ГОСТ Р мэк 62555—

2015

ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИ ЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МОЩНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКА В ЖИДКОСТЯХ

Общие требования к методикам измерений

терапевтических преобразователей и систем высокой интенсивности

IEC 62555:2013,

Ultrasonics — Power measurement — High intensity therapeutic ultrasound (HITU) transducers and systems,

(IDT)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2016

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП «ВНИИФТРИ») на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Управлением метрологии Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, Техническим комитетом по стандартизации ТК 206, ПК 206.14 «Эталоны и поверочные схемы в области измерений акустических, гидроакустических и гидрофизических величин»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 06 ноября 2015 г. № 1706-ст

4 Настоящий стандарт идентичен стандарту МЭК 62555:2013 «Ультразвук. Измерение мощности. Терапевтические ультразвуковые аппараты и системы высокой интенсивности (HITU)» (IEC 62555:2013 «Ultrasonics — Power measurement — High intensity therapeutic ultrasound (HITU) transducers and systems», IDT).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандарта и документа соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии сети Интернет (www.gost.ru)

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

чтобы количество растворенного газа в воде не превышало 2 мг/л в процессе всех измерений, а в некоторых случаях и меньше.

Использование дегазированной воды следует рекомендовать также и при измерении выходной мощности ниже 1 Вт. В насыщенной газом воде пузырьки воздуха могут появляться на поверхностях при повышении температуры воды. Образование пузырьков может вызывать и ультразвук мощностью меньше 1 Вт, если поперечная площадь пучка достаточно мала. В связи с этим рекомендуется проверять наличие пузырьков на поверхностях преобразователя и мишени как до измерений, так и во время их проведения, а также по окончании каждого измерения.

Примечания

1 Уровень газосодержания, требуемый для образования пузырьков, будет зависеть от многих факторов, включая частоту акустического воздействия и максимум акустического давления разрежения. Изменения или флуктуация радиационной силы могут свидетельствовать об образовании пузырьков.

2 Методы химической дегазации (например, при применении Na₂S0₃), которые удаляют из воды только один или несколько газообразных компонентов, не приводят к положительным результатам для HITU полей. Использование более общих методов дегазации и контроль за содержанием кислорода обеспечивают более надежное поддержание качества воды.

3 Фильтрация воды может помочь устранить или снизить влияние кавитации, так как она удаляет частички примесей, которые могут являться ядрами возникновения кавитационных пузырьков.

6.3.4 Контакт с водой

Перед началом измерений следует убедиться, что все воздушные пузырьки удалены с активных поверхностей. По завершении измерений следует вновь осмотреть эти поверхности. Если на них будут обнаружены воздушные пузырьки, то результаты измерений следует признать некорректными.

6.3.5 Условия окружающей среды

Измерительное устройство должно иметь хорошую тепловую изоляцию, или сам процесс измерения, включающий индикацию и сохранение результатов, должен быть таким, чтобы влияние теплового дрейфа и других возмущений во время измерений не вносило существенных изменений (более 2 %) в измеряемую мощность.

Измерительное устройство должно быть защищено от вибраций и воздушных потоков, которые могли бы вызвать искажение показаний измеряемой мощности более чем на 2 %.

6.3.6 Тепловой дрейф

При использовании поглощающей мишени следует оценить влияние тепловых эффектов, связанных с поглощением ею звуковой энергии и изменением плавучести в результате ее расширения. Эта оценка должна быть сделана путем сравнения измеряемого сигнала (отсчета весов) как до включения напряжения возбуждения ультразвукового преобразователя, так и после его выключения.

6.4 Неопределенность результатов измерений

6.4.1 Общие положения

Суммарную неопределенность результатов измерений следует оценивать для каждого измерительного устройства в соответствии с Руководством ИСО [5]. Такая оценка должна включать рассмотренные ниже составляющие.

6.4.2 Несоответствие плосковолновому приближению

Следует оценить неопределенность результатов измерения воздействующей мощности, связанную с отклонением структуры поля от плосковолнового приближения. Пока не предложено лучшей оценки, эту неопределенность рекомендуется оценивать как 50 % разности воздействующей мощности (вычисленной, например, в соответствии с приложением С) и значением, полученным из выражений (1) или (2) для плосковолнового приближения.

6.4.3 Система уравновешивания с устройством подвеса мишени

Систему уравновешивания следует проверять или калибровать с помощью небольших грузиков известной массы в полностью собранном состоянии, пригодном для проведения измерений радиационной силы, в том числе и с подвешенной мишенью.

Эту процедуру следует повторять несколько раз с каждым грузиком для того, чтобы получить случайный разброс результатов. Оценку неопределенности калибровочного коэффициента следует находить по результатам калибровки и с учетом неопределенности значения массы используемых грузиков.

Результаты таких проверок следует сохранять, чтобы обеспечить оценку долговременной стабильности калибровочного коэффициента.

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

6.4.4 Линейность и разрешающая способность системы уравновешивания

Линейность системы уравновешивания следует проверять не реже 1 раза в шесть месяцев, используя следующие процедуры.

Измерения, указанные в 6.4.3, следует проводить не менее чем с 3 грузиками различной массы в требуемом динамическом диапазоне системы уравновешивания. Отсчет результатов взвешивания в зависимости от массы грузиков может быть представлен графически, как это показано на рисунке 1. Точки с результатами на этом графике в идеале должны располагаться на прямой линии, проходящей через начало координат. Если имеются какие-либо отклонения от прямой линии, то их следует рассматривать как источник дополнительной неопределенности.

В связи с трудностями обращения с грузиками, масса которых меньше 10 мг, линейность системы можно проверить с помощью ультразвукового преобразователя с известными характеристиками, возбуждая его напряжением различной амплитуды и создавая тем самым радиационную силу различного уровня. В этом случае аргументом, представленным абсциссой на рисунке 1, будет выходная мощность преобразователя, неопределенность воспроизведения которой тоже необходимо учесть.

Ограничения в разрешающей способности системы уравновешивания тоже являются источником неопределенности измерения мощности, и его вклад в суммарную неопределенность необходимо учесть.

Рисунок 1 — Проверка линейности отсчета весов как функции входной величины

Примечание — Если линейность проверяют с помощью небольших грузиков известной массы, то входной величиной является масса используемых грузиков. Если линейность проверяют приложением радиационной силы пучка, излучаемого ультразвуковым преобразователем с известными характеристиками, то входной величиной является выходная мощность преобразователя.

6.4.5 Экстраполяция к моменту включения ультразвукового преобразователя

Чтобы получить значение радиационной силы при использовании электронных весов, выходной сигнал с весов обычно записывают в виде функции от времени и экстраполируют его назад к моменту включения ультразвукового преобразователя. Такая экстраполяция содержит источник неопределенности, зависящий в основном от разбросов выходного сигнала, определяемых отношением сигнал/шум. Неопределенность экстраполяции следует оценить посредством стандартных математических процедур при использовании алгоритма регрессии.

6.4.6 Несовершенство мишени

Влияние несовершенства мишени необходимо оценивать, используя плосковолновое приближение, как это указано в приложении А МЭК 61161:2013.

Оценку неопределенности из-за изменений свойств мишени следует определять по результатам исследований стабильности с помощью излучателя с известной мощностью в соответствии с 6.2.9. Результаты таких проверок следует сохранять, чтобы обеспечить оценку долговременной стабильности чувствительности системы к ультразвуковой мощности.

6.4.7 Геометрия отражающей мишени

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы влияние геометрии отражающей мишени.

6.4.8 Боковые поглотители при использовании отражающей мишени

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы несовершенства боковых поглотителей для измерений с отражающей мишенью.

6.4.9 Несоосность мишени

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы несоосность мишени относительно ультразвукового преобразователя.

6.4.10 Ориентация ультразвукового преобразователя

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы неправильное относительное расположение ультразвукового преобразователя (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.11 Температура воды

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы неопределенность, связанную с температурой воды (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.12 Затухание ультразвука и акустические течения

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы неопределенность, связанную с затуханием ультразвука и акустическими течениями (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.13 Свойства пленки

При применении пленки для акустической связи или для экранирования от акустических течений необходимо измерить или оценить потери ультразвука на ее прохождение, учесть эти потери, а также влияние отражений от нее на ультразвуковой преобразователь. Эти эффекты являются источниками неопределенности, каждый из них следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы.

6.4.14 Конечные размеры мишени

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы влияние конечности размера мишени (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.15 Влияние условий окружающей среды

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы влияние вибраций, воздушных потоков и изменения температуры (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.16 Измерение напряжения возбуждения

Если измеряют напряжение возбуждения ультразвукового преобразователя и его значение влияет на результаты измерения мощности, то неопределенность измерений напряжения следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы (см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.17 Температура ультразвукового преобразователя

При необходимости сравнения значений ультразвуковой мощности, измеренных при различных температурах, следует определить зависимость выходной мощности преобразователя от температуры и учесть эту зависимость при вычислении результатов (см. приложение А МЭК 61161).

6.4.18 Нелинейность

При необходимости следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы потенциальное влияние таких эффектов, как:

a) линейность системы уравновешивания вместе с подвеской мишени;

b) нелинейные эффекты из-за недостаточной дегазации воды;

c) затухание ультразвука и акустическое течение;

d) несовершенство теоретических соотношений для радиационной силы

(см. приложение А МЭК 61161:2013).

6.4.19 Другие источники неопределенности

Следует периодически контролировать, не появляются ли какие-либо другие источники случайного разброса показаний, влияющие на суммарную неопределенность измерений (см. приложение А МЭК 61161).

6.5 Вычисление выходной мощности

Если требуется знать выходную мощность, то ее следует определять по значениям воздействующей мощности с учетом эффектов затухания, нелинейных потерь и акустических течений

при прохождении ультразвука через воду от преобразователя до мишени.

Примечание — Заметим, что отношение выходной мощности к воздействующей мощности в общем случае будет зависеть от расстояния, частоты и геометрии мишени. При наличии нелинейности распространения оно будет зависеть также от напряжения возбуждения преобразователя. Более конкретные указания приведены в приложении Е настоящего стандарта.

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

7 Изменение плавучести мишени

7.1 Общие положения

Метод расширения [6], [7] реализуют при измерении изменения плавучести расширяющейся мишени, вызванного тепловым расширением жидкости, находящейся внутри мишени, подвешенной в сосуде с водой. Изменение объема пропорционально воздействующей энергии и не зависит от фокусировки поля или угла падения.

Система уравновешивания должна содержать расширяющуюся мишень, подвешенную на весах, чувствительных к вертикальным нагрузкам. Ультразвуковой пучок должен быть направлен на расширяющуюся мишень через ее входное окно, а изменение ее плавучести должно быть измерено с помощью весов.

Примечание — При использовании гравитационных весов может оказаться удобным ориентировать преобразователь так, чтобы он излучал вертикально вверх или вниз; это одновременные измерения радиационной силы и теплового расширения.

Усредненную во времени воздействующую мощность следует определять, используя выраже-

ние

(3)

1 В

t₀s’

где S — чувствительность к плавучести;

В — изменение выталкивающей силы (плавучести); t_Q — длительность облучения.

В некоторых случаях силы, действующие на мишень в результате акустических течений, могут быть сравнимы с эффектами изменения ее плавучести. Для определения величины изменения плавучести необходимо провести корректирующие измерения, предусматривающие теоретический учет поправок или использование экранирующей пленки вблизи мишени. Рекомендации по этой методике даны в приложении Е настоящего стандарта. Вклад акустических течений в неопределенность результатов измерения действующей мощности следует обязательно оценить.

Воздействующую мощность рекомендуется измерять при возбуждении преобразователя в режиме, сходном с тем, который используют при его клиническом применении (например, в непрерывноволновом или тонально-импульсном режимах).

Примечание — Во избежание повреждения системы или для обеспечения согласования с временем ее отклика на воздействие необязательно использовать все тонально-импульсные режимы.

Более подробную информацию о требованиях, изложенных в последующих пунктах раздела 7, можно найти в приложении А стандарта МЭК 61161:2013.

7.2 Требования к оборудованию

7.2.1 Тип мишени

7.2.1.1 Общие сведения о конструкции

Пример конструкции расширяющейся мишени рассмотрен в приложении D.

Расширяющаяся мишень должна состоять из контейнера, заполненного жидкостью, поглощающей ультразвук и расширяющейся при нагреве. Одна из частей контейнера должна представлять входное окно, прозрачное для ультразвука в требуемом диапазоне частот. Остальная часть контейнера должна быть такой, чтобы уменьшить теплопередачу в поглощающую жидкость или от нее. Расширяющаяся мишень должна быть пригодной для погружения в воду и должна быть связана с весами. Входное окно может быть расположено вертикально, горизонтально или иметь другую удобную ориентацию.

Размеры и форма мишени должны быть выбраны соответствующими испытуемому преобразователю. Особое внимание рекомендуется уделить тому, чтобы длина мишени соответствовала требованиям 7.2.1.3 в заданном диапазоне частот и чтобы количество энергии, проходящей через боковые стенки мишени, также позволяло выполнить требования 7.2.1.3.

Примечание — Часто применяют цилиндрическую мишень с входным окном на одном из торцов, но для преобразователей некоторых конфигураций можно или требуется применять и мишени другой геометрии.

7.2.1.2 Поглощающая жидкость

Удельный акустический импеданс жидкости должен быть в пределах между 1,33 • 10⁶ и 1,63 ■ 10⁶ кг ■ ■ м^{-2 1} с^-1. Коэффициент теплового расширения должен быть известен и постоянен в пределах 2 % в диапазоне температур от 10 °С до 60 °С.

Примечания

1 Такой диапазон значений удельного акустического импеданса соответствует значениям амплитудного коэффициента отражений, меньшим 5 %, что соответствует требованиям 6.2.1.2 для измерений радиационной силы.

2 В приложении D настоящего стандарта приведен пример выбора жидкости, удовлетворяющий этим требованиям.

7.2.1.3 Поглощенная энергия

Расширяющаяся мишень должна поглощать не менее 98 % энергии, поступающей в нее через входное окно; в противном случае следует вводить поправки.

Поглощающий материал и конструкция мишени должны быть выбраны такими, чтобы уменьшить риск их теплового и механического повреждения при ультразвуковом облучении. Изменения со временем амплитудного коэффициента отражения или поглощения должны быть такими, чтобы их влияние на измеряемую мощность не превышало 2 %; в противном случае следует вводить поправки.

7.2.1.4 Отраженная энергия

Входное окно должно иметь коэффициент отражения (по энергии) менее 2 % в требуемом диапазоне частот. При испытаниях нефокусирующих преобразователей входное окно рекомендуется ориентировать под небольшим углом к оси симметрии преобразователя, чтобы минимизировать когерентные отражения.

7.2.1.5 Тепловые потери

Расширяющаяся мишень должна быть снабжена теплоизоляцией, или процесс измерений, включающий сбор и сохранение результатов, должен быть таким, чтобы влияние тепловых потерь поглощающей жидкости в воду и другие внутренние части мишени не превышало 2 % измеряемой мощности; в противном случае следует вводить поправки.

Примечание — Нагрев поглощающей жидкости вблизи входной мембраны повышается с ростом частоты и может оказаться существенным на частотах выше 3 МГц. Может потребоваться введение поправок на тепловые потери за период облучения и после него [7].

7.2.2 Диаметр входного окна

Входное окно должно быть достаточно большим, чтобы уловить не менее 98 % ультразвуковой энергии в плоскости измерения. Формулы для оценки требуемого диаметра мишени приведены в приложении В, хотя, строго говоря, они применимы к измерениям радиационной силы.

7.2.3 Система уравновешивания силы/весы

Весы должны быть чувствительны к силам, действующим в вертикальном направлении, и иметь достаточную разрешающую способность для измерения изменения плавучести мишени.

Примечание — Более длительный период облучения будет вызывать большие изменения плавучести и уменьшать тем самым неопределенность, связанную с разрешающей способностью весов. Однако может возрастать неопределенность, связанная с тепловыми потерями и экстраполяцией.

7.2.4 Измерительный бак

Применение поглощающей мишени устраняет необходимость использования поглощающих покрытий стенок сосуда.

7.2.5 Устройство подвеса мишени

В компенсационных весах элементы, поддерживающие мишень и передающие воздействие радиационной силы через поверхность раздела вода/воздух, должны быть сконструированы так, чтобы снизить эффекты поверхностного натяжения и изменений плавучести из-за флуктуаций уровня водной поверхности до значений, не превышающих 2 % измеряемой мощности.

7.2.6 Установка преобразователя

Устройство для установки преобразователя должно обеспечивать его стабильное и воспроизводимое размещение относительно мишени таким образом, чтобы связанные с этим изменения измеряемой мощности не превышали 2 %.

7.2.7 Пленки для защиты от акустических течений

Расширяющаяся мишень должна быть защищена от влияния сил, вызванных акустическими течениями, посредством пленки, или методика измерения должна быть спланирована так, чтобы это

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

влияние не приводило к неопределенности более чем 2 %; в противном случае в результаты измерения мощности необходимо вносить поправку.

При использовании пленки, защищающей от влияния акустических течений, она должна быть установлена вблизи мишени и не быть параллельной поверхности ультразвукового преобразователя. Коэффициент пропускания пленки должен быть известен из измерений, и если ее влияние на измеряемую мощность превышает 2 %, то следует вводить соответствующие поправки.

Примечание — На практике отклонение пленки от параллельности на величину от 5°до 10° находят достаточным.

7.2.8 Акустическая связь с преобразователем

Ультразвуковой преобразователь должен быть акустически связан с измерительным устройством так, чтобы потери в измеряемой мощности не превышали 2 %. В противном случае следует вводить поправки.

7.2.9 Калибровка

Система уравновешивания расширения мишени должна быть откалибрована как устройство измерения силы с помощью небольших грузиков известной массы.

Чувствительность к плавучести следует определять или с помощью коллимированного ультразвукового излучателя с известной выходной мощностью, имеющего ка > 30, или с помощью электрического нагревательного элемента с известной теплоотдачей, помещаемого внутрь мишени. В том и другом случае чувствительность к плавучести следует проверять ежегодно или чаще, если возникли подозрения, что чувствительность системы к ультразвуковой мощности изменилась, а также в случае, если свойства поглощающей жидкости изменились со временем из-за поглощения воды, окисления, роста микробов и пр.

Примечания

1 Выходная мощность коллимированного преобразователя с ка > 30 может быть измерена системой уравновешивания радиационной силы с неопределенностью, не превышающей 5 %.

2 Более подробную информацию об определении чувствительности к плавучести можно найти в приложении D настоящего стандарта, а также в [6] и [7].

7.3 Требования к условиям измерений

7.3.1 Расположение мишени относительно оси пучка

Поперечное (относительно оси пучка) положение мишени в процессе измерений должно быть неизменным и воспроизводимым настолько, чтобы связанные с этим изменения не влияли на измеряемую мощность более чем на 2 %.

7.3.2 Расстояние между преобразователем и мишенью

Расстояния между поверхностью ультразвукового преобразователя и мишенью или пленкой (при ее использовании) и мишенью должны быть известны и воспроизводимы настолько, чтобы возможные изменения измеряемой мощности не превышали 2 %.

7.3.3 Вода

В системах уравновешивания радиационной силы в качестве измерительной среды должна быть использована вода.

При измерении значений выходной мощности, превышающих 1 Вт, следует применять только дегазированную воду. Дегазирование воды должно быть хорошо отлаженным процессом, как это изложено в МЭК 62781. Вода должна быть дегазирована настолько, чтобы исключить образование видимых пузырьков воздуха как в воде, так и на поверхностях мишени и преобразователя. Результаты измерений не признают, если при их проведении наблюдались какие-либо пузырьки воздуха. Рекомендуется, чтобы количество растворенного газа в воде не превышало 2 мг/л в процессе всех измерений, а в некоторых случаях и меньше.

Примечания

7.3.4 Контакт с водой

7.3.5 Условия окружающей среды

7.3.6 Тепловой дрейф

При использовании поглощающей мишени следует оценить влияние тепловых эффектов, связанных с поглощением ею звуковой энергии и изменением плавучести. Эта оценка должна быть сделана путем сравнения измеряемого сигнала (отсчета весов) как до включения напряжения возбуждения ультразвукового преобразователя, так и после его выключения.

7.4 Неопределенность результатов измерений

7.4.1 Общие положения

7.4.2 Чувствительность к плавучести

Следует оценить неопределенность измерения чувствительности к плавучести. Источники этой неопределенности будут зависеть от метода определения этой чувствительности.

7.4.3 Несоответствие плосковолновому приближению

Метод расширения не основан на плоско-волновом предположении, поэтому отсутствуют неопределенности, связанные с отсутствием плоской волны.

7.4.4 Система уравновешивания с устройством подвеса мишени

Эту процедуру следует повторять несколько раз с каждым грузиком для того, чтобы получить случайный разброс результатов. Оценку неопределенности калибровочного коэффициента следует находить по результатам калибровки и с учетом неопределенности массы используемых грузиков.

7.4.5 Линейность и разрешающая способность системы уравновешивания

Измерения, указанные в 7.4.4, следует проводить не менее чем стремя грузиками различной массы в требуемом динамическом диапазоне системы уравновешивания. Отсчет результатов взвешивания в зависимости от массы грузиков может быть представлен графически, как это показано на рисунке 1. Точки с результатами на этом графике в идеале должны располагаться на прямой линии, проходящей через начало координат. Если имеются какие-либо отклонения от прямой линии, то их следует рассматривать как источник дополнительной неопределенности.

В связи с трудностями обращения с грузиками, масса которых меньше 10 мг, линейность системы можно проверить с помощью ультразвукового преобразователя с известными характеристиками, возбуждая его напряжением различной амплитуды и излучая тем самым радиационную силу различного уровня. В этом случае аргументом, представленным абсциссой на рисунке 1, будет 14

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

выходная мощность преобразователя, неопределенность воспроизведения которой тоже необходимо учесть.

7.4.6 Экстраполяция к моменту включения ультразвукового преобразователя

Чтобы получить значение радиационной силы при использовании электронных весов, выходной сигнал с весов обычно записывают в виде функции от времени и экстраполируют его назад к моменту включения ультразвукового преобразователя. Такая экстраполяция содержит источник неопределенности, зависящий в основном от разбросов выходного сигнала, определяемых отношением сигнал/ шум. Неопределенность экстраполяции следует оценить посредством стандартных математических процедур при использовании алгоритма регрессии.

7.4.7 Температура воды

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы неопределенность, связанную с температурой воды.

7.4.8 Затухание ультразвука и акустические течения

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы неопределенность, связанную с затуханием ультразвука и акустическими течениями.

Примечание — В общем случае затухание вносит неопределенность в результаты определения выходной мощности, измеряемой по изменению плавучести, но не действующей мощности. Акустические течения могут быть источником неопределенности как для выходной, так и для действующей мощности. Вклад влияния акустических течений можно оценить, например, путем использования пленки, устанавливаемой вблизи мишени, и сравнением результатов измерения «с пленкой» и без нее.

7.4.9 Свойства пленки

7.4.10 Конечность размера мишени

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы влияние конечных размеров мишени.

7.4.11 Влияние условий окружающей среды

Следует оценить и учесть в суммарной неопределенности системы влияние вибраций, воздушных потоков и изменения температуры.

7.4.12 Измерение напряжения возбуждения

7.4.13 Температура ультразвукового преобразователя

7.4.14 Нелинейность

a) линейность системы уравновешивания вместе с подвеской мишени;

b) нелинейные эффекты из-за недостаточной дегазации воды;

c) затухание ультразвука и акустические течения;

d) увеличенные потери тепла мишени из-за повышенного нагрева поглощающей жидкости вблизи входного окна мишени.

7.4.15 Другие источники неопределенности

Следует периодически контролировать, не появляются ли какие-либо другие источники случайного разброса показаний, влияющие на суммарную неопределенность измерений, кроме перечисленных в 7.4.2-7.4.14.

7.5 Вычисление выходной мощности

Примечание — Отношение выходной мощности к воздействующей мощности в общем случае будет зависеть от расстояния, частоты и геометрии мишени. При наличии нелинейности распространения оно будет зависеть также от напряжения возбуждения преобразователя. Более конкретные указания приведены в приложении Е настоящего стандарта.

8 Электрические характеристики

8.1 Электрический импеданс

Электрический импеданс ультразвукового преобразователя зависит от частоты и имеет комплексный характер. Его, как правило, измеряют с помощью измерителя импеданса (измерителя амплитудно-частотных характеристик) и представляют в виде реальной и мнимой частей или в виде амплитуды и фазы. Значения могут быть представлены на какой-либо одной частоте или даны в виде таблицы или графика для диапазона частот.

Электрический импеданс ультразвукового преобразователя следует измерять при его погружении в воду. Для минимизации акустических отражений следует использовать акустические поглотители. Влияние отражений на импеданс рекомендуется проверить, перемещая ультразвуковой преобразователь или поглотители в резервуаре на расстояния в несколько длин волн. Следует зарегистрировать частоту и точку измерения электрического импеданса (например, на конце кабеля преобразователя).

Примечание — Импеданс может зависеть от температуры, и поэтому из-за самопрогрева преобразователя на импеданс может влиять уровень электрической мощности преобразователя и длительность возбуждения.

8.2 Радиационная проводимость (излучательная способность)

Радиационная проводимость ультразвукового преобразователя зависит от частоты излучения. Как правило, ее вычисляют из выходной мощности, деленной на квадрат среднеквадратического (эффективного) значения напряжения, измеренного в какой-либо оговоренной точке электрической цепи. Ее значения дают, как правило, для какой-либо заданной частоты либо в табличном или графическом виде в заданном диапазоне частот. Ее можно применить и к многоэлементному преобразователю, если все его элементы возбуждают одним и тем же напряжением и в том же режиме, как и при клиническом применении преобразователя.

Если требуется знать значение радиационной проводимости, то среднеквадратическое (эффективное) значение напряжения возбуждения следует измерять за то же самое время и при тех же условиях, при которых определяют выходную мощность. Должны быть оговорены частота и точка в электрической цепи, в которой измеряют среднеквадратическое напряжение возбуждения (например, на конце кабеля какой-либо определенной длины). Не рекомендуется предполагать заранее, что напряжение возбуждения имеет синусоидальный характер: среднеквадратическое напряжение возбуждения часто не равно 0,707 амплитуды напряжения.

Примечания

1 Среднеквадратическое напряжение возбуждения (а не пиковые напряжения, например) используют потому, что на него меньше воздействуют искажения электрического сигнала.

2 Радиационная проводимость может зависеть от температуры, и поэтому из-за самопрогрева преобразователя на нее может влиять уровень электрической мощности преобразователя и длительность возбуждения.

3 Радиационная проводимость — это не реальная часть проводимости ультразвукового преобразователя или его элемента.

4 На эффективность электроакустического преобразования влияют электрические потери при согласовании электрических компонентов, а также акустические потери в элементах преобразователя: подложке и линзе.

8.3 Эффективность

Определение акустической эффективности ультразвукового преобразователя связано как с акустическими, так и с электрическими измерениями. Как правило, ее представляют на какой-либо определенной частоте, а также в диапазоне частот в табулированном или графическом виде. Ее можно

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

применить и к многоэлементному преобразователю, если все его элементы возбуждают так же, как и в клиническом применении преобразователя (например, при непрерывно-волновом возбуждении или в режиме тональных импульсов). Если требуется знать акустическую эффективность, то ее усредненное во времени значение определяют из:

= PIP,

el,

(4)

где Р — выходная мощность;

Р_е| — усредненная во времени электрическая мощность преобразователя.

При проведении электрических измерений ультразвуковой преобразователь должен находиться в том же положении и при тех же условиях, которые имели место при измерениях выходной мощности. Должны быть установлены частота и точка в электрической цепи, в которой измеряют среднеквадратическое напряжение возбуждения (например, на конце кабеля какой-либо определенной длины).

Как акустическую, так и электрическую мощности следует измерять при одинаковом возбуждении преобразователя, сходном сего клиническим применением (например, при непрерывно-волновом возбуждении или в режиме тональных импульсов).

Примечание — Эффективность может зависеть от температуры, и поэтому из-за самопрогрева преобразователя на нее может влиять уровень электрической мощности преобразователя и длительность возбуждения.

Многие приборы для измерения электрической мощности применяют с определенной нагрузкой (сопротивлением). Импеданс большинства ультразвуковых преобразователей, как правило, отличается от значения этой нагрузки. Поэтому рекомендуется выбирать метод измерения электрической мощности, наиболее подходящий к импедансу конкретного испытуемого ультразвукового преобразователя.

Имеются и некоторые другие способы определения эффективности ультразвукового преобразователя или HITU систем. Некоторые из них могут оказаться полезными при различных обстоятельствах и рассмотрены в приложении G.

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

Содержание

1 Область применения…………………………………………………………1

2 Нормативные ссылки…………………………………………………………1

3 Термины и определения………………………………………………………2

4 Обозначения ……………………………………………………………… 3

5 Измерение мощности HITU оборудования…………………………………………4

6 Радиационная сила, воздействующая на мишень……………………………………5

6.1 Общие положения……………………………………………………….5

6.2 Требования к оборудованию………………………………………………..6

6.3 Требования к условиям измерений……………………………………………7

6.4 Неопределенность результатов измерений……………………………………..8

6.5 Вычисление выходной мощности……………………………………………10

7 Изменение плавучести мишени………………………………………………..11

7.1 Общие положения………………………………………………………11

7.2 Требования к оборудованию……………………………………………….11

7.3 Требования к условиям измерений…………………………………………..13

7.4 Неопределенность результатов измерений…………………………………….14

7.5 Вычисление выходной мощности……………………………………………16

8 Электрические характеристики………………………………………………..16

8.1 Электрический импеданс………………………………………………….16

8.2 Радиационная проводимость (излучательная способность)………………………..16

8.3 Эффективность………………………………………………………..16

Приложение А (справочное) Другие методы измерения………………………………..18

Приложение В (справочное) Размеры мишени………………………………………19

Приложение С (справочное) Формулы для радиационной силы………………………….21

Приложение D (справочное) Метод расширения……………………………………..24

Приложение Е (справочное) Влияние затухания и акустических течений

на определение воздействующей и выходной мощности……………………30

Приложение F (справочное) Устранение кавитации…………………………………..33

Приложение G (справочное) Эффективность преобразователя………………………….34

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандарта и документа

национальным стандартам Российской Федерации………………………39

Библиография………………………………………………………………40

III

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

Приложение А (справочное)

Другие методы измерения А.1 Радиационная сила на преобразователе

Для HITU оборудования может быть предложена возможность измерения силы отдачи на преобразователе. В настоящем стандарте нет каких-либо рекомендаций или требований для этого метода. Такие рекомендации или требования могут быть включены в будущие версии настоящего стандарта.

А.2 Калориметрия

Для измерения мощности HITU оборудования в принципе можно использовать удобный калориметрический метод. В настоящем стандарте нет каких-либо рекомендаций или требований для этого метода. Такие рекомендации или требования могут быть включены в будущие версии настоящего стандарта.

А.З Плоское сканирование гидрофоном

В принципе мощность HITU оборудования можно измерить методом плоского сканирования гидрофоном. В настоящем стандарте нет каких-либо рекомендаций или требований для этого метода. Такие рекомендации или требования могут быть включены в будущие версии настоящего стандарта.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственная система обеспечения единства измерений

МОЩНОСТЬ УЛЬТРАЗВУКА В ЖИДКОСТЯХ

Общие требования к методикам измерений терапевтических преобразователей и систем высокой интенсивности

State system for ensuring the uniformity of measurements.

Ultrasonic power in liquids. General requirements to measurement methods of therapeutic transducers and systems with high intensity

Дата введения — 2016—10—01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на методики измерений мощности ультразвукового излучения терапевтических преобразователей и систем высокой интенсивности, в том числе:

устанавливает общие принципы, относящиеся к измерению мощности ультразвуковых терапевтических полей высокой интенсивности (HITU)* при использовании систем уравновешивания радиационной силы, в которых преграда (мишень) пересекает измеряемое ультразвуковое поле;

рассматривает калориметрический метод определения акустической мощности, излучаемой ультразвуковыми преобразователями, основанный на измерении теплового расширения мишени, заполненной жидкостью;

устанавливает требования к электрической мощности ультразвуковых преобразователей; дает рекомендации по устранению акустической кавитации в процессе измерений; дает рекомендации по измерению HITU преобразователей различной конструкции и геометрии, в том числе преобразователей с коллимированным, расходящимся и сходящимся пучками, а также многоэлементных преобразователей;

дает рекомендации по выбору наиболее подходящего метода измерений; предлагает методы оценки суммарной неопределенности измерений.

Настоящий стандарт применим для измерений ультразвуковой мощности, излучаемой HITU оборудованием в пределах до 500 Вт и в частотном диапазоне от 0,5 до 5 МГц. HITU оборудование может излучать сходящиеся, коллимированные и даже расходящиеся поля. На частотах ниже 500 кГц эти методы не могут обеспечить верность результатов измерений, и пользователю рекомендуется самостоятельно оценивать связанные с ними неопределенности.

Настоящий стандарт не применим для аппаратов ультразвуковой терапии, литотриптеров или аппаратов, снимающих боль.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты. В случае датированных ссылок следует применять только указанные стандарты, для недатированных ссылок — последнее издание ссылочного стандарта (включая любые изменения).

IEC 61161:2013 Ультразвук— Измерение мощности — Системы уравновешивания радиационной силы и требования к исполнению;

IEC/TR 62781 Ультразвук — Подготовка воды для ультразвуковых измерений.

* Здесь и далее по тексту настоящего стандарта выделение слова или словосочетания полужирным шрифтом означает, что это слово или словосочетание определено в разделе 3 настоящего стандарта.

Издание официальное

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 акустическая эффективность г|_а: Отношение акустической выходной мощности ультразвукового преобразователя к его электрической мощности.

3.2 акустическое течение: Объемное перемещение жидкости под действием звукового поля (см. МЭК 61161).

3.3 чувствительность к плавучести S, Н • Дж^-1: Отношение силы плавучести, воздействующей на расширяющуюся мишень, к количеству поглощенной ею энергии при отсутствии тепловых потерь.

Примечания

1 Это отношение может зависеть от температуры.

2 Для расширяющейся мишени, погруженной в воду, чувствительность к плавучести заполненной жидкостью расширяющейся мишени наиболее удобно и точно может быть определена при калибровке с помощью электрического нагревания (см. 7.2.9 настоящего стандарта). Она может быть также вычислена как произведение коэффициента расширения, плотности воды и ускорения свободного падения, но на практике это приводит к большой неопределенности.

3 В связи с тем, что большинство весов показывают вес в граммах или миллиграммах, чувствительность к плавучести часто более удобно выражать в единицах, эквивалентных массе, таких например, как мг • Дж^-1.

3.4 коэффициент расширения R_v, м³ • Дж^-1: Отношение увеличения объема расширяющейся мишени к количеству поглощенной ею энергии при отсутствии тепловых потерь.

Примечание — С определенными допущениями чувствительность к плавучести заполненной жидкостью расширяющейся мишени может быть вычислена из отношения объемного расширения жидкости к ее объемной теплоемкости. Это отношение может зависеть от температуры.

3.5 расширяющаяся мишень: Заполненное жидкостью устройство, специально разработанное, чтобы перекрыть и поглотить существенно большую часть ультразвукового поля, подвергаясь тем самым тепловому расширению.

3.6 свободное поле: Звуковое поле в гомогенной изотропной среде, границы которой оказывают пренебрежимо малое воздействие на звуковые волны (см. словарь МЭК 60050 (801)).

3.7 ультразвуковое терапевтическое оборудование высокой интенсивности HITU: Оборудование для излучения ультразвука и введения его в тело пациента с лечебными целями для разрушения или изменения живых тканей или элементов внутри них (например, жидкостей, пузырьков, микрокапсул) и которое усиливает лечение с помощью механического, теплового, физического, химического или биохимического эффектов ультразвукового воздействия (см. МЭК 60601-2-62).

Примечания

1 Оборудование HITU включает генератор электрической высокочастотной мощности и преобразователь для преобразования электрической энергии в ультразвук. В большинстве случаев в это оборудование включают также устройство нацеливания и мониторинга.

2 Хотя оборудование HITU вызывает гипертермию в качестве побочного эффекта, его не следует путать с теми лечебными средствами, которые сопровождаются гораздо более медленным и слабым нагревом (в общем случае от 42 до 50 °С за интервал времени от 0,2 до 120 мин). Оборудование HITU обычно вызывает повышение температуры до значений, превышающих 55 °С и за более короткое время, также оно может вызывать биологические эффекты нетеплового характера.

3 Это определение не применимо к ультразвуковому оборудованию для физиотерапии, литотрипсии и устройствам облегчения боли.

3.8 воздействующая мощность Р₍-, Вт: Усредненная во времени ультразвуковая мощность, проходящая через какую-либо заданную плоскость или поверхность после ее излучения ультразвуковым преобразователем в приблизительно свободном поле при каких-либо заданных условиях в какой-либо заданной среде, предпочтительно воде.

3.9 многоэлементный преобразователь: Источник ультразвука, содержащий два или более пространственно разделенных ультразвуковых преобразователей.

Примечание — В этом контексте одиночный пьезоэлектрический элемент фазированной решетки следует считать ультразвуковым преобразователем.

3.10 нелинейные потери: Потери энергии ультразвукового пучка, вызванные поглощением гармонических составляющих из-за эффектов нелинейности распространения.

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

Примечание — В общем случае нелинейные потери неодинаковы в ультразвуковом поле, они возникают преимущественно там, где амплитуды давления наиболее высоки, вызывая тем самым изменения распределения ультразвуковой энергии в поле.

3.11 выходная мощность Р, Вт: Усредненная во времени ультразвуковая мощность излучения ультразвукового преобразователя в условиях свободного поля и в какой-либо определенной среде, предпочтительно в воде (см. МЭК 61161).

3.12 радиационная проводимость (излучательная способность) G, С: Отношение акустической выходной мощности к квадрату эффективного (среднеквадратичного) электрического напряжения на входе преобразователя (см. МЭК 61161).

Примечания

1 Эту величину используют для определения параметров электроакустического преобразования ультразвуковых преобразователей.

2 Эффективное (среднеквадратичное) электрическое напряжение (а не мгновенное значение напряжения, или пиковые значения) используют потому, что на это значение гораздо меньше влияют искажения формы сигнала.

3 Этот термин не является тем же самым, что реальная часть проводимости преобразователя.

3.13 радиационная сила (акустическая радиационная сила) F, Н: Усредненная во времени сила, приложенная к телу при воздействии на нее ультразвукового поля, за исключением составляющих, связанных с акустическими течениями (см. МЭК 61161).

Примечание — В более общем смысле усредненная во времени сила (за исключением составляющих, связанных с акустическими течениями) в звуковом поле, проявляющаяся на границе раздела двух сред с различными акустическими свойствами.

3.14 мишень для радиационной силы: Устройство, специально разработанное для существенного перекрытия всего ультразвукового поля и являющееся объектом воздействия на него радиационной силы.

3.15 мишень: Устройство, специально разработанное для существенного перекрытия всего ультразвукового поля.

3.16 электрическая мощность преобразователя Р_е!, Вт: Скорость преобразования ультразвуковым преобразователем усредненной во времени электрической энергии в энергию другого типа (обычно в тепло или энергию ультразвукового поля).

Примечание — Электрическая мощность, отражаемая от преобразователя, не считается частью электрической мощности преобразователя.

3.17 ультразвуковой преобразователь: Устройство, способное преобразовывать электрическую энергию в механическую в ультразвуковом диапазоне частот и/или механическую энергию в электрическую.

Примечание — Ультразвуковой преобразователь может включать соединительные кабели и компоненты для электрического согласования.

4 Обозначения

а — радиус круглого ультразвукового преобразователя-излучателя;

Ь_х Ь_у — половина ширины и длины прямоугольного ультразвукового преобразователя-излучателя в направлении х и у соответственно (так что его ширина и длина равны 2Ь_х и 2Ь_у соответственно);

В — изменение силы плавучести, действующей на расширяющуюся мишень, погруженную в среду распространения звука (обычно воду);

с — скорость звука (обычно в воде);

d_x dy — геометрические фокусные расстояния фокусирующего ультразвукового преобразователя в плоскостях x-z и y-z соответственно;

d — геометрическое фокусное расстояние фокусирующего ультразвукового преобразовате

ля, измеренное от излучающей поверхности преобразователя, в случае, если с/_х = с/_у = d;

С — объемная теплоемкость;

Е — коэффициент объемного расширения;

F — радиационная сила, воздействующая на мишень в направлении падающей ультразвуко

вой волны;

д — ускорение свободного падения;

G — радиационная проводимость;

h_d — половина диагонали прямоугольного преобразователя : h_d = (Ь_х² + Ь_у²)^1/2;

h_h — среднее гармоническое значений Ь_х и Ь_у: h_b = 2 / (1/Ь_х + 1/Ь_у); к — волновое число (2п/Х)^–,

L — часть энергии акустического течения, перекрываемая мишенью;

М — изменяющийся во времени вес мишени или расширяющейся мишени, измеряемый весами, на которых она подвешена (обычно в единицах, эквивалентных массе);

Р — выходная мощность ультразвукового преобразователя;

Р_е| — электрическая мощность преобразователя;

Pi — воздействующая мощность (воздействующая на мишень или расширяющуюся ми

шень);

R_c — радиус кривизны фокусирующего преобразователя в виде сферического сегмента;

R_v — коэффициент расширения расширяющейся мишени;

s — нормированное расстояние от ультразвукового преобразователя (s = zA/a²);

S — чувствительность к плавучести расширяющейся мишени;

t₀ — длительность облучения;

z — расстояние между мишенью и излучающей поверхностью ультразвукового преобразо

вателя, измеренное вдоль оси пучка; а — амплитудный коэффициент затухания плоских волн в среде (обычно воде);

р_х и р_у — фокальные полууглы фокусирующего ультразвукового преобразователя в плоскостях x-z и y-z соответственно; р_х = arctg(fo_x /с/_х), р_у = arctg(b_y/с/_у), если преобразователь плоский и фокусные расстояния отсчитаны от плоской поверхности преобразователя; у — фокальный полуугол круглого фокусирующего ультразвукового преобразователя;

у = arcsin(a/cf), если преобразователь сферический и фокусное расстояние отсчитано от «дна» сферической «чаши»; у = arctg(a/cf), если фокусное расстояние отсчитано от плоскости обода активной части «чаши» или если преобразователь плоский;

;/_а — акустическая эффективность ультразвукового преобразователя;

О — угол между направлением падения ультразвуковой волны и нормалью к поверхности мишени;

ф — угол между направлением падения ультразвуковой волны и осью чувствительности (обыч

но вертикалью) системы уравновешивания (весов);

А — длина ультразвуковой волны в среде распространения (обычно воде);

р — плотность среды распространения (обычно воды).

Примечание — Под упоминаемым выше для F и О направлением падения звуковой волны понимают в общем случае направление оси поля (пучка).

5 Измерение мощности HITU оборудования

Измерение выходной мощности достаточно обосновано для коллимированных (и слабо сфокусированных или немного расходящихся) ультразвуковых полей (пучков) мощностью до 20 Вт с использованием метода уравновешивания радиационной силы в соответствии с МЭК 61161. Содержание раздела 6 настоящего стандарта базируется на положениях МЭК 61161, однако в него внесены некоторые изменения, касающиеся HITU оборудования, генерирующего в общем случае неколлимиро-ванные поля с гораздо более высокой выходной мощностью. В МЭК 61161 указано, что измерения следует проводить при установке мишени возможно ближе к преобразователю. Однако для сильно фокусирующих преобразователей это не всегда возможно, и бывают случаи, когда более правильно измерять воздействующую мощность, которая достигает какой-либо определенной поверхности, расположенной на некотором солидном расстоянии от преобразователя (эта поверхность, например, может представлять собой кожу тела пациента). Такое существенное расстояние может стать причиной значительных нелинейных потерь при распространении ультразвука в воде. Именно поэтому в

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

настоящем стандарте в качестве первичной измеряемой величины рассматривают воздействующую мощность, а не выходную мощность преобразователя. Конечно, воздействующая мощность может служить основой для определения выходной мощности при использовании соответствующей модели, влекущей однако дополнительные источники погрешности (см. приложение Е). Несмотря на то что метод изменения плавучести определяет усредненную по времени мощность, воздействующую на мишень за весь период ее ультразвукового облучения, метод уравновешивания радиационной силы будет определять мощность только во время включения и выключения возбуждения преобразователя. Полученные при включении и выключении значения могут отличаться друг от друга, и среднее из этих значений необязательно будет равным усредненной во времени мощности. В общем случае время облучения должно выбираться с учетом определенных ограничений для каждого устройства.

6 Радиационная сила, воздействующая на мишень

6.1 Общие положения

Уравновешивание радиационной силы следует осуществлять на мишени, связанной с системой уравновешивания (весами). Ультразвуковой пучок должен быть направлен на мишень вертикально вверх или вниз (или горизонтально), и радиационная сила, оказывающая давление на мишень, должна быть измерена с помощью весов. Воздействующую ультразвуковую мощность следует определить по разнице веса мишени при воздействии ультразвукового облучения и без него. Калибровку весов можно провести с помощью небольших грузиков с точно известной массой.

Мишень должна быть выбрана такой, чтобы наиболее точно соответствовать одному из крайних случаев, т. е. быть идеальным отражателем или идеальным поглотителем.

Для плоской падающей волны акустическую воздействующую мощность Р₍ от ультразвукового преобразователя следует вычислять по составляющей радиационной силы F, воздействующей на мишень в направлении распространения из соответствующих выражений (1) или (2):

для идеальной поглощающей мишени Р₍ = с • F; (1)

для идеальной отражающей мишени Р₍ = с • F / (2 cos² в), (2)

где с — скорость звука в среде распространения (обычно в воде);

в — угол между направлением падения ультразвуковой волны и нормалью к отражающей поверхности.

Примечание — Под упоминаемым выше направлением падения звуковой волны понимают в общем случае направление оси поля (пучка).

Соотношение между радиационной силой и воздействующей мощностью зависит в принципе от допущений об излучаемом поле и его взаимодействии с мишенью и измерительным баком. Для некоторых неплоских волн (например, в случае сфокусированного или расходящегося пучков или при одновременном излучении множества источников), следует установить правильное соотношение между радиационной силой и воздействующей мощностью. При этом следует оценить неопределенность значения воздействующей мощности из-за отклонения ультразвукового поля от условий плоской волны.

В некоторых случаях воздействующие на мишень акустические течения могут быть сравнимы с радиационной силой. В этих случаях для определения величины радиационной силы следует провести корректирующие измерения с внесением теоретических поправок или с использованием пленки вблизи мишени. Соответствующие рекомендации даны в приложении Е настоящего стандарта. Следует оценить неопределенность измерения воздействующей мощности, вызванную влиянием акустических течений.

Примечание — Соответствующие формулы для некоторых идеализированных преобразователей простой конфигурации приведены в приложении С.

Воздействующую мощность рекомендуется измерять с преобразователем, возбуждаемым в режиме, сходном с его клиническим применением (например, в режиме непрерывной волны или в тонально-импульсном режиме, согласованном, однако, с временем отклика системы уравновешивания).

При необходимости использования различных параметров импульсного режима, чтобы не допустить повреждения мишени или преобразователя, необходимо исследовать эффекты воздействия на выходную мощность преобразователя различных тепловых нагрузок.

Более подробную информацию о требованиях, изложенных в последующих пунктах раздела 6, можно найти в приложении А МЭК 61161:2013.

6.2 Требования к оборудованию

6.2.1 Тип мишени

6.2.1.1 Общие положения

Рекомендуется использовать поглощающую мишень. Применение конической отражающей мишени в общем случае нежелательно, однако в некоторых ситуациях она может оказаться необходимой.

Акустические свойства мишени должны быть известны, что важно для правильного использования соотношения между ультразвуковой мощностью и радиационной силой (см. также приложение А МЭК 61161:2013).

6.2.1.2 Поглощающая мишень

Поглощающая мишень должна иметь:

– амплитудный коэффициент отражения менее 5 %;

– поглощение акустической энергии внутри мишени не менее 98 %.

Для измерений мощности коллимированных преобразователей поглощающую мишень рекомендуется ориентировать под небольшим углом коси симметрии преобразователя, чтобы минимизировать когерентные отражения.

Поглощающий материал и конструкция мишени должны быть выбраны таким образом, чтобы снизить риск ее постепенного нагрева или механического повреждения при длительном ультразвуковом облучении. Временные изменения амплитудного коэффициента отражения или поглощения акустической энергии должны быть такими, чтобы их воздействие на измеряемую мощность не превышали 2 %. В противном случае следует вводить поправки.

6.2.1.3 Отражающая мишень

Амплитудный коэффициент отражения отражающей мишени должен превышать 99 %.

Следует рассмотреть возможность отражения части ультразвуковой энергии от мишени обратно к преобразователю и выбрать такую форму мишени, которая бы соответствовала геометрии преобразователя.

В общем случае коническая отражающая мишень не пригодна для измерений фокусированных или расходящихся пучков и ее не рекомендуется применять для измерения мощности фокусирующих или многоэлементных преобразователей, или преобразователей с ка < 17,4, пока в этом нет острой необходимости. Если же без использования конической отражающей мишени обойтись нельзя, то следует оценить правильность использования соотношения между ультразвуковой мощностью и радиационной силой и связанную с этим неопределенность.

Примечание — Точное значение радиуса а зависит от различных обстоятельств. Для преобразователей, применяемых на практике, это эффективный радиус преобразователя. При вычислениях в предположении, что преобразователь — поршневого типа, это значение геометрического радиуса преобразователя.

6.2.2 Диаметр мишени

Диаметр мишени должен быть большим настолько, чтобы улавливать не менее 98 % ультразвуковой энергии, достигающей измерительной плоскости. Формулы для оценки требуемого диаметра мишени приведены в приложении В настоящего стандарта.

Примечание — Для определения минимального диаметра мишени какой-либо конкретной конструкции можно использовать и другие методы, например, моделирование или измерения с помощью гидрофона.

6.2.3 Система уравновешивания радиационной силы/весы

Системой уравновешивания радиационной силы могут быть гравиметрические весы, и в этом случае ультразвуковой пучок должен быть ориентирован вертикально. Альтернативой им может быть система с силовой обратной связью, и тогда пучок может быть направлен горизонтально. Если весы откалиброваны в единицах массы, то изготовителем или самим пользователем должен быть обеспечен их перевод в единицы силы.

Примечание — Калибровку системы с горизонтальной ориентацией пучка можно выполнить с помощью соответствующего рычажного приспособления на весах или специальных излучателей с известной акустической мощностью.

Используемые весы должны иметь существенную разрешающую способность по мощности (см. также приложение А МЭК 61161).

ГОСТ Р МЭК 62555-2015

6.2.4 Измерительный бак

При использовании отражающей мишени стенки измерительного бака должны быть покрыты поглощающим материалом так, чтобы влияние отражений от них на измеряемую мощность не превышало 2 %.

6.2.5 Устройства поддержания мишени

6.2.6 Установка преобразователя

6.2.7 Пленки для защиты от акустических течений

Влияние акустических течений на мишень должно быть устранено с помощью специальной пленки или таким построением процесса измерений, чтобы это влияние не превышало 2 % от измеряемой мощности. В противном случае в результаты измерений необходимо вводить поправки.

Примечание — На практике отклонение пленки от параллельности к преобразователю на величину от 5° до 10° находят достаточным.

6.2.8 Акустическая связь с преобразователем

6.2.9 Калибровка и стабильность результатов

Система уравновешивания радиационной силы должна быть откалибрована как прибор для измерения силы с помощью небольших грузиков известной массы.

Изменение чувствительности системы уравновешивания радиационной силы по ультразвуковой мощности следует проверять при помощи ультразвукового излучателя с известной выходной мощностью. Такую проверку проводят ежегодно или более часто, если есть подозрения, что эта чувствительность изменилась.

Примечание — Чувствительность по ультразвуковой мощности может измениться из-за деградации материала мишени вследствие тепловых или кавитационных воздействий.

6.3 Требования к условиям измерений

6.3.1 Расположение мишени относительно оси пучка

Поперечное положение мишени относительно оси пучка должно оставаться постоянным в процессе измерений и воспроизводимым настолько, чтобы влияние смещений не превышало 2 % от измеряемой мощности.