换能器阵列扫查声成像实质上是4.1.2所介绍的扫查声全息的一种发展。它的扫查系统用换能器阵列代理了单个换能器，因而就可以用电子控制形成光学的聚焦与扫查代替机械聚焦与扫查。它的结果是提高了速度进而可实现实时显示。但是，在它被提出的初期，由于当时条件的限制，首先出现的是制造阵列的工艺问题。例如，工作在5MHz的典型单扫查系统相当于由40000个0.5mm直径的换能器单元组成的方阵。大部分研究工作只限于声呐领域，这个领域所选用的频率要低得多，而且允许采用的换能器单元也大得多。以压电矩阵为例，工作在125kHz时用250个单元；工作在295kHz便需用5776个单元。最早用于实时超声波成像的是Al-lias。他在1973年，采用了65536个（256×256）单元的矩阵，在2MHz的频率下，用电子方式扫查，有50ms的记录时间。
（1）该技术发展缓慢的原因虽然早在20世纪70年代初就有了换能器阵列超声波成像的概念，直到20多年以后，由于解决了声发射单元的波形、幅度、相位延迟控制和接收阵元的补偿波形、幅度、相位控制，特别是精确的相位延迟控制，使换能器阵列扫查成像开始被接受和应用，并统称为相控阵（phased array）超声波成像。其中的主要原因有下列几点：
1）超声波在固体中的传播特性复杂，当时对此理论研究和实践探索还不够深入、透彻，还不能进行详细的仿真计算。
2）初期用模拟电路实现的换能器阵列系统复杂庞大，精度低，可靠性差，而且当时的数字电子技术发展水平还不高，不足以支持数字化、高性能的相控阵超声波成像系统的开发。
3）超声波相控阵技术中的一些关键数字控制和信号处理技术尚未突破，使得相控阵换能器阵列成像的潜在优越性没有充分发挥。
图3.4-21 受8.9N冲击损伤的编织石墨-环氧层板图像
图3.4-22 用声成像测得的直径为25mm，频率为3.5MHz换能器的声场分布
4）超声波阵列换能器制造受机理、材料、制造工艺等多方面的限制，还停留在较低的水平。
5）相控阵列超声波成像系统规模庞大，实现成本很高，限制了它在实际生产中的应用。
6）工程实际生产中对相控阵超声波成像的需求市场尚未开发。
（2）大力发展该技术的基础已具备20多年来，随着科学技术的迅猛发展，工程实际对超声波成像检测要求不断深入，相控阵超声波成像技术已进入加速发展的阶段。和初期相比，研究开发相控阵超声波成像技术有了坚实的基础：(www.xing528.com)
1）经过几十年的研究探索，对超声波在传播过程中的各种效应及声场历程的认识更加深入。并且得益于计算机技术的迅速进步，可以对声场进行详细的仿真计算，再用试验进行验证，不断补充和完善理论模型，从而对相控阵超声波成像技术的理论研究有很大的促进。
2）电子技术、芯片技术飞速发展，高集成度、高性能、高性价比的器件不断涌现，使得研制高精度、高可靠性、低成本、实用的数字化相控超声波扫查系统成为可能。
3）开发了许多换能器特性的仿真软件，有力地指导了换能器的研制。已开发了许多性能优异的新材料（如压电复合材料、PVDF材料等）用于换能器的制造，同时换能器制作的工艺和设备水平已有了很大的提升。
4）软件技术更有了空前的发展，对实现人机界面良好的，有强大信号处理功能的，可进行丰富成像显示的相控阵成像系统提供了软件保障。
5）工程实际生产中，对以电子方式控制声束的聚焦和偏转，能实施快速扫查的相控阵超声波成像系统更是提出了越来越迫切的要求。
（3）该技术的特点与优势相控阵超声波成像的特点和优势如下：
1）采用数字电路和计算机技术代替模拟电路控制声束的偏转、聚焦。接收波束的合成、信号处理，可以在不移动或少移动换能器阵列的情况下进行快捷的扫查。与早期以模拟电路控制的换能器阵列相比，大大减少了所需阵元个数，而与机械扫查相比，则又大大提高了速度。
2）由于相控阵成像能灵活地控制焦点位置、大小、焦深（焦距）等参数，从而声束可达性好，能对单探头无法检测的几何形状工件进行检测，而且可以得到被测工件的均匀一致、高分辨力的清晰成像。
3）阵元延迟时间的数字化控制，提高了系统的抗干扰能力，提高了成像的稳定性与可靠性。
4）在波束合成之前实施全数字化，使得能够利用先进的数字信号处理技术来实现多种不同的数字波束合成，提高检测的空间分辨力、对比度分辨力和时间分辨力，其检测的灵敏度和分辨力大大高于声全息检测。
5）通过控制各阵元的发射和接收的权系数，可以灵活控制焦点尺寸、焦点深度，并可在一定范围内灵活控制检测分辨力、信噪比和检测速度等指标，尤适合对厚大工件的内部进行成像检测。
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