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第一章 超声物理基础 2

§1．1超声学名词术语 张德俊 2

1．1．1一般术语 2

1．1．2检测超声术语 5

1．1．3功率超声术语 8

1．1．4医学超声术语 9

1．1．5超声电子学术语 11

1．1．6水下超声应用术语 13

1．1．7超声非线性术语 16

§1．2超声的基本量、符号、单位及物理关系 16

1．2．1声压与质点速度 17

1．2．2．1气体中的声速 18

1．2．2声速 18

1．2．2．2液体中的声速 19

1．2．2．3固体中的声速 20

1．2．3声阻抗与声阻抗率 22

1．2．4声功率 23

1．2．5声强 24

1．2．6声辐射压力 25

1．2．7声衰减与吸收 26

1．2．7．1吸收衰减 26

1．2．7．2散射衰减 27

1．2．7．3扩散衰减 27

1．2．8超声空化阈值 27

1．2．9超声的非线性参量 28

1．2．10．3声压级 30

1．2．10．2声强级 30

1．2．10．4其他电声参量的级 30

1．2．10级与分贝 30

1．2．10．1声功率级 30

1．2．10．5分贝运算 31

§1．3超声波的基本波型——波动方程及其解 33

1．3．1流体中的波动方程 33

1．3．1．1流体中的平面波 33

1．3．1．2流体中的球面波 35

1．3．1．3流体中的柱面波 36

1．3．2固体中的波动方程 37

1．3．2．1固体中的压缩波 39

1．3．2．2固体中的切变波 39

§1．4超声的产生与接收 40

1．4．1自然界中动物的超声发射与接收 40

1．4．2产生与接收超声的基本技术与设备 41

1．4．2．1机械式超声产生设备 41

1．4．2．3磁致伸缩型超声换能器 42

1．4．2．2压电型超声换能器 42

1．4．2．4光声型超声产生与接收设备 43

1．4．2．5接收超声的基本技术与设备 44

§1．5声-电-力类比 44

1．5．1声-电-力参量及元件的类比关系 44

1．5．2压电换能器的梅森等效电路 46

1．5．3压电换能器的克里姆霍尔兹等效电路 47

§1．6超声在气、液、固体媒质中的传播 48

1．6．1单源换能器的辐射声场 48

1．6．2换能器阵列的辐射声场 51

1．6．2．1乘积定理计算法 51

1．6．2．2傅里叶变换法 52

§1．7超声在不同媒质界面上的反射、透射及波型转换 54

1．7．1声波入射到两种非固体媒质平界面上 54

1．7．2声波入射到液-固媒质的平界面上 56

1．7．4声波通过三重媒质平面层 57

1．7．3声波入射到固-液、固-固媒质的平界面上 57

1．7．5声波通过多重媒质平面层 59

§1．8超声在有限尺寸波导中的传播 59

1．8．1固体自由面上的表面波 59

1．8．2固体薄板内的兰姆波 62

§1．9超声波的干涉与衍射 63

1．9．1超声的干涉 64

1．9．2超声的衍射 65

§1．10超声波的散射与逆散射 66

1．10．1超声波的散射 66

1．10．1．1液体球的声散射 66

1．10．1．2刚性小球的声散射 67

§1．11超声多普勒效应 69

1．11．1多普勒效应 69

1．10．2超声波的逆散射 69

1．11．2马赫数对多普勒效应的影响 72

§1．12超声的非线性效应 73

1．12．1非线性声学的基本方程 74

1．12．2超声的某些非线性效应 75

1．12．2．1非线性声参量 75

1．12．2．2波形畸变与谐波滋生 76

1．12．2．3附加衰减与声饱和 76

1．12．2．4其他超声非线性效应 78

§1．13超声空化及其效应 78

1．13．1空化核 79

1．13．2空化气泡的运动 80

1．13．3空化气泡的闭合与反跳 82

1．13．4空化的基本效应 83

1．13．4．1高温效应 83

1．13．4．2放电效应 84

1．13．4．3发光效应 86

1．13．4．5其他有趣的效应 88

1．13．4．4压力效应 88

§1．14超声与物质的相互作用 89

1．14．1超声的机械作用 90

1．14．2超声的热作用 90

1．14．3超声的生物医学作用 91

1．14．4超声的化学作用 91

1．14．5超声与光的相互作用 91

§1．15超声连续波与脉冲波 91

§1．16超声技术应用的基本分类 93

参考文献 95

2．1．1．1弹性模量 98

2．1．1．4复数模量 98

2．1．1．3各个模量之间的关系 98

2．1．1．2静态模量与动态模量 98

2．1．1用力学量描述材料的基本特性 98

§2．1材料（媒质）声学特性的表征 牛凤岐 98

第二章 超声工程材料 98

2．1．2用声学量描述材料的基本特性 100

2．1．2．1描述材料声学特性的基本参量 100

2．1．2．2声学材料研究与应用中的常见波型 100

2．1．2．3声学量与力学量的关系 100

2．1．2．4复数声速和复数声阻抗率 101

2．1．2．5复数声速与复数模量的相互换算 101

2．1．2．6复数条件下的声阻抗匹配问题 102

§2．2材料（媒质）声学特性的测量方法 102

2．2．1密度测量方法 102

2．2．1．1固体材料 102

2．2．1．2有形状凝胶材料 103

2．2．1．3无形状凝胶材料 103

2．2．2．1适用于数十千赫以下频段的方法 104

2．2．1．4液体媒质 104

2．2．2纵波声速和衰减系数的测量方法 104

2．2．2．2适用于数百千赫以上频段的方法 105

2．2．3横波声速和衰减系数的测量方法 107

2．2．3．1适用于20kHz以下频段的方法 107

2．2．3．2适用于100kHz以上频段的方法 108

2．2．4拉伸波声速与衰减系数的测量 109

2．2．4．1自由梁弯曲共振法 109

2．2．4．2自由杆拉伸共振法 110

2．2．4．3拉伸行波法 110

§2．3材料（媒质）的自然分类与特点 111

2．3．1金属 111

2．3．2无机非金属 114

2．3．3高分子材料 117

2．3．3．1概述 117

2．3．3．2塑料 118

2．3．3．3泡沫塑料 127

2．3．3．4固体填充塑料 131

2．3．3．5橡胶 132

2．3．4液体 142

2．3．4．1纯液体 142

2．3．4．2混合液体 146

2．3．4．3溶液 148

2．3．4．4悬浮液 148

§2．4超声工程材料的用途及选择制造 150

2．4．1吸声材料与结构 150

2．4．1．1吸声材料与结构的定义 150

2．4．1．2吸声材料与结构的用途和基本要求 150

2．4．1．3水中用吸声材料 151

2．4．1．4水中吸声结构 153

2．4．2．3典型应用中的选材与设计 157

2．4．2．2透声材料与结构的用途和基本要求 157

2．4．2透声材料与结构 157

2．4．2．1透声材料与结构的定义 157

2．4．3折声材料与声透镜 160

2．4．3．1折声材料与声透镜的定义 160

2．4．3．2折声材料与声透镜的用途和基本要求 160

2．4．3．3聚焦声透镜常用材料 160

2．4．3．4声透镜的设计——声焦距与几何焦距 161

2．4．4声阻抗匹配层材料 162

2．4．4．1声阻抗匹配层材料的定义 162

2．4．4．2匹配层材料的用途和基本要求 162

2．4．4．3匹配层材料的选择与设计制做 164

2．4．5背衬材料 164

2．4．5．1背衬材料的定义 164

2．4．5．2背衬材料的用途和基本要求 164

2．4．5．3背衬材料的实用选择与设计制造 165

2．4．6去耦材料 166

2．4．6．1去耦材料的定义 166

2．4．6．2去耦材料的用途和基本要求 166

2．4．6．3去耦材料的实用选择 166

2．4．7透声液 167

2．4．7．1透声液的定义 167

2．4．7．2透声液的用途和基本要求 167

2．4．7．3透声液的实用选择 168

2．4．8超声耦合剂 168

2．4．8．1超声耦合剂的定义 168

2．4．8．2超声耦合剂的用途和基本要求 168

2．4．8．3检测用超声耦合剂 169

2．4．8．4医用超声耦合剂 169

2．4．9．1超声仿人体组织材料 170

2．4．9超声仿人体组织材料与超声体模 170

2．4．9．2超声体模 172

2．4．10医用超声造影剂 175

2．4．10．1医用超声造影剂的定义 175

2．4．10．2医用超声造影剂的用途和基本要求 175

2．4．10．3已应用的超声造影剂 175

小结 176

参考文献 177

第三章 超声换能器 184

§3．1磁致伸缩效应及磁致伸缩材料 卜书中 184

3．1．1磁致伸缩效应 184

3．1．1．1磁滞回线 184

3．1．1．2涡流损耗 185

3．1．1．3磁致伸缩效应 185

3．1．1．4磁致伸缩效应的机理 187

3．1．2．1磁致伸缩方程式 188

3．1．2磁致伸缩方程式 188

3．1．2．2机电耦合系数 189

3．1．2．3有效弹性模量 190

3．1．3磁致伸缩材料 190

3．1．3．1常用磁致伸缩材料 190

3．1．3．2磁致伸缩材料的特性 190

§3．2压电效应及压电换能器 192

3．2．1压电效应 192

3．2．1．1概述 192

3．2．1．2压电效应的描述 192

3．2．1．3晶体压电效应的解释 192

3．2．1．4压电陶瓷压电效应的解释 194

3．2．2压电方程 198

3．2．2．1压电体的介电性 198

3．2．2．2压电体的弹性特性 201

3．2．2．3压电方程 206

3．2．3压电材料 209

3．2．3．1石英晶体 210

3．2．3．2其他压电单晶体 212

3．2．3．3晶体结构 215

3．2．3．4压电陶瓷 216

3．2．3．5压电半导体 225

3．2．3．6压电高分子聚合物 226

3．2．3．7压电复合材料 228

3．2．4厚度振动压电换能器 230

3．2．4．1概述 230

3．2．4．2超声压电换能器的结构 230

3．2．4．3厚度伸缩振动模式的压电薄板 231

3．2．4．4厚度切变振动模式的薄板 232

3．2．4．5厚度振动换能器的稳态工作 233

3．2．4．6纵向厚度振动模式换能器的瞬态性能 235

3．2．4．7径、厚耦合时压电圆片的等效电路 238

3．2．4．8应电压 239

3．2．5其他类型的压电换能器 240

3．2．5．1不同振动模式的压电元件 240

3．2．5．2压电振子的导纳圆 245

3．2．5．3长度振动模式换能器 246

3．2．5．4圆柱形换能器 248

3．2．5．5增压式换能器 249

3．2．5．6弯曲圆盘换能器 250

3．2．5．7纵向振子与圆盘组成的弯曲振动超声换能器 251

3．2．5．8圆管的扭转振动 252

§3．3换能器阵 254

3．3．1形成换能器和换能器阵指向性的物理原因 254

3．3．2．1指向性函数 255

3．3．2指向性的表征 255

3．3．2．2指向性图 256

3．3．2．3描述指向性的参量 257

3．3．3简单基阵的指向性 257

3．3．3．1多元线阵换能器的指向性 257

3．3．3．2均匀连续直线换能器的指向性 258

3．3．3．3点源均匀圆弧阵 258

3．3．3．4点源椭圆阵 259

3．3．3．5平面环 259

3．3．3．6圆形活塞 259

3．3．3．7椭圆活塞 260

3．3．3．8矩形活塞 260

3．3．3．9球体阵 260

3．3．4．1乘积定理 261

3．3．4．2线列阵组合平面阵 261

3．3．4复合阵的指向性 261

3．3．3．10球壳阵 261

3．3．4．3线阵组合平面阵 262

3．3．4．4条形阵组合平面阵 262

3．3．4．5矩形阵组合平面阵 262

3．3．4．6线列阵组合圆弧（周）阵 263

3．3．4．7柱面圆环阵 263

3．3．4．8凸面弧形阵 263

3．3．5基阵的束控方法 264

3．3．5．1幅度束控：常用的有代入法、傅里叶变换法和函数逼近法 264

3．3．5．2相位束控 268

3．3．5．3恒定束宽阵 269

3．3．5．4阵元间互辐射阻抗影响阵的指向性 271

3．3．6．2乘积阵 272

3．3．6．1超声诊断中所用的换能器阵 272

3．3．6几种新型的换能器基阵 272

§3．4换能器的阻抗匹配 273

3．4．1具有匹配层的换能器的基本物理模式 273

3．4．2换能器对匹配层的要求 273

3．4．3换能器的电匹配 276

§3．5换能器的背衬材料 276

3．5．1背衬材料的类别 276

3．5．2背衬块的声衰减系数和阻尼作用 277

3．5．3背衬块对换能器带宽的影响 278

§3．6换能器的传递函数 279

3．6．1不考虑损耗时的传递函数 279

3．6．1．1有背衬块无匹配层换能器的传递函数 279

3．6．1．2有背衬块和一层匹配层换能器的传递函数 279

3．6．2计及损耗情况下的传递函数 280

3．6．1．3有背衬块和两层匹配层换能器的传递函数 280

3．6．3传递函数与脉冲响应 281

§3．7医用超声探头 282

3．7．1诊断用超声探头的分类 283

3．7．1．1脉冲-回波式探头 283

3．7．1．2多普勒探头 295

3．7．2医用超声治疗探头 298

§3．8聚焦探头 寿文德 301

3．8．1概述 301

3．8．2曲面换能器有源自聚焦型探头 301

3．8．3声透镜聚焦探头 302

3．8．3．1球面声透镜聚焦探头 302

3．8．3．2阶梯形带状声透镜聚焦 303

3．8．3．3 Axicon声透镜探头——夹窄波束探头 303

3．8．4．2直角锥面与抛物面的组合聚焦 304

3．8．4．3双锥形聚焦 304

3．8．4．1抛物面反射镜 304

3．8．4反射镜聚焦探头 304

3．8．5超声分区聚焦探头——波带片换能器 305

3．8．6无衍射探头 306

3．8．7电子聚焦超声波换能器阵列探头 306

3．8．7．1环形相控阵电子聚焦探头 306

3．8．7．2线阵探头的相控聚焦 307

3．8．7．3相控阵探头的电子聚焦 307

3．8．7．4凸阵探头的电子聚焦 307

§3．9叉指换能器 307

3．9．1叉指换能器的工作原理 307

3．9．2叉指换能器的基本特性 308

3．9．2．1频率特性 308

3．9．2．2输入导纳或输入阻抗 309

§3．10静电换能器 310

参考文献 311

第四章 超声检测 313

§4．1超声探伤 蔡清福、姚锦钟 313

4．1．1超声探伤仪 313

4．1．1．1模拟式超声探伤仪 313

4．1．1．2数字式超声探伤仪 315

4．1．1．3 B型显示超声探伤仪 319

4．1．1．4 C型显示超声探伤仪 320

4．1．1．5混凝土探伤仪 321

4．1．1．6自动超声探伤设备 322

4．1．1．7其他超声探伤仪 324

4．1．2超声探头 325

4．1．2．1直探头 325

4．1．2．2斜探头 326

4．1．2．3可变角探头 327

4．1．2．4双晶片探头 327

4．1．2．6聚焦探头 328

4．1．2．5水浸探头 328

4．1．2．7阵列探头 329

4．1．2．8其他探头 330

4．1．3标准试块及对比试块 331

4．1．3．1标准试块及对比试块的目的 331

4．1．3．2垂直探伤用试块 331

4．1．3．3斜射探伤用试块 333

4．1．4超声探伤法 337

4．1．4．1超声探伤法的基本要素 337

4．1．4．2脉冲反射法与穿透法 340

4．1．4．3直接接触法与液浸法 341

4．1．4．4纵波探伤法 342

4．1．4．5横波探伤法 343

4．1．4．6表面波探伤法 343

4．1．4．7板波探伤法 344

4．1．4．8爬波探伤法 345

4．1．4．9电磁超声波法 钱梦？ 346

4．1．4．10激光超声波法 346

4．1．5超声成像法 354

4．1．5．1施利伦（Schliere）法 354

4．1．5．2光弹法 354

4．1．5．3超声全息法 355

4．1．5．4相控阵法 356

4．1．5．5合成孔径聚焦成像 357

4．1．5．6 ALOK法 358

4．1．5．7超声CT 359

4．1．5．8其他成像法 360

4．1．6探伤结果的评价 362

4．1．6．1时域分析法 362

4．1．6．2频域分析法 366

4．1．7．1金属材料 368

4．1．7超声探伤的应用 368

4．1．7．2金属焊缝 375

4．1．7．3陶瓷材料 377

4．1．7．4复合材料 379

4．1．7．5混凝土 380

4．1．7．6塑料 383

§4．2超声测厚 385

4．2．1共振法测厚 385

4．2．2干涉法测厚 385

4．2．2．1连续波干涉测厚 386

4．2．2．2脉冲干涉测厚 386

4．2．3脉冲法测厚 387

4．2．3．1脉冲反射法测厚 387

4．2．3．2脉冲测厚技术的改进 387

4．2．4板波法测厚 390

4．3．1．1声时差法（时差法） 391

§4．3流速流量的测定 391

4．3．1原理 391

4．3．1．2相位差法（相差法） 392

4．3．1．3频率差法（频差法） 392

4．3．1．4速度差法（速差法） 393

4．3．1．5超声束位移法 393

4．3．1．6超声多普勒法 394

4．3．1．7流体动力学修正 395

4．3．2超声液体流量计 396

4．3．3超声波气体流量计 399

4．3．4多普勒超声流量计 400

4．3．5超声互相关流量计 400

§4．4超声液位计 403

4．4．1超声波脉冲回波式液位测量基本原理 403

4．4．2传声媒质的声速校正 404

4．4．2．1直接修正法 405

4．4．2．2校正具法 405

4．4．2．3固定距离标记法 406

4．4．3超声脉冲回波液位计形式和工作频率的选择 406

4．4．4超声脉冲回波液位计 408

4．4．5超声波定点式液面计 408

4．4．6界面计和料位计 409

4．4．6．1超声波界面计 409

4．4．6．2超声波料位计 410

§4．5浓度、密度、粘度、硬度的测定 411

4．5．1超声浓度计 411

4．5．1．1原理 411

4．5．1．2超声气体浓度计 412

4．5．1．3超声液体浓度计 413

4．5．1．4超声悬浊液浓度计 414

4．5．2超声波密度计 415

4．5．3超声波粘度计 416

4．5．3．1振动式粘度计 417

4．5．3．2石英晶体振子的超声粘度计 418

4．5．3．3声波粘度计 419

4．5．4超声波硬度计 419

§4．6超声显微镜 420

4．6．1原理 420

4．6．2分辨率 423

4．6．2．1瑞利准则 423

4．6．2．2斯帕洛准则 423

4．6．2．3耦合液的分辨率系数 423

4．6．3像的反差理论 425

4．6．3．1 V（z）曲线的射线理论模型 425

4．6．3．2 V（z）曲线的波动理论模型 426

4．6．4扫描超声显微镜的实际操作与调整 427

4．6．5．1反射系数的测量 429

4．6．5微小区域的弹性测定 429

4．6．5．2瑞利波速和瑞利波衰减的测量 431

4．6．5．3表面及亚表面特性成像 433

4．6．6层状结构和集成电路的检测 435

4．6．7表面裂纹和粒界的检测 436

4．6．7．1表面裂纹的检测 436

4．6．7．2粒界的检测 438

§4．7声发射 440

4．7．1声发射法 440

4．7．2声发射现象的物理基础 441

4．7．2．1声发射产生的条件 441

4．7．2．2声发射源的种类 442

4．7．2．3固体中弹性波的激发与传播 443

4．7．3．1声发射信号的表征参数 447

4．7．3声发射检测仪器 447

4．7．3．2声发射检测仪器的组成 449

4．7．3．3声发射检测步骤 451

4．7．4材料与声发射 454

4．7．4．1金属材料 455

4．7．4．2塑料基复合材料 458

4．7．4．3陶瓷材料 458

4．7．4．4其他材料 459

4．7．5声发射源的定量分析法（声发射波形分析） 459

§4．8环境学超声检测 460

4．8．1超声风速计 460

4．8．1．1超声风速计原理 461

4．8．1．2相差法测定风速 461

4．8．1．3回鸣法测定风速 461

4．8．1．4脉冲时差法的超声风速气温计 462

4．8．2．1气温和空气中的声速 463

4．8．2．2脉冲波声时和法测量气温 463

4．8．2气温测定 463

4．8．2．3共振跟踪方式的超声气温计 464

4．8．2．4内燃机燃烧室的温度测量 465

4．8．3上层大气观测 466

4．8．4空气中的距离测定 467

4．8．4．1超声积雪计 467

4．8．4．2超声车辆检测器 467

4．8．5移动物体检测 468

4．8．5．1超声计数器 468

4．8．6．1电晕放电检测器 469

4．8．7声学模型试验 469

4．8．6．2微声探测器 469

4．8．6声源探知 469

4．8．5．2火灾和入侵报警器 469

4．8．8空气中信息传送 470

4．8．8．1超声波遥测计 470

4．8．8．2空气中的超声波遥控器 471

4．8．8．3超声定位 471

4．8．8．9大气污染的检测 471

参考文献 473

第五章 声表面波、声体波与声光器件 478

§5．1声表面波器件 李耀堂 478

5．1．1概述 478

5．1．2声表面波器件的特点 479

5．1．3声表面波器件的设计计算 479

5．1．3．1具有对称通带的声表面波带通滤波器的设计计算 479

5．1．3．2具有非对称通带的声表面波带通滤波器的设计计算 482

5．1．5声表面波器体的制造技术 484

5．1．5．1声表面波器件制造的基本工艺流程及特点 484

5．1．4声表面波器体制造用的基片材料 484

5．1．5．2声表面波器件制造的主要工艺 485

5．1．5．3离子束刻蚀技术 492

5．1．5．4等离子体频率修正刻蚀 496

5．1．6声表面波器件电性能参数测试 497

5．1．6．1声表面波滤波器主要电性能参数测试 497

5．1．6．2声表面波延迟线主要电性能参数测试 500

5．1．6．3声表面波色散延迟线主要电性能参数测试 503

5．1．6．4声表面波振荡器常用电性能参数测试 505

§5．2声体波器件 汤劲松 509

5．2．1概述 509

5．2．2声体波微波延迟线 509

5．2．2．1基本工作原理 509

5．2．2．2微波声体波的激励 510

5．2．2．3声体波延迟线的设计 517

5．2．2．4声体波延迟线的制备工艺 522

5．2．2．5声体波延迟线的应用 524

5．2．3薄膜声体波谐振器和滤波器 526

5．2．3．1薄膜声体波谐振器 526

5．2．3．2集成滤波放大器 528

5．2．4高次谐波声体波谐振器（HBAR） 531

5．2．4．1 HBAR结构与性能 531

5．2．4．2 HBAR的测量与应用 532

§5．3声光器件 535

5．3．1声学衍射的特性 何桂鸣 535

5．3．1．1声学衍射效应 535

5．3．1．2声学衍射的两种类型 535

5．3．1．3两类声光衍射的定量标准 536

5．3．1．4正常和反常布喇格衍射 536

5．3．2．1基本声光器件的类型 538

5．3．2声光器件的结构特性 538

5．3．2．3声光媒质的特性 539

5．3．3声光器件的特性 539

5．3．3．1声光调制器的主要特性 539

5．3．2．2发散率 539

5．3．3．2光声偏转器的主要特性 540

5．3．3．3声光可调谐滤光器的主要特性 542

5．3．4声光器件的发展动向 543

5．3．4．1体波声光器件 543

5．3．4．2表面波声光器件 544

5．3．4．3光纤声光器件 545

参考文献 546

第六章 功率超声 550

§6．1概述 林仲茂 550

§6．2功率超声的产生 550

6．2．1．2磁致伸缩换能器的结构 551

6．2．1磁致伸缩换能器 551

6．2．1．1磁致伸缩效应和磁致伸缩材料 551

6．2．2压电换能器 554

6．2．2．1压电陶瓷元件振动模式 555

6．2．2．2纵向振动复合换能器 561

6．2．3换能器的效率 566

6．2．4电动式和电磁式换能器 568

6．2．4．1电动式换能器 568

6．2．4．2电磁式换能器 570

6．2．5弯曲振动的产生 571

6．2．5．1弯曲振动换能器 571

6．2．5．2模式转换弯曲振动换能器 576

6．2．6扭转振动的产生 578

6．2．6．1扭转振动换能器 578

6．2．6．2模式转换扭转振动系统 580

6．2．7复合振动的产生 581

6．2．7．1纵变复合振动换能器 581

6．2．7．2纵扭复合振动换能器 583

6．2．8超声频电源 584

6．2．8．1晶体管超声电源 585

6．2．8．2匹配电路和频率自动跟踪 588

6．2．9流体动力型声和超声发生器 591

6．2．9．1共振腔哨 591

6．2．9．2旋笛 592

6．2．9．3液哨-簧片哨 592

6．2．9．4旋涡哨 593

6．2．9．5圆板哨 593

§6．3变幅杆、变幅器和聚焦系统 594

6．3．1．1单一变幅杆 595

6．3．1纵向振动变幅杆 595

6．3．1．2复合变幅杆 608

6．3．1．3有负载的变幅杆 622

6．3．2扭转振动变幅杆 627

6．3．3弯曲振动变幅杆 633

6．3．3．1等截面杆弯曲振动的频率方程 633

6．3．3．2等截面杆与指数杆组成的复合弯曲振动变幅杆 634

6．3．4变幅器和振动方向变换器 636

6．3．4．1变幅器 636

6．3．4．2振动方向变换器 637

6．3．5聚焦系统 641

6．3．5．1声透镜 641

6．3．5．2反射型聚焦系统 643

§6．4功率超声设备电声参数的测量 644

6．4．1功率超声换能器的测量 644

6．4．1．1小信号测量方法 644

6．4．1．2大功率工作状态下的测量 649

6．4．2振动位移及其分布的测量 651

6．4．2．1用光学显微镜直接测量 651

6．4．2．2电容拾振器 651

6．4．2．3磁拾振器 652

6．4．2．4激光干涉方法 652

6．4．2．5振动分布的测量 652

6．4．2．6无源弹性体固有频率的测量 652

6．4．3声功率、声强和空化强度的测量 653

6．4．3．1通过固体波导声功率的测量 653

6．4．3．2液体媒质中声强、声功率及空化强度的测量 655

§6．5功率超声的应用 658

6．5．1超声清洗 658

6．5．1．1原理和特点 658

6．5．1．3超声清洗设备 659

6．5．1．2影响超声清洗效率的因素 659

6．5．1．4超声清洗应用例举 662

6．5．2超声焊接 663

6．5．2．1超声金属焊接 663

6．5．2．2超声塑料焊接 668

6．5．3超声加工 674

6．5．3．1超声加工的应用范围 674

6．5．3．2磨料冲击超声加工 674

6．5．3．3超声车削 678

6．5．3．4超声钻孔和镗孔 681

6．5．3．5超声磨削 681

6．5．3．6超声光整加工 681

6．5．3．7超声金属塑性加工 684

6．5．3．8超声聚合物加工 687

6．5．4超声处理 687

6．5．4．1超声乳化 687

6．5．4．2超声搪锡 688

6．5．4．4超声雾化 689

6．5．4．3超声粉碎 689

6．5．4．5超声凝聚 693

6．5．4．6超声除气 693

6．5．4．7超声加速过滤 693

6．5．4．8超声加速陈化过程 694

6．5．4．9超声淬火 694

6．5．4．10超声细化晶粒 694

6．5．4．11超声疲劳试验 695

6．5．5功率超声在生物学及医学中的应用 冯若 696

6．5．5．1功率超声在生物学中的应用 696

6．5．5．2功率超声在医学中的应用 699

6．5．6声悬浮技术 林仲茂 699

6．5．6．1原理和装置 699

6．5．7超声马达（电机） 700

6．5．6．2特点 700

6．5．6．3应用 700

6．5．7．1基本原理 701

6．5．7．2复合换能器型超声马达 702

6．5．7．3模式转换型超声马达 703

6．5．7．4利用弯曲振动的超声马达 704

6．5．7．5其他类型的超声马达 705

6．5．8声化学 冯若 706

6．5．8．1声化学是一门新兴的交叉学科 706

6．5．8．2声空化-声化学反应的主动力 707

6．5．8．3检测声空化致化学产额的几种方法 707

6．5．8．4声致发光 709

6．5．8．5影响声空化的物理因素 712

6．5．8．6声化学反应器 717

6．5．8．7声化学反应类型与机制 719

参考文献 720

前言 何正权 725

§7．1超声诊断技术 725

第七章 医学超声 725

7．1．1脉冲回波法超声诊断仪 726

7．1．1．1脉冲回波法超声诊断仪的工作原理 726

7．1．1．2 A型显示方式 727

7．1．1．3 B型显示方式 727

7．1．1．4 M型显示方式 728

7．1．1．5脉冲回波法超声诊断仪的主要特性 728

7．1．2多普勒超声诊断仪 732

7．1．2．1医学超声多普勒技术及其信号 732

7．1．2．2 CW多普勒系统 733

7．1．2．3 PW多普勒系统 734

7．1．2．4彩色血流成像系统 738

7．1．3．2动态三维超声成像 741

7．1．3多维超声成像技术 741

7．1．3．1静态三维超声成像 741

7．1．3．3彩色三维TCD 742

7．1．3．4三维图像的显示方法 743

7．1．4谐波成像技术 745

§7．2 B超仪的基本技术 748

7．2．1 B超仪的各种扫查方式 748

7．2．1．1机械扇形扫查 748

7．2．1．2相控阵扇形扫查 751

7．2．1．3线阵式线性扫查 752

7．2．1．4凸阵式扇形扫查 756

7．2．1．5环形阵扇形扫查 756

7．2．1．6 C型扫查和F型扫查 757

7．2．1．7 PPI扫查 758

7．2．2．1超声发射电路的基本结构 759

7．2．2超声发射电路 759

7．2．2．2单元式和阵列式换能器所用发射电路 762

7．2．3超声接收电路 763

7．2．3．1超声接收电路中的隔离级 763

7．2．3．2超声信号的接收预放电路 765

7．2．4阵元开关和阵元整序网络 766

7．2．4．1凸阵和线阵换能器的阵元开关 766

7．2．4．2阵元的整序 768

7．2．4．3一体化开关网络 772

7．2．5声束的时空控制 773

7．2．5．1线阵式线性扫查时的电子聚焦原理及延迟时间计算 773

7．2．5．2凸阵换能器扇形扫查时的电子聚焦 775

7．2．5．3环形阵的电子聚焦 776

7．2．5．4相控阵的电子聚焦 777

7．2．5．5变孔径和变迹 778

7．2．6．1时间增益控制（TGC） 780

7．2．6接收通道 780

7．2．6．2回波信号的放大和对数压缩 784

7．2．6．3动态滤波技术 788

7．2．6．4回波信号的包络检波 790

7．2．6．5回波包络的边缘增强 792

7．2．7声束形成方法 793

7．2．7．1两种声束形成方法 793

7．2．7．2数字声束形成技术 793

7．2．7．3复包络信号的正交分解技术 794

7．2．7．4数字式延迟技术 795

7．2．7．5多声束形成技术 796

§7．3数字扫描变换 797

7．3．1超声扫查与显示扫描 797

7．3．2数字扫描变换技术 797

7．3．3线阵式线性扫查B超仪的一种简单DSC电路 798

7．3．4．1 DSCA的引出和分类 800

7．3．4扇形扫查B超仪的DSC算法 800

7．3．4．2第一类DSCA 801

7．3．4．3第二类DSCA 803

7．3．4．4多速率采样和多速率显示时钟发生器 806

§7．4数字信号与数字图像处理技术 808

7．4．1采样定理 808

7．4．2数字信号的时域处理 810

7．4．2．1叠加平均 810

7．4．2．2相关分析 810

7．4．2．3插值 811

7．4．3数字滤波 812

7．4．3．1数字滤波器分类 812

7．4．3．2 IIR滤波器 813

7．4．4．1 γ校正与视觉校正 814

7．4．4．2灰阶变换 814

7．4．3．3 FIR滤波器 814

7．4．4图像的灰阶变换 814

7．4．4．3灰阶统计及直方图均衡 815

7．4．5图像的平滑与增强 816

7．4．6图像的帧相关 818

§7．5多普勒信号处理 819

7．5．1多普勒信号的解调 819

7．5．2方向信息的提取 820

7．7．2．4先进先出存贮器 820

7．5．3平均多普勒频率的估计 822

7．5．4多普勒血流信号的速度谱 823

7．5．5伪随机超声多普勒技术 824

7．5．6线性调频多普勒技术 825

7．5．7自相关技术在彩色血流成像中的应用 827

7．5．8．1经典谱估计方法 828

7．5．8现代谱估计方法 828

7．5．8．2现代谱估计方法 829

7．5．8．3时域法血流速度估计 831

§7．6彩色比显示技术 834

7．6．1 CRT显示器 834

7．6．1．1彩色显示原理 834

7．6．1．2彩色CRT显示器 836

7．6．2 B超图像的彩阶显示 837

7．6．3彩色血流成像技术（CFM技术） 839

7．6．4多普勒组织成像 839

7．6．5多普勒能量成像 840

7．6．6其他的彩色显示技术 841

7．6．6．1三维多普勒能量成像 841

7．7．1 D/A与A/D转换器 842

7．7．1．1 D/A转换器 842

7．6．6．3彩色余辉 842

§7．7微机及某些集成电路 842

7．6．6．2三维彩色透视 842

7．7．1．2 A/D转换器 844

7．7．2半导体存贮器 846

7．7．2．1概述 846

7．7．2．2双端口SRAM 847

7．7．2．3视频RAM 847

7．7．3可编程逻辑器件 851

7．7．3．1概述 851

7．7．3．2复杂可编程器件CPLD 852

7．7．3．3现场可编程门阵列FPGA 855

§7．8超声治疗 冯若 858

7．8．1超声理疗法 858

7．7．4微处理器与微机 858

7．8．2超声一电疗法 859

7．8．3超声药物透入疗法 860

7．8．4超声雾化吸入疗法 860

7．8．5超声外科 860

7．8．6超声美容及去脂术 862

7．8．6．1超声美容术 862

7．8．6．2超声去脂术（或超声减肥术） 862

7．8．7超声治癌 862

7．8．7．1温热疗法 862

7．8．7．2高能冲击波（HESW）疗法 863

7．8．7．3高强聚焦超声（HIFUS）疗法 863

7．8．7．4超声激活血卟啉疗法 864

7．8．8超声碎石 864

7．8．9超声节育与超声抗早孕 866

7．9．1．1机械（力学）机制 867

§7．9超声生物效应及医学超声剂量学 867

7．9．1产生超声生物效应的物理机制 867

7．9．1．2热机制 868

7．9．1．3空化机制 868

7．9．2诊断超声声强的表述 868

7．9．3超声生物效应的基本实验数据 870

7．9．4超声诊断的安全阈值剂量 871

7．9．4．1流行病学研究 871

7．9．4．2临床研究 871

7．9．5有关超声诊断安全阈值剂量的规范和建议 873

7．9．5．1美国医用超声学会（AIUM）的建议 873

7．9．5．2美国医用超声学会（AIUM）的声明 873

7．9．5．3美国食品药物管理局的新建议 873

7．9．5．4日本卫生福利部的报告声明 873

7．9．5．7超声诊断设备声输出的热指数与机械指数标准 874

7．9．5．6《医用诊断超声设备声输出公布要求》的IEC标准 874

7．9．5．5世界卫生组织（WHO）的建议（1982年） 874

参考文献 875

第八章 水声技术 879

§8．1绪论（声呐特性） 王玉泉 879

8．1．1概述 879

8．1．2水声设备的发展简史 880

8．1．3水声设备分类 882

8．1．4水声设备的战术技术指标 886

8．1．4．1水声设备（声呐）的主要战术指标 886

8．1．4．2水声设备（声呐）的技术指标 888

§8．2水声模拟技术 郭延芬 889

8．2．1概述 889

8．2．2基本声学模型 890

8．2．2．1传播 890

8．2．2．2噪声 896

8．2．2．3混响 897

8．2．3声呐性能模拟 900

§8．3水声设备的测向、测距与测速 王玉泉 901

8．3．1概述 901

8．3．2测向的基本原理 902

8．3．3测向的几种方法 903

8．3．4测距原理 914

8．3．5测距方式 914

8．3．6目标速度的测量 917

§8．4波束形成与控制 郭延芬 918

8．4．1概述 918

8．4．2时域、频域波束形成器 919

8．4．2．1横向滤波器波束形成器 920

8．4．2．2加法延迟线波束形成器 921

8．4．2．3数字内插波束形成器 922

8．4．2．4频域波束形成器 923

8．4．3自适应波束形成器 924

8．4．3．1自适应波束形成器基本原理 924

8．4．3．2时间压缩式自适应波束形成器 926

8．4．3．3无约束LMS准则自适应波束形成器 927

8．4．3．4线性约束LMS自适应波束形成器 928

8．4．3．5噪声抵消法自适应波束形成器 929

8．4．4波束控制技术 930

§8．5水声设备发射系统 王玉泉 931

8．5．1概述 931

8．5．2发射波形的产生 934

8．5．3典型的发射机分析框图 936

8．5．4多波束发射技术 936

§8．6水声接收技术 937

8．6．1概述 937

8．6．2水声（声呐）接收机的形式和组成 938

8．6．3动态范围的压缩和归一化 941

8．6．4主动声呐最佳接收机 946

§8．7水声设备的终端显示 947

8．7．1概述 947

8．7．2水声终端显示器的特点与发展概况 948

8．7．3水声终端显示器的主要类型及典型画面 949

8．7．4计算机在终端显示器上的应用 950

§8．8水声新技术发展 郭延芬 956

8．8．1概述 956

8．8．2时延估计 956

8．8．2．1时延估计方法 956

8．8．2．2广义相关法时延估计 958

8．8．2．3广义相位谱延时估计 959

8．8．3神经网络的基本原理及在水声中的应用 960

8．8．3．1人工神经元模型 960

8．8．3．2人工神经网络的结构 961

8．8．3．3人工神经网络的学习规则 962

8．8．3．4神经网络在水声中的应用 963

8．8．4模糊信息处理 964

8．8．4．1模糊集的运算及其性质 965

8．8．4．2模糊检测用于声呐系统 966

8．8．5目标运动分析 969

8．8．5．1 BOT数学模型 969

8．8．5．2 TMA的结构和算法 970

8．8．5．3 TMA的应用 971

参考文献 973

9．1．1声压 975

9．1．1．1时域特性 975

§9．1超声量的测量 寿文德 975

第九章 超声测量与标准化 975

9．1．1．2频域特性 977

9．1．1．3声压的测量 977

9．1．2声强 984

9．1．2．1声压换算法 984

9．1．2．2热敏探头法 985

9．1．2．3辐射力法 985

9．1．3声功率 987

9．1．3．1液体中超声功率测量方法一辐射力法 987

9．1．3．2光学法-Raman-Nath衍射声光法 990

9．1．3．3热学法 991

9．1．3．4声场扫查积分法 992

9．1．3．5电测法 996

9．1．3．6瓦特计法 996

9．1．3．7自易法 997

9．1．4．1共振干涉法（驻波干涉法） 1000

9．1．4声速测量 1000

9．1．4．2临界角法 1001

9．1．4．3相位法 1002

9．1．4．4脉冲法 1002

9．1．5超声吸收测量 1005

9．1．5．1瞬态热电偶法测量声吸收 1005

9．1．5．2共振法测量声吸收 1006

9．1．5．3混响法则量声吸收 1007

9．1．5．4共振干涉法测量声吸收 1008

9．1．6声衰减的测量 1008

9．1．6．1脉冲法 1008

9．1．6．2共振法测声衰减 1009

9．1．6．3辐射力法测声衰减 1010

9．1．6．4背向散射谱技术测量超声衰减 1011

9．1．7．2有限振幅相对测量法 1012

9．1．7．1有限振幅绝对测量法 1012

9．1．7非线性参量B/A的测量 1012

9．1．7．3改善的热力学方法 1013

§9．2超声换能器特性测量 1014

9．2．1发送响应与发射特性 1014

9．2．1．1发送电流响应 1014

9．2．1．2声发射响应 1014

9．2．1．3位移-电压灵敏度 1014

9．2．1．4位移平方-功率灵敏度 1014

9．2．1．5辐射电导 1014

9．2．2接收灵敏度及其频响 1015

9．2．2．1定义 1015

9．2．2．2校准方法 1015

9．2．2．3声场扫查法 1020

9．2．2．4利用非线性传播的校准技术 1021

9．2．4声场特性 1022

9．2．4．1声场参数的测量 1022

9．2．3相对脉冲-回波灵敏度 1022

9．2．4．2辐射图案测量 1025

9．2．4．3指向性图案 1027

9．2．4．4非线性传播参数σm 1028

9．2．5阻抗（导纳）特性 1028

9．2．6效率 1029

9．2．6．1直接测量法 1029

9．2．6．2导纳圆图法 1029

9．2．6．3功率计法 1029

9．2．7机械品质因数（Q） 1029

9．2．10空化测量 1030

§9．3超声设备的测量检定 1030

9．3．1探伤仪 1030

9．2．9冲击波测量 1030

9．2．8发射表面振幅测量 1030

9．3．1．1灵敏度 1031

9．3．1．2垂线线性（放大线性） 1031

9．3．1．3水平线性（时间轴线性） 1032

9．3．1．4盲区 1033

9．3．1．5斜探头入射点的测试方法 1033

9．3．1．6斜探头折射角或K值的测试方法 1033

9．3．1．7分辨力 1034

9．3．1．8回波频率 1035

9．3．2诊断与治疗设备 1036

9．3．2．1超声诊断仪 1036

9．3．2．2超声治疗仪 1043

9．3．2．3碎石机 1046

9．3．2．4超声洁牙机 1047

9．4．1水听器 1049

§9．4超声计量器具 1049

9．3．4测厚仪 1049

9．3．3清洗机 1049

9．4．2热敏探头 1052

9．4．3探伤试块 1052

9．4．3．1 DB-P型试块 1052

9．4．3．2 CSK-IA型试块 1052

9．4．3．3 DZ-I型试块 1053

9．4．4超声诊断试块 1054

9．4．4．1软组织模拟试块 1054

9．4．4．2轴间分辨力试块 1054

9．4．4．3侧向分辨力试块 1054

9．4．4．4对比度试块 1054

9．4．4．5无散射球试块 1054

9．4．4．6流速多普勒试块系统 1054

9．5．2国家标准、专业标准和行业标准 1055

9．5．1 IEC标准 1055

§9．5超声标准化文件索引 1055

参考文献 1057

附录 1060

附录一 希腊字母表（正体与斜体） 关立勋 1060

附录二 常用数学符号 1060

附录三 单位十进倍数的词头 1061

附录四 傅里叶变换（傅氏变换） 1062

附录五 拉普拉斯变换（拉氏变换） 1068

附录六 常用物理量与声学量的名称、单位、符号 1072

附录七 声压比与声强比的分贝值 1074

附录八 一些生物组织及相关媒质的超声传播系数 1076

附录九 声学匹配层的材料及其性能 1077

附录十 国内外超声及相关学术团体 1078

附录十一 IEC.TC87（超声）各工作组 1079

附录十二 国外超声技术标准出版物 1080

附录十三 国外超声技术主要相关刊物 1083