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功率超声部分 1

第一章 功率超声基本原理 1

第一节 超声波基础知识 1

一、超声学发展史和超声在国民经济中的地位 1

二、功率超声概述 3

三、超声场及其特征量 4

四、超声场的物理性质 4

五、超声场的作用 5

第二节 超声波聚能器 6

一、等截面变幅杆 7

二、半波长变截面变幅杆 8

三、组合变幅杆 10

四、四分之一波长聚能器 11

第三节 大功率超声换能器设计原理 14

一、超声换能器的换能材料 14

二、半波长功率超声换能器 19

三、四分之一波长功率超声换能器 22

四、大功率超声聚焦型纵向复合棒换能器 23

五、大功率纵向复合换能器极限分析 29

第四节 产生超声波的功率源电路 31

一、关于谐振问题<频率自动跟踪> 32

二、末级功率放大器的原理与设计 34

三、功率合成放大器 39

四、放大器的输出功率调节 42

五、功率放大器的保护 42

第五节 超声波发生器与换能器的匹配设计 44

一、匹配概述 44

二、阻抗匹配 44

三、调谐匹配 45

四、关于匹配电感的设计 47

五、功率换能器的自耦变压器匹配 48

参考文献 53

第二章 超声波清洗 55

第一节 超声波清洗的原理 55

第二节 超声清洗机的组成 57

第三节 超声波清洗的分类 60

第四节 超声波清洗中应注意的几个问题 61

第五节 超声清洗的主要应用场合 63

参考文献 64

第三章 超声波焊接 65

第一节 超声波塑料焊接 65

一、概述 65

二、超声塑料焊接的原理与条件 65

三、超声波塑料焊接的相容性和适应性 68

四、超声塑料焊接的几种方法 69

五、超声塑料焊接的焊点、焊面设计 70

六、超声波塑料焊接机的组成及其作用 72

七、关于负载阻抗匹配问题 73

八、超声塑料焊接机操作的基本程序 75

九、超声波塑料焊接机的型号和规格 75

第二节 超声花边缝合 76

一、超声花边缝合工作原理 76

二、超声花边缝合机功能 76

三、超声花边缝合机主要特点 77

四、超声花边缝合机的用途 78

五、超声花边缝合机型号规格 78

六、超声花边缝合机电路图及整机照片图 78

第三节 金属材料的超声焊接 81

一、概述 81

二、金属材料超声焊接的特点 81

三、金属材料超声焊接机理与条件 82

四、焊接的种类及应用 84

五、金属材料超声焊接的型号与参数 87

参考文献 87

第四章 超声加工 89

第一节 概述 89

第二节 超声加工原理 89

第三节 超声钻孔 90

第四节 超声波振动切削 92

一、超声振动切削条件与切削效果机理 92

二、超声振动切削特点 92

三、超声切削装置组成 93

四、使用展望 94

第五节 超声波研磨、抛光 94

一、超声波研磨、抛光原理 94

二、超声波研磨、抛光的几种类型 95

三、超声波研磨、抛光特点 95

四、超声波研磨、抛光用工具头 95

五、超声波研磨、抛光机的有关性能参数 96

六、超声研磨抛光的应用 97

第六节 超声波金属塑性加工 97

一、超声波金属塑性加工原理 97

二、超声波金属拉管 98

三、超声波金属拉丝 99

四、超声波弯管 99

五、超声波轧制 100

参考文献 101

第五章 超声波分散 102

第一节 概述 102

一、关于分散系 102

二、超声波分散法应用实例 103

第二节 超声均化器 104

一、超声均化器的组成与原理 104

二、分散工具头 105

三、超声分散的效果 105

四、超声均化器的结构与技术规格 105

第三节 超声粉碎 106

一、超声燃料油改质装置 106

二、超声粉碎催化剂 108

三、超声粉碎生物材料 108

第四节 超声乳化 109

一、概述 109

二、超声燃油渗水 109

三、蜡与水的超声乳化 110

四、超声雾化 111

五、制取金属粉末的超声雾化器 113

参考文献 114

第六章 超声处理 115

第一节 概述 115

第二节 超声搪锡 115

一、超声搪锡的机理 115

二、超声搪锡技术参数 116

三、应用注意事项 116

第三节 超声凝聚 116

一、超声凝聚的机理 116

二、粒子在声场中的振动 117

三、声场中产生凝聚效应的恒定力 117

四、超声凝聚的主要因素 118

五、超声凝聚的应用 118

第四节 超声淬火 119

一、超声淬火原理 119

二、超声淬火设备 121

三、超声淬火效果 121

参考文献 123

第七章 超声马达 124

第一节 概述 124

第二节 超声马达基本原理 124

第三节 环状行波超声马达 125

第四节 复合换能器型超声马达 127

第五节 纵弯模式转换型超声马达 129

参考文献 131

第八章 声化学 133

第一节 前言 133

第二节 声空化—声化学反应的主动力 134

一、产生超声效应的几种物理机制 134

二、空化过程的物理图像与定量表述 135

三、声空化的化学检测方法 137

四、影响声空化的物理因素 139

第二节 声化学反应器 144

一、液哨式声化学反应器 145

二、槽式声化学反应器 145

三、操头式声化学反应器 146

四、杯式声化学反应器 147

五、几种宜于工业上采用的声化学反应器 148

第四节 几种类型的声化学反应过程 149

一、均相反应 150

二、有固/液交界面参于的非均相反应 150

三、有液/液交界面参于的非均相反应 151

第五节 声化学研究的新进展 152

一、生物化学 152

二、有机合成 153

三、高分子的降解和聚合 153

四、分析化学 153

五、无机合成 153

六、电化学 154

七、光化学 154

八、立体化学 154

九、环境化学 154

十、其它 154

参考文献 154

第九章 功率超声在其他工业中的应用 158

第一节 超声在石油工业中的应用 158

一、超声在采油中的应用 158

二、超声波防蜡 159

三、超声波防盐垢 160

四、超声波原油脱水 161

第二节 超声波在环保业中的应用 161

一、超声除尘和净化水质 161

二、超声波防止锅垢 162

三、超声波电镀 162

第三节 超声在日常生活中的应用 163

一、超声波洗衣机 163

二、超声波洗碗机 163

三、超声波洗澡机 163

四、超声波美容机 164

五、超声波牙刷 164

第四节 超声在农业中的应用 164

一、超声技术育种 165

二、超声辐射诱变遗传创造农作物新品种 167

第五节 超声在食品工业中的应用 167

一、加速细化、乳化和扩散过程 167

二、超声凝聚、加速沉淀 167

三、酒的醇化—酒类的催陈技术 167

四、超声波提取生物中的某些物质 168

第六节 功率超声与激光的联合应用 168

一、声光特性 158

二、声光特性新应用 168

参考文献 169

第十章 功率超声在治疗疾病中的应用 170

第一节 概述 170

第二节 超声的生物效应 170

一、机械效应 170

二、热效应 170

三、空化效应 171

四、声流效应 171

五、触变效应 171

六、超声弥散效应 171

第三节 超声治疗的机理 171

第四节 超声治疗的剂量 172

第五节 超声治疗技术的某些临床应用 173

一、超声治疗在外科中的应用 173

二、超声治癌 177

三、超声治疗在内科中的应用 179

四、超声治疗临床应用效果 180

参考文献 183

第十一章 功率超声的测试技术 184

第一节 超声波发生器输出电功率的测量 184

第二节 声功率的测量方法 185

一、辐射方法 185

二、声光衍射法 186

三、量热法 186

四、轴向声压法 187

第三节 换能器参数的测量 187

一、导纳圆图法 187

二、工作状态下的声负载阻抗的测定 189

三、换能器电声效率的测量 190

第四节 位移振幅的测量 192

第五节 变幅杆谐振频率的测量 193

第六节 空化强度的测量 193

参考文献 194

三、检测超声中的声物理特性 198

四、检测超声中物理参数量纲与单位 202

第二节 检测超声换能器原理 211

一、PZT压电薄圆片检测超声换能器设计 211

二、PVDF压电薄膜平面检测超声换能器设计 217

三、PVDF压电薄膜内贴圆管型检测超声换能器设计 221

参考文献 224

第十三章 检测超声参数测量技术 226

第一节 脉冲循环法声速测量技术 226

一、概述 226

二、测量原理与方法 226

三、声速仪的工作原理 227

四、声速的经验公式 227

五、声速经验公式的求法 228

第二节 压电陶瓷材料参数的测量方法 229

第三节 超声换能器特性测量 230

一、概述 230

二、换能器的等效电路和阻抗特性分析 230

三、换能器阻抗（导纳）特性的测量方法 233

四、推导换能器带宽、品质因数、电声效率 235

参考文献 236

第十四章 检测超声典型电路与微机信号处理技术简介 238

第一节 检测超声系统中的电路设计 238

一、接收电路设计举例 238

二、发射电路设计举例 244

三、检测超声换能器与电路匹配 246

第二节 检测超声中微机信号处理技术 249

一、单片机控制系统技术 249

二、超声波形采集与储存技术 252

三、数据采集触发技术 254

四、信号识别技术 254

五、时延估计技术 257

六、系统软件包设计简介 258

参考文献 259

第十五章 超声波流量计 260

第一节 概述 260

第二节 管外夹持式超声流量计 261

一、流量计算公式 261

二、C1－Ⅱ型夹持式超声流量计设计 262

参考文献 272

第十六章 超声波测厚仪 273

第一节 概述 273

一、超声波工业测厚应用状况 273

二、超声波测厚仪种类及优缺点 273

第二节 共振、干涉式超声测厚仪简介 274

一、共振测厚仪 274

二、干涉式超声测厚仪 275

第三节 脉冲反射式超声测厚仪 276

一、原理 276

二、发射电路 276

三、接收电路 277

四、反射脉冲选通技术 278

五、控制显示电路 280

六、系统软件设计 283

第四节 高温测厚仪及其关键技术 284

一、高温测厚仪系统设计概述 284

二、温度传输过程理论分析 285

三、高温测厚换能器 287

第五节 眼睛超声检测仪 289

参考文献 291

第十七章 超声波检漏仪 293

第一节 超声检漏的基本原理和类型 293

一、被动式泄漏检测机理 293

二、主动式泄漏检测机理 294

第二节 超声检漏检测仪设计技术 294

第三节 CJ－2型超声检漏仪 295

第四节 高灵敏度超声检漏传感器 296

一、概述 296

二、超声检漏传感器的设计理论 297

三、超声检漏传感器的结构和特性 299

第五节 超声检漏技术应用前景 300

参考文献 301

第十八章 空气耦合超声换能器及其检测应用 302

第一节 空气耦合超声检测概况 302

第二节 空气耦合超声换能器 303

一、静电式空气超声换能器 303

二、压电式空气超声换能器 304

第三节 空气中超声检测应用 308

一、空气中超声测距 309

二、超声物体识别 313

第四节 空气耦合超声无损检测 314

一、直接式空气耦合超声无损检测 314

二、激光激发超声的空气声换能器检测 316

参考文献 320

第十九章 激光超声 323

第一节 引言 323

一、什么叫激光超声 323

二、激光超声的特点 323

三、激光超声发展简史 324

四、本章要旨 326

第二节 激光超声的激光 326

一、概况 326

二、温度场的分布 328

三、热弹机制激发超声 329

四、激光融蚀激发超声 336

五、激光激发声表面波和兰姆波 340

六、热弹栅源激发超声 348

七、皮秒激光超声的激发 350

第三节 脉冲激光超声的接收 353

一、光偏转技术 353

二、表面栅衍射技术 354

三、光反射技术 355

四、零拍干涉仪 356

五、外差干涉仪技术 358

六、差分干涉仪 360

七、速度（或时延）干涉仪 360

八、共焦法卜利—珀罗干涉仪 362

九、电容（或电荷）换能器（ESAT） 365

十、电磁声换能器（EMATS） 366

第四节 脉冲激光超声的应用 369

一、标准声源 370

二、激光超声技术检测固体中的缺陷 374

三、激光超声测厚 379

四、激光超声测弹性模量 382

五、激光超声对材料特性的表征 387

六、激光超声在声显微镜中的应用 398

七、激光超声在工业上的应用 398

第五节 本章结束语 402

参考文献 403

第二十章 超声几何定位 411

第一节 引言 411

第二节 距离几何的若干基本概念及Blumenthal定理 411

第三节 超声定位中数据筛选处理的必要性 413

第四节 几何约束滤波 415

第五节 几何约束滤波器精度分析 416

一、空间立体基阵的情形 416

二、平面矩形基阵的情形 419

三、数值举例 422

第六节 按时延定位的几何约束滤波 422

第七节 理论在电力变压器局放超声定位中的应用 424

一、局放超声定位的等效声速 424

二、局放的电声结合定位法 425

三、局放的单纯超声定位法 427

参考文献 427

第二十一章 木材检测中的声发射与声—超声技术 429

第一节 （超）声波在木材中的传播规律 429

一、声速 429

二、衰减 429

三、声阻抗 430

第二节 声发射检测 431

第三节 声—超声检测 433

第四节 声发射及声—超声检测的设备 436

第五节 超声传感器与材料的耦合 436

第六节 缺陷定位 437

参考文献 437

第二十二章 超声波探伤 440

第一节 超声探伤概述 440

第二节 超声探伤的基本原理 440

一、超声探伤的物理特性 440

二、超声探伤原理 444

第三节 超声探伤的各种方法 445

一、脉冲反射法 445

二、穿透法 448

三、谐振法探伤 450

第四节 超声波探伤仪 450

一、超声探伤换能器 450

二、A型显示超声探伤仪 453

三、B型显示超声探伤仪 456

四、C型显示超声探伤仪 456

第五节 超声探伤的新技术 458

一、超声探伤的信号处理与信号分析的新技术概况 458

二、时间渡越衍射技术 458

三、合成孔径成像技术 458

四、裂谱分析 458

五、能谱分析与相关 459

六、模式识别技术 459

七、聚类分析 460

八、三维图形重建 461

九、人工神经网络技术 461

参考文献 461

第二十三章 超声对浓度与声速的检测 463

第一节 超声对液体浓度的检测 463

一、超声波液体浓度检测原理 463

二、超声波浓度计与其它浓度计的比较 466

三、超声波浓度计在工业生产上在线检测的应用 467

第二节 超声波对材料的声速检测 468

一、概述 468

二、声循环法测量声速过程 468

三、声速的其它几种简易测量方法 470

参考文献 471

第二十四章 超声对力、风速及交通流量等的检测 472

第一节 超声测力 472

一、超声测试轴向应力的计算公式 472

二、超声波轴向应力测试的工作原理 472

三、声时应力常数 474

第二节 风速的超声测量 475

一、超声测量风速的原理 475

二、超声测量风速的特点与应用 476

第三节 温度的超声测量 476

第四节 交通流量的超声波检测 477

参考文献 479

第二十五章 电力变压器（电抗器）局部放电超声检测与定位技术 480

第一节 局放超声检测意义 480

第二节 局放超声传感器 481

一、局放超声传感器设计及其性能 481

二、超声传感器灵敏度与局放量关系 482

第三节 局部放电超声波特性分析与实验测试技术 483

一、局部放电超声声强测试与分析 484

二、局放超声的声速与温度、杂质关系测试结果 485

三、局部放电等值声速实验分析 485

四、局部放电油中插入介质层的声衰减分析 486

五、局部放电的超声透射实验分析 488

第四节 电力变压器局放超声检测与定位系统设计 488

一、系统的硬件组成 489

二、系统的软件组成 492

三、系统定位与检测应用实例 496

参考文献 502

第二十六章 水下超声定位与探测 503

第一节 目标检测原理及应用 503

一、检测原理 503

二、空间处理 505

三、声呐方程 506

四、应用实例 507

第二节 目标参数估计原理 507

一、估计原理 507

二、基本估计方法 509

第三节 目标识别原理 510

一、特征提取和选择 510

二、识别和分类 511

第四节 声呐的军用和民用 512

第五节 时频分析方法 514

一、各种方法的介绍 514

二、性能分析 515

三、应用例子 518

第六节 神经网络及其在声呐中的应用 520

一、人工神经网络的特点及模式识别原理 520

二、人工神经网络的基本原理 521

三、应用实例 524

第七节 水声匹配场处理 525

一、匹配场处理原理 525

二、匹配场处理算法 526

三、应用实例 529

参考文献 531

附录 533

Ⅰ 典型宽频带多振模换能器 533

Ⅱ 典型压电振子、声学材料参数 536