2.8 波陣面的形成

相控陣超聲波的核心概念是基于波的疊加和干涉原理。整個過程為矢量疊加，即需同時考慮波幅和任意時刻的質點運動方向。兩波疊加時，疊加結果取決于疊加時的波幅和相位，如圖2-3所示。

兩列波相向傳播，如圖2-3a所示。兩列波彼此相遇后開始疊加，其中一列波的波峰與另一列波的波谷疊加后，波幅下降，如圖2-3b所示。兩列波繼續相向傳播，在特定時刻，兩列波的波峰疊加，波幅上升，如圖2-3c所示。兩列波分離后朝相反的方向傳播，并且各自仍保持疊加前的波形狀態，如圖2-3d所示。

圖2-3 波的疊加

如前所述，兩列頻率相同、振動方向相同、相位相同或相位差恒定的波相遇時，會發生干涉，如圖2-4a～d所示。當其中一列波的波峰和另一列波的波谷相對時，即發生相消干涉，如圖2-4b所示。當其中一列波的波峰和另一列波的波峰相對時，即發生相長干涉，如圖2-4c所示。

圖2-4 波的干涉

相控陣探頭產生脈沖，其過程與單晶探頭相同，通常基于逆壓電效應。由于壓電晶片的形變正比于外加電壓，相控陣探頭中相鄰陣元產生的脈沖具有相同的波幅和頻率。當整體激發脈沖時，沿相控陣探頭排列的陣元會成為相干波源。

在相控陣檢測中，應注意陣元間發生干涉的條件，即相位延遲。如圖2-5所示，振幅最大處的兩個相鄰脈沖波在該點會產生相長干涉。如果一個脈沖的波峰正好對應于相鄰脈沖的波谷，則會發生相消干涉。了解相干波源的頻率和間距，即可判斷其發生相長干涉的位置。

圖2-5 兩個頻率相同、相位相同的相干波源引起的干涉