ICS17.140 A59 中华人民共和国国家标准 GB/T32522—2016 声学 压电球面聚焦超声换能器的 电声特性及其测量 Acoustics—Electroacousticcharacteristicsandmeasurementsof piezoelectricsphericallyfocusingultrasonictransducers 2016-02-24发布 2016-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布目 次 前言 Ⅲ ………………………………………………………………………………………………………… 1 范围 1 ……………………………………………………………………………………………………… 2 规范性引用文件 1 ………………………………………………………………………………………… 3 术语和定义 1 ……………………………………………………………………………………………… 4 符号 3 ……………………………………………………………………………………………………… 5 总则 4 ……………………………………………………………………………………………………… 6 测量系统的要求 5 ………………………………………………………………………………………… 7 聚焦声场参数测量 6 ……………………………………………………………………………………… 8 辐射电导测量 7 …………………………………………………………………………………………… 9 球面聚焦换能器发送电流(电压)响应和接收灵敏度的测量 8 ………………………………………… 10 电声效率的测量 9 ………………………………………………………………………………………… 11 换能器的输入阻抗(导纳)的测量 10 …………………………………………………………………… 12 测量不确定度 10 ………………………………………………………………………………………… 附录A(规范性附录) 球面聚焦声束正入射于水-不锈钢平面界面上的平均反射系数和聚 焦(半)角的关系 11 ………………………………………………………………… 附录B(规范性附录) 球面聚焦换能器在无衰减媒质的自由场中自易校准的衍射修正系数 Gsf(R/λ,β)函数的数值表 15 ……………………………………………………… 附录C(资料性附录) 球面聚焦换能器在无衰减媒质自由场中自易校准的衍射修正系数Gsf 的计算 17 …………………………………………………………………………… 附录D(资料性附录) 水的声速和衰减系数 21 …………………………………………………………… 附录E(资料性附录) 球面聚焦换能器的互易校准原理 22 ……………………………………………… 附录F(资料性附录) 换能器的电声参数之间的关系和应用性导出电声参数 24 ……………………… 附录G(资料性附录) 测量记录表 26 ……………………………………………………………………… 参考文献 28 …………………………………………………………………………………………………… ⅠGB/T32522—2016 前 言 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国声学标准化技术委员会(SAC/TC17)归口。 本标准起草单位:上海超声医学研究所、上海交通大学附属第六人民医院、中国科学院声学研究所、 中国计量科学研究院、中国船舶重工集团公司七一五研究所、江苏省医疗器械检验所、上海市食品药品 监督管理局认证审评中心、昆山日盛电子有限公司、无锡海鹰电子医疗系统有限公司、超声医疗国家工 程研究中心。 本标准主要起草人:寿文德、余立立、胡兵、段世梅、朱厚卿、杨平、王月兵、胡济民、卜书中、陈毅、 耿晓鸣、曾德平、邢广振、申锷。 ⅢGB/T32522—2016 声学 压电球面聚焦超声换能器的 电声特性及其测量 1 范围 本标准规定了球冠形压电材料制成的单元球面聚焦超声换能器(以下简称球面聚焦超声换能器)的 电声特性及其测量方法。 本标准适用于工作频率范围1.0MHz~15MHz。 本标准不适用于聚焦换能器阵和声透镜的聚焦换能器。 注:1.0MHz以下可参照本标准。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T7966—2009 声学 超声功率测量 辐射力天平法及性能要求 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 自由场 free-field 均匀各向同性媒质中,边界影响可以不计的声场。 [GB/T7966—2009,定义3.2] 3.2 辐射电导 radiationconductance Gr 声输出功率与换能器输入电压的有效值(RMS)平方之比。用于表征换能器的电声转换特性。 注1:单位为西门子(S)。 注2:要注明信号电压(或电流)的频率。 [GB/T7966—2009,定义3.8] 3.3 球面聚焦换能器的发送电压(电流)响应 focusedfieldtransmittingvoltage(current)responsefor sphericallyfocusingtransducer S 在指定频率下,球面聚焦换能器在自由场中有效辐射面上的发射声压与其输入电压(电流)的比值。 注:单位为帕每伏(Pa/V),帕每安(Pa/A)。 1GB/T32522—2016 3.4 球面聚焦换能器的自由场电压灵敏度(接收电压响应) sphericalwavefreefieldvoltagesensitivity (receivingvoltageresponse)forsphericallyfocusingtransducer M 球面聚焦换能器输出端的开路电压,与其声焦点处一个点声源发出的球面波场中移去换能器后原 来换能器表面所在空间面上的平均自由场声压的比值。 注:单位为伏每帕(V/Pa)。 3.5 球面聚焦换能器的自由场电缆端有载电压灵敏度(接收电压响应) sphericalwavefreefieldcable end-loadedvoltagesensitivity(receivingvoltageresponse)forsphericallyfocusingtransducer ML 球面聚焦换能器输出端连接特定的电负载时的输出电压,与其声焦点处一个点声源发出的球面波 场中移去换能器后原来换能器表面所在空间面上的平均自由场声压之比。 注1:换能器输出端的电负载和频率都要注明。 注2:单位为伏每帕(V/Pa)。 3.6 电声效率 electroacousticalefficiency ηa/e 换能器的声输出功率与电输入功率之比。 注1:要注明加在换能器输入电端的信号电压和频率。 注2:用百分比表示。 3.7 电声互易原理 electroacousticalreciprocityprinciple;electroacousticalreciprocitytheorem 一个线性、无源、可逆的电声换能器,其用作接收器时的自由场接收电压(或电流)灵敏度与用作发 射器时相应的发送电流(或电压)响应之比等于常数,与换能器的结构无关的原理。 [GB/T3947—1996,定义5.67] 3.8 球面聚焦换能器互易常数 reciprocitycoefficient(constant)forsphericallyfocusingtransducer 满足电声互易原理的球面聚焦换能器,其用作接收器时的自由场电压灵敏度与用作发射器时的发 送电流响应之比值,或其用作接收器时的自由场电流灵敏度与用作发射器时的发送电压响应之比值。 注1:单位为瓦每二次方帕(W/Pa2)。 注2:球面聚焦换能器的互易常数其值等于2倍换能器的有效面积除以媒质的声特性阻抗。即 Jsf=2A/ρc( ) 式中: A———换能器的有效面积,单位为平方米(m2); ρ———传声媒质的密度,单位为千克每立方米(kg/m3); c———传声媒质中的声速,单位为米每秒(m/s)。 3.9 自易法 self-reciprocitymethod 根据电声互易原理,使用平面反射器把换能器沿反射面的法线发射的声束,反射到同一换能器,利 用接收到的回波信号实现换能器自身校准的方法。 2GB/T32522—2016 3.10 球面聚焦换能器的自由场自易校准中的衍射修正系数 diffractioncorrectioncoefficientofspheri- callyfocusingtransducerinfree-fieldself-reciprocitycalibration Gsf 在无衰减媒质的自由场中,以球面聚焦换能器的焦平面为假想的理想反射镜面,在其背后位于离换 能器2倍焦距处的换能器的声虚像球面上的平均声压,与换能器发射面上的声压之比。 3.11 换能器的有效辐射面积 effectiveareaofatransducer A 理论预测的超声换能器的辐射面积。这种理论预测的超声换能器,其特定声场声压分布特性与同 类实际换能器的特定声场内观测到的声压分布特性近似相等。这种特定声场可以是聚焦声场、平面活 塞换能器的近场和远场之间的过渡区声场、远场等。 注:单位为平方米(m2)。 3.12 球面聚焦声束在平面反射器上的平均反射系数 averageamplituderefl