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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