声电传感技术与仪器-一维波动 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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沈建国编 著

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出版社： 天津大学出版社

ISBN：9787561857465

商品编码：29676557138

包装：平装-胶订

开本：16

出版时间：2017-01-01

内容介绍
　　瞬态声振动和瞬态电信号的测量可以应用于无损检测、地表勘探和工程质量检测等*域，其依据的1维波动传播规律是所有检测类仪器设计的物理基础。声电换能器的原理和等效电路是测量仪器匹配电路设计的关键。《声电传感技术与仪器：1维波动》用1维有限长杆的共振特征描述了频率域波动声学的主要特点，通过多层模型描述了1维波动传播规律以及在时间域和频率域的表现，讨论了共振检测方*；并进1步将这些模型拓展到了变截面振动的描述，结合压电晶片的等效电路给出了振动系统的等效电路描述方*和导纳圆测量方*；用传输线模型讨论了1维波动在电学中的表现；*后讨论了SH波及其二维谱。读者可以利用这些规律kai展1些声电测量方*研究，获得有用信号的特征，还可以模拟、设计线圈和压电换能器。 　　《声电传感技术与仪器：1维波动》是电子科学与技术专业高年集的教科书，可goxg检测、仪表和测量专业高年集学生和研究生参考，也可goxg地表勘探、建筑质量监测行业和*声医学的工程技术人员参考。

目录
*1部分 1维波动与测量仪器 *1章 1维有限长杆振动的固有频率 *1节 1维杆振动 *二节 1维波动方程的解 第三节 系数w的确定 第四节 物理意义讨论 第五节 系数G、H的计算 第六节 二节杆的振动 第七节 应用 思考题 附录 1节杆的振动位移和应力分布计算程序 参考文献 *二章 有限长杆固有频率的应用之1：反射与透射波 *1节 物理模型*1部分 1维波动与测量仪器
*1章 1维有限长杆振动的固有频率
*1节 1维杆振动
*二节 1维波动方程的解
第三节 系数w的确定
第四节 物理意义讨论
第五节 系数G、H的计算
第六节 二节杆的振动
第七节 应用
思考题
附录 1节杆的振动位移和应力分布计算程序
参考文献
*二章 有限长杆固有频率的应用之1：反射与透射波
*1节 物理模型
*二节 计算方*
第三节 固有频率处的反射、透射系数
第四节 实际探头激发的波形及其频谱
第五节 探头频谱与固有频率——醉佳隔振厚度
第六节 薄层透声原理
思考题
附录 广义反射系数、透射系数计算程序
第三章 有限长杆固有频率的应用之二：厚度共振波
*1节 厚度共振对频谱的影响
*二节 厚度共振对波形形状的影响
第三节 厚度共振实验验证
第四节 厚度共振的应用
第五节 几何声学与波动声学
思考题
第四章 薄层的反射波和透射波
*1节 薄层的频谱与波形
*二节 薄层厚度的影响
第三节 薄层的厚度
第四节 薄层信息
思考题
专题讨论
第五章 多层介质模型的传递矩阵
*1节 传递矩阵
*二节 矩阵传递
第三节 声源与系数
第四节 波形的计算
第五节 多层模型的频谱
第六节 固体与固体之间的反射系数
第七节 共振波的形成
第八节 薄水层对波形的影响（I界面胶结差）
第九节 理论模型与测量系统设计
思考题
第六章 宽带发射、接收换能器设计
*1节 压电晶片振动的测量
*二节 宽带换能器设计
第三节 固有频率与声传播
第四节 压电晶片导纳圆测量实验
思考题
第七章 变截面变幅杆和工具头设计
*1节 变截面模型和实物
*二节 变截面振动的计算方*
第三节 固有频率计算方*
第四节 取定固有频率后各层的系数
第五节 取定频率后各层的位移和应力
第六节 计算结果
思考题
第八章 变截面压电振子的设计
*1节 变截面压电振子的结构
*二节 单个压电晶片的等效电路
第三节 晶堆的处理
第四节 起始位移的处理
第五节 固有频率计算程序
第六节 位移和应力计算程序
思考题
……
*二部分 SH波与二维谱
后记 显示全部信息

《声电传感技术与仪器-一维波动》内容简介 本书深入探讨了声电传感技术在处理一维波动问题中的核心原理、关键技术及实际应用。全书以清晰的逻辑结构、严谨的学术论述和丰富的案例分析，旨在为读者构建一个全面而深刻的理解框架，无论您是相关领域的科研人员、工程技术人员，还是高等院校的师生，都能从中获得有益的启发和知识。 第一章 绪论 本章首先回顾了传感技术的发展历程及其在现代科技中的重要地位，特别强调了声电传感作为一种非接触、高灵敏度的测量手段，在诸多领域的独特优势。接着，引入了一维波动的概念，阐述了其在物理学、工程学等学科中的普遍性和基础性。在此基础上，明确本书的研究范畴，即聚焦于利用声电效应来探测和分析一维波动现象。本章还简要介绍了本书的组织结构和各章节的主要内容，为读者搭建了整体的认知框架，并为后续深入学习奠定了思想基础。 第二章 声电效应基础 本章是理解本书核心技术的基础。我们从声电效应的微观物理机理入手，详细阐述了压电效应、焦电效应、热释电效应等与声电转换直接相关的物理现象。对于压电效应，我们将详细解析其正压电效应（机械形变产生电荷）和逆压电效应（电场作用引起形变）的内在联系，以及不同晶体结构和材料特性对压电性能的影响。焦电效应和热释电效应则会从温度变化引起材料电极化强度的改变出发，分析其与声波引起的温度波动之间的关联。 在此基础上，本章将深入探讨声波与电信号之间的耦合机制。这包括声波在材料中传播时引起微小形变，进而通过压电效应产生电压信号；或者声波引起的温度波动，通过热释电效应转换成电信号。我们将介绍各种激励声波的方法，例如压电换能器、微机械振动器等，以及如何通过这些方式产生具有特定频率和振幅的声波，从而在介质中激发一维波动。 此外，本章还将讨论声电传感器的基本结构和设计原则。一个典型的声电传感器通常包含声波敏感材料、电极、封装等关键部件。我们将分析不同材料的选择（如石英晶体、锆钛酸铅陶瓷、聚偏氟乙烯薄膜等）如何影响传感器的灵敏度、响应速度和工作频率范围。同时，也会探讨电极的几何形状、布局以及如何优化电极设计以提高电信号的收集效率。 第三章 一维波动理论 本章系统梳理了一维波动传播的相关理论。我们从最基本的波动方程入手，推导并分析了理想介质中一维波动（如弦的振动、波导中的声波传播）的解析解。这包括平面波、驻波、行波等基本模式，以及它们的数学描述和物理意义。 针对实际情况，本章将重点讲解波动的衰减和色散现象。我们会深入分析介质的内耗、边界效应等因素如何导致声波能量的损失，并建立相应的衰减模型。对于色散，我们将解释不同频率成分在介质中传播速度不一致所产生的现象，以及它对信号形状的影响。 此外，本章还会讨论一维波动的边界条件及其对波动特性的影响。例如，固定端、自由端、弹性连接等不同边界条件如何产生反射、透射和驻波的形成。我们会通过傅里叶级数和傅里叶变换等数学工具，分析复杂波动的分解和合成，以及如何利用这些工具来理解和预测波动的行为。 第四章 声电传感器及其工作原理 本章将重点介绍各类适用于探测一维波动的声电传感器。我们将从压电式传感器开始，详细阐述其工作原理、结构设计、灵敏度影响因素以及在不同应用场景下的选择依据。例如，我们会介绍压电陶瓷换能器在超声波测距、无损检测中的应用，以及压电薄膜传感器在微流控、生物传感等领域的潜力。 接着，我们会讨论焦电式传感器和热释电式传感器。虽然它们通常对温度变化敏感，但在某些特定的一维波动场景下，如由强声波引起的显著温升，它们也能发挥作用。我们会分析其响应机制、灵敏度和噪声特性。 此外，本章还将介绍一些新兴的声电传感技术，例如基于MEMS（微机电系统）的声电传感器，它们通常具有小型化、集成化和高性能的特点，能够实现更精确的一维波动测量。我们还会探讨如何通过对传感材料、电极结构以及传感器的集成化设计来优化传感器的性能，以满足更严苛的应用需求。 第五章 信号调理与采集 声电传感器产生的原始电信号往往非常微弱，且可能伴随有噪声。本章将详细介绍信号调理和采集的必要性及其关键技术。 首先，我们将深入探讨放大器的作用，包括前置放大器（提供高输入阻抗和低噪声放大）、仪表放大器（用于差分信号放大）以及滤波器（用于去除干扰和噪声）。我们将讨论不同类型的放大器（如跨阻放大器、电压放大器）及其适用场景，以及如何通过选择合适的器件和电路设计来最大化信噪比。 其次，我们将详细介绍滤波器的设计和应用。这包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和陷波滤波器等，以及它们在抑制特定频率噪声（如工频干扰、高频电子噪声）方面的作用。我们将分析滤波器的阶数、截止频率、纹波等关键参数，以及如何根据信号的频谱特性来选择和设计滤波器。 接着，本章将重点阐述模拟数字转换器（ADC）在信号采集中的作用。我们将详细介绍ADC的分类（如逐次逼近型、Σ-Δ型、并行型等）、量化原理、采样率、分辨率等关键指标，并分析如何根据信号的带宽和动态范围来选择合适的ADC。 最后，本章还将介绍数据采集系统（DAQ）的组成及其与声电传感器的集成。我们将讨论DAQ在多通道采集、同步采样、数据存储和传输等方面的功能，以及如何通过软件接口来实现对采集过程的控制和数据后处理。 第六章 一维波动参数的测量与表征 本章将聚焦于利用声电传感器测量和表征一维波动参数的具体方法。 首先，我们将详细介绍如何测量波动的频率和周期。通过对采集到的电信号进行频谱分析（如快速傅里叶变换FFT），可以准确提取波动的基频和各次谐波成分。对于瞬态波动，我们将介绍如何利用时间-频率分析技术（如短时傅里叶变换STFT、小波变换）来捕捉波动的时域和频域变化。 其次，我们将探讨如何测量波动的幅度、相位和能量。根据声电转换的原理，传感器输出的电压信号幅度与波动强度（如声压、应力）之间存在一定的比例关系，我们可以通过标定来确定这个比例系数。相位测量则涉及波形之间的相对位移，这对于分析波动传播的延迟和干涉效应至关重要。能量测量通常需要结合信号的幅度和持续时间进行计算。 此外，本章还将介绍测量波速的方法。通过在不同位置布置多个传感器，或者利用单个传感器在已知距离上进行两次测量，可以计算出波动在介质中的传播速度。我们会讨论不同测量方法（如相位差法、飞行时间法）的优缺点及其适用性。 最后，本章还将讨论如何表征波动的衰减系数和阻尼特性。通过测量波动在传播过程中的幅度衰减，可以计算出介质的衰减系数，这对于评估材料的声学特性以及预测波动在实际环境中的传播距离具有重要意义。 第七章 声电传感技术在一维波动探测中的应用实例 本章将通过一系列典型的应用案例，展示声电传感技术在一维波动探测中的强大能力和广泛前景。 首先，我们将探讨其在无损检测领域的应用。例如，利用超声波传感器探测材料内部的裂纹、缺陷，评估材料的完整性。我们将详细介绍如何通过分析超声波的反射、透射和散射信号来识别缺陷的位置、大小和类型。 其次，我们将介绍在结构健康监测中的应用。通过在桥梁、建筑、飞机结构等关键部位布置声电传感器，实时监测结构振动、应力波传播等信息，从而及时发现潜在的安全隐患，预测结构的寿命。 接着，我们将分析其在声学测量与控制中的应用。例如，在噪声测量、声源定位、吸声材料性能评价等方面，声电传感器都发挥着至关重要的作用。我们会介绍如何利用麦克风阵列等技术来精确测量声音的强度、方向和空间分布。 此外，本章还将探讨其在生物医学工程中的应用。例如，利用超声波在医学成像、治疗以及生物组织特性分析中的应用，以及如何利用压电传感器来监测生理信号，如心跳、呼吸等。 最后，我们还将简要介绍在其他相关领域的应用，如地质勘探中的地震波探测、工业过程控制中的物位测量、以及海洋声学研究等，以展现声电传感技术在一维波动探测领域的广阔前景。 第八章 挑战与展望 本章在总结前文内容的基础上，对声电传感技术在处理一维波动问题时面临的挑战进行深入剖析，并对未来的发展方向进行展望。 首先，我们将讨论现有技术在提高测量精度、灵敏度和分辨率方面的挑战。例如，如何进一步降低传感器的自噪声，如何处理复杂介质中的非线性波动效应，以及如何实现对微弱波动信号的精确捕捉。 其次，我们将探讨在极端环境下（如高温、高压、腐蚀性介质）工作的声电传感器的可靠性和稳定性问题。这需要对材料选择、封装工艺以及电路设计进行持续优化。 接着，我们将关注智能化和集成化发展趋势。未来的声电传感系统将更加注重智能化处理，例如利用机器学习和人工智能算法进行数据分析和故障诊断。同时，传感器的微型化、柔性化和可穿戴化将为新的应用领域打开大门。 最后，我们将展望声电传感技术在新能源、量子信息、精密制造等前沿领域的潜在应用。随着科学技术的不断发展，声电传感技术必将迎来更广阔的应用前景和更辉煌的发展篇章。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在职人员，时间非常宝贵，阅读技术书籍往往需要极高的效率。这本书在知识点的组织和呈现方式上，表现出了极高的“效率导向”。它没有过多地纠缠于历史背景或无关紧要的细节，而是直奔核心的物理过程和工程实现。比如，在介绍特定类型的传感器时，作者会用一个非常精炼的段落概括其核心优势和局限性，然后立刻跳转到如何利用先进的数字信号处理技术来弥补这些局限。这种务实的态度，使得阅读过程始终保持着一种向前的动力。而且，书中的术语定义非常清晰，几乎没有歧义，这在跨学科交流时尤其重要。另外，作者在讨论不同测量方法时的客观性也值得称赞，没有刻意抬高某一种技术，而是平衡地展示了各种方案的适用范围和成本效益，这对于我们做项目决策时，提供了非常中立和可靠的参考依据。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我本来以为这本书会非常偏向纯理论的推导，毕竟“技术与仪器”这个标题听起来就比较硬核。然而，这本书在“仪器”部分的实践性应用描写得极其到位。它详细介绍了如何搭建一个实验平台来验证书中的理论模型，包括信号调理电路的设计要点、ADC/DAC 的选型标准，甚至还提到了如何进行系统的误差分析和校准。这些实操层面的指导，对于我们实验室的实际操作人员来说，简直是“救命稻草”。比如，书中关于漂移补偿和温度补偿的章节，不是那种一笔带过的理论描述，而是给出了具体的补偿算法和实际采集数据的对比曲线，这一点真的太赞了。它让我明白了，一个优秀的传感器系统，性能的瓶颈往往不在于传感器本身，而在于整个信号处理链条的优化。通过这本书，我对如何从“能用”向“好用、精准”迈进有了更清晰的路线图。

评分☆☆☆☆☆

我最近在忙一个关于结构健康监测的项目，正好需要深入了解一些先进的传感原理，这本书的及时出现真是帮了大忙。我特别欣赏作者在描述物理现象转化为电信号过程中的那种严谨性，它不是简单地罗列公式，而是深入挖掘了背后的物理机制。比如，在讲到压电效应时，不仅解释了正逆效应，还结合了实际的谐振腔设计，让我对如何优化传感器的灵敏度有了新的认识。书中关于传感器集成和小型化设计的部分，虽然我目前的应用场景对体积要求不高，但其前瞻性的视角还是很有启发意义的。作者似乎对未来的微纳尺度传感技术也多有涉猎，这让这本书的价值超越了当前的工程需求，具备了一定的前瞻性和学术储备价值。阅读过程中，我发现书中的参考文献也非常丰富且权威，很多经典论文都被提及，这为我进一步的学术深挖指明了方向。这种层层递进的知识结构，很适合那些希望从基础原理上夯实基础的工程师和研究生。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调，搭配着未来感的银色字体，一下子就把人拉进了一个充满科技感的世界。我拿到手的时候，就忍不住在书店里翻阅了好一会儿。内容上，我关注的重点是信号处理和数据采集方面，尤其是那些关于噪声抑制和高精度测量的章节，讲得非常透彻。作者在阐述复杂的数学模型时，总能用一些非常直观的工程实例来辅助理解，比如在介绍傅里叶变换时，居然用到了无人机姿态控制的例子，这对于我这种偏爱实际应用的读者来说，简直是福音。而且，书中对不同类型传感器的特性对比分析得极其细致，包括它们在不同环境下的响应速度和稳定性，这对于我们进行系统选型时提供了极大的参考价值。光是对比不同滤波算法的优缺点那一章，我就足足看了两遍，里面的图表制作得非常专业，数据对比清晰明了，让人能迅速抓住核心要点。总的来说，这本书的理论深度和工程实践的结合度拿捏得恰到好处，绝非那种空谈理论的教科书。

评分☆☆☆☆☆

坦白讲，我是一个对文字表达要求较高的人，很多技术书籍写得干巴巴的，读起来非常枯燥。但这本书的行文风格却出人意料地流畅和富有逻辑性。它在介绍新概念时，总能巧妙地回顾之前学过的内容，形成一个知识闭环。例如，在探讨电磁感应原理时，作者会先用一个简单的感应炉模型来打个比方，然后再逐步引入偏微分方程的求解过程，这种“由浅入深、层层剥茧”的叙事方式，极大地降低了阅读的认知负荷。再说说图示方面，那些复杂的电路图和系统架构图，线条清晰，标注准确无误，完全符合工程制图的标准。我尤其喜欢它在每一章节末尾设置的“思考与练习”环节，这些问题设计得非常巧妙，往往需要结合多个章节的知识点才能完整解答，有效地检验了读者的掌握程度，而不是简单的公式套用。这本书的排版也做得不错，字号和行间距都非常舒适，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。