ГОСТ Р МЭК 61161— 2009
Приложение В
(обязательное)
Основные формулы
В.1 Рекомендуемые настоящим стандартом измерения радиационной силы проводят в условиях «откры
того сосуда» (условиях Ланжевенз), т.е. облучаемая жидкость контактирует с окружающей средой, подверженной
внешнему давлению воздуха.
В.2 При таких условиях и для плоских ультразвуковых волн малой амплитуды радиационное давление,
проявляющееся на границе раздела двух сред, равно разности между плотностями акустической энергии на
обеих сторонах поверхности. В этом случаесоотношение между составляющей Ярадиационной силы на мишень в
направлении распространения первичной волны и акустической выходной мощностью Р ультразвукового
преобразователя выражают:
для идеальной поглощающей мишени
Р =сЯ;(В.1)
для идеальной отражающей мишени
Р =сР/ (2 cos20).(В.2)
где с — скорость звука в среде распространения (в воде):
0 — угол между направлением распространения падающей волны и нормалью к отражающей поверхности.
П р и м е ч а н и е — Под направлением падающей волны здесь понимается направление оси ультразвуко
вого поля, т.е. его более общее, а не частное определение.
В.З Вышеприведенные формулы включают два приближения.
В.3.1 Мишень является достаточно большой, чтобы перекрыть все поперечное сечение ультразвукового
пучка, т.е. доля акустической мощности, излучаемая в направлениях, проходящих мимо мишени, пренебрежимо
мала по сравнению с полной акустической мощностью.
В.3.2 В среде распространения отсутствует поглощение ультразвука. Если оно имеется, то символ Р в
этих формулах представляет акустическую мощность в месте расположения мишени. Для преобразования этой
акустической мощности в выходную мощность ультразвукового преобразователя ее значение умножают на
exp(2az), где z — расстояние между мишенью и ультразвуковым преобразователем, а а — амплитудный
коэффициент затухания плоских волн. Значение а на частотах, рассматриваемых в настоящем стандарте,
пропорционально I2
all2 =2,3-10‘4 МГц"2см’* для чистой воды при 23 "С,(В.З)
где I —частота ультразвукового поля (35).
Приведенные выше формулы предполагают отсутствие нелинейных искажений, а также добавочных сил на
мишень, вызванных акустическими течениями (предполагается использование экранирующей пленки).
В.4 Приведенные выше формулы выведены в предположении распространения плоской волны (в плоско-
волновом приближении). Но структура поля ультразвуковых преобразователей в общем случае отличается от
плоской волны, главным образом, из-за дифракционных эффектов. Тем не менее, использование этих формул
рекомендуется из следующих соображений:
В.4.1 С точки зрения эксперимента для измерений с обычной точностью в несколько процентов никогда не
бывает плохих ультразвуковых преобразователей поршневого типа.
В.4.2 С теоретической точки зрения (см. (36) и выражение (Е.2) в приложении Е) ппосковолновое приближе
ние приблизительно верно для круглого поршневого источника с достаточно высоким значением ка {к = 2х / X—
волновое число всреде распространения; а — радиус ультразвукового преобразователя; теоретическое иссле
дование ограничивается случаем поглощающей мишени). Например, несоответствие не превышает 2 %,
если ка 2 35, что обычно легко выполняется для ультразвуковых преобразователей. Несостоятельность
приведен ных выше формул может иметь место, главным образом, в диапазоне низких значений ка (введение
поправок для этого случая рассмотрено в приложении Е).
В.5 Теоретически обосновано (25), что формула плосковолнового приближения не полностью верна для
фокусируемых ультразвуковых преобразователей. Соотношение между мощностью сфокусированного ультра
звукового поля и радиационной силой вслучае поглощающей мишени может быть представлено
Р =2 cF / (1 + cos у).(В.4)
где у =arc sin (alcf)— фокальный угол (полуугол);
d — геометрическое фохусное расстояние (радиус кривизны) ультразвукового преобразователя;
а — радиус активного элемента ультразвукового преобразователя.
16