GB T 16540-1996 声学 在0.5～15MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法.pdf

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1、GB/T 165401996 前本标准是根据国际标准IEC1102，1991(用水听器在o515 MHz频率范围内的超声场特性及其测量和该标准的修改文件1l02Amend.1 c IEC , 1993编制的，在技术内容上与该国际标准等效，编写规则上与之一致。本标准对IEC1102，1991的范围、引用标准、定义、测量要求和附图等少量内容作了适当的修改和删减，使内容更加正确精练。本标准规定了GB41281995中未规定的高频超声水听器的性能要求。本标准的附录A、附录B、附录C和附录D都是提示的附录。本标准由全国声学标准化技术委员会提出并归口。本标准起草单位g上海交通大学、中国科学院声学研究所、中

2、国计量科学研究院、上海麦迪逊医疗器械有限公司。本标准的主要起草人:寿文德、江以萍、朱厚卿、熊大莲、|、书中。本标准委托全国声学标准化技术委员会超声、水声分技术委员会负责解释。556 GB/T 16540-1996 IEC前寄1) E住在军际电工委员会作的技术方黯准备，并作出部正式决定或协定，代表了所有的有辛苦到兴趣的商家委员会的意见此决定尽可能切实地表述了对论述的主题看法上的国际性一致。Z)为了国际使用，官们采用推荐的方式，而且它们被有那种观点的国家委员会所接受c3)为俊进I际统一，留在手电工委员会表示2希望所有的留家委员只要在画家条件许可对.尽量在离家规程中采用国际电工委员会推荐的文本。本国

3、际标准出自尊际电工委员会87技术委员会超声学提出。本国际标准的文本基于下列文件:六个月法表决报告87(00)6 87(CO)自在立表所示的表决报告中可查问到批准本标准的表决方盔的全部信怠。本国际标准表述了除IEC866中所给出之外的超声水听器的性能要求。所有的附录都是提供资料性的。在本标准中，使用下列邱剿体z望寄求和定义s罗马体p注释:小罗马体;一遵从，Jj、斜如本标准使用的并在第三条中规定的术谣:小写罗马黑体。c_ 00f GB/T 16540-1996 IEC引言本国际标准的主要目的在于定义各种声参数。这些参数用于借助于水听器说明和描述在液体中并特指在水中传播的超声场的特性。简述了用来测定

4、这些参数的测量方法。本国际标准和美国医学超声学会/美国电器制造商协会(AIUM/NEMA)安全标准有许多共同之处。虽尽量努力使二者保持一致，但前者与后者在方法上仍有一些基本差别.本国际标准的基本原理是用声压参数来规范声场。当使用水听器来描述声场特性时，声压是基本的测量的量。当然，如果将来使用了其他测量器件，就需要一个具有新增定义和方法的新的国际标准。这些器件的例子就是热敏电阻或热电偶。本国际标准还规定与AIUM/ENMA安全标准中给出的参数相似的声强参数，但把这些参数看作是导出量，只有在对被测量的超声场作出某些假设的情况下才有意义。当准确度要求不高时，可采用一些供选择的简化方法。这些方法将在国

5、际电工委员会指导文件IECGuidance Document (在准备中)给出。修改文件规定了，对具有圆柱形或球形有源元件的单个超声换能器产生的超声场进行声压和导出声强参数测量的可供选择方法，并定义了增加的声学名词。, :J 8 -中华人民共和国国家标准声学在Q.515 MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法GB/T 16540-1996 eqv IEC 1102: 1991 1 范围Acoustics一-Measurementand characterisation of ultrasonic fields in the frequency range O. 5 MHz 10 15 M

6、Hz -Hydrophone melhod 本标准规定了。.515 MHz频率范围内在水和其他液体中的超声场的各种声参数的定义，以及使用己校准的压电水昕器测量医用超声设备在水中所产生的超声场参数的条件和方法。注本标准使用SI单位。在某些参数的说明中，例如声束丽积参数和声强参数，使用其他单位可能更方便。例如，声束面积可用cm2，声强可用W/cm2或mW/cm2o2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 3947-1996 声学名词术语GB/T 4128-

7、1995 标准水听器(neqIEC 500:1974;IEC 866:1987) GB/T 15611-1995 高频水听器校准IEC 50 (801) 国际电工词汇(lEV)，第801章z声学与电声学(984)IEC 469-1:1987 脉冲技术和仪器，第1部分脉冲术语与定义IEC 854: 1986 超声脉冲回波诊断设备的性能测量方法3 定义本标准采用下列定义。3. 1 声脉冲峰值因数acousticpulse crest factor 声场中空间峰值时间峰值声压与它的脉冲峰值周期中计算的均方根声压之比。3. 2 声脉冲波形acoustic pulse waveforrn 声场中某指定位

8、置处瞬时声压的时间波形。显示该波形的时间应足够长，使在一个单脉冲或猝发纯音，或者在连续波的单个或多个周期中，能包括所有有意义的声信息的一段波形。3. 3 声重复周期acoustic repetition period 非自动扫描系统的脉冲重复周期或自动扫描系统的扫描重复周期。对于连续波系统为相邻两周期间的时间间隔。3.4 声工作频率(!.wf )acoustic-working frequecy 国家技术监督局1996-09-13批准1997-03-01实施559 GB/T 16540-1996 水听器放在声场中与空间峰值时间峰值声压相应的位置上，对其输出信号采用过零频率技术或谱分析方法(见图

9、1)进行分析得出的工作频率。单位为赫兹，Hz。有下列几种声工作频率3- 4. 1 过零声工作频率zero -crossing acoustic -working frequecy 由声压波形中的零声压点之间的平均间隔决定的声工作频率。3. 4. 2 算术平均声工作频率arithmetric-mean acoustic -working frequecy /，与力的算术平均值。/2为声压谱中幅度从最高点下降3dB所对应的频率。3. 4. 3 几何平均声工作频率geometric-mean acoustic -working frequecy /，与儿的几何平均值。3- 4. 4 频谱峰值声工作频

10、率modal acoustic -working frequecy 声压谱中的峰值对应的频率。注，本标准采用算术平均声工作频率。见附录D，3- 5 带宽bandwidth 频率/，与/2之差。/，和/2为声压谱中幅度从最高点下降3dB处所对应的频率。3-6 声束准直轴beam -alignment axis 连接两个半球面上空间峰值时间峰值声压点的一条直线，仅用于对准。半球面的球心大致与超声换能器或超声换能器阵元组的几何中心一致。第一个半球的半径Ag/(川，其中Ag是超声换能器或超声换能器阵元组的几何面积，是标称频率的超声波的波长。第二个半球的半径为2Ag/()或Ag/(3rc) ，取其中合适

11、者。为了对准，这条线可以投影到超声换能器或超声换能器阵元组的面上。在大多数实际应用中，通常采用与超声波传播方向垂直的两个平面。在单峰不在半球面上的情况下，选择另一个有不同半径的半球面来产生一个单峰(见图2)。3.7 声束面积(Ab) beam -area 由具有下列性质的所有点构成的某指定面的面积。在这些点处，脉冲声压平方积分大于该面上脉冲声压平方积分最大值的某一指定的百分数。单位为平方米，mzo对圆柱形有源元件的超声换能器这个指定面是圆柱形的;对球形有源元件的超声换能器这个指定面是球形的，且有一定的半径。对-6dB和20 dB波束面积，指定的值分别是25%和1%。注声束面积可用几个部分组成。

12、3.8 声束平均脉冲声压(户bap)beam-average pulse acoustic pre臼ure超声换能器或超声换能器阵元组产生的脉冲声压，在某一指定面上或包含空间峰值时间峰值声压点的面上的-6dB声束面积内的平均。单位为帕，Pao注2一般采用6 dB声柬面积，但也可采用其他声束面积。3.9 声束平均脉冲平均声强(l)bean-average pulse -average acoustic intens盯超声换能器或超声换能器阵元组的产生的脉冲平均声强，在指定面上的或包含空间峰值时间峰值声压点的面上的6 dB声束面积内的平均。单位为瓦每平方米，W/m2 0 注。J般采用6 dB声束面

13、积，但也可采用其他声束面积。3- 10 声束平均均方根声压(户bar)beam-average r. m. s acoustic pressure 超声换能器或超声换能器悴元组产生的均方根声压，在某一指定面上的或包含空间峰值时间峰值声压点的面上的一6dB声束面积内的平均.单位为帕，Pao注般采用6 dB声束面积，但也可采用其他声束面积。3. 11 声束平均时间平均声强(Ibata)bean -average temporal -averge acoustic intensity 超声换能器或超声换能器阵元组产生的时间平均声强度，在某一指定面上的或包含空间峰值时间峰值声压点的面上的一6dB声束商

14、积内的平均。单位为瓦每平方米，W/时。注，一般采用-6dB声束面积，但也可采用其他声束面积。3- 12 中心扫描线central scam line :)GO GBiT 16540-1996 自动扫描系统中，离扫描平面对称轴最近的超声扫描线。3. 13 怒声换言运器的有效雷宇只CA , )effective ar臼ofan ul甘asonicteansduc盯预测的寄自!句声Hi.分布与实际的超声换毒草器在有限草草i句距离上观察到的输向挥应分布J:似等效部理想活塞式超声换能器的面.积。单位为平方米，时。3.14 7.且听器敏感元件的有效半径Ca肉，向leffectiveradius of a

15、hydrophone active element 于资泌的指向性函数的波束宽度等于实际水听器波束宽度的理想暗号俊画片接收器水听苦苦的半径。波束宽度出指向性响应最大值下的菜一指定镀稳定。对于指定的3dB和6dB级.半径分别府向和a，表示。单位为米.m。3. 15 水听器电缆末端有载灵敏度CM,Jend -of -cable loaded sensitivity of ahydrophne 水听器连接!itl指定电输入阻抗的负载时，其电缆或连接器来端的输出电压与水听苦苦移去时水听器声中心位莹的未受干扰的主flli波自由场的瞬时声压的比傻。单位为伏击手袍.V!Pao3. 16水听器电缆来端开路灵敏

16、度CM.)end -of -cable open -circuit se因此ivityof a hydrophone 水昕器的电缆或连接器来端的开路电Hi.与水昕器移去时水听吉普声中心位置的未受干扰的平面波自由场的瞬时声压的比值。单位为伏每帕，VIPao 3. 17 峰穰周期平均声压(户m)mean-萨达cycleacoustc pressure 在一个脉冲峰值周期中，瞬时芦压的最大正值与最大负值的绝对值的算术平均s单位为邸，Pa。3.18 标称频率nominal frequency 由设计者或制造者提供的超声换能器或换能器阵元组的工作时频率。3.19 非线性传播参数也)nonlin出玄pro

17、pagationparameter 对某一指定超声换能苦苦，可用于超声的非线险畸变预测的个指数，用也表示2卢甜t，Om = :.一一T-P一一一一-古In(F，一1)12+ F/2) p c rm (F, - 1) 式中z一一非线性参数(20C纯水中=1十B/2A=3.5)， 角频率问=2:f&Wffawi是声工作频率ht, 从超声换能器表面到包含空间峰值时间峰值声压平面的距离zFg一超声换能器几何窗积与6 dB波束而积的比的0.69倍;户m一一声场中与空问:嗓音革时l湾蜂镶声Hi.亘古成的点处的平均稳健周期声痕。注t面给出的式子适用于F，2.1的超声场，只;2.1范盟内的指标正在考虑之中e

18、( 1 ) 3.20 负峰值声压(户-戎p，)peak -negat四eacoustic pressure; peak -rarefctional acoustic pressure 声场中或某一指定面上在声重复湖中的负串串时声压绝对值的最大值。峰值负声应用.E数表示。单位为始，Pao(见图5).3- 21 正峰值声压(扣或户企)peak-postive ac:ousttc pressure; peak -compressional acoustc pressure 声场中或某指定平面上在声重复周期中正瞬时声压的最大值。单位为帕tPa见图5。3- 22 脉冲声应Cpp)pu!se acoust

19、ic pressure 声场中特定点上脉冲声E豆平方积分与脉冲持续时间的比值的平方根。单位为帕，归。见图703.23 脉冲平均声强pulse -average intens町声场中特定点上脉冲声强积分与脉冲持续时间的比筐，单位为瓦每平方米.W/m3. 24脉冲声束宽度仰乍仇，Wpb川pulsebeam -width 在菜指定萄上，通过该窗上脉冲声f在平方积分最大值点的指定方向上的两点距离。这两点上的脉冲声Hi.平方积分应为该黯上脉冲声里平方积分最大值的某百分数每这两点是夜脉冲压力平方积分最大僵点的两边，且距离最竭。如果设有指定袋面.则该面应通过整个声场的空间峰值时间峰值点。对-6dB 和20d

20、B脉冲芦束宽度，指定的值分别为25%刹1%。单位为米.moi圣指定的否通常是垂直于声柬准轴的平商品?有踏柱形有在事元件的超声换能器可能是圆柱商，对球形有源元件361 GB/T 16540-1996 的超声换能器可能是球面。3- 25 脉冲声束半径。作rs.W户r2o)pulsebeam -radii 在指定的面上，脉冲声压平方积分最大值点与脉冲声束宽度所指定的点之间的两段距离。单位为米，m。3- 26 脉冲持续时间(pulse duration 串串时声压的平方对时间的积分值达到终值的10%时与达到终值的90%时之间的时间间隔的1.25 倍。瞬时声压的平方对时间积分的终值就是脉冲声压平方积分。

21、单位为秒，5，(见图3)。3.27 脉冲声强积分( l )pulse -intensity integral 声场中特定点上的瞬时声强在整个声脉冲波形内的时间积分。单位为焦耳每平方米，lm2。注.对本标准所涉及的许多测量而言，脉冲声强积分正比于脉冲声压平方积分。3.28 脉冲峰值周期pulse -peak cycle 声脉冲波形信号中，两个零瞬时声压点之间的单个周期。该单个信号周期应由包含时间峰值声压的半周和两个相邻的半周期之一构成。该相邻的半周期应包含较大的瞬时声压峰值绝对值(见图5)。3.29 脉冲声压平方积分(户1)pulse -pressure -squared integral 声场

22、中特定点瞬时声压的平方在整个声脉冲波形内的时间积分。单位为帕二次方秒，Pa2 s , (见图3)。3. 30 均方根声压Cp，)R. M. S. acoustic pressure 声场中特定点的瞬时声压的均方根。除非有特殊规定，均方根应在声重复周期的整数倍中获得。单位为帕，Pa，(见图7)。3.31 扫描面积CA.)scan -area 对自动扫描系统为所研究的面上的一块面积。它由在扫描囊夏周期内通过该面上任何声束的声束面积中所有的点构成。单位为平方米，m203.32 扫描平面scan -plane 对自动扫描系统，包含所有超声扫描线的平面。3- 33 空间平均脉冲声压(户HP)spatia

23、l-average pulse acoustic pressure 对非自动扫描系统，为声束平均脉冲声压。单位为帕，Pao注.对自动扫描系统，不能用空间平均脉冲声压，只能用声柬平均脉冲声压.3- 34 空间平均脉冲平均声强CI.pa)spatial -average pulse -average intensity 对非自动扫描系统，为声束平均脉冲平均声强。单位为瓦每平方米，W1m2 注2对自动扫描矗统，不能用空间平均脉冲平均声强，只能用声束平均脉冲声强。3. 35 空间平均均方根声压(户sar)spatial-average r. ffi. S. acoustic pressure 对非自动

24、扫描系统，为声束平均均方根声压;)(1自动扫描系统，等于均方根声压对扫描面积的平均。其中均方根声压是在整个扫描重复周期中取得的.单位为帕，Pao3. 36 空间平均时间平均声强(Isata)spatial -average temporal -average intensity 对非自动扫描系统，为声束平均时间平均声强s对自动扫描系统，为时间平均声强对扫描面积的平均。其中时间平均声强是在整个扫描重复周期中获得的。单位为瓦每平方米，W/m2。3- 37 空间峰值脉冲平均声强CI.,.)spatial -peak pulse average intensity 在声场中或某一指定面内的脉冲平均声强

25、的最大值。单位为瓦每平方米，W1m2 3- 38 空间峰僵脉冲声强积分CI.,)spatial -peak pulse -intensity integral 在声场中或某一指定面上的脉冲声强积分的最大值。单位为焦耳每平方米，1m2 3- 39 空间峰值脉冲声压(户，即)spatial-peak pulse acoustic pressure 在声场中或某-指定面上的脉冲声压的最大值。单位为帕，Pao3.40空间峰值均方根声压印刷)spatial-peak r. m. s acoustic pressure 362 GB/T 1日40-1996在商场中或某一指定丽上的均方根声压的最大倍。单位为

26、帕，Pa。3. 41 f肖峰值时间平均FE强U ,p,)spatial -peak temporal叼averagemtensIty 在商场中或某一指定在耳上的时间平均声强的最大倍。单位为瓦每平方米，W1m2 Q 342 5E间峰值时间峰值声压(p叫)spatial-peak temporal peak acoustic pressure peak sound pressuer 正峰值声压1X;负峰值芮压中较大的一个。单位为帕，Pa。3.43 空间峰值时间峰值商强(!sptp)spatal -peak temporal -peak ntensty 在声茵场中或菜一指定涵之的时i海峰值芦狼的最大

27、镜。单位为瓦每平方米，W1m2 0 3.44 扫描平面的对称轴symmetry axis of the scan plane 扫f靠平面上使两边有梅等的扫捻线数的虑拟线。3- 45 时间平均声叫虽temporal -average intens町声场中特定点的瞬时商强的时间平均。除非有特殊规定，时间平均是在声重复周期的整数倍中获得的e单位为瓦每孚方米，W/m 0 3.46 时间峰值商压(p, )temporal -peak acoustic intensity 声场中特定点的瞬时芦压的绝对值的最夭值。单位为帖，Pa3.47 对闷罐镶湾强temporal -peak intensity 声场中特

28、定点的瞬时商强的最大值。单位为瓦每平方米，W/m。3.48超声扫描线ultrasonc scan lir陀对自动扫描系统，为某一特定超声换能苦苦阵元组的声束准1i轴，或为特定激励的超声换能器、超声换能器阵元组的声柬准直输。3. 49 超声扫撞线i湾距离(S,)ultrasonic scan li时separation对自动扫描系统，同一类型的两条相继超声扫描线与某一指定面的两个交点之间的距离。单位为米，m.3.50超声换能器陈元组ultrasonic transducer etement group 用来产生单个声脉冲而一起受激励的超声换能器的元件组。4 符号褒a 水听器敏感元件的有效半径水听

29、着苦敏感元件前几何半径超声换能器的有效半径在一3dB初一6dB处，出指!制改确应激11董稳定的水听器的有效半径某指定的水听器应用的最大有效半径超声换能器的有效面积声来在百积超声换能器的几何面积扫撤离积液体(通常为水中的声速水昕器电缆米端的电辛辛电线负幸支部并联输入电容声工作频率脉冲重复频率O. 69XA,/( -6 dB声柬面积a g B a，、a，amax Ebg AAAA C wr cc儿儿F, 563 I 1 bal归1 bala 1 pi 1 s.pa 1 8ta 1 sppa 1 sppi 1 spta IsP1P k=2/!. M, ML P 户b.，户11户l户m户。户p户，户s

30、凹户，p，户splp户p户，m，户+(户，) 户(户，)R., S, td U, v Z Z., 。3,86 A P m .164 GB/T 16540-1996 瞬时声强声束平均脉冲平均声强声束平均时间平均声强脉冲声强积分空间平均脉冲平均声强空间平均时间平均声强空间峰值脉冲平均声强空间峰值脉冲声强积分空间峰值时间平均声强空间峰值时间峰值声强角波数水听器和超声换能器间的距离超声换能器表面与包含空间峰值时间峰值声压的平面间距离水听器电缆末端开路灵敏度水听器电缆末端有载灵敏度瞬时声压声束平均均方根声压声束平均脉冲声压脉冲声压平方积分峰值周期平均声压时间峰值声压空间平均脉冲声压空间平均均方根声压空间

31、峰值脉冲声压空间峰值均方根声压空间峰值时间峰值声压脉冲声压均方根声压正峰值声压负峰值声压电负载的并联输入电阻在被考察的乎面中的超声扫描线间距脉冲持续时间水听器电缆未端电压媒质质点瞬时速度水昕器复阻抗电负载复输入阻抗非线性参数-3 dB和6dB的半波束宽度液体中声波波长液体(通常为水)的密度非线性传播参数GB/T 16540-1996 =2何f角糊率5 jl董事重求5. 1 水听器和放大器的姿求本标准对水电吁器佳能的要求挥主Itl符合GB4128:;1离频水听苦苦规定外，还f:Y满足本条所述部技术要求。5. 1. 1 瞬时声7Kq吁善罢i烧得的声场中某点的事毒时声压p(t)吉式(2)计算卢(1)

32、= uL(t)/ML . ( 2 ) 式中z曲Jt)一水听器电缆末端电辰，vzML水听器电缆末端有载灵敏度V /Pa. 5. 1.2 7 1. 5.较大的非线性性畸变，而且在声工作频率处发生了衰减。应象2)一样用宽带水听器，在中心频率为声工作频率的1.5个倍频程频带内的幅值与没有非线性影响时的幅值差大于25%。571 GB/T 16540-1996 注:在2)和3)巾，带宽的上限频率可大于15MHz. 非线性传播的实际值可由声脉冲波形和商峰值因数来评估。对脉冲峰应用期的不同形式，声峰键因数有不同的值;正弦型1. 41 键磁星星1. 73 f行射锯齿型1.73 因此，该非线性畸变值可以由声峰值因

33、数估计，并可从非线性传播参数预测非线性畸变的相对重要性。注1 在特殊情况下，当不存在非线性传播时，有可能获得大于1.41的声峰值窗子。2 在预测非线性畸变时，非线性传播参数可望是更可靠的参数p8.2 导出声强参数因为烧水听器测量声底，以水份苦差没自量为基磁盘守3堪重的量您应以声来表示。因此，8.1条和第3章定义中所给出的参数应是优先指定的参数。在假定为平商行波传撩合理的情况下，有可能将所测量的瞬时声压参数转换为真实声狼。如果这样的话，f空清楚地指明己采用了平商行波近北l.这样，瞬时声强I(t)可用式(7)纷出zI(t) =争勺子/pc式中:p一一水的密度，kg/m; c一一-水中的声速m/s.

34、(见附录B)从声压参数百可直接确定下述导出声强参数z空间峰假时间峰傻声强一一空间峰傻时间平均声强一空间峰镀脉冲平均声强它们都与下列相应的声压参数有关21晌=(p啤句子/pcT!)tll = (啦，)/ pc I$pp = (户，即沪/pc可分别稳定下列声宋平均和空闲平均声辈革参数2声束平均脉冲平均声强(l) 一一声束平均时间平均离强(1b.ta)一一空间平均脉冲平均声强(15)一一空间平均时间平均声强(l.u).( 7) ( 8 ) . ( 9 ) ( 10 ) 确定这些参数所使用的测量方法应与对豆宣部声应参数的测缝方法榕似。觅8.1.5.8.1.告.8.1.7. 8. 1. 8)。但这样的话

35、，声场中各点所记录的参数是瞬时商压的平方。注2如果非线性传播参数大子。.5.)i测量J!J的声Bi参数向南强参数的转换可能不够有效或不够准确。8.3 导出脉冲声辈革积分参数下列参数可直接由声压和声强参数导出t一空间峰值脉冲声鼓积分应在声场中对应于空间峰值时间峰值声压的点处确定空间峨值脉冲商强积分572 GB/T 165401996 9 声输出的特性和标志本标准中，声输出的特性和标志l.采用芦输出量的最大可能值。该输出特性应从本标准定义的声参数中选择，或从导出的任何其他参数中选择。最大可能璧应是来源子下述二袤的线位和2第，对标称骂骂占辛格岗的系统，每个系统均处于适当的声设置状态并产生最大输出，所

36、得的测量值中取最大的一组值。第二，测锺方法的不确定度a它应为系统不确定度和随机不确定度的总平方和的平方根的估计值。(这些不确定度是指对一个系统所作的测囊，商豆普查机不确定E宣部置信水平为95%)。如果不同的系统工作方式引起不同的声输出参数值，则对所有方式都应给出相应的声输出值。要符合本标准的所有条款或许是不可能的，如果测最是为声输出规定和标志，无须符合任何特别的条款，那么在报告给果时，成清楚的说明哪些条款没有遵照。来遵照的说明应包括相关条款的内容以及没有遵照这些条款的原因。注z没有遵照茶楼条款的示织;如下，时除了5. 6外，遵守GBXXXX-19XX，米遵守的内容为2水听器在20MHz处的灵敏

37、度比在5MHz处的灵敏度低60%.U 涂了5.1.阜外.遵守GBXXXX-19XX，未遵守的内容为s放大器培兹J.5 MHz 需20且在Hz约变化为 5 dB。c) 除了5., 5外，遵守GBXXXX-19XX，米遵守的内容为g水昕稽的有放半径为0.5mm o-.-血-_-3dB摞11 J= 1a 声苦工作频率zfl+1 算术平均=牛TfJ 几f何可五平F均=(仔1，)1/频i谱普峰值z踹zf儿m 频率由-图l从声压随频率变化曲线导出声工作频率的各种规定方法的示意隐573 超声换能嚣的几何中心GB!T 16540-1996 A .:.:L 3.A A -且O 不同曲率半径的半球面A. 超声换能

38、器的几何面积r空间峰值时间峰值声压点坠，d 注，虽然只用两个半球面就可定义此轴.但为困示说明目的，所有三个半球面都画上了.为了简化，以两维图示出.574 图2表示声束准直轴位置的示意图!内=0.9P;声压IZdt=O.lj 规定对整个被形枫骨值为Pi = j pZdt 1/1. 25倍图3表示确定脉冲持续时间方法的示意图时间越声换能器(缉阵(任童移动GB/T 16540-1996 j(槽r j(昕嚣的灵敏元件图4超声换能糖和水听器的自由度的示意图。e、时间-峰值周期平均声压=P.= (+11)/2 图5表示脉冲峰值参数的示意图575 GB/T 16540一1996_-_/ 对闯一-d 囱6表示

39、脉冲声应参数的示意图5章坤草草题魏立-主4 -叩-均由时间图7表示脉冲和均方根声压参数的示意m576 A1 水听器GB/T 16540-1996 附录A(提示的附录)水听器通常使用兰种基本类型的水听器。两种水听器结构采用一个用压电陶瓷或高分子材料(常用聚偏氟乙烯，PVDF)制成的敏感元件。该元件固定在类似针型结构的末端。第三种是一种使用一块PVDF薄片，其中心区域被激活具有压电性的薄膜式水昕器。目前常用的水听器尚无一种能满足从0.5MHz至15MHz频率范围内全部要求。尽管如此，这些要求的相对重要性还是因所描述的指定超声场而异。例如，在平面活塞式超声换能器的远场，敏感元件的尺寸可高达声波长的2

40、至3倍。对于低于0.1MPa的声压，因为在常用的传播距离处非线性畸变未必明显，水听器的频带宽度要求是不严格的。同样，脉冲声场的测量与连续波声场时相比薄膜式水听器的声反射是不重要的。A 1.1 电负载的考虑水听器的电缆末端有载灵敏度可使用下列方法从其电缆末端开路灵敏度来确定。考虑图Al中所示一般情况，其中水听器被看作具有复阻抗Z的两端网络。并认为水昕器与个具有复阻抗Z的电负载相连。由电网络理论，水听器与指定负载相连的电缆末端有载灵敏度ML与电缆末端开路灵敏度M，的关系由式(A1)表示:M, = M.I_ _ Re(Z,) + Im(Z, )2 _1/2 L Re(Z.,) + Re(Z) + I

41、m(Z,) + Im(Z)1 ( A1 ) 式中:Re相关的复阻抗的实部，.0;1m一-相关的复阻抗的虚部.00如图Al(b)所示，电负载常可假设为一个电阻R和电容C的并联组合。在此情况下.Re(Z，)和Im(Z，)可由式(A2)和式(A3)给出Re(Z=h乓-L. ( A2 ) 一wC.，R3Im(Z.,) =一一一寸土一， 1十旷LhKA.( A3 ) 式中:角频率.rad/so如果水听器和负载的阻抗可假设为容性的，则可能进一步加以简化。在此情况下，如果C为水听器的电缆末端电容(包括任何整体电缆和连接器).等式(Al)变为式(A4): ML=M(CcJ . ( A4 ) 因此，为了确定水昕

42、器与任意电负载相连时的电缆末端有载灵敏度，有必要规定作为频率的函数的水听器的电负载的复阻扰。对于水听器的阻抗为容性情况，其复阻抗可用作为频率的函数的电缆末端电容和任何整体电缆的长度来表示。对带集成放大器的水昕器，放大器的增益与输出阻抗及指定电负载下的灵敏度-起，也应作出规定。577 , GB/T 16540-1996 水昕器Z (.l R. (b) fl!载Z.l j_C. 因A:(a)m起分别为Z和Z.，的水听器和电负载的简化等效电路(b)假设电负载为电阻R.，和电容Ce1并联的将例A1. 2水哥哥器放大器飞水听者曾放大榕的用途是在水听器与测量系统之间提供一个缓神级.该缓冲级克服了高频电缆谐

43、振并对水昕姆提供一个恒定的电负载.放大器可以与水听苦苦合并，作为内装式前置放大器，在这种放大器的情况下，两个器伶不写分离。另一方面，放大器可以是一个分离装置，水昕器可以1直接地或使用水听器电缆宋端的连接器用插头插入联接.图A2中示出这三种配置.水听器放大器的缺点是限制了动态范围并需要电源，增掷了复杂傲。内装式前置放大器的附加的缺点是在水听吉普处需要额外的电源线。在此情况下，为了做前宽放大器的电信号浊入i满盘，再提供根线是有用的。L 在听器I(a)集成放大楼m A2 水听器信号放大器的三种配置578 A 1.3 水昕器的调整G/T 16540-1996 水昕器连接器放大器7(昕器(b)水听器与放

44、大器用连接器相连连接器连接电缆政大器(c)水听器与放大器之间电缆相连图A2(续)电缆电缆本节提供一种在垂直子声束准直袖的平面内空间峰值点处进行水听器调整的有用方法。在薄膜式水听器场合，绕着经过敏感元件平面的一个轴旋转180.并在监测脉冲声场时注意接收到的信号的改变，用此法试验就能实现正确的调整。激励与接收信号间的时间延迟的改变，指示出垂直于敏感元件的方向上未调整好。幅度的改变指示出敏感元件的平面来调整好。在连续波激励超声换能器的情况下，观测幅度采用同样的方法调整。如果水听器已调整到水中的四分之一声波长之内，则旋转时注意相位改变能实现精细的调整。在探针型水听器场合，府绕着经过敏感元件平面的轴旋转

45、小于180。的角度的方法，能试验调整的正确性。对于两种水听器，使用读数显微镜或小直径的激光波束的光学技术是可行的。这种方法还可观察敏感元件的位置以及使用微定位系统旋转水听器时其位置的改变。A 1.4 水听器的类型A 1.4. 1 陶瓷探针水听器此类水听器常安装在图A3中所示的针端或铅笔形支持物上的一片压电陶瓷小圆盘构成。水听器的敏感元件用吸声材料作背衬，其直径接近予支持物的尺寸，直径范围常为0.5mm至1.5 mm。信号电缆不可避免地要穿过超声场，由于摩擦电效应能引起电干扰。对于带有1mm直径敏感元件的探针，典型的这类器件的电缆末端开路灵敏度为O.57V/Pa，精心设计，它们可有约至5MHz的

46、相当平坦的频率响应。但通常径向谐振模式和在背衬材料的混响常导致在0.5MHz至15MHz间频率响应土10dB 的变动。此外，大部分有用的陶瓷水听器的指向性响应常常是不可预测的，并表现出与理论预测明显的不同。579 GB/T 16540一1996陶置PVDF 图A3陶瓷和PVDF超声探针水听器的结构图A1.4.2 PVDF探针水听器在外在实际结构方面，这类水听器类似于在A1.4. 1中所述的(见图A3)陶瓷探头。但敏感元件是高聚物聚偏氟乙烯CPVDF)。典型的带有1mm直径的敏感元件的水听器的电缆(1m)末端开路灵敏度为0.12V/Pa，安装后的谐振频率超过25MHzo精心设计显示出平滑的频率特

47、性(士1.5 dB)和预测的指向性响应。这种探针的有效直径很接近于其敏感元件的实际直径。A1.4.3 PVDF薄膜式水听器图A4中示出这种类型水听器，它由紧绷在一个环形框架上的PVDF薄膜组成。在其两个表面上蒸镀电极，经过极化后的重叠区规定为敏感元件。对敏感元件的作出不同程度的电屏蔽，形成了各种设计。当膜的直径足够大保证全部超声束通过宫时，大部分超声基本上透过膜射出。使用这种水听器设计，低兆赫频段的径向谐振模式可以消除，因此呈现平滑的频率响应。对1mm直径的敏感元件，薄膜式水听器的典型的电缆末端(0.7m)开路灵敏度约为O.10V/Pao对于0.025mm厚的PVDF膜其谐振频率约为40MHz

48、。在所有频率上的指向性响应是可预测的，包括在低兆赫范围内薄膜的膜波引起指向性响应中的大旁瓣。580 L 囱顶面上撞鹏因底面上涂膜圈接地引线GB/T 16540-1996 PVDF膜100胃unx-x剖面图A4一种类型薄膜式水昕器结构图A 1.4.4 不同类型的相对特性电缆对一个指定的任务而言，特殊类型水昕器的选择依赖于许多因素。因为全部基本结构类型水听器有各种设计，因此不可能制定一个选择最合适水听器的简单导则。但下列几点值得注意:1)薄膜式水听器在频响方面比探针水听器呈现较小的变动。2)陶瓷敏感元件水听器的灵敏度通常比具有相同直径的PVDF敏感元件的水听器高。3)在薄膜式水听器场合，薄膜在超声场中构成一个大的而具有有限反射率的平面障碍物。被反射的部分超声波以相干方式到达超声换能器并以声干涉形式反作用于换能器。在对超声换能器的连续波激励情况下，这特别重要。尽管它对测量的影响通常能够减小，但这一误差源应加以考虑。在所有探针水听器中，反射效应也存在但程度较小.A1. 5 水听器的典型性能数据见附表Al。581 GB/T 16540一1996表Al典型的水听器性能数据(数据为1MHz时给出的)