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1 故障诊断的声学基础1

1．1 概述1

1．1．1 声波的概念1

1．1．2 超声波的特性1

1．1．3 声波检测系统2

1．1．4 振动和波动的区别2

1．2 波动方程3

1．2．1 固体介质中的运动微分方程3

1．2．2 几何方程、体积应变5

1．2．3 物理方程8

1．2．4 波动方程8

1．2．5 纵波与横波9

1．2．6 纵波与横波的位移势函数9

1．3 波动方程的解10

1．3．1 波动方程的通解10

1．3．2 谐和律振动的波11

1．3．3 平面波11

1．3．4 球面波11

1．3．5 表面波与板波12

1．4 描述声波常用的物理量14

1．4．1 声速14

1．4．2 波长14

1．4．3 周期14

1．4．4 频率14

1．4．5 角频率14

1．4．6 声压14

1．4．7 声场15

1．4．8 声阻抗15

1．4．9 声能密度16

1．4．10 声强16

1．8 声波在界面上的反射与折射16

1．5．1 液体—固体界面16

1．5．2 固体、液体—空气界面19

1．5．3 两种液体的界面20

1．5．4 声波在多层平面中的穿透20

1．6 声波的衰减22

1．6．1 声波的扩散衰减(几何衰减)22

1．6．2 声波的散射衰减23

1．6．3 声波的吸收衰减27

1．6．4 衰减系数33

1．6．5 声波衰减系数测量方法34

1．6．6 品质因数35

1．7 声波的辐射36

1．7．1 声波的辐射现象36

1．7．2 平面活塞辐射40

1．7．3 平面活塞辐射器上的介质反作用力和辐射阻抗46

1．8 声波的接收48

1．8．1 接收器表面的压力和接收面振速48

1．8．2 圆片上的接收压力51

2 声音和噪声诊断方法54

2．1 概述54

2．2 声的频率分析54

2．3 声的响度测量58

2．4 声功率分析59

2．5 声音测量59

2．5．1 送话器—传声器60

2．5．2 传声器的选择与应用60

2．5．3 探管传声器60

2．5．4 标准耳机60

2．5．5 声级计61

2．6 磁带录音机61

2．6．1 对磁带及录音机的要求61

2．6．2 磁带环62

2．6．3 冲击(单脉冲)波的记录62

2．7 声信号的分析与处理64

2．7．1 声音分析器64

2．7．2 声音信号的数据处理64

2．8 声音监测和诊断的工程应用64

2．8．1 声音诊断系统64

2．8．2 多声源的辨识66

2．8．3 声音分析器诊断系统67

2．8．4 发动机点火率的倒频谱分析67

2．9 噪声定义68

2．10 噪声诊断的工程应用69

2．10．1 发动机噪声的确定69

2．10．2 燃料油喷射装置的噪声70

2．10．3 大型柴油机的缺陷诊断70

3 超声波传感器及诊断仪72

3．1 传感器的地位和作用72

3．2 传感器的工作原理72

3．3 压电效应73

3．4 压电方程75

3．5 压电体的参数77

3．5．1 压电系数77

3．5．2 电容率ε(介电常数)79

3．5．3 频率常数N80

3．5．4 电学品质因数Q_e81

3．5．5 机械品质因数Q_m81

3．5．6 机电耦合系数K82

3．6 传感器的振动模式85

3．6．1 压电振子的等效电路85

3．6．2 压电振子的振动模式89

3．6．3 振动模式对传感器性能的影响90

3．7 压电材料90

3．8 传感器的特性及结构92

3．8．1 工作频率和频率特性92

3．8．2 阻抗特性93

3．8．3 辐射特性93

3．8．4 换能特性94

3．9 超声诊断用传感器的种类及结构95

3．9．1 传感器种类95

3．9．2 纵波传感器96

3．9．3 横波传感器97

3．9．4 复合结构纵波探头98

3．9．5 单孔测井探头99

3．10 超声波诊断仪100

4 超声波诊断方法103

4．1 概述103

4．2 通用技术103

4．3 共振法105

4．4 穿透法105

4．5 脉冲反射法105

4．5．1 直接接触纵波脉冲反射法106

4．5．2 组合双探头纵波脉冲反射法108

4．5．3 横波脉冲反射法108

4．5．4 表面波脉冲反射法109

4．6 液浸法110

4．7 大型锻件缺陷诊断111

4．7．1 一般技术要求111

4．7．2 锻件中缺陷的定量法111

4．8 铸件缺陷诊断115

4．9 焊缝缺陷诊断116

4．10 岩体与混凝土工程超声波诊断118

4．10．1 概述118

4．10．2 工程声学检测内容119

4．10．3 工程声学检测法120

4．10．4 岩石超声波衰减测量125

5 超声波诊断信号处理特点131

5．1 概述131

5．2 数字滤波133

5．3 超声扫描成像及全息摄影技术146

5．3．1 超声扫描成像146

5．3．2 超声全息摄影技术147

6 声发射诊断技术149

6．1 概述149

6．2 声发射技术的理论基础152

6．2．1 声发射条件及声发射源152

6．2．2 声发射信号的特征及表示方法154

6．2．3 声发射源定位157

6．3 声发射仪概述164

6．3．1 声发射仪164

6．3．2 声发射传感器165

6．4 声发射技术在岩体工程检测中的应用示例168

6．4．1 矿山岩石声发射模拟实验和现场实测168

6．4．2 用声发射的不可逆效应测量岩体中原始应力169

6．4．3 岩体冒落和崩塌预报169

6．4．4 地震序列的研究169