目前航空发动机涡轮盘主要采用高温合金材料，由于其晶粒粗大，微观结构复杂，信噪比低，无损检测效果一直不理想，小尺寸缺陷难以识别，即使是1mm当量的缺陷也难以判断。因此，粗晶材料中小缺陷有效识别方法成为一个迫切需要解决的问题。本文先从现有的检测手段出发，比较并分析了各种检测手段的优劣，选取超声相控阵聚焦检测作为本课题的检测方法，采用环形相控阵方法结合时间反转技术的检测方案，并以此核心思路设计检测系统。超声检测系统中，探头和硬件电路的性能对整个系统检测灵敏度和分辨力有决定性的影响。笔者也是从这两个方面入手进行研究。首先，在matlab仿真计算的基础上，并结合现阶段国内相控阵探头实际最高工艺水平，设计出在声场轴向具有优良聚焦性能的环形相控阵探头，研究环阵尺寸、晶片材料等对聚焦特性的影响。其次，参考国家标准和高速电路设计规范设计硬件系统，最大程度减少电噪声对系统的影响。同时，本着高性能、低功耗、小型化和升级潜力大的设计宗旨，系统中大量运用高密度集成IC和电子设计自动化工具。利用专用高压脉冲发生芯片MAX4940激发出最高可达200V、边沿陡峭的方波电压，使用工控机和微控制器ARM芯片完成对整个系统的控制，使用复杂可编程逻辑器件CPLD芯片实现高精度相位延迟触发，使用可编程逻辑阵列FPGA芯片实现接收电路大数据量处理功能，并将采集的数据通过PCI总线实时传输给工控机。且从实际需要出发，编写了基于μC/OS-II系统的ARM7片上控制软件和基于Labview的工控机控制软件。最后对系统的相控延时部分做了优化，使系统可以在250Mhz频率下稳定运行,实现了高达4ns精度的相位控制功能。