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功率超聲振動系統的原理及應用(精)/現代聲學科學與技術叢書

  • 作者：林書玉//林基艷|責編:劉鳳娟//田軼靜|總主編:田靜
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030798930
  • 出版日期：2025/03/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：770
人民幣：RMB 388 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是一部關於功率超聲換能器振動系統的理論設計及工程應用的專著，幾乎涉及功率超聲換能器振動系統的所有內容，其中的大部分章節是作者多年來從事功率超聲換能器相關研究成果的總結。全書緊緊圍繞功率超聲換能器振動系統這一內容，對各種類型的超聲換能器，從基礎理論知識分析及數值模擬、工程設計到實際應用，以及該領域的最新研究成果進行了詳細的分析及闡述。
    全書共16章，第1章是緒論，對功率超聲換能器的基本概況進行了簡要的介紹；第2?5章介紹了功率超聲振動系統的基礎理論，即彈性體的振動及傳播等；第6章對功率超聲技術中特有的固體超聲變幅桿進行了分析；第7?12章對各種不同類型的功率超聲換能器進行了探討，絕大部分內容是作者近年來的相關研究成果總結；第13和第14章分別介紹了功率超聲換能器的電聲匹配和測量；第15和第16章對超聲技術的原理及其應用以及超聲波空化進行了闡述。最後，給出了相關的參考文獻，以供讀者查閱。
    本書內容邏輯清晰、條理分明、深入淺出，可供從事功率超聲理論研究及技術應用工作的科技工作者、專業技術人員以及高等院校師生參考。
作者介紹
林書玉//林基艷|責編:劉鳳娟//田軼靜|總主編:田靜
目錄
前言
第1章  緒論
  1.1  超聲換能器簡介
  1.2  功率超聲振動系統簡介
  1.3  超聲換能器的性能參數
    1.3.1  發射換能器和接收換能器共同要求的性能指標
    1.3.2  對發射換能器特別要求的性能指標
    1.3.3  對接收換能器特別要求的性能指標
  1.4  超聲換能器的研究方法
  1.5  超聲換能器的電聲四端網路
    1.5.1  電聲四端網路研究方法
    1.5.2  電聲四端網路的一般關係式
    1.5.3  發射型壓電換能器的四端網路
第2章  質點振動學基礎
  2.1  單自由度質點振動系統的自由振動
  2.2  單自由度質點振動系統的阻尼振動
  2.3  單自由度質點振動系統的強迫振動
    2.3.1  振動速度振幅的頻率特性及機械諧振
    2.3.2  振動系統的功率頻率特性曲線
    2.3.3  振動系統位移振幅的頻率特性曲線
    2.3.4  振動系統加速度振幅的頻率特性曲線
    2.3.5  振動控制原理
  2.4  機械系統的力電類比
第3章  彈性體的振動
  3.1  均勻截面細棒的縱向振動
    3.1.1  均勻截面細棒縱向振動的基本理論
    3.1.2  均勻截面細棒和電波傳輸線的類比以及細棒縱向振動的等效電路
    3.1.3  均勻截面細棒縱向振動的固有頻率修正
    3.1.4  有限尺寸短圓柱及厚圓盤的縱向與徑向耦合振動
    3.1.5  幾種特殊振動體的振動分析
    3.1.6  矩形六面體的三維耦合伸縮振動
  3.2  均勻截面細棒的彎曲振動
    3.2.1  棒的橫振動方程
    3.2.2  不同邊界條件下棒的彎曲振動分析
  3.3  彈性薄板的彎曲振動
    3.3.1  薄圓板的彎曲振動
    3.3.2  矩形薄板的彎曲振動
  3.4  彈性薄圓板的徑向振動
    3.4.1  各向同性彈性薄圓盤的徑向振動
    3.4.2  彈性薄圓環的徑向振動
第4章  固體中的彈性波
  4.1  固體彈性介質的基本特性
    4.1.1  固體彈性介質中的應力和應力分量
    4.1.2  固體彈性介質中的應變和應變分量
    4.1.3  彈性體內應力與應變之間的關係—廣義胡克定律
  4.2  固體介質中的彈性波
    4.2.1  固體彈性介質中的波動方程
    4.2.2  固體介質中的縱波和橫波
  4.3  表面波
    4.3.1  表面波的特性及類型

    4.3.2  表面波的產生—叉指換能器
    4.3.3  叉指換能器的等效電路
第5章  彈性波的傳播
  5.1  彈性波的反射和折射
    5.1.1  聲波在兩種非固體介質交界面處的反射和折射
    5.1.2  平面縱波從流體介質入射到固體介質
    5.1.3  聲波入射到固液、固固介質的分界面上
    5.1.4  聲波通過介質層的反射與透射
  5.2  聲波的疊加、干涉、駐波及衍射
  5.3  聲波的散射
  5.4  聲波的吸收
    5.4.1  聲吸收的研究歷史
    5.4.2  聲吸收的種類
    5.4.3  實際介質的聲吸收
    5.4.4  聲吸收理論
第6章  固體超聲變幅桿
  6.1  超聲變幅桿的基本理論
    6.1.1  變截面桿縱振動的波動方程
    6.1.2  不同種類變幅桿放大特性的比較研究
  6.2  指數型超聲變幅桿的理論設計
  6.3  性能可調的縱向振動圓錐型超聲變幅桿
    6.3.1  理論分析
    6.3.2  電阻抗和壓電陶瓷材料對變幅桿共振頻率和放大係數的影響
    6.3.3  變幅桿振動性能的數值模擬
    6.3.4  實驗驗證
    6.3.5  本節小結
  6.4  性能可調的縱向振動階梯型超聲變幅桿
    6.4.1  理論分析
    6.4.2  電阻抗對階梯型超聲變幅桿性能的影響
    6.4.3  壓電材料的位置對變幅桿性能的影響
    6.4.4  實驗驗證
    6.4.5  本節小結
  6.5  性能可調的複合型超聲變幅桿
    6.5.1  性能可調的複合型超聲變幅桿的設計理論
    6.5.2  電阻抗對複合型超聲變幅桿性能的影響
    6.5.3  壓電陶瓷圓環位置對複合型超聲變幅桿振動性能的影響
    6.5.4  壓電陶瓷圓環的厚度對複合型超聲變幅桿振動性能的影響
    6.5.5  實驗研究
    6.5.6  本節小結
  6.6  扭轉振動超聲變幅桿的設計理論
    6.6.1  變幅桿的截面極慣性矩按照規律變化
    6.6.2  變幅桿的截面極慣性矩按照規律變化
    6.6.3  變幅桿的截面極慣性矩按照規律變化
  6.7  縱扭複合模態超聲變幅桿的設計理論
    6.7.1  縱扭複合模態指數型超聲變幅桿的振動特性
    6.7.2  實驗驗證
    6.7.3  本節小結
  6.8  具有縱扭複合振動模態的複合型超聲變幅桿
    6.8.1  縱扭複合振動模態變幅桿的共振頻率方程
    6.8.2  實驗驗證

  6.9  縱向超聲變幅桿橫向振動的頻率修正
    6.9.1  縱向振動超聲變幅桿橫向振動的頻率修正理論
    6.9.2  實驗驗證及結論
  6.10  大尺寸圓形截面超聲變幅桿的近似設計理論
    6.10.1  大截面變幅桿的近似設計理論
    6.10.2  理論計算及實驗驗證
  6.11  大尺寸矩形斷面超聲變幅桿的設計理論
    6.11.1  基本理論
    6.11.2  實驗及結論
  6.12  大尺寸矩形截面複合超聲變幅桿的解析分析理論
    6.12.1  大尺寸矩形截面複合型超聲變幅桿的設計理論
    6.12.2  實驗及結論
  6.13  超聲變幅桿的連接與夾持
  6.14  超聲變幅桿的耦合工具頭
  6.15  超聲變幅桿的設計和測量
    6.15.1  變幅桿類型及所用材料的選擇
    6.15.2  設計方法
    6.15.3  變幅桿的測量
第7章  縱向夾心式壓電陶瓷換能器
  7.1  概論
  7.2  壓電材料的基本性質
    7.2.1  壓電材料發展概況
    7.2.2  壓電材料種類
  7.3  縱向夾心式壓電陶瓷換能器的理論分析及設計
    7.3.1  變截面細棒的一維縱振動方程及其解
    7.3.2  壓電陶瓷晶堆的機電狀態方程及其等效電路
    7.3.3  縱向夾心式壓電陶瓷換能器的機電等效電路及其特性分析
第8章  扭轉振動功率超聲換能器
  8.1  切向極化壓電陶瓷細長棒的扭轉振動
    8.1.1  扭轉振動的機械方程式
    8.1.2  電路狀態方程式
    8.1.3  機電等效電路圖
    8.1.4  切向極化壓電陶瓷細棒扭轉振動的頻率方程
  8.2  切向極化壓電陶瓷薄圓環的扭轉振動
    8.2.1  振子的機械運動方程式
    8.2.2  壓電陶瓷薄圓片振子的電路狀態方程式
    8.2.3  振子的機電等效圖
    8.2.4  壓電陶瓷薄圓環振子厚度剪切振動的頻率方程
  8.3  切向極化壓電陶瓷晶堆的扭轉振動
  8.4  夾心式壓電陶瓷扭轉振動換能器的設計理論
    8.4.1  夾心式壓電陶瓷扭轉振動換能器的頻率方程
    8.4.2  討論
    8.4.3  負載對換能器共振頻率方程的影響
    8.4.4  換能器各部分材料參數的選取及計算
    8.4.5  切向極化壓電元件的製作工藝技術
    8.4.6  本節小結
  8.5  振動模態轉換扭轉振動換能器
    8.5.1  斜槽式縱-扭複合模式超聲換能器的等效電路
    8.5.2  縱-扭複合振動傳振桿中斜槽的傾斜角度對系統共振頻率的影響
    8.5.3  實驗

    8.5.4  本節小結
第9章  彎曲振動超聲換能器
  9.1  疊片式彎曲振動壓電陶瓷換能器
  9.2  有限尺寸矩形疊板壓電陶瓷振子的彎曲振動
    9.2.1  矩形薄板繞y軸的彎曲振動
    9.2.2  矩形薄板繞x軸的彎曲振動
    9.2.3  壓電陶瓷矩形薄板彎曲振動的共振頻率
    9.2.4  彎曲振動矩形薄板的幾種特殊振動模式
    9.2.5  實驗驗證
  9.3  夾心式彎曲振動壓電陶瓷換能器
    9.3.1  夾心式彎曲振動壓電陶瓷換能器的波動方程分析法
    9.3.2  夾心式彎曲振動壓電陶瓷換能器的近似設計理論
    9.3.3  考慮壓電效應夾心式彎曲振動換能器的波動方程分析法
  9.4  模式轉換型彎曲振動換能器
    9.4.1  縱向換能器與細棒組成的彎曲振動換能器
    9.4.2  縱向振動換能器與圓盤組成的模式轉換型彎曲振動換能器
    9.4.3  縱向夾心式壓電陶瓷換能器與矩形薄板組成的模式轉換型彎曲振動換能器
  9.5  壓電陶瓷片與金屬盤（等厚度）組成的彎曲振動換能器
    9.5.1  運動方程
    9.5.2  邊界條件
    9.5.3  頻率方程
    9.5.4  數值計算及模擬模擬結果
    9.5.5  本節小結
  9.6  均勻厚度複合圓盤彎曲振動換能器的優化設計
    9.6.1  均勻厚度複合圓盤彎曲振動換能器振動特性的數值模擬
    9.6.2  均勻厚度複合圓盤彎曲振動換能器的輻射聲場
    9.6.3  實驗測試
    9.6.4  本節小結
  9.7  壓電陶瓷片與金屬盤（變厚度）組成的彎曲振動換能器
    9.7.1  線性漸變厚度複合圓盤彎曲振動換能器的優化設計
    9.7.2  實驗測試
    9.7.3  本節小結
第10章  徑向夾心式壓電陶瓷換能器
  10.1  概述
  10.2  縱向極化的徑向夾心式壓電陶瓷換能器
    10.2.1  彈性圓盤的徑向振動
    10.2.2  彈性薄圓環的徑向振動
    10.2.3  縱向極化壓電陶瓷實心圓盤的徑向振動
    10.2.4  縱向極化壓電陶瓷薄圓環的徑向振動
    10.2.5  厚度極化的徑向複合超聲換能器—「壓電陶瓷圓盤+金屬圓環」
    10.2.6  縱向極化徑向振動壓電陶瓷複合換能器—「壓電陶瓷圓環+金屬圓環」
    10.2.7  徑向夾心式壓電陶瓷換能器—內質量塊為金屬圓盤
    10.2.8  徑向夾心式壓電陶瓷換能器—內質量塊為金屬圓環
    10.2.9  具有縱向極化壓電陶瓷晶堆的徑向複合換能器
  10.3  徑向極化的徑向夾心式壓電陶瓷換能器
    10.3.1  徑向極化的壓電陶瓷圓形振子的徑向振動
    10.3.2  金屬彈性長圓管及薄圓環的徑向振動研究
    10.3.3  徑向極化的徑向夾心式壓電陶瓷圓管型換能器
    10.3.4  徑向極化的徑向夾心式壓電陶瓷圓環型換能器
  10.4  變截面徑向夾心式壓電陶瓷換能器

    10.4.1  變厚度金屬薄圓環（徑向變幅器）的徑向振動
    10.4.2  變厚度徑向夾心式壓電陶瓷換能器
第11章  級聯式壓電陶瓷複合換能器
  11.1  概述
  11.2  縱向級聯式壓電陶瓷複合換能器
    11.2.1  縱向級聯式壓電陶瓷換能器的理論基礎
    11.2.2  變截面彈性細棒的一維縱振動方程及等效電路
    11.2.3  壓電陶瓷晶堆的縱向振動及等效電路
    11.2.4  縱向級聯式壓電陶瓷複合換能器的分析—忽略損耗和負載
    11.2.5  縱向級聯式壓電陶瓷複合換能器的分析—考慮損耗和負載
  11.3  徑向級聯式壓電陶瓷換能器
    11.3.1  徑向級聯式壓電陶瓷換能器的機電等效電路和頻率方程（厚電極）
    11.3.2  壓電陶瓷圓環的幾何尺寸和位置對換能器性能參數的影響
    11.3.3  徑向級聯式壓電陶瓷複合換能器的有限元分析及實驗研究
    11.3.4  具有徑向極化壓電陶瓷晶堆的徑向複合換能器（薄電極）
    11.3.5  具有徑向極化壓電陶瓷晶堆的徑向複合換能器與傳統的徑向複合換能器的性能對比
第12章  基於聲子晶體周期結構的功率超聲振動系統
  12.1  基於聲子晶體周期結構的耦合振動控製法
    12.1.1  相關理論
    12.1.2  基於聲子晶體結構的耦合振動控製法的研究思路
  12.2  大尺寸縱向夾心式壓電陶瓷換能器的優化設計
    12.2.1  基於點缺陷二維正方晶格近周期聲子晶體結構的大尺寸縱向夾心式壓電陶瓷換能器的設計
    12.2.2  管柱型近周期聲子晶體點缺陷結構的大尺寸縱向振動壓電超聲換能器的設計
  12.3  基於大尺寸變幅桿的功率超聲換能器系統的優化設計
    12.3.1  基於近周期聲子晶體結構的大尺寸楔形變幅桿的設計
    12.3.2  基於近周期聲子晶體異質位錯結的大尺寸楔形變幅桿的設計
    12.3.3  異質位錯結參數對變幅桿振動系統性能的影響
  12.4  基於大尺寸工具頭的功率超聲換能器系統的優化設計
    12.4.1  基於大尺寸二維工具頭的功率超聲換能器系統的優化設計
    12.4.2  基於大尺寸三維工具頭的功率超聲換能器系統的優化設計
    12.4.3  基於大尺寸圓柱型工具頭的功率超聲換能器系統的優化設計
  12.5  基於一維聲子晶體周期結構的徑向振動功率超聲換能器
    12.5.1  換能器的理論分析和實驗驗證
    12.5.2  振動性能分析
  12.6  斜槽型縱-扭複合模態超聲振動系統的優化設計
    12.6.1  斜槽型縱-扭複合振動系統的設計
    12.6.2  基於周期性扇形孔結構的斜槽型縱-扭複合振動系統的設計
  12.7  本章總結
第13章  功率超聲壓電陶瓷換能器的電學及聲學匹配
  13.1  壓電陶瓷換能器概述
  13.2  壓電陶瓷材料參數、壓電陶瓷振子的邊界條件及壓電方程
    13.2.1  壓電陶瓷材料及其參數
    13.2.2  壓電振子的四類邊界條件
    13.2.3  壓電振子的四類壓電方程
    13.2.4  壓電材料的其他重要參數
  13.3  壓電陶瓷振子的振動模式
    13.3.1  壓電陶瓷振子的振動模式概述
    13.3.2  壓電陶瓷振子的伸縮振動模式
    13.3.3  壓電陶瓷振子的厚度剪切振動模式
    13.3.4  壓電陶瓷振子的彎曲振動模式

  13.4  壓電陶瓷振子的諧振特性
  13.5  壓電陶瓷振子的集中參數等效電路
    13.5.1  壓電陶瓷振子的等效電阻的情況
    13.5.2  壓電陶瓷振子的等效電阻的情況
  13.6  壓電陶瓷超聲換能器的動態特性
    13.6.1  壓電陶瓷超聲換能器的動態等效電路及導納圓圖
    13.6.2  壓電陶瓷超聲換能器的最大響應頻率
    13.6.3  有源二端網路與無源二端網路的功率傳輸問題
  13.7  功率超聲壓電陶瓷超聲換能器的電匹配
    13.7.1  壓電換能器調諧匹配的基本原理
    13.7.2  電匹配電路對換能器振動系統的影響
    13.7.3  幾種常見的換能器匹配電路分析
    13.7.4  小結
  13.8  壓電陶瓷超聲換能器的聲學匹配
    13.8.1  檢測超聲以及醫學診斷超聲換能器（小信號）的聲阻抗匹配
    13.8.2  功率超聲以及醫學超聲治療換能器（大信號）的聲阻抗匹配
第14章  超聲換能器的測量
  14.1  功率超聲換能器性能參數的小信號測試方法
    14.1.1  導納圓圖法
    14.1.2  傳輸線路法
    14.1.3  M曲線法
    14.1.4  低值壓電換能器的測量
    14.1.5  測量相位角的方法
  14.2  換能器大功率工作狀態下的性能參數測量
    14.2.1  夾心式壓電陶瓷換能器的瓦特計測試方法
    14.2.2  功率特性曲線法（直接法）
    14.2.3  振動系統振動位移及其分佈的測量
    14.2.4  聲功率、聲強和聲場中空化強度的測量
  14.3  功率超聲振動系統前後振速比的簡易測試方法
    14.3.1  測試原理
    14.3.2  實驗測試
    14.3.3  小結
  14.4  功率超聲換能器電聲效率及輻射聲功率的近似測量方法
    14.4.1  概述
    14.4.2  高頻電功率計法的基本測試原理
    14.4.3  諧振-失諧法
    14.4.4  關於換能器輻射阻抗的一些考慮
    14.4.5  實驗
    14.4.6  討論及結論
第15章  超聲技術的原理及其應用
  15.1  概述
  15.2  超聲技術的發展史
  15.3  自然界中的超聲
  15.4  超聲的各種效應及其作用機理
  15.5  超聲的應用概述
    15.5.1  超聲波作為探測、計量、通信的信號和信息
    15.5.2  超聲波作為加工處理的能量
  15.6  超聲在海洋中的應用
    15.6.1  聲吶
    15.6.2  聲吶技術發展史

    15.6.3  聲吶的應用
  15.7  超聲在機械製造方面的應用
    15.7.1  超聲探傷
    15.7.2  超聲測量
    15.7.3  超聲用於研究物質結構
    15.7.4  超聲加工
    15.7.5  超聲焊接
    15.7.6  超聲馬達
    15.7.7  超聲懸浮
    15.7.8  超聲清洗
  15.8  超聲在電子技術中的應用
    15.8.1  在雷達中的應用
    15.8.2  在電子電腦中的應用
  15.9  超聲在食品工業中的應用
    15.9.1  加速細化、乳化和擴散過程
    15.9.2  超聲凝聚及快速沉澱
    15.9.3  超聲加速化學反應
    15.9.4  超聲提取生物中的有效成分
  15.10  超聲在農業上的應用
    15.10.1  農作物種子處理和誘變
    15.10.2  在植物保護方面的應用
    15.10.3  在農業工程和農田水利方面的應用
    15.10.4  在其他方面的應用
  15.11  超聲在石油工業中的應用
    15.11.1  超聲在石油開採中的應用
    15.11.2  超聲除蠟
    15.11.3  超聲原油脫水
    15.11.4  超聲乳化
  15.12  超聲在環保業中的應用
    15.12.1  超聲除塵和凈化水質
    15.12.2  超聲防止鍋垢
  15.13  超聲在日常生活中的應用
    15.13.1  超聲波加濕器
    15.13.2  超聲波洗衣機
    15.13.3  超聲波沐浴器
    15.13.4  超聲波牙刷
    15.13.5  超聲波洗碗機
  15.14  超聲在醫學中的應用
    15.14.1  超聲診斷
    15.14.2  超聲治療
  15.15  超聲在生物學中的應用
    15.15.1  超聲對細菌的作用
    15.15.2  超聲對小動物的作用
    15.15.3  超聲破壞細胞
  15.16  超聲在化學工業中的應用—聲化學
第16章  空化
  16.1  流體動力空化
    16.1.1  流體動力空化的發展歷史及分類
    16.1.2  流體動力空化理論、危害及應用
    16.1.3  超空泡技術及其應用

  16.2  超聲空化
    16.2.1  超聲空化的發展史
    16.2.2  影響超聲空化的因素
    16.2.3  超聲空化的主要研究內容
    16.2.4  超聲空化的研究進展
    16.2.5  超聲空化的應用
參考文獻

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