ГОСТ IEC 61161—2014
Приложение В
(обязательное)
Основные формулы
В.1 Рекомендуемые настоящим стандартом измерения радиационной силы проводят в условиях «откры
того сосуда» (условиях Ланжевена), 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 случае соотношение между составляющей F радиационной силы на ми
шень в направлении распространения первичной волны и акустической выходной мощностью Р ультразвуко
вого преобразователя вычисляют по формулам:
для идеальной поглощающей мишени
Р = cF;(В.1)
для идеальной отражающей мишени
Р = cF I (2 cosJ0).(В.2)
где с — скорость звука в среде распространения (в воде):
0— угол между направлением распространения падающей волны и нормалью к отражающей поверхно
сти.
П р и м е ч а н и е — Под направлением падающей волны в данном случае понимается направление оси
ультразвукового 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
лучка, 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 8 месте расположения мишени. Для преобразования этой аку
стической мощности в выходную мощность ультразвукового преобразователя ее значение умножают на
exp(2az), где z — расстояние между мишенью и ультразвуковым преобразователем, а a — амплитудный ко
эффициент затухания плоских волн. Значение а на частотах, рассматриваемых в настоящем стандарте, пропор
ционально f !
a lfJ= 2.3 • 10 МГц’2 см’1для чистой воды при 23*С,(В.З)
где f -частота ультразвукового поля по [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 случав 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 формулу (Е.2) в приложении Е) плосковолновое приближе
ние приблизительно верно для круглого поршневого источника с достаточно высоким значением ка (к=2х/к —
волновое число в среде распространения; а — радиус ультразвукового преобразователя: теоретическое ис
следование ограничивается случаем поглощающей мишени). Например, несоответствие не превышает 2 %, ес
ли ка 2 35. что обычно легко выполняется для ультразвуковых преобразователей. Несостоятельность приве
денных 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 по [25]. что формула плосковолнового приближения не полностью верна для
фокусируемых ультразвуковых преобразователей. Соотношение между мощностью сфокусированного ульт
развукового поля и радиационной силой в случае поглощающей мишени может быть представлено как
18