JJF(浙) 1174-2021 0.5MHz-15MHz超声声场特性校准规范

浙江省地方计量技术规范JJF（浙）1174-20210.5MHz-15MHz超声声场特性校准规范CalibrationSpecificationforAcousticPerformanceofUltrasonicFieldintheFrequencyRange0.5MHzto15MHz2021-03-05发布2021-06-05实施浙江省市场监督管理局发布0.5MHz-15MHz超声声场特性校准规范CalibrationSpecificationforAcousticPerformanceofUltrasonicFieldintheFrequencyRange0.5MHzto15MHz归口单位：浙江省市场监督管理局主要起草单位：浙江省计量科学研究院中国计量大学JJF（浙）1174-2021JJF(浙)1174—2021II本规范主要起草人：俞醒言（浙江省计量科学研究院）高申平（浙江省计量科学研究院）姚磊（浙江省计量科学研究院）郑慧峰（中国计量大学）参加起草人：吴德林（浙江省计量科学研究院）李娜（浙江省计量科学研究院）李凤鸣（中国计量大学）JJF(浙)1174—2021I目录引言................................................................................................................................................II1范围.............................................................................................................................................12引用文件.....................................................................................................................................13术语和计量单位.........................................................................................................................14概述.............................................................................................................................................25计量特性.....................................................................................................................................26校准条件.....................................................................................................................................37校准项目和校准方法.................................................................................................................48校准结果表达.............................................................................................................................79复校时间间隔.............................................................................................................................7附录A校准记录的内容..................................................................................................................8附录B测量不确定度评定示例....................................................................................................11JJF(浙)1174—2021II引言本规范依据JJF1071－2010《国家计量校准规范编写规则》所给出的规则和格式编制。本规范参照了GB/T16540－1996《声学在0.5~15MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法》、GB/T19890－2005《声学高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量》和JJF1650－2017《超声探伤仪换能器声场特性校准规范》等相关资料。本规范为首次发布。JJF(浙)1174—202110.5MHz-15MHz超声声场特性校准规范1范围本规范适用于0.5MHz~15MHz频率范围内水中聚焦换能器的声场特性校准，其他频率范围的换能器超声声场特性校准可参照本规范。2引用文件本规范引用下列文件：JJF1001通用计量术语及定义JJF1034声学计量术语及定义JJF1059.1测量不确定度评定与表示JJF1650－2017超声探伤仪换能器声场特性校准规范GB/T3102.7声学的量和单位GB/T16540－1996声学在0.5~15MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法GB/T19890－2005声学高强度聚焦超声(HIFU)声功率和声场特性的测量凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语和计量单位JJF1001和JJF1034界定的及以下术语和定义适用于本规范。3.1声焦距pressurefocallength聚焦换能器有效辐射面至声压焦点的距离。一般可用声压焦点处水听器接收到的声压信号与聚焦换能器的发射信号之间的声程差来表示。3.2焦域focalregion聚焦声场中包含焦点并具有下列性质的所有点构成的连续空间：在这些点处，时间平均声强(或声压有效值平方)大于或等于时间平均声强(或声压有效值平方)最大值的一个指定的百分数。对-3dB焦域、-6dB焦域、-10dB焦域，时间平均声强分别对应的百分数是50%、25%、10%，声压有效值分别对应的百分数分别是70.7%、50%、31.6%。3.3-3dB(或-6dB/-10dB）焦域尺寸fullwidthat70.7%（or50%/31.6%）of(pressure)maximum-3dB(或-6dB/-10dB）焦域在垂直于声束轴方向上和声束轴方向上的最大尺JJF(浙)1174—20212寸，即声压焦平面内的最大-3dB(或-6dB/-10dB）声束宽度和声束轴上的声压-3dB(或-6dB/-10dB）最大长度。3.4声重复周期acousticrepetitionperiod非自动扫描系统的脉冲重复周期或自动扫描系统的扫描重复周期。对于连续波系统为相邻两周期间的时间间隔。3.5正峰值声压peak-positiveacousticpressure声场中声重复周期的正瞬时声压的最大值。3.6负峰值声压peak-negativeacousticpressure声场中声重复周期中的负瞬时声压绝对值的最大值。峰值负声压用正数表示。3.7空间峰值声强spatialpeakintensity声场中脉冲持续时间的平均声强的最大值。3.8-10dB辐射声功率acousticradiationpowerofthetransducerat31.6%of(pressure)maximum换能器在单位时间内，-10dB焦域在声压焦平面区域内的声能。4概述聚焦换能器广泛应用在超声医疗诊断、治疗和工业超声等领域，聚焦换能器的声场特性是换能器的重要参数，可以通过水听器测量与分析获得。5计量特性5.1声焦距声焦距的偏差一般不超过标称值的±15%。5.2-3dB(或-6dB/-10dB）焦域尺寸-3dB(或-6dB/-10dB）焦域尺寸的偏差一般不超过标称值的±25%。5.3正峰值声压和负峰值声压正峰值声压和负峰值声压的偏差一般不超过标称值的±25%。5.4空间峰值声强空间峰值声强的偏差一般不超过标称值的±30%。5.5-10dB辐射声功率-10dB辐射声功率的偏差一般不超过标称值的±35%。JJF(浙)1174—20213注：由于校准无需作出合格与否的判定，因此上述技术指标仅供参考。6校准条件6.1环境条件室温：（15~30）℃；水温：（23±3）℃。6.2测量标准及其他设备6.2.1信号发生器及功率放大器具备调制脉冲信号产生的波形发生器，频率范围至少覆盖（0.5~15）MHz。功率放大器能够放大信号，并驱动换能器工作，带宽至少覆盖（0.5~15）MHz，总失真不大于2%。6.2.2测量水听器及其前置放大器在频率响应范围覆盖0.5MHz~15MHz。水听器敏感元件有效半径与四分之一声波波长可比拟或小于四分之一波长，或其最大有效半径按公式（1）计算：2/12121max)(8alaaawf（1）式中：awf——与声工作频率相对应的声波长，单位为毫米（mm）；1a——超声换能器或换能器阵的有效半径，或其最大尺寸的一半，单位为毫米（mm）；l——水听器与超声换能器表面间的距离，单位为毫米（mm）。注：能实现同等技术指标的水听器均可用于该测量系统。6.2.3精密坐标测量装置精密坐标测量装置由测量用水槽和自由度调节机构组成。测量用水槽满足声场扫描范围的需求，水槽内空间尺寸应不小于0.5m×0.5m×0.5m，具备至少两个自由度调节机构用于调节超声换能器的位置和姿态。夹持调节机构具有X、Y、Z的空间定位，以及调节水平偏转和垂直俯仰功能，其中X、Y、Z的空间定位精度应优于50μm，水平偏转和垂直俯仰旋转角度分辨力优于0.05°。6.2.4信号采集装置工作频率上限不低于100MHz，采样率应高于200MHz；不少于两个通道，具备时间延迟测量和幅值测量功能，采样精度要求，A/D位数不低于8位。6.2.5温度测量设备测量范围（20±5）℃，最大允许误差优于±0.1℃。JJF(浙)1174—202146.2.6溶解氧测量设备溶解氧测量设备能够测量水中溶解氧量，最大允许误差±0.5mg/L。7校准项目和校准方法7.1校准项目超声声场特性的校准项目见表2。表2超声声场特性校准项目一览表序号项目名称技术要求的条款号校准方法的条款号1声焦距5.17.2.12-3dB(或-6dB/-10dB）焦域尺寸5.27.2.23正峰值声压和负峰值声压5.37.2.34空间峰值声强5.47.2.45-10dB辐射声功率5.57.2.57.2校准方法7.2.1声焦距声焦距的测量装置如图1所示，水槽中注入纯净水或经过净水处理之后的自来水，必须经过除气处理，含氧量≤4mg/L，温度保持在（23±2）℃。图1超声声场特性校准装置的示意图JJF(浙)1174—20215调整水听器和待测换能器，使水听器置于待测换能器的声场声轴线上。设定信号发生器的工作频率，采用调制脉冲模式，确保水听器的输出达到稳定状态，且不受反射波等干扰。通过自由度调节机构带动水听器定位到换能器的声轴位置，沿