对本文做了总结和下一步工作的展望。