在航空航天制造和维护、维修和大修中，针对铝和钢的无损检测 (NDT) 技术有很多，但针对碳纤维和玻璃纤维增强聚合物 (CFRP、GFRP) 复合材料的选择则少得多。

鉴于这些材料的多层各向异性特性，裂纹、孔隙和异物等缺陷可能会出现在表面或纤维或树脂的特定层内，且没有可预测的方向。分层缺陷可能会迅速蔓延，尤其是在层压板在整个厚度范围内受力的部件中。疲劳点和灾难性故障之间可能几乎没有或根本没有警告，这对于航空航天和其他重视复合材料强度重量比的行业至关重要。

随着无损检测技术的发展，超声波已被证明是确定复合材料缺陷深度和尺寸的有效方法。

什么是超声波？

超声波检测 (UT) 使用传感器或探头向材料发射高频声能脉冲。探头以精确的间隔和设定的角度发射超声波。当波遇到缺陷时，部分能量会像回声一样反射回来。计算、分析能量到达探头所需的时间，并将其作为图像显示在屏幕上供技术人员查看。

传统超声波采用单元件换能器，存在衰减高、信噪比 (SNR) 低等缺点。相控阵超声波检测 (PAUT) 使用单个探头中的多个独立元件（通常为 16-64 个）来生成高质量的引导信号，这些信号可以传播更长的距离并覆盖更大的区域。这有助于加快检查速度并使其更加彻底，这对于具有复杂几何形状的大型部件尤其重要。

仪器仪表

PAUT 包含一个硬件和软件系统，它们协同工作以获取检查数据并将其处理为有意义的结果。

该系统的核心是一个功能强大、紧凑且便携的PAUT仪器，可以在现场或工厂执行复杂的测试。

这些仪器具有 64 通道符合代码规范的 PAUT 等功能，能够捕获和存储阵列中每对发射器-接收器元件的所有时域信号 (A 扫描)，这种技术称为全矩阵捕获 (FMC)。FMC 允许实时处理原始 A 扫描信号的“全矩阵”，或保存下来，以便使用针对任何给定聚焦法则或光束（孔径、角度或聚焦深度）的不同重建参数集进行离线处理。

获取原始信号信息为实现先进算法打开了大门，例如全聚焦方法 (TFM)，该方法使用 FMC 数据生成高分辨率 2D 和 3D 图像以进行缺陷表征和定量分析；飞行时间衍射 (TOFD) 功能；以及平面波成像 (PWI) 数据采集。

软件

随着计算能力的发展，检测软件也在不断发展。软件可以管理整个检测过程，包括探头设计（声束模拟）、检测技术开发和验证、高速数据采集、高级数据分析和综合报告。

软件还可以增加检测过程的灵活性。例如，对于具有曲线或可变厚度的部件，保持正确的探头方向通常需要复杂且昂贵的机械系统以及对样本几何形状的精确了解。软件可以实现自适应 UT 检测技术，如时间反转，这可以实时补偿探头和样本之间错位的影响。

软件开发工具包 (SDK) 允许用户集成自己的开发来创建定制解决方案，例如特定的 UI、处理和分析工具、自定义处理的数据、与检查管理系统的远程交互以及将数据实时传输到另一个软件平台。

随着复合材料的应用范围持续拓展，对复合材料进行无损检测，成为了无损检测领域一项极具挑战性的任务。应用越广泛，对更强大检测系统的需求就越迫切。对于需要完成复合材料检测这类复杂任务的制造商和无损检测服务提供商而言，这就要求他们采用在性能、速度和成本效益方面表现出色的仪器和软件。