层状体系介电特性反演理论及其应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王复明 等 著

图书标签:

• 层状介质
• 介电常数
• 反演理论
• 地球物理勘探
• 电法勘探
• 数值模拟
• 参数估计
• 地质建模
• 地下水
• 资源勘探

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030307071

版次：1

商品编码：10705344

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-03-01

用纸：胶版纸

页数：229

字数：289000

正文语种：中文

内容简介

层状体系介电特性是探地雷达无损检测技术在道路及堤防工程中应用的基础。《层状体系介电特性反演理论及其应用》系统总结了作者十余年来在介电特性反演理论与应用方面的研究成果。主要内容包括探地雷达的发展及其工作原理，层状介质探地雷达电磁波正演模拟，层状体系介电特性反演及厚度分析方法，复合介电特性模型及其在道路工程中的应用等。
《层状体系介电特性反演理论及其应用》较全面地介绍了层状体系介电特性反演方面的最新进展，并指出了值得重视的前沿课题，可作为岩土工程、道路与铁道工程、水工结构工程等专业的研究生教材，并可供工程检测相关领域的科研人员或工程技术人员参考。

目录

前言第
1章 绪论
1．1 探地雷达技术的发展
1．2 介质介电特性及其确定方法
1．2．1 介质的介电特性
1．2．2 介电常数的确定方法
1．3 层状体系介电特性反演理论的发展
1．4 本书的内容安排
参考文献

第2章 探地雷达工作原理及技术特性
2．1 探地雷达系统组成及工作原理
2．2 探地雷达技术特性
2．2．1 探地雷达探测性能分析
2．2．2 探地雷达测量参数的选择
2．2．3 探地雷达性能指标分析
参考文献

第3章 层状均匀介质探地雷达电磁波正演模拟
3．1 探地雷达电磁波传播理论
3．1．1 层状均匀介质探地雷达电磁波波动方程
3．1．2 探地雷达电磁波在两种不同介质交界面上的传播特性
3．1．3 探地雷达电磁波的波谱特征
3．2 层状均匀介质探地雷达电磁波正演模拟
3．2．1 正演模拟多频成分合成方法
3．2．2 正演模型的建立
3．2．3 实例分析
3．3 介电常数对探地雷达反射信号的影响
3．3．1 探地雷达电磁波在有耗介质中的传播特性
3．3．2 单层体系中介电常数对探地雷达反射信号的影响分析
3．3．3 多层体系中介电常数对探地雷达反射信号的影响分析
参考文献

第4章 层状非均匀介质探地雷达电磁波正演模拟
4．1 非均匀材料介电特性试验
4．1．1 材料介电常数非均匀性试验验证
4．1．2 非均匀介电常数对探地雷达信号解释精度的影响
4．2 层状介质探地雷达电磁波正演模拟的时域有限差分方法
4．2．1 时域有限差分法
4．2．2 层状介质探地雷达电磁波正演模拟
4．3 非均质层状体系探地雷达电磁波正演模拟
4．3．1 竖向非均质层状体系探地雷达电磁波正演模拟
4．3．2 水平非均质层状体系探地雷达电磁波正演模拟
4．3．3 工程实例对比分析
参考文献

第5章 层状体系介电特性反演分析的系统识别方法
5．1 系统识别反演方法的理论基础
5．1．1 系统识别基本原理
5．1．2 反演方程的建立
5．1．3 反演方程的求解
5．1．4 算例分析
5．2 层状体系介电特性反演分析的系统识别方法
5．2．1 层状体系介电特性反演
5．2．2 介电特性反演方程的建立和求解
5．3 系统识别反演方法的考评
参考文献

第6章 层状体系介电特性反演分析的遗传算法
6．1 遗传算法基本原理与实现过程
6．1．1 遗传算法发展概况
6．1．2 遗传算法基本原理及其特点
6．1．3 遗传算法的实现过程
6．2 层状体系介电特性反演分析的遗传算法
6．2．1 层状体系介电特性反演遗传算法的实现
6．2．2 算例分析
6．3 遗传算法和系统识别联合反演方法
6．3．1 联合反演方法的实现
6．3．2 算例分析
参考文献

第7章 路面结构层厚度分析
7．1 基于简化公式的路面结构层厚度分析方法
7．1．1 路面结构层厚度检测技术概况
7．1．2 探地雷达厚度检测简化计算公式
7．2 基于反演理论的路面结构层厚度分析方法
7．3 路面结构介电特性反演及厚度分析软件SIDTHK
7．3．1 SIDTHK软件设计
7．3．2 SIDTHK软件考评
7．4 工程应用实例
参考文献

第8章 路用材料复合介电特性模型及其应用
8．1 路用材料复合介电特性模型试验研究
8．1．1 复合介电特性模型
8．1．2 路用材料复合介电特性试验研究
8．1．3 路用材料复合介电特性模型改进
8．2 基于反演理论的路基路面材料压实度、孔隙率、含水量或沥青含量分析
8．2．1 路基路面材料压实度、孔隙率、含水量或沥青含量的定义
8．2．2 基于反演理论的路基路面材料压实度、孔隙率、含水量或沥青含量分析
8．2．3 工程应用实例
8．3 路基含水量分析
8．4 水泥稳定基层强度分析
8．5 沥青混合料级配分析
参考文献

前言/序言

《层状体系介电特性反演理论及其应用》 图书简介 本书深入探讨了复杂层状介电体系的电磁响应特性，聚焦于如何通过分析其宏观介电测量数据，精确反演出构成该体系的各层材料的微观电学参数。全书结构严谨，逻辑清晰，旨在为材料科学、电磁场理论、无损检测以及相关工程领域的研究人员和工程师提供一套系统的理论框架和实用的分析工具。 第一部分：层状体系的电磁场理论基础 本书首先建立了描述层状非均匀介质电磁波传播与反射的理论基础。不同于均匀介质的简单分析，层状结构由于其界面处电场和磁场的突变，使得电磁波的传播特性变得复杂。 1. 麦克斯韦方程组在层状介质中的应用 详细阐述了在具有不同介电常数、磁导率和电导率的平行层结构中，麦克斯韦方程组如何转化为适合求解的边界值问题。重点讨论了在不同层界面上满足的边界条件，包括电场和磁场的切向分量连续性，以及电位移矢量和磁场强度的法向分量连续性（需考虑界面电荷和电流的分布）。 2. 传输矩阵法（TMM）与反射/透射系数 系统介绍了利用传输矩阵法（Transfer Matrix Method, TMM）来描述电磁波在多层结构中的传播。通过定义描述每一层电磁场耦合关系的局部传输矩阵，可以将整个多层体系的电磁响应表示为一个总的宏观矩阵。详细推导了总的反射系数、透射系数与各层材料参数（厚度、介电常数）之间的关系，并分析了这些系数对频率的依赖性，为后续的反演奠定了数学基础。 3. 界面效应与表面波 特别关注了界面对电磁响应的显著影响。讨论了在特定条件下，层状体系中可能出现的表面波（如界面等离子体激元或界面声子极化激元）的激发条件，及其对宏观介电测量的贡献。分析了界面处的有效介电函数概念，并探讨了其在描述薄膜堆叠体系时的适用性。 第二部分：介电特性反演的核心算法 反演问题是本书的核心。给定宏观测得的反射或透射谱（通常是复数形式的S参数），目标是唯一确定层内材料的真实介电常数和层厚。这是一个典型的非线性、病态（ill-posed）问题。 1. 正演模型的构建与优化 在进行反演之前，必须有一个精确可靠的正演模型。本书详细对比了TMM、边界元法（BEM）以及基于传输线理论的简化模型。评估了不同正演模型在处理高损耗、强耦合或极薄层结构时的计算效率和精度。 2. 迭代反演算法：Levenberg-Marquardt法 针对非线性最小二乘优化问题，详细介绍了Levenberg-Marquardt（LM）算法在介电反演中的应用。重点在于如何构建目标函数（误差函数），即观测数据与正演预测数据之间的差异度量，并讨论了雅可比矩阵（一阶导数）的解析计算或数值逼近方法。强调了选择合适的步长因子对算法收敛速度和稳定性的重要性。 3. 贝叶斯方法与正则化技术 鉴于病态问题的固有挑战，本书深入探讨了提高反演稳定性的策略。 Tikhonov正则化： 详细阐述了如何通过引入先验信息（如介电常数的平滑性约束或范围限制）来稳定Hessian矩阵，使病态问题转化为良性问题。讨论了最优正则化参数的选择方法，如L曲线法或广义交叉验证（GCV）。 贝叶斯推理： 引入马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，从统计学的角度估计参数的后验概率分布。这不仅能提供最优估计值，还能量化估计的不确定性，这对于实际工程应用至关重要。 4. 多参数耦合与解耦策略 在多层结构中，材料的介电常数和层厚往往高度耦合，导致反演结果模糊。本书提出了一系列解耦策略，包括：利用不同频率点的数据进行联合反演，或通过在特定频率点（如零反射点）附近采集数据来增强某一参数的敏感性。 第三部分：实验测量与应用 本书的理论分析与实际测量紧密结合，提供了从实验台搭建到数据处理的全面指导。 1. 常用测量技术与数据采集 详细介绍了适用于层状体系的自由空间法、传输/反射探头法（如基于矢量网络分析仪VNA的测量）。讨论了不同测量频段（如微波、毫米波）对介质参数识别能力的差异。着重分析了实验中不可避免的误差源，如探头校准误差、环境温度漂移以及测量系统的耦合效应。 2. 介电参数的物理诠释 反演得到的介电常数（$varepsilon'$) 和损耗因子（$varepsilon''$) 需要与材料的微观结构相关联。本书提供了层状复合材料（如介电陶瓷分层结构、涂层系统）中电导率、极化机制（如界面极化、空间电荷极化）与宏观介电响应的物理模型对照，帮助读者准确理解反演结果的物理意义。 3. 关键工程应用案例 通过具体的案例研究，展示了反演理论的实用性： 薄膜厚度与缺陷检测： 利用超宽带脉冲雷达（UWB）数据，反演出结构内部微小层厚变化或空洞的精确位置和尺寸。 多层功能材料的性能评估： 在电子封装、屏蔽材料或能源存储设备（如超级电容器电介质层）中，通过反演获取各功能层的精确介电特性，指导材料设计优化。 地质与非破坏性检测： 模拟土壤分层、路面结构分析中，利用地质雷达（GPR）数据反演出地下不同介质层的介电常数，推断其含水量和密度分布。 总结 《层状体系介电特性反演理论及其应用》不仅是理论层面的深入探讨，更是连接电磁理论与材料表征实践的桥梁。通过掌握本书所阐述的先进反演技术，读者将能够更高效、更精确地评估和设计复杂层状介电材料系统。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一开始是被这本书的书名所吸引，因为它听起来非常专业且具有应用前景。“层状体系”是当前许多先进材料，如石墨烯、二维过渡金属硫化物等的热门研究方向，而“介电特性”则是理解和利用这些材料的关键之一。我一直认为，理论研究的最终目的在于指导实践，“应用”二字在此书中得到了强调，这让我对它的实用价值充满期待。我希望书中能够提供一套系统性的方法论，教会读者如何根据实际的介电测量数据，运用反演理论来分析不同层状体系的介电响应，并最终指导材料的设计与优化。例如，在设计高介电常数薄膜用于电容器时，如何通过反演来确定最佳的材料组分和制备工艺？在开发高性能传感器时，如何利用介电反演来识别敏感层中的关键介电行为？这些都是我非常感兴趣的实际问题。书中如果能包含一些具体的实验数据与理论反演结果的对比分析，那将更有说服力，也更容易让我信服其理论的有效性和普适性。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本书，我被它厚重的分量所吸引，这预示着里面蕴含着扎实的理论内容和深厚的学术积累。虽然我并非直接从事介电材料的研究，但作为一名对物理学基础理论充满好奇的学习者，我对“反演理论”这一概念本身就有着浓厚的兴趣。它意味着一种从结果推导原因的逆向思维方式，这在许多科学领域都至关重要。在介电材料领域，能够通过测量得到的介电常数、损耗等参数，反推出材料的微观结构、缺陷状态，甚至是电荷传输机制，这无疑是一种强大的分析工具。我尤其关注书中是否会介绍一些经典的反演算法，比如基于优化、机器学习或者迭代求解的方法，以及它们各自的优缺点和适用范围。此外，“层状体系”的独特结构，如二维材料堆叠、多层薄膜等，其介电行为必然与块体材料存在显著差异，书中对这些差异的解释以及反演方法的改进，将是我学习的重点。如果书中还能穿插一些历史发展的脉络，介绍介电特性反演理论是如何一步步发展起来的，那将更有助于我理解其深层含义和学术贡献。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁而大气，书名“层状体系介电特性反演理论及其应用”就充满了学术的严谨感。我平时对材料科学中的介电现象一直很感兴趣，尤其是在一些高性能电子器件和新能源材料中，介电层的性能起着至关重要的作用。这本书的出现，无疑填补了我对这一领域深入了解的知识空白。我特别期待书中关于“反演理论”的部分，它应该会详细阐述如何从宏观的介电响应数据反推出微观的材料结构和物理机制，这其中的逻辑推理和数学建模一定非常精彩。同时，“层状体系”的限定也让我觉得这本书非常聚焦，能够深入探讨这类特殊结构在介电特性方面的独特性质，比如异质结效应、界面极化等，这些都是实际应用中经常会遇到的挑战。想象一下，通过理论的指导，我们可以更精准地设计具有特定介电性能的层状材料，从而推动下一代传感器、储能器件乃至生物电子学的发展，这本身就是一件令人兴奋的事情。我希望书中能够包含丰富的案例分析，特别是与当前前沿科技，如柔性电子、可穿戴设备等相关的应用，这样能更好地理解理论的实际价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新材料和前沿科学充满热情的爱好者，我经常关注物理、化学和材料科学领域的最新进展。当我在书店看到《层状体系介电特性反演理论及其应用》这本书时，它所涵盖的主题立刻吸引了我。“层状体系”是当前材料科学研究的一个重要方向，很多新型功能材料都具有层状结构，如二维材料、钙钛矿等。“介电特性”则是理解这些材料物理行为的基础，它直接关系到材料在电场作用下的响应。而“反演理论”则是一种更高级的分析方法，它能够从观测到的宏观现象推断出微观的物理本质。我设想书中会深入探讨层状结构如何影响材料的介电性能，比如层间耦合、界面极化、缺陷影响等，并且会详细介绍如何利用各种测量技术（如阻抗谱、电容测量等）的数据，通过反演算法来精确提取材料的介电参数，甚至分析其微观机制。我尤其希望书中能够包含一些跨学科的应用案例，比如在生物传感器、光电器件、甚至能量存储等领域的应用，这样可以让我更全面地认识到介电特性反演理论的广泛影响和重要价值。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，恰好满足了我近期在接触某些电子器件设计时遇到的瓶颈。在设计高频电路和射频模块时，对介电材料的理解和控制是至关重要的，尤其是在需要精密调控信号传输和能量损耗的场合。书中“层状体系”的提法，让我联想到很多高性能PCB板材、封装材料以及片上集成器件中的介电层。而“反演理论”则提供了一种更深入的分析手段，它不仅仅是描述现象，更是要挖掘现象背后的本质。“层状体系”的非均质性以及复杂的界面效应，往往使得传统的介电模型难以精确描述其行为，这时候反演理论的价值就凸显出来了。我非常期待书中能够详细介绍如何处理这些复杂体系的介电响应，比如如何将多层结构等效为一个整体，或者如何区分不同层之间的贡献。如果书中能提供一些成熟的反演模型和算法，并且附带一些开源的代码或者计算工具，那将是对我工作极大的帮助，能够加速我解决实际问题的进程。