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内容大纲
本书是一部关于功率超声换能器振动系统的理论设计及工程应用的专著，几乎涉及功率超声换能器振动系统的所有内容，其中的大部分章节是作者多年来从事功率超声换能器相关研究成果的总结。全书紧紧围绕功率超声换能器振动系统这一内容，对各种类型的超声换能器，从基础理论知识分析及数值模拟、工程设计到实际应用，以及该领域的最新研究成果进行了详细的分析及阐述。
全书共16章，第1章是绪论，对功率超声换能器的基本概况进行了简要的介绍；第2～5章介绍了功率超声振动系统的基础理论，即弹性体的振动及传播等；第6章对功率超声技术中特有的固体超声变幅杆进行了分析；第7～12章对各种不同类型的功率超声换能器进行了探讨，绝大部分内容是作者近年来的相关研究成果总结；第13和第14章分别介绍了功率超声换能器的电声匹配和测量；第15和第16章对超声技术的原理及其应用以及超声波空化进行了阐述。最后，给出了相关的参考文献，以供读者查阅。
本书内容逻辑清晰、条理分明、深入浅出，可供从事功率超声理论研究及技术应用工作的科技工作者、专业技术人员以及高等院校师生参考。 -
作者介绍
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目录
前言
第1章 绪论
1.1 超声换能器简介
1.2 功率超声振动系统简介
1.3 超声换能器的性能参数
1.3.1 发射换能器和接收换能器共同要求的性能指标
1.3.2 对发射换能器特别要求的性能指标
1.3.3 对接收换能器特别要求的性能指标
1.4 超声换能器的研究方法
1.5 超声换能器的电声四端网络
1.5.1 电声四端网络研究方法
1.5.2 电声四端网络的一般关系式
1.5.3 发射型压电换能器的四端网络
第2章 质点振动学基础
2.1 单自由度质点振动系统的自由振动
2.2 单自由度质点振动系统的阻尼振动
2.3 单自由度质点振动系统的强迫振动
2.3.1 振动速度振幅的频率特性及机械谐振
2.3.2 振动系统的功率频率特性曲线
2.3.3 振动系统位移振幅的频率特性曲线
2.3.4 振动系统加速度振幅的频率特性曲线
2.3.5 振动控制原理
2.4 机械系统的力电类比
第3章 弹性体的振动
3.1 均匀截面细棒的纵向振动
3.1.1 均匀截面细棒纵向振动的基本理论
3.1.2 均匀截面细棒和电波传输线的类比以及细棒纵向振动的等效电路
3.1.3 均匀截面细棒纵向振动的固有频率修正
3.1.4 有限尺寸短圆柱及厚圆盘的纵向与径向耦合振动
3.1.5 几种特殊振动体的振动分析
3.1.6 矩形六面体的三维耦合伸缩振动
3.2 均匀截面细棒的弯曲振动
3.2.1 棒的横振动方程
3.2.2 不同边界条件下棒的弯曲振动分析
3.3 弹性薄板的弯曲振动
3.3.1 薄圆板的弯曲振动
3.3.2 矩形薄板的弯曲振动
3.4 弹性薄圆板的径向振动
3.4.1 各向同性弹性薄圆盘的径向振动
3.4.2 弹性薄圆环的径向振动
第4章 固体中的弹性波
4.1 固体弹性介质的基本特性
4.1.1 固体弹性介质中的应力和应力分量
4.1.2 固体弹性介质中的应变和应变分量
4.1.3 弹性体内应力与应变之间的关系—广义胡克定律
4.2 固体介质中的弹性波
4.2.1 固体弹性介质中的波动方程
4.2.2 固体介质中的纵波和横波
4.3 表面波
4.3.1 表面波的特性及类型
4.3.2 表面波的产生—叉指换能器
4.3.3 叉指换能器的等效电路
第5章 弹性波的传播
5.1 弹性波的反射和折射
5.1.1 声波在两种非固体介质交界面处的反射和折射
5.1.2 平面纵波从流体介质入射到固体介质
5.1.3 声波入射到固液、固固介质的分界面上
5.1.4 声波通过介质层的反射与透射
5.2 声波的叠加、干涉、驻波及衍射
5.3 声波的散射
5.4 声波的吸收
5.4.1 声吸收的研究历史
5.4.2 声吸收的种类
5.4.3 实际介质的声吸收
5.4.4 声吸收理论
第6章 固体超声变幅杆
6.1 超声变幅杆的基本理论
6.1.1 变截面杆纵振动的波动方程
6.1.2 不同种类变幅杆放大特性的比较研究
6.2 指数型超声变幅杆的理论设计
6.3 性能可调的纵向振动圆锥型超声变幅杆
6.3.1 理论分析
6.3.2 电阻抗和压电陶瓷材料对变幅杆共振频率和放大系数的影响
6.3.3 变幅杆振动性能的数值模拟
6.3.4 实验验证
6.3.5 本节小结
6.4 性能可调的纵向振动阶梯型超声变幅杆
6.4.1 理论分析
6.4.2 电阻抗对阶梯型超声变幅杆性能的影响
6.4.3 压电材料的位置对变幅杆性能的影响
6.4.4 实验验证
6.4.5 本节小结
6.5 性能可调的复合型超声变幅杆
6.5.1 性能可调的复合型超声变幅杆的设计理论
6.5.2 电阻抗对复合型超声变幅杆性能的影响
6.5.3 压电陶瓷圆环位置对复合型超声变幅杆振动性能的影响
6.5.4 压电陶瓷圆环的厚度对复合型超声变幅杆振动性能的影响
6.5.5 实验研究
6.5.6 本节小结
6.6 扭转振动超声变幅杆的设计理论
6.6.1 变幅杆的截面极惯性矩按照规律变化
6.6.2 变幅杆的截面极惯性矩按照规律变化
6.6.3 变幅杆的截面极惯性矩按照规律变化
6.7 纵扭复合模态超声变幅杆的设计理论
6.7.1 纵扭复合模态指数型超声变幅杆的振动特性
6.7.2 实验验证
6.7.3 本节小结
6.8 具有纵扭复合振动模态的复合型超声变幅杆
6.8.1 纵扭复合振动模态变幅杆的共振频率方程
6.8.2 实验验证
6.9 纵向超声变幅杆横向振动的频率修正
6.9.1 纵向振动超声变幅杆横向振动的频率修正理论
6.9.2 实验验证及结论
6.10 大尺寸圆形截面超声变幅杆的近似设计理论
6.10.1 大截面变幅杆的近似设计理论
6.10.2 理论计算及实验验证
6.11 大尺寸矩形断面超声变幅杆的设计理论
6.11.1 基本理论
6.11.2 实验及结论
6.12 大尺寸矩形截面复合超声变幅杆的解析分析理论
6.12.1 大尺寸矩形截面复合型超声变幅杆的设计理论
6.12.2 实验及结论
6.13 超声变幅杆的连接与夹持
6.14 超声变幅杆的耦合工具头
6.15 超声变幅杆的设计和测量
6.15.1 变幅杆类型及所用材料的选择
6.15.2 设计方法
6.15.3 变幅杆的测量
第7章 纵向夹心式压电陶瓷换能器
7.1 概论
7.2 压电材料的基本性质
7.2.1 压电材料发展概况
7.2.2 压电材料种类
7.3 纵向夹心式压电陶瓷换能器的理论分析及设计
7.3.1 变截面细棒的一维纵振动方程及其解
7.3.2 压电陶瓷晶堆的机电状态方程及其等效电路
7.3.3 纵向夹心式压电陶瓷换能器的机电等效电路及其特性分析
第8章 扭转振动功率超声换能器
8.1 切向极化压电陶瓷细长棒的扭转振动
8.1.1 扭转振动的机械方程式
8.1.2 电路状态方程式
8.1.3 机电等效电路图
8.1.4 切向极化压电陶瓷细棒扭转振动的频率方程
8.2 切向极化压电陶瓷薄圆环的扭转振动
8.2.1 振子的机械运动方程式
8.2.2 压电陶瓷薄圆片振子的电路状态方程式
8.2.3 振子的机电等效图
8.2.4 压电陶瓷薄圆环振子厚度剪切振动的频率方程
8.3 切向极化压电陶瓷晶堆的扭转振动
8.4 夹心式压电陶瓷扭转振动换能器的设计理论
8.4.1 夹心式压电陶瓷扭转振动换能器的频率方程
8.4.2 讨论
8.4.3 负载对换能器共振频率方程的影响
8.4.4 换能器各部分材料参数的选取及计算
8.4.5 切向极化压电元件的制作工艺技术
8.4.6 本节小结
8.5 振动模态转换扭转振动换能器
8.5.1 斜槽式纵-扭复合模式超声换能器的等效电路
8.5.2 纵-扭复合振动传振杆中斜槽的倾斜角度对系统共振频率的影响
8.5.3 实验
8.5.4 本节小结
第9章 弯曲振动超声换能器
9.1 叠片式弯曲振动压电陶瓷换能器
9.2 有限尺寸矩形叠板压电陶瓷振子的弯曲振动
9.2.1 矩形薄板绕y轴的弯曲振动
9.2.2 矩形薄板绕x轴的弯曲振动
9.2.3 压电陶瓷矩形薄板弯曲振动的共振频率
9.2.4 弯曲振动矩形薄板的几种特殊振动模式
9.2.5 实验验证
9.3 夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器
9.3.1 夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器的波动方程分析法
9.3.2 夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器的近似设计理论
9.3.3 考虑压电效应夹心式弯曲振动换能器的波动方程分析法
9.4 模式转换型弯曲振动换能器
9.4.1 纵向换能器与细棒组成的弯曲振动换能器
9.4.2 纵向振动换能器与圆盘组成的模式转换型弯曲振动换能器
9.4.3 纵向夹心式压电陶瓷换能器与矩形薄板组成的模式转换型弯曲振动换能器
9.5 压电陶瓷片与金属盘（等厚度）组成的弯曲振动换能器
9.5.1 运动方程
9.5.2 边界条件
9.5.3 频率方程
9.5.4 数值计算及模拟仿真结果
9.5.5 本节小结
9.6 均匀厚度复合圆盘弯曲振动换能器的优化设计
9.6.1 均匀厚度复合圆盘弯曲振动换能器振动特性的数值模拟
9.6.2 均匀厚度复合圆盘弯曲振动换能器的辐射声场
9.6.3 实验测试
9.6.4 本节小结
9.7 压电陶瓷片与金属盘（变厚度）组成的弯曲振动换能器
9.7.1 线性渐变厚度复合圆盘弯曲振动换能器的优化设计
9.7.2 实验测试
9.7.3 本节小结
第10章 径向夹心式压电陶瓷换能器
10.1 概述
10.2 纵向极化的径向夹心式压电陶瓷换能器
10.2.1 弹性圆盘的径向振动
10.2.2 弹性薄圆环的径向振动
10.2.3 纵向极化压电陶瓷实心圆盘的径向振动
10.2.4 纵向极化压电陶瓷薄圆环的径向振动
10.2.5 厚度极化的径向复合超声换能器—“压电陶瓷圆盘+金属圆环”
10.2.6 纵向极化径向振动压电陶瓷复合换能器—“压电陶瓷圆环+金属圆环”
10.2.7 径向夹心式压电陶瓷换能器—内质量块为金属圆盘
10.2.8 径向夹心式压电陶瓷换能器—内质量块为金属圆环
10.2.9 具有纵向极化压电陶瓷晶堆的径向复合换能器
10.3 径向极化的径向夹心式压电陶瓷换能器
10.3.1 径向极化的压电陶瓷圆形振子的径向振动
10.3.2 金属弹性长圆管及薄圆环的径向振动研究
10.3.3 径向极化的径向夹心式压电陶瓷圆管型换能器
10.3.4 径向极化的径向夹心式压电陶瓷圆环型换能器
10.4 变截面径向夹心式压电陶瓷换能器
10.4.1 变厚度金属薄圆环（径向变幅器）的径向振动
10.4.2 变厚度径向夹心式压电陶瓷换能器
第11章 级联式压电陶瓷复合换能器
11.1 概述
11.2 纵向级联式压电陶瓷复合换能器
11.2.1 纵向级联式压电陶瓷换能器的理论基础
11.2.2 变截面弹性细棒的一维纵振动方程及等效电路
11.2.3 压电陶瓷晶堆的纵向振动及等效电路
11.2.4 纵向级联式压电陶瓷复合换能器的分析—忽略损耗和负载
11.2.5 纵向级联式压电陶瓷复合换能器的分析—考虑损耗和负载
11.3 径向级联式压电陶瓷换能器
11.3.1 径向级联式压电陶瓷换能器的机电等效电路和频率方程（厚电极）
11.3.2 压电陶瓷圆环的几何尺寸和位置对换能器性能参数的影响
11.3.3 径向级联式压电陶瓷复合换能器的有限元分析及实验研究
11.3.4 具有径向极化压电陶瓷晶堆的径向复合换能器（薄电极）
11.3.5 具有径向极化压电陶瓷晶堆的径向复合换能器与传统的径向复合换能器的性能对比
第12章 基于声子晶体周期结构的功率超声振动系统
12.1 基于声子晶体周期结构的耦合振动控制法
12.1.1 相关理论
12.1.2 基于声子晶体结构的耦合振动控制法的研究思路
12.2 大尺寸纵向夹心式压电陶瓷换能器的优化设计
12.2.1 基于点缺陷二维正方晶格近周期声子晶体结构的大尺寸纵向夹心式压电陶瓷换能器的设计
12.2.2 管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸纵向振动压电超声换能器的设计
12.3 基于大尺寸变幅杆的功率超声换能器系统的优化设计
12.3.1 基于近周期声子晶体结构的大尺寸楔形变幅杆的设计
12.3.2 基于近周期声子晶体异质位错结的大尺寸楔形变幅杆的设计
12.3.3 异质位错结参数对变幅杆振动系统性能的影响
12.4 基于大尺寸工具头的功率超声换能器系统的优化设计
12.4.1 基于大尺寸二维工具头的功率超声换能器系统的优化设计
12.4.2 基于大尺寸三维工具头的功率超声换能器系统的优化设计
12.4.3 基于大尺寸圆柱型工具头的功率超声换能器系统的优化设计
12.5 基于一维声子晶体周期结构的径向振动功率超声换能器
12.5.1 换能器的理论分析和实验验证
12.5.2 振动性能分析
12.6 斜槽型纵-扭复合模态超声振动系统的优化设计
12.6.1 斜槽型纵-扭复合振动系统的设计
12.6.2 基于周期性扇形孔结构的斜槽型纵-扭复合振动系统的设计
12.7 本章总结
第13章 功率超声压电陶瓷换能器的电学及声学匹配
13.1 压电陶瓷换能器概述
13.2 压电陶瓷材料参数、压电陶瓷振子的边界条件及压电方程
13.2.1 压电陶瓷材料及其参数
13.2.2 压电振子的四类边界条件
13.2.3 压电振子的四类压电方程
13.2.4 压电材料的其他重要参数
13.3 压电陶瓷振子的振动模式
13.3.1 压电陶瓷振子的振动模式概述
13.3.2 压电陶瓷振子的伸缩振动模式
13.3.3 压电陶瓷振子的厚度剪切振动模式
13.3.4 压电陶瓷振子的弯曲振动模式
13.4 压电陶瓷振子的谐振特性
13.5 压电陶瓷振子的集中参数等效电路
13.5.1 压电陶瓷振子的等效电阻的情况
13.5.2 压电陶瓷振子的等效电阻的情况
13.6 压电陶瓷超声换能器的动态特性
13.6.1 压电陶瓷超声换能器的动态等效电路及导纳圆图
13.6.2 压电陶瓷超声换能器的最大响应频率
13.6.3 有源二端网络与无源二端网络的功率传输问题
13.7 功率超声压电陶瓷超声换能器的电匹配
13.7.1 压电换能器调谐匹配的基本原理
13.7.2 电匹配电路对换能器振动系统的影响
13.7.3 几种常见的换能器匹配电路分析
13.7.4 小结
13.8 压电陶瓷超声换能器的声学匹配
13.8.1 检测超声以及医学诊断超声换能器（小信号）的声阻抗匹配
13.8.2 功率超声以及医学超声治疗换能器（大信号）的声阻抗匹配
第14章 超声换能器的测量
14.1 功率超声换能器性能参数的小信号测试方法
14.1.1 导纳圆图法
14.1.2 传输线路法
14.1.3 M曲线法
14.1.4 低值压电换能器的测量
14.1.5 测量相位角的方法
14.2 换能器大功率工作状态下的性能参数测量
14.2.1 夹心式压电陶瓷换能器的瓦特计测试方法
14.2.2 功率特性曲线法（直接法）
14.2.3 振动系统振动位移及其分布的测量
14.2.4 声功率、声强和声场中空化强度的测量
14.3 功率超声振动系统前后振速比的简易测试方法
14.3.1 测试原理
14.3.2 实验测试
14.3.3 小结
14.4 功率超声换能器电声效率及辐射声功率的近似测量方法
14.4.1 概述
14.4.2 高频电功率计法的基本测试原理
14.4.3 谐振-失谐法
14.4.4 关于换能器辐射阻抗的一些考虑
14.4.5 实验
14.4.6 讨论及结论
第15章 超声技术的原理及其应用
15.1 概述
15.2 超声技术的发展史
15.3 自然界中的超声
15.4 超声的各种效应及其作用机理
15.5 超声的应用概述
15.5.1 超声波作为探测、计量、通信的信号和信息
15.5.2 超声波作为加工处理的能量
15.6 超声在海洋中的应用
15.6.1 声呐
15.6.2 声呐技术发展史
15.6.3 声呐的应用
15.7 超声在机械制造方面的应用
15.7.1 超声探伤
15.7.2 超声测量
15.7.3 超声用于研究物质结构
15.7.4 超声加工
15.7.5 超声焊接
15.7.6 超声马达
15.7.7 超声悬浮
15.7.8 超声清洗
15.8 超声在电子技术中的应用
15.8.1 在雷达中的应用
15.8.2 在电子计算机中的应用
15.9 超声在食品工业中的应用
15.9.1 加速细化、乳化和扩散过程
15.9.2 超声凝聚及快速沉淀
15.9.3 超声加速化学反应
15.9.4 超声提取生物中的有效成分
15.10 超声在农业上的应用
15.10.1 农作物种子处理和诱变
15.10.2 在植物保护方面的应用
15.10.3 在农业工程和农田水利方面的应用
15.10.4 在其他方面的应用
15.11 超声在石油工业中的应用
15.11.1 超声在石油开采中的应用
15.11.2 超声除蜡
15.11.3 超声原油脱水
15.11.4 超声乳化
15.12 超声在环保业中的应用
15.12.1 超声除尘和净化水质
15.12.2 超声防止锅垢
15.13 超声在日常生活中的应用
15.13.1 超声波加湿器
15.13.2 超声波洗衣机
15.13.3 超声波沐浴器
15.13.4 超声波牙刷
15.13.5 超声波洗碗机
15.14 超声在医学中的应用
15.14.1 超声诊断
15.14.2 超声治疗
15.15 超声在生物学中的应用
15.15.1 超声对细菌的作用
15.15.2 超声对小动物的作用
15.15.3 超声破坏细胞
15.16 超声在化学工业中的应用—声化学
第16章 空化
16.1 流体动力空化
16.1.1 流体动力空化的发展历史及分类
16.1.2 流体动力空化理论、危害及应用
16.1.3 超空泡技术及其应用
16.2 超声空化
16.2.1 超声空化的发展史
16.2.2 影响超声空化的因素
16.2.3 超声空化的主要研究内容
16.2.4 超声空化的研究进展
16.2.5 超声空化的应用
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