ГОСТ Р МЭК 62127-2—2009
В первой процедуре оценивалась линейность калиброванных гидрофонов зондового типа; при этом изме
рялось увеличение выходного сигнала гидрофонов диаметром 0.6 и 1 мм при повышении напряжения возбужде ния
излучателей. Максимальное значение акустического давления сжатия, измеренное гидрофонами в
фокальной области используемых преобразователей, составляло около 5 МПа на частоте 3 МГц.
Вторая процедура предусматривала измерение полной акустической мощности, генерируемой выбранным
излучателем. Для сканирования поля и последующего вычисления полной мощности излучения применяли
калиброванные миниатюрные гидрофоны зондового и мембранного типов (22]. Затем результаты расчета мощ
ности сравнивали с результатами измерений мощности того же самого поля и на том же самом расстоянии от
излучателя, выполненных методом уравновешивания радиационной силы. Для уменьшения погрешности, свя
занной с эффектом пространственного усреднения, эти измерения проводили в частотном диапазоне от 1 до 2
МГц.
В третьей процедуре был применен оптоакустический преобразователь. В работах (23}—[25]. касающихся
ультразвуковых хирургических приборов, было показано, что такое устройство излучает расходящееся поле,
амплитуды давления а котором обратно пропорциональны расстоянию до источника.
В.4 Результаты
Рассмотренные измерения по оценке линейности были проведены на 30 гидрофонах зондового типа диа
метром 0.6 и 1 мм [15} и на 10 гидрофонах мембранного типа [15], [19].
В рассмотренной выше первой процедуре линейность калиброванных гидрофонов зондового типа диамет
ром 0.6 и 1 мм оценивали по увеличению выходного напряжения на них при постепенном повышении напряжения
возбуждения излучателя на частоте 3 МГц. Графическая зависимость сигнала гидрофона от напряжения возбуж
дения излучателя свидетельствовала о линейном соотношении между этими величинами.
Во второй процедуре для сканирования поля были применены калиброванные миниатюрные гидрофоны
зондового и мембранного типов [22]. Значения мощности, рассчитанные по результатам сканирования, сравнива
лись со значениями мощности, измеренной методом уравновешивания радиационной силы. Для одного и того
же излучателя (1.5 или 2.25 МГц) расхождение между измеренным и рассчитанным значениями мощности
составило приблизительно 22 %.
Третья процедура состояла в измерениях акустического сигнала, генерируемого оптоакустическим преоб
разователем. В частотном диапазоне от 1до 10 МГц на волновых формах сигналов наблюдались искажения, свя
занные с нелинейными свойствами среды раслространения. Волновая форма сигналов, излучаемых
оптоакустическими преобразователями, сходна с той. которая характерна для фокальной области известных
литотриптеров. Для этих преобразователей была экспериментально подтверждена обратная пропорциональ
ность зависимости амплитуды акустического давления от расстояния до источника, при этом максимальное зна
чение амплитуды измеренного давления составляло около 10 МПа. а отклонение полученной зависимости от
закона обратной пропорциональности не превышало неопределенности результатов эксперимента (15 %) [21].
Какое-либо расхождение с законом обратной пропорциональности, превышающее суммарную неопреде
ленность результатов измерений, подразумевает возможную нелинейность характеристики гидрофона. Однако
такого расхождения не наблюдалось ни для мембранных, ни для зондовых гидрофонов [21].
В.5 Заключение
Для большого количества полимерных гидрофонов на основе ПВДФ была оценена линейность их отклика
на давление. Измерения были выполнены в диапазоне давлений до 10 МПа. С помощью различных процедур
было показано, что наблюдаемые нелинейные эффекты связаны только с нелинейным распространением
ультразвуковой волны в среде. Было получено хорошее соответствие результатов измерения с помощью
поли мерных гидрофонов как зондовых. так и демпфированных мембранных.
Кроме того, не наблюдалось какого-либо отклонения, превышающего суммарную неопределенность
результатов измерений, от закона обратной пропорциональности давление — расстояние, проведенных с
помощью как зондовых. так и мембранных гидрофонов. Как указано выше, такое расхождение свидетельствова ло
бы о нелинейности отклика гидрофона на увеличение действующего на него акустического давления.
Амплитуды акустического давления в рассмотренных выше испытаниях были ограничены значением при
близительно 10 МПа. Дополнительным свидетельством, подтверждающим изложенные выше результаты, явля
ются результаты испытаний гидрофонов на основе ПВДФ. специально разработанных для гидроакустических
применений (26). [27]. Они показывали пренебрежимо малые изменения (в пределах 0,6 дБ) частотной характе
ристики чувствительности при изменении гидростатического давления до 69 МПа.
Основываясь на результатах испытаний и на информации, опубликованной в [26]. [27]. можно сделать
вывод, что полимерные гидрофоны характеризуются хорошей линейностью в диапазоне интенсивностей, харак
терном для использования в эхоимпульсных системах ультразвуковой диагностики [16].
В дополнение к этому следует иметь в виду, что пиковые значения акустического давления в фокальной
области могут достигать значений порядка 100 МПа. а измеряемая форма ударных волн остается неизменной при
уменьшении напряжения возбуждения или напряжения, прикладываемого к электродам аппаратов электрогид-
раалического типа. Это не дает строгого подтверждения линейности чувствительности ПВДФ как материала, но и не
свидетельствует, с другой стороны, что имеется какая-либо нелинейность в отклике на давление специально
разработанных гидрофонов на основе ПВДФ в диапазоне давлений приблизительно до 70 МПа.
24