由于特殊焊缝的内部结构复杂型,面临检测图谱成像质量差,缺陷识别定位困难等问题,选择最优的检测工艺参数对提高缺陷图谱成像质量成为研究重点。为了提高成像分辨率方便检测人员对缺陷图谱分析,基于CIVA仿真软件将试块进行三维建模,验证模型的适用型,并以晶片数量、探头频率、焦距作为独立变量,波峰波谷幅值差为响应量对试块进行仿真,运用响应面法对晶片数量、聚焦深度、探头频率工艺参数进行优化研究,并构建实验平台进行实验对比。结果表明当横向分辨率最大即波峰波谷幅值差达到最大时,最终确定优化后的晶片数量为44、探头频率15MHz、焦距为40mm。

超声相控阵探测技术是在工业无损检测领域具有良好应用前景的新技术。论文介绍了超声相控阵检测的基本原理,对相控阵探头单一阵元模型和多维线性模型进行了仿真对比,证实了多维线性相控阵模型在应用中的优势;进而针对多维线性相控阵结构参数与探测性能的关系进行了仿真研究,基于实验仿真和理论推算给出了探头参数的优化方案,为相控阵探头结构设计奠定了基础。

相控阵超声束的合成和聚焦是靠各阵元发射时的延迟来实现的，这需要很精确的延时控制和高速的数据采集。本文所研究的一套超声相控阵检测系统，对实时信号进行高速采集，将全部22个晶片发射和接收的信号进行存储，然后通过检测系统数据处理软件将所存储数据处理，改善了信噪比，提高了横向和纵向分辨力，完成了被检测处的B扫描成像。实验证明，本系统可用于工业无损检测。

针对一维线型超声相控阵的平面内声场，在瑞利积分的基础上，且忽略阵元长度影响的前提下，提出用离散点源法计算近场声场，进而通过仿真来分析超声相控阵偏转和聚焦对近场范围的影响。结果表明声束偏转使得近场长度减小，且使近场长度附近区域的声压增强；而声束聚焦同样使近场长度减小，同时随着与阵列换能器表面距离的增加，声束聚焦的效果越差，并且实际聚焦深度与设定聚焦深度之差也越大。进行了CIVA仿真平台的缺陷响应实验，验证了仿真结果，同时为实际中近场区检测提供了理论依据。

介绍了一种超声相控阵成像系统软件设计方案。软件基于嵌入式Linux和Qt／Em—bedded开发，采用了模块化的设计思想。重点研究了该软件系统实现的若干关键技术：利用DMA方法实现了成像数据从FPGA到ARM的高效传输；利用Qt的多线程支持实现了计算任务的并行处理，提高了系统的实时性能；利用Qt的文件类库和SQLite数据库支持，实现了探伤系统中的数据管理和维护等等。系统运行正常，符合设计要求。

针对复合材料构件R区的超声检测问题,开展超声相控阵检测实验研究.分析R区的检测难点,利用超声相控阵检测技术的优势,分别提出了基于相控阵弧阵换能器和线阵换能器的两种检测方法;对复合材料L型试样的R区进行超声相控阵检测实验,验证了两种检测方法的正确性;并与常规超声检测方法进行对比,分析了超声相控阵技术检测R区的技术优势.研究结果表明：超声相控阵检测技术具有适用性强、检测效率高等优势,可以满足复合材料构件R区的检测要求.

研制了基于现场可编程门阵列（FPGA）、可编程延迟线（DS1020）和脉冲集成放大电路（HV732）的8通道、高精度、脉冲数字式超声相控阵发射系统;分析了关键技术并提出了解决方案。该系统适用于中心频率为0.1-10MHz的换能器,延迟精度为1ns,根据检测的不同要求,可以分别控制各个通道的延迟时间和脉冲宽度。

超声相控阵中，相位校正在消除相位畸变中起着重要作用。部分相控阵探头，阵元的面积小，回波信号弱，信噪比差。针对该问题，首先研究了邻近和集总相关估计在不同信噪比情况下的校正性能：发现信噪比SNR〉12dB时，邻近相关估计基本不产生估计误差；SNR〈5dB时，邻近相关估计产生的误差随着信噪比下降急剧增大。而集总相关即使在噪声强度较小时也不能做到估计误差为0；在噪声强度增大的过程中，其估计误差并未急剧增加，这与邻近相关估计不同。根据邻近和集总相关的特点，提出了混合相关校正结构。实验表明，混合相关充分利用了邻近和集总相关估计的优点，显著提高了图像质量。

超声相控阵检测技术是近年发展起来的一种先进的无损探伤方法,阵元间的延时分辨率是决定超声相控阵检测系统性能的关键因素,通过研究延时分辨率对相控阵检测效果的影响,可以得到延时分辨率和相关性能参数之间的对应关系,从而提高超声相控阵系统的检测性能。

例举了对氢气缓冲罐插入式接管与蒸汽管道两个承压设备的超声相控阵检测实例。通过翔实的数据与直观的视图，凸显了该项技术对于常规无损检测技术的优势。