超声相控阵通过控制相控阵探头的延迟时间来实现声束偏转、聚焦,从而实现对工件进行快速高效的检测。超声相控阵系统中的关键技术是指通过对发射和接收声束的时间和空间的有效控制,来获得高质量的声束和声场。相控阵数字技术有相位延迟技术、动态聚焦技术、动态变迹技术、动态孔径技术和编码发射技术等研究方向,其中动态聚焦技术是比较重要的一项。动态聚焦技术能够提高焦点的焦区深度,减小焦点宽度,从而提高声束的一致性和空间分辨率,为缺陷的检测提供了更为可靠的依据。本文重点研究了超声相控阵聚焦技术的原理以及影响相控阵聚焦精度和分辨率的因素,提出了改善常规聚焦声束分辨率的方法和相控阵动态聚焦压缩存储算法,验证了动态聚焦技术在提高空间分辨率和成像一致性上的优越性。本文进行了以下方面的研究：1、论述了超声相控阵检测相关原理,如换能器的声场辐射原理、相控阵进行无损检测时的声束控制原理。基于阵列换能器的辐射原理对一维相控阵换能器的声场建模,并系统的研究了换能器参数对聚焦声束的影响,通过对不同的阵元数、阵元间距等的聚焦声束的特性进行对比,建立了提高超声相控阵动态聚焦成像质量的参数选取依据。2、讨论了延时精度对聚焦效果的影响,通过分析可知,在换能器阵列的参数已定的前提下,延时精度是影响动态聚焦声束的重要因素。对缺陷进行了仿真实验,通过实验可知,动态聚焦对成像质量有大幅度改善。3、提出了一种基于超声相控阵聚焦延时参数的压缩存储方式。这种方法分三步：第一,将聚焦延时参数换算成相邻阵元之间的相对延时参数,然后取量化值；第二,分别存储相对延时参数的初始值和延时值发生变化的位置,以此完成了压缩存储；第三,在实现动态聚焦的过程中,将压缩存储的延时量进行实时解压,并将生成的延时参数传给换能器。结果验证：此方法可再保证聚焦声束质量的前提下大大减小延时参数所占内存。4、基于FPGA设计了超声相控阵高精度发射模块,本文通过PLL(锁相环)的倍频和移相技术代替了外部的延迟线,从而使电路结构得到简化,使粗延时和细延时的实现在一块电路板上完成,在提高延时精度的前提下,解决了板间不同步的问题。