ГОСТ Р 8.584-2001

ПРИЛОЖЕНИЕ А (справочное)

Измерения параметров поля

А.1 Датчики и гидрофоны для измерений

С целью определить характеристики поля литотриптера используют множество типов преобразователей давления. Из-за скоротечности импульса, короткого времени нарастания и очень короткого времени пика воздействия обычные гидрофоны и преобразователи давления неприменимы для этих измерений. Высокие давления в фокусе налагают ограничения на типы приемников, необычные для других применений. Требование к широкополосности (до 100 МГц) частотной характеристики чувствительности, необходимой для измерений коротких импульсов, также налагает ограничение на конструкцию гидрофонов.

В идеале измерительный гидрофон должен иметь плоскую частотную характеристику в диапазоне от частоты, много меньшей частоты акустического воздействия литотриптера (обычно от 0,25 МГц), до как можно более высокой частоты и с неравномерностью ± 3 дБ в диапазоне от 0,25 до 100,00 МГц. Более того, эффективный диаметр активного элемента гидрофона во всем диапазоне частот не должен превышать 1 мм. Из этого следует, что обычно используемые гидрофоны не соответствуют таким требованиям. Именно поэтому данный в 6.2.1 и 6.2.2 перечень параметров гидрофона не может удовлетворять полностью, но его считают реально достижимым уже в настоящее время.

Ниже обсуждены гидрофоны и методы приема, используемые для исследования и описания импульсов литотриптера.

Приемники выполняют две функции: измерение амплитуды короткой волны в фокусе и исследование формы огибающей давления.

Широко используют пьезоэлектрические полимерные мембранные гидрофоны на основе поливинили-денфторида (ПВДФ) (таблицы А.1 и А.2).

Некоторые гидрофоны с жесткой подложкой полимерного элемента не репродуцируют область разрежения ударной волны, выявляемую гидрофонами мембранного типа.

Гидрофон какого бы типа не использовали, необходимо обеспечить его правильное подключение и электрическое питание при установке в измерительное устройство.

Иногда применяют емкостные гидрофоны, а также датчики, использующие оптическую интерферометрию, но требования к ним и работа с ними относительно сложны.

Разработаны и волоконно-оптические гидрофоны. Волокна из кварцевого стекла могут отображать акустическое давление разрежения более достоверно, чем мембранные гидрофоны. Но они более чувствительны к наличию кавитационных пузырьков, к тому же торец волокна имеет ограниченный срок службы. Тем не менее, их ремонт и поверку считают несложными.

Современные разработки электромагнитных датчиков основаны на движении (под действием волны давления) подвешенного на спиральном держателе металлического шарика в магнитном поле. Однако этот эффект более применим для индикации полной энергии импульса давления, чем его формы.

При измерениях давления в фокусе литотриптера применима также чувствительная к давлению бумага, хотя возможность использования этого эффекта для количественных измерений пока не выяснена.

Для испытаний эффективности системы в целом можно использовать и модели камней. Для периодического контроля в процессе эксплуатации такие камни должны иметь хорошо контролируемую структуру.

Для оценки эффективности и характеристик конкретного образца или типа аппарата проводят пространственные и временные измерения в фокальной области с помощью гидрофонов и точных средств измерений. Эти испытания выполняют в специализированных лабораториях. Периодический контроль качества литотриптера в процессе его эксплуатации осуществляют сканированием в нескольких, не совпадающих с фокусом, плоскостях, перпендикулярных к оси пучка на заданных осевых расстояниях от фокуса. В этом случае пользователю не нужен гидрофон для измерений в фокальной области. Менее жестки и требования к измерительному оборудованию.

Для исследования ударных волн в реальном времени обычно применяют гидрофон, встроенный, например, во внутреннюю поверхность эллипсоида. Для повышения надежности повседневного мониторинга необходимо при этом на этапе приемочных испытаний найти корреляцию между измерениями в фокальной и иных плоскостях.

В таблице А. 1 даны рекомендации по выбору типа гидрофонов для измерений в фокусе и вне его. Таблица А.2 содержит рекомендации по другим датчикам и методикам, которые могут быть использованы для качественной оценки характеристик аппаратов.

8