ГОСТ IEC 62127-1—2015
Приложение Е
(справочное)
Поправки на пространственное усреднение
При проведении большинства измерений параметров ультразвуковых диагностических полей диаметр ак
тивного элемента используемого гидрофона сравним с шириной ультразвукового пучка, и гидрофон измеряет
некое давление, усредненное по площади его активного элемента, а не давление в центре активного элемента.
Разница между этими давлениями зависит от пространственного изменения ультразвукового поля. Разработан
простой метод [54). [55J введения поправки на эффекты пространственного усреднения, в котором используют
профиль ультразвукового пучка, полученный при его сканировании с шагом, равным радиусу активного элемента
гидрофона. Применяют и другие упрошенные методы [56]—(61].
Введение поправок предполагает следующие допущения:
a) Выходной сигнал гидрофона пропорционален акустическому давлению, усредненному по его активному
элементу, приемная поверхность которого предполагается круглой с радиусом, равным геометрическому радиусу
активного элемента.
b
) Распределение поля в радиальном направлении в фокальной плоскости преобразователя от точки, со
ответствующей пиковому значению давления на оси пучка, до точки, отстоящей от первой на расстояние, равное
радиусу активного элемента гидрофона, гложет быть представлено квадратичной зависимостью давления р(г) от
расстояния г в виде: р(г) = 1-
Ьг2.
где Ь— постоянный коэффициент. Пределы погрешности этой поправки связаны с
предположением, что идеальный профиль пучка гложет быть представлен функцией Бесселя:
р(г)
=
2J, (karid)
I
(
karld
).(Е.1)
где
к
— волновое число;
а — радиус преобразователя;
г — расстояние от оси в фокальной плоскости;
d
— фокусное расстояние;
J, — функция Бесселя первого рода первого порядка.
c) Процедура введения поправок для сигналов пилообразной волновой формы (искаженной из-за нелиней
ности распространения) будет несколько другой.
При этих предположениях поправочный множитель Ksa в центре пучка будет равен:
КИ = (Э-Р)2.(Е.2)
где
сигнал в точке, отстоящей от оси пучка на один радиус гидрофона
Р =
сигнал на оси пучка
.(Е.З)
Выражение (Е.2) получено в результате свертки частотной характеристики гидрофона в предположении
«правильного» профиля ультразвукового поля для двух его точек и предположении того, что р представляет со бой
отношением истинного значения давления в удаленной от оси точке к давлению, измеренному на оси пучка.
Введение поправки в виде
S
= (Ksa- 1) правомочно при р > 0.8. что соответствует использованию гидрофона
с
радиусом активного элемента, меньшим 0.6 радиуса пучка (на уровне минус 6 дБ). Для применяемых в настоящее
время гидрофонов с активным элементом диаметром 0.5 мм при измерении ультразвукового пучка радиусом (на
уровне минус 6 дБ) больше 0.4 мм поправка будет меньше 10 %.
Такой метод введения поправки может оказаться неверным при измерении сигналов пилообразной волновой
формы, и в этом случав более приемлемым может быть другое выражение [55].
Поправочный множитель Ksa в центре пучка будет равен:
сигнал на оси пучка
Погрешность поправки й = (К ’^ -1 ) будет около 10 % для (V > 0,92.
Следует отметить, что эффективный диаметр правильно сконструированных зондовых гидрофонов на ос
нове ПВДФ достаточно предсказуем. Частотная характеристика мембранных гидрофонов более сложна, и в неко
торых случаях на низких частотах геометрический радиус активного элемента мембранного гидрофона может не
K-M =(3 -2 p f.
(Е.4)
где
сигнал в точке, отстоящей от оси пучка на полу-радиуса гидрофона
V я
------------------------------------------------------------------------------
(Е .5)
40