有时，检测位置会受限，并且探头在正确的平面内不得移动。在这种情况下，可以使用面阵列探头，它可以实现主轴和次轴两个方向上声束的偏转。
2D阵列探头是阵元沿两个方向进行排列的探头。阵元分布在笛卡尔坐标系中，甚至是极坐标中，或者随机分布。探头可以采用脉冲回波配置，或者一发一收模式，检测粗晶材料。下图显示的是2D阵列探头阵元的排布示意图。
从左至右：矩阵，扇形环阵，随机分布
最常见的2D阵列探头是矩阵探头，因为它们容易制造；并且广泛的应用于DMA配置，检测不锈钢材料。
在capture软件中，也可以定义和处理矩阵探头。下图显示的是用于定义8×8矩阵探头的配置面板，阵元在两个方向上的p值都为1mm。当处理线阵列探头，计算延时法则时，操作者需要注意第一阵元在斜楔上的位置。对于矩阵阵列，规定沿主动轴和被动轴两个方向如何激发阵元同样也很重要。在下面的例子中，阵元1到阵元8是沿被动轴方向，不是主动轴方向。Capture界面能通过简单的使用对称工具，处理任何方向上的阵元。
2D阵列的主要优势是能够实现整个3D体积内的检测。通过使用合适的延时法则，能够实现能量偏转，远离主动轴平面，从而检测特定方向分布的缺陷。在检测位置受限，并将能量沿特定方向进行放射时非常有用。
当处理矩阵阵列时，capture能够调节倾斜角度（skew angle）。下面的动画显示的是主动轴方向上35°--75°的扇扫，倾斜角度为10°，-10°和0°三个不同平面上的三个扇扫。
为了说明这个性能，让我们来看看相控阵B型试块中的斜孔。横通孔的直径为1.5mm，倾斜角度为30,45,60和75°
利用capture软件，我们在三个平面（倾角分别为0°，10°和20°）内实现了35°--75°的扇扫。每个倾角的扇扫在Capture中以不同的组显示；因此，可以根据每个倾角，选择视图（A扫，S扫，C扫）。下面的图像显示的是每个平面内（0°，10°和20°）的扇扫，其观察点是从左上角进行观察的。
可以看到在20°的倾角下，最能观察到第一个横通孔，而对于第二个横通孔，在10°倾角下的扇扫显示的结果更好。通过选择合适的倾角，可以使得不同的横通孔以最佳的检测灵敏度被检出。
下图显示的是20°倾角的扇扫在3D视图中的显示。可以看到，扇扫并非包含在主动轴平面内。3D数据导出，显示在B型试块上两个有角度的孔上。我们可以清楚的看到这两个孔以不同的角度加工在试块上，并贯穿了试块。
当检测位置受限，或需要以不同的方向观察缺陷时，矩阵阵列就是一个很好的解决方案。Capture软件使得探头的定义和使用，从阵元的编号到延时法则的计算或TCG，都变得很容易。