超声显微检测技术

本书对超声显微检测技术的一般理论和基础知识进行简要介绍，论述了高频超声幅度和频率衰减与扫查成像原理、非线性效应、透镜式聚焦高频超声换能器等，以及材料各向异性、精密尺寸与微小织构、涂层厚度与黏结质量、电子封装与生物组织特性的超声显微检测应用。本书可作为高等院校机械类、机电类、仪器仪表、声学检测、无损检测等专业及其相近专业专科生、本科生教学用书，也可作为相关专业学校教师、研究生和工程技术人员的参考书。

前言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.2 研究现状 4
1.3 发展趋势 7
1.3.1 声透镜 7
1.3.2 扫查和表征方式 9
1.3.3 阵列扫查方式 9
参考文献 10
第2章 超声波基础 13
2.1 介质的基本声学参数 13
2.1.1 声速 13
2.1.2 声阻抗 14
2.1.3 声衰减 15
2.2 波动方程 16
2.2.1 流体中的波动方程 16
2.2.2 固体中的波动方程 16
2.2.3 平面波 17
2.3 超声波在界面处的反射与透射 18
2.3.1 液/固界面 18
2.3.2 固/固界面 21
2.3.3 固/空气界面 26
2.4 界面波的传播 28
2.4.1 固/空气界面的Rayleigh波 29
2.4.2 固/固界面的Stoneley波 31
2.4.3 液/固界面的Scholte波 33
2.5 薄层介质中超声波的传播 34
2.5.1 薄单层介质中的Lamb波 34
2.5.2 薄多层结构的超声反射函数 37
2.6 散射和衍射 39
2.7 衰减 39
参考文献 40
第3章 超声显微检测原理 41
3.1 扫查成像检测原理 41
3.2 V(z)信号检测原理 44
3.2.1 V(z)曲线及其显微检测用途 44
3.2.2 Rayleigh波的传播特性 44
3.2.3 V(z)曲线的射线理论模型 47
3.2.4 V(z)曲线的波动理论模型 49
参考文献 50
第4章 高频超声波的非线性 51
4.1 高频超声的非线性效应 51
4.2 非线性超声波动方程 51
4.2.1 基本假定 52
4.2.2 固体介质中的非线性波动方程 52
4.2.3 非线性波动方程的求解 55
4.3 金属构件疲劳损伤检测 58
4.3.1 超声表征原理 58
4.3.2 超声非线性机理 59
参考文献 60
第5章 高频聚焦超声换能器 61
5.1 压电效应与压电方程 61
5.1.1 压电效应 61
5.1.2 压电材料的介电性和弹性 61
5.1.3 压电方程 65
5.1.4 压电晶体的振动模式 67
5.2 换能器的结构和工作原理 67
5.2.1 压电振子 68
5.2.2 背衬层 71
5.2.3 匹配层 74
5.2.4 声透镜 79
5.3 换能器电阻抗 83
5.3.1 电阻抗特性 83
5.3.2 等效电路分析方法 83
5.3.3 测量方法 84
5.3.4 电阻抗匹配 87
5.4 换能器声场 89
5.4.1 声场模型 89
5.4.2 水中的辐射声场 96
5.4.3 固液界面声场 101
5.4.4 多层介质声场 105
5.5 换能器建模及分析 110
5.5.1 换能器建模 110
5.5.2 频率对声场的影响 114
5.5.3 匹配层对声场的影响 116
5.5.4 背衬层对声场的影响 120
5.6 高频超声衰减分析 124
5.6.1 超声波衰减 124
5.6.2 频率衰减 126
参考文献 133
第6章 超声显微扫查成像检测方法 136
6.1 超声显微镜系统构成 136
6.2 超声显微扫查检测方式 138
6.2.1 A扫查 138
6.2.2 B扫查 138
6.2.3 C扫查 139
6.3 超声显微成像方法 139
6.3.1 成像基本原理 140
6.3.2 峰值成像技术 140
6.3.3 TOF成像技术 142
6.3.4 相位成像技术 143
6.3.5 相位反转成像技术 145
6.3.6 频域成像技术 146
6.4 分辨力 148
6.4.1 横向分辨力 148
6.4.2 纵向分辨力 154
6.5 声透镜参数对成像的影响 154
6.5.1 内部成像 154
6.5.2 表面成像 158
6.6 信号处理方法 160
6.6.1 信号消噪 160
6.6.2 时频分析方法 170
6.6.3 盲解卷积方法 177
参考文献 180
第7章 V(z)曲线检测方法 183
7.1 概述 183
7.2 材料弹性常数检测方法 186
7.3 材料各向异性检测 187
参考文献 189
第8章 微结构尺寸超声显微测量 192
8.1 基于C扫查图像的横向尺寸测量方法 192
8.1.1 测量原理 192
8.1.2 超声图像处理 193
8.1.3 实验分析 212
8.2 基于脉冲回波的纵向尺寸测量方法 217
8.2.1 时间差法 217
8.2.2 回波频谱法 220
8.2.3 最小熵解卷积法 225
8.3 微小尺寸测量不确定度分析 227
8.3.1 横向尺寸测量不确定度分析 227
8.3.2 纵向尺寸测量不确定度分析 232
参考文献 233
第9章 涂层厚度与黏结特性检测 235
9.1 涂层厚度及均匀性检测 235
9.1.1 基于Welch法谱估计的涂层厚度测量原理 235
9.1.2 涂层厚度测量实验 241
9.1.3 涂层厚度均匀性检测 249
9.2 涂层结合质量检测 251
9.2.1 检测与表征原理 251
9.2.2 结合缺陷检测实验 255
9.2.3 结合强度检测实验 257
9.3 涂层结合强度检测方法 260
9.3.1 界面超声能量反射与透射 261
9.3.2 反射系数和透射系数表征 263
9.3.3 结合强度检测技术要求 264
参考文献 264
第10章 电子封装缺陷检测 266
10.1 需求背景 266
10.2 电子封装及其常见缺陷 267
10.2.1 功能和分类 267
10.2.2 发展历程与趋势 268
10.2.3 可靠性及常见缺陷 270
10.3 电子封装裂纹和分层检测 271
10.3.1 热循环试验 271
10.3.2 热疲劳损伤的超声显微成像 273
参考文献 274
第11章 生物组织与材料特性检测 276
11.1 生物组织特性检测 276
11.1.1 医疗高频超声检测技术 276
11.1.2 UBM与眼科检查 277
11.1.3 UBM与皮肤检查 279
11.1.4 活体组织的多普勒成像与评价 280
11.2 金属织构显微检测 281
11.2.1 钛合金织构的检测 282
11.2.2 不锈钢织构的检测 283
参考文献 284