YYT 0163-2005 医用超声测量水听器特性和校.pdf

I CS 1 1.0 4 0.5 0C 4 1yy中 华 人 民 共 和 国 医 药 行 业 标 准Y Y/T 0 1 6 3-2 0 0 5代替 YY/T 0 1 6 3-1 9 9 4医用超声测量水听器特性和校准C h a r a c t e r i s t i c s a n d c a l i b r a t i o n o f h y d r o p h o n e s f o r me d i c a l u l t r a s o n i c f i e l d s2 0 0 5-1 2-0 7 发布2 0 0 6-1 2-0 1 实施国家食品药品监督管理局发 布YY/T 01 6 3-2 0 0 5月 9台本标准的附录 A是资料性附录。本标准由国家食品药品监督管理局提出。本标准由全国医用超声设备标准化分技术委员会归口。本标准由上海交通大学、国家武汉医用超声波仪器质量监督检测中心负责起草。本标准主要起草人:寿文德、段世梅、顾 欣、白德念。Y Y/T 01 6 3-2 0 0 5医用超声测t水听器特性和校准范围 本标准规定了。.5 MHz-1 0 MH z 频率范围内，采用压电传感元件测量医用超声设备在水中产生的脉冲的或连续波超声场的水听器的术语和定义、产品分类、要求和校准方法。本标准适用的水听器是一种已知灵敏度且具有高频宽频带频率响应的水下声接收器。它由圆片形的压电传感元件，声学结构件，外壳，电缆和插头组成。有针形和薄膜形两种主要结构形式。2规范性 引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日 期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 3 9 4 7 声学名词术语3 术语、定义及符号3.，术语和定义 G B/T 3 9 4 7 确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1.1 声中心a c o u s t i c c e n t r e 换能器上或接近换能器的一点，从远离换能器的空间点处可以观察到换能器是从该点发射呈现出发散状态的球面波。3.1.2 水听器 h y d rop h o n e 对水中的声信号发生响应并产生相应的电信号的一种换能器。注:用于测量高频超声场的水听器通常由一个薄圆盘形的压电元件作为灵敏元件，被安装在一个针状探头的顶端 或成为一个绷紧的塑料薄膜的一部分而构成的。灵敏元件通常直径小于 1-。本标准中所用的“水听器”一 词，即指上述两种微型灵敏元件的水听器。对于大换能器作水听器用时，则称为“接收器”3.1.3 可 逆换能器 r e v e r s i b l e t r a n s d u c e r 一个既可用作水听器亦可用作发射器的换能器，后者是一种将电信号转换为声信号的装置。3.1.4 互易换能 器 r e c i p r o c i t y t r a n s d u c e r 线性，无源，可逆并满足互易原理的换能器。3.1.5 水听器开路电压o p e n-c i rcu i t v o l t a g e a t a h y d r o p h o n e 无电流通过状态下水听器的电端出现的电压。符号:U 单位:VY Y/T 0 1 6 3-2 0 0 53.1.6 水听 器自由场(电 压)灵敏度 f r e e-f ie l d s e n s i t i v i t y o f a h y d rop h o n e 水听器输出端开路电压，与声场中引人水听器前存在于水听器的声中心位置处的未扰动的声压的比值。符 号:M 单位:V/P a 注 1:自由场电压灵敏度是对一个平面行波而言的。水听器相对于平面波传播的方向，输出端和频率都应指明。注 2:自由场电压灵敏度常用“级”来表示 单位为分贝，d B.自由场电压灵敏度级是由自由场电压灵敏度与其基准 值之比值以 1 0为底的对数乘以2 0。常用基准值在水中为 1 V/W P a3.1.7 发射器的发送电 流响应 t r a n s m i t t i n g r e s p o n s e t o c u r re n t o f a p r o j e c t o r 在某一指定频率下，在发射器的无干涉效应的声场中的指定某一点处(或某一面上)声波的声压(或该面上的平均声压)与流过发射器电端的电流的比值。符号:S 单位:P a/A3.1.8 互易常数r e c i p r o c i t y c o e f f ic i e n t,r e c i p r o c i t y c o n s t a n t 满足电声互易原理的电声换能器，其互易常数为用作水听器时的自由场(电压)灵敏度M 与用作发射器时的发送电流响应 S的比值。在发送的声波近似为平面波的情况下，互易常数近似为 2 A/p c，称为平面波互易常数。式中A为换能器的有效面积,p 为传声媒质的密度，为媒质中的声速。符号:I 单 位:W/P a 注:平面波互易常数适用于平面波传播.但本标准所述的校准方法中，真正的平面波并未实现。为此提出了一个 对声场偏离平面波条件作出修正的修正系数。3.1.9 水听器的 指向性响应 d i r e c t i o n a l re s p o n s e o f a h y d ro p h o n e 在指定频率下在通过水听器的声中心的指定平面内。水听器响应作为人射声平面波的传播方向的一个函数的描述，常用图线表示。3.1.1 0 电缆端漏电阻 e n d-o f-c a b l e le a k a g e r e s i s t a n c e 水听器电缆末端的电端所施加的电压与流过该端的直流电流的比值。符号:R,单位:03.2 符号表 A辅助换能器的有效面积，mZ;a水听器的有效半径，m;a辅助换能器的有效半径，m;a。必须用来减少参考电压 U,“使之等于电压U的因数;a.必须用来减少参考电压 U，使之等于电压U 的因数;a为驱动一个流过阻抗 风、的电流等于 I，而用以减少参考电压以;的因数;。水中 的 声速，m/S;d水听器与反射器间的距离,m;d,辅助换能器与反射器间的距离，。;YY/T 0 1 6 3-2 0 0 5最大测量频率，H z;单独用辅助换能器情况下，对衍射损失的修正因数;使用辅助换能器和水听器情况下，对衍射损失的修正因数;只有在某些测量条件下可应用的把 G;和G:结合起来的修正因数;流过辅助换能器的电流，A;流过在辅助换能器处引人短路的电流，A;互易常数，W/P a ;平面波互易常 数t J,=2 A I p c),W/P a ;为得到辅助换能器的开路电压的修正因数;为得到水听器的开路电压的修正因数;水听器的自由场(电压)灵敏度，V/P a;在假定理想平面波测量条件下，水听器的表观自由场(电压)灵敏度，V/P a;近场距离 N=时 /对,m;声压，P a;辅助换能器发射的平面波声压，P a;等于精密衰减器的特性阻抗的标准负载阻抗，n;水听器电缆末端的漏电阻，n;在反射器与水的界面上的声压(幅度)反射系数;从辅助换能器到水听 器的归 一化距离谧，一(d,+d)x/时),m;辅助换能器发射电流响应，P a/A;在假定理想的平面波测量条件下，辅助换能器的表观发送电流响应，P a/A;水听器的开路电压，V;辅助换能器的开路电压，V;参考电压，V;换能器辐射面的振速，m/s;沿换能器的声轴的距离，m;水中声压幅度衰减系数，N p/m;水中的声波长，m;水的密度，k g/m.凡GI叹Gc1l几1.Jl.JkulkuM砂N尸PIRORlr!slSlUU呱4 产 品分类 用于标准化测量 目的的水听器，分为针形(Z型)和薄膜形(M 型)两类。按照其主要应用规定分为A级和 B级:a)A级水听器:为已校准的精密水听器，满足 1 0 MHz 以内频率分量的超声场特性的定量化测量 要求，它们应能测量在任何声场条件下在一点处的瞬态声压。这种声场条件多半可在大多数 类型的医用超声换能器的焦区或靠近焦区处观察到。b)B级水听器:为普通的测量水听器，仅用于相对测量的而不是定量的测量时，例如测量声场的 空间特性。5 要 求5.1 灵敏度5.1.1灵敏 度级YY/T 0 1 6 3-2 0 0 55.1.1.1 Z型水听器 A级与 B级二者的自由场(电压)灵敏度应足以用高于 6 d B的信噪声比对 3 X1 0 P a 声压进行测量。5.1.1.2 M 型水听器 A级与 B级二者的自由场(电压)灵敏度应足以用高于 6 d B的信噪声比对 3 X1 0 P a声压进行侧量5.1.2 线性度 对 A级与 B级二者，要求在 3 X1 0 P a(Z型)或3 X1 0 P a(M型)至3 X 1 0 P a的动态范围内，水听器的输出电压应在士1 0%的容限内对自由场声压是线性的。在对照自由场声压的输出电压的曲线图上，通常以原点至 3 X1 0 P a 对应的电压值的直线作为理论拟合直线，在这动态范围内的实际测得值与拟合直 线之差不应大于11 0%05.1.3 频率响应 在。.5 MHz-1 0 MH:频率范围内，筱盖至少 2.5 个倍频程的注明频带内，自由场灵敏度级对A级在士2 d B容限内为常数，对 B级在容限士4 d B内为常数。在标明的频带内，对不连续的频率的灵敏度数据，相邻频率间隔内灵敏度变化小于士1.5 d B.5.1.4 温度稳定性 在 1 6 0 C-3 0 C 温度间，A级水听器的灵敏度级偏离 2 3 时值不应大于士1 d B;在 3 0 C-4 0 时，灵敏度级偏离 2 3 时的值不大于士2 d B,5.1.5 时间德定性 A级水听器在一年时间内，灵敏度级变化不大于士2 d B。因此在不长于 1年的时间内水听器应重复校准。5.2 指向性5.2.1 6 d B波束宽度 在工作频率为3.5 MHz 处，在过最大灵敏度方向的两个相互垂直的平面内，测得的两个一6 d B指向性开角的平均值 0-s-对0 1 m m的灵敏度元件的水听器:Z型 0-s d e 3 0 ;M 型0-s d B 6*.对 0 0.6 m m的灵敏度元件的水听器:Z f 6-s a e 4 0 0,M 型b-s.1 0 .5.2.2 轴偏差 最大灵敏度方向和几何轴之间的偏差3 .5.3 电特性5.3.1 应给出 在1 6 0 C -4 0 之间的某一温度处灵敏元件电容量的计算值。5.3.2 应给出电缆长度1 0 0 k a.5.3.4 水听器可作发声器用时，应给出 最大的激励电压U P,与占 空比D.5.4 机械和环境方面5.4.1 应给出灵敏材料类型。5.4.2 应给出灵敏元件和水听器的主要尺寸。5.4.3 已安装好的水听器的基本厚度共振频率 f,2 f _5.4.4 应给出外露材料的类型。5.4.5 应给出不相容材料的限制。5.4.6 应给出机械应力方面的限制。YY/T 0 1 6 3-2 0 0 5校准方法6.1 双换能器互易法校准原理 本标准推荐用双换能器方法来校准标准水听器。水听器是在一个辅助换能器的已知声场中校准的;该声场预先用 自互易法定量标定。在自易校准中，使用单一频率的正弦波群(碎发音)信号，得到的校准数据仅与一个频率相关。因此，必须逐点地获得一个完全的频响曲线。6.1.1 用自互易法侧定辅助换能器的发送电流晌应 首先用一个平面的互易换能器(与之相关的参量使用下标号 1注明)作为辅助换能器进行自易校 准。如图 1 所示，测量激励电流 I和调整辅助换能器的方向，使来自反射器 R反射的第一回波信号电压 U 达到最大值，测定假设理想平面波测量条件下它的表观发送电流响应，按式(”计算 S iS:一，/I，一U,I,J,和 J 一2A,.。.，。(1)式 中:p,辅助换能器 T发射的平面波声压，P a;几平面波互易常数，W/P a 2;A,辅助换能器 T表面的有效面积，m