本书系统深入地介绍了超声无损检测的理论方法与工程应用，全面阐述了超声测量模型建立方法、超声相控阵成像算法等核心内容，详细分析了各类工业场景下的超声自动化检测应用实例。本书涵盖换能器辐射声场、高斯声束理论、超声相控阵聚焦成像算法、超声显微检测成像与缺陷识别等关键技术，并通过构架焊缝超声相控阵自动化检测、航空发动机叶片声光结合检测、复杂曲面穿透式超声自动化检测展示了超声检测技术的实际应用。本书可作为材料科学与工程、材料成型及控制工程、焊接技术与工程、机械工程、无损检测、自动化等相关专业本科生和研究生的专业教材或辅助教材，高职高专院校相关专业师生也可选择性使用，同时可供从事无损检测研究的科研人员、工程技术人员参考学习。

张佳莹，2018年毕业于哈尔滨工业大学，获工学博士学位，现任职于大连交通大学材料科学与工程学院，副教授，硕士研究生导师，辽宁省第十三批"百千万人才工程”万人层次人选。主持及参与国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、与中国中车、中国工程物理研究院电子工程研究所等校企合作等纵横向课题10余项，发表科技论文20余篇，获授权发明专利5项。研究方向为超声检测数据特征提取、缺陷识别、频率相位复合编码激励的超声检测、超声声场计算、声波与材料损伤相互作用机制、缺陷图像反演和三维成像、多轴精密运动平台与协同控制。

目录?
第1章 超声波的物理基础?1?
1.1 超声波概述?1?
1.2 超声波的波型?1?
1.3 超声波的衰减?2?
1.4 压电效应?3?
第2章 超声测量模型建立的理论基础?4?
2.1 波动方程与超声波的传播?4?
2.1.1 基本方程?4?
2.1.2 平面波在介质中的传播?7?
2.1.3 球面波在介质中的传播?9?
2.2 换能器辐射声场?10?
2.2.1 非聚焦浸液式换能器的辐射声场?10?
2.2.2 基于瑞利-索末菲积分的换能器辐射声场计算?13?
2.2.3 换能器辐射声场的近似计算方法?15?
2.2.4 球形聚焦换能器辐射声场?16?
2.2.5 接触换能器辐射声场?18?
2.3 高斯声束理论及换能器模型?20?
2.3.1 流体中的高斯声束模型?20?
2.3.2 固体中的高斯声束模型?24?
2.4 缺陷散射场?25?
2.4.1 远场散射振幅?25?
2.4.2 基尔霍夫近似?27?
2.4.3 玻恩近似?34?
2.4.4 分离变量法?34?
2.4.5 缺陷散射场的其他仿真方法?36?
第3章 超声测量模型及其应用?38?
3.1 系统函数与系统影响因子?38?
3.2 超声测量模型的建立?39?
3.2.1 基于互易理论的超声测量模型?39?
3.2.2 汤普森-格雷超声测量模型?43?
3.2.3 圆柱形缺陷的超声测量模型?44?
3.3 双晶聚焦直换能器的超声测量模型?45?
3.3.1 双晶聚焦直换能器的结构特点?46?
3.3.2 超声测量模型?46?
3.3.3 双晶聚焦直换能器的超声测量模型预测结果及实验验证?52?
第4章 相控阵换能器的超声测量模型及其应用?57?
4.1 相控阵换能器辐射声场计算及超声测量模型?57?
4.1.1 基于非近轴近似多高斯声束模型计算相控阵换能器的辐射声场?57?
4.1.2 线性相控阵换能器的超声测量模型?60?
4.1.3 横通孔回波信号预测和实验验证?61?
4.2 自聚焦线性相控阵换能器辐射声场仿真计算?63?
4.2.1 自聚焦线性相控阵换能器辐射声场的非近轴近似多高斯声束模型?63?
4.2.2 自聚焦线性相控阵换能器辐射声场的计算与特征分析?65?
4.2.3 圆柱形试件的自聚焦线性相控阵换能器检测结果分析?70?
4.3 阵列超声系统深度与角度的灵敏度预测方法?70?
4.3.1 DAC?70?
4.3.2 线性相控阵检测系统深度与角度的灵敏度预测结果与分析?71?
4.3.3 线性相控阵检测系统深度与角度的灵敏度预测结果的验证?74?
4.4 奥氏体不锈钢堆焊结构中的超声测量模型?75?
4.4.1 单一介质中相控阵换能器的声束偏转聚焦?75?
4.4.2 双层介质中相控阵换能器的声束偏转聚焦?77?
4.4.3 相控阵换能器辐射声场计算?78?
4.4.4 奥氏体不锈钢堆焊层的结构特点?79?
4.4.5 超声波在各向异性介质中传播的理论?80?
4.4.6 各向异性介质中的相控阵换能器辐射声场?86?
4.4.7 横通孔回波信号预测及实验验证?89?
第5章 超声相控阵聚焦成像算法及其应用?92?
5.1 全矩阵聚焦成像算法?92?
5.1.1 超声相控阵原理及扫描模式?92?
5.1.2 全矩阵聚焦成像算法原理?94?
5.2 三角矩阵聚焦成像算法?95?
5.2.1 基于声学互易性理论的信号一致性评价?95?
5.2.2 三角矩阵聚焦成像算法原理?97?
5.3 梯形矩阵聚焦成像算法?97?
5.3.1 梯形矩阵聚焦成像算法原理?97?
5.3.2 三种矩阵聚焦成像结果对比?98?
5.4 回转体工件R角区域超声检测与缺陷识别?101?
5.4.1 R角区域的检测难点与成像算法?101?
5.4.2 回转体工件R角区域的超声检测成像方法?104?
5.4.3 回转体工件R角区域的缺陷识别方法?106?
第6章 超声显微检测成像原理及其应用?111?
6.1 超声显微检测扫描方法?111?
6.1.1 超声显微A扫描检测?111?
6.1.2 超声显微B扫描检测?112?
6.1.3 超声显微C扫描检测?112?
6.2 超声显微检测成像系统?114?
6.3 芯片钎焊质量的超声显微检测与缺陷识别?116?
6.3.1 芯片钎焊质量的超声显微检测方法?116?
6.3.2 缺陷识别与面积计算方法?117?
6.4 电子封装器件的超声显微检测与缺陷识别?120?
6.4.1 基于时域包络判断的缺陷识别方法?120?
6.4.2 基于频域相位判断的缺陷识别方法?125?
第7章 超声自动化检测应用实例?130?
7.1 构架焊缝超声相控阵自动化检测?130?
7.1.1 构架焊缝检测轨迹规划?130?
7.1.2 构架焊缝超声相控阵自动化检测系统?138?
7.1.3 构架焊缝自动化检测实验?143?
7.2 航空发动机叶片声光结合检测?147?
7.2.1 航空发动机叶片点云数据的采集?148?
7.2.2 航空发动机叶片自动超声检测轨迹规划?152?
7.2.3 航空发动机叶片自动化检测实验?156?
7.3 复杂曲面穿透式超声自动化检测?158?
7.3.1 双机械手复杂曲面穿透式超声检测系统坐标系?159?
7.3.2 工件轮廓的三维数学模型?160?
7.3.3 超声检测轨迹点的位置姿态计算?161?
7.3.4 双机械手14轴运动分解?165?
7.3.5 复杂曲面双机械手穿透式空气耦合超声自动化检测实验?167