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第一节 超声换能器的学科内容及其发展1

第一章 超声换能器概述1

第二节 超声纵波及介质的声阻抗特性2

第三节 超声波的衰减及吸声材料7

第四节 超声波的主要物理特性10

一、波动特性10

二、束射特性11

三、射线特性11

四、吸收特性12

第五节 超声换能器的主要性能指标及单位13

一、超声换能器的主要性能指标13

六、空化效应13

五、多普勒效应13

二、超声换能器设计计算时采用的单位18

参考文献19

第二章 固体中的声波及变幅杆21

第一节 弹性固体受力的基本概念21

一、外力21

二、应力22

三、位移与应变23

第二节 刚度、柔顺张量及胡克定律26

第三节 固体中的声学动力学方程29

第四节 超声变幅杆36

一、等截面变幅器36

二、变截面杆变幅器40

三、半波长变截面变幅器43

四、指数形号筒的声学特性46

参考文献49

第三章 波的反射、折射和波导传播50

第一节 概述50

第二节 流体中的声波50

第三节 固体中的声波53

一、纵波53

二、横波54

三、纵波和横波的速度势函数55

第四节 平面波在分界平面上的反射和折射56

一、流体-流体界面56

二、固体-气体界面61

三、流体-固体界面66

四、固体-固体界面71

五、表面波72

第五节 声在波导中的传播74

一、声波在流体平面平行波导中的传播74

二、声波在圆管中的传播80

参考文献84

第四章 声波辐射和换能器的指向性85

第一节 均匀脉动球源85

一、振源强度85

二、辐射阻抗86

第二节 声偶极子89

一、偶极子声场89

一、声压的一般表示式92

第三节 点声源组成的离散阵92

二、偶极子等效辐射阻92

二、等间距均匀点源直线阵94

三、互辐射阻抗的影响98

四、等间距不均匀点源直线阵99

五、相位控制的点源直线阵102

第四节 连续直线阵105

一、有限长均匀连续直线阵106

二、不均匀连续直线阵106

三、相位控制的连续直线阵111

第五节 无限大障板上平面状辐射器112

一、平面圆形活塞的辐射113

二、辐射阻抗118

三、振速按v_(a0)(1-r~(′2)/a~2)~2分布的平面图形辐射器121

第六节 乘积定理123

第七节 近场方向特性125

一、近场声压126

二、平面振源的近场方向性128

参考文献129

第五章 压电体声换能器基础130

第一节 压电换能材料概述130

二、压电晶体的物理特性132

第二节 压电线性静态方程及耦合系数138

一、压电线性方程138

一、引言139

二、压电耦合系数141

一、梅森(Mason)等效电路144

第三节 压电振子的等效电路图144

二、克里姆霍尔兹等效电路159

第四节 压电陶瓷参数测量161

一、测量项目与试样161

二、压电陶瓷材料独立常数的测量162

三、压电陶瓷材料其他常数求导方法163

四、标准样品压电元件等效电路参数的测量165

五、非标准试样实用压电元件的参数测定175

第五节 典型压电陶瓷参数及其影响180

一、小信号下诸典型压电陶瓷特性参数180

二、压电陶瓷的老化和高静态应力下的效应190

参考文献191

第二节 径、厚耦合时压电圆片的等效电路195

第一节 概述195

第六章 压电短圆柱及薄圆片换能器195

第三节 短圆柱型各向同性自由振动模式204

一、薄圆盘情况205

二、长棒情况207

三、介于圆盘与长棒之间的情况209

四、振动方式和振幅比209

五、厚度振动模式209

第四节 短圆柱型换能器的方向特性211

一、方向特性与位移分布的关系211

二、短圆柱换能器方向特性公式212

第五节 薄圆片换能器221

一、压电薄片换能器的构成221

二、薄片谐振器的数值分析223

三、压电薄片激励体波换能器226

第六节 压电薄圆片弯曲振动模式231

一、压电薄圆片弯曲振动方程及边界条件231

二、自由边界压电薄板的弯曲振动分析232

三、边缘支撑压电薄片弯曲振动分析238

第七节 短圆柱换能器在电力变压器局放定位检测中的应用242

一、概述242

二、局放短圆柱超声换能器的设计242

三、局放短圆柱超声换能器测量结果247

四、换能器在故障电力变压器上局放定位试验253

参考文献254

第一节 概述257

第七章 纵向复合棒大功率换能器257

第二节 纵向复合棒型换能器的理论分析258

一、压电方程的选择258

二、运动方程及机电等效图259

三、前后盖板的机电等效图261

四、频率方程、机电等效图及其解266

第三节 纵向复合棒型换能器的辐射特性和功率容量267

一、纵向复合棒型换能器的辐射特性267

二、纵向复合棒换能器功率容量、损耗及效率270

第四节 纵向复合棒换能器极限分析273

第五节 功率发射换能器的阻抗匹配276

一、功率换能器的直接串、并联调谐277

二、功率换能器的变压器调谐277

三、功率换能器的传输电缆影响281

一、大功率超声聚焦型纵向复合棒换能器结构282

第六节 大功率超声聚焦型纵向复合棒换能器282

二、工程简易设计原理和计算方法284

三、工程简易法与梅森等效图法的比较288

参考文献293

第八章 有限长薄亮圆管型超声换能器295

第一节 薄壳压电陶瓷超声换能器的自由振动295

一、理论模型295

二、频率方程297

第二节 有限长压电薄圆管的径、长耦合及发射频响301

一、有限长压电薄圆管的径向振动发射频响301

二、有限长压电薄圆管的轴向振动产生的径向发射频响302

二、宽带设计的基本原理310

第三节 有限长压电多层环宽带发射换能器310

一、概述310

第四节 切向极化分段压电陶瓷超声换能器317

一、结构和特点317

二、理论分析318

第五节 压电陶瓷与非压电体嵌镶式换能器320

一、结构和特点320

二、理论分析320

参考文献323

第九章 高分子PVDF压电薄膜平面状超声换能器325

第一节 高分子PVDF压电薄膜换能材料概述325

第二节 高分子PVDF压电薄膜的物理性能326

一、PVDF的物理常数326

二、高聚物的压电性，热释性，电光及弹光效应328

第三节 高分子PVDF压电材料及其制备332

一、PVDF薄膜的简单制备工艺332

二、工艺及环境对PVDF压电性的影响334

第四节 高分子PVDF平面状高频水听器339

一、PVDF平面状高频新型水听器概述339

二、PVDF高频平面状水听器的结构和原理341

三、PVDF高频平面状水听器的灵敏度和方向特性理论分析342

四、PVDF-ST-1-P型水听器的用途352

第五节 高分子PVDF平面状低旁瓣换能器353

一、PVDF压电薄膜怎样实现低旁瓣特性353

二、PVDF平面状低旁瓣换能器的声学结构355

三、低旁瓣设计对窄脉冲特性的影响358

四、PVDF低旁瓣换能器的测量数据360

第六节 高分子PVDF平面状可逆式换能器362

一、PVDF压电薄膜可逆式换能器362

二、PVDF压电薄膜可逆式换能器结构及理论分析363

参考文献373

第十章 高分子PVDF压电薄膜圆管换能器378

第一节 PVDF压电薄膜微型环高频水听器378

一、概述378

二、结构及理论分析379

三、测量结果383

第二节 PVDF压电薄膜内贴式圆管水听器理论分析384

一、概述384

二、PVDF压电薄膜圆管水听器的壳体振动的静态理论386

三、PVDF圆管水听器接收灵敏度390

四、PVDF内贴式圆管水听器轴向加速度响应392

第三节 PVDF压电薄膜内贴式圆管水听器设计和性能393

一、设计与性能综述393

二、高静水压下灵敏度变化特性395

三、常温、常压下灵敏度幅频、相频特性396

四、轴向加速度频响特性397

参考文献398

第十一章 新型复合压电换能器399

第一节 概述399

第二节 3-3连结复合压电换能材料的物理特性401

一、PZT压电陶瓷复合体概述401

二、致密-多孔-致密夹心PZT复合体结构及性能403

一、结构及设计原理408

第三节 3-3连结复合压电宽带发射换能器408

二、3-3连结复合发射换能器的实验结果411

第四节 3-3连结复合压电接收换能器415

一、理论计算415

二、实验数据418

三、新型3-3连结复合材料换能器小结421

第五节 3-3连结复合换能器在地震模型实验中的应用422

一、3-3连结复合换能器在地震模型实验中的波形422

二、3-3连结复合换能器与其他换能器综合比较428

第六节 3-3连结复合换能器在岩体无损检测中的应用431

一、3-3连结复合换能器在岩体上检测波形及分析431

二、3-3连结复合换能器在岩体材料受力检测中的应用436

参考文献440