Способ калибровки ультразвукового преобразователя

 

Изобретение относится к измерениям мощности ультразвукового излучения в воде, биологических средах и может быть использовано в технике и медицине. Повышение точности измерения мощности излучения ультразвукового преобразователя достигается за счет того, что подают на ультразвуковой преобразователь калиброванную электрическую мощность P₁ резонансной частоты, соответствующую максимальной эффективности преобразования электрической мощности в мощность излучения. Регистрируют сигнал с термочувствительного элемента T₁, находящегося в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем. Изменяют частоту электрической мощности, выходя из зоны резонанса, и измеряют эту электрическую мощность P₂,поступающую на ультразвуковой преобразователь. При этом регистрируют сигнал с термочувствительного элемента T₂. Мощность излучения ультразвукового преобразователя определяют из соотношения P_изл = P₁ - (P₂ · T₁)/T₂. 1 ил.

Изобретение относится к области измерений мощности ультразвукового излучения в воде, биологических средах и может быть использовано в технике и медицине.

Известны способы измерения параметров ультразвукового излучения с помощью калиброванных гидрофонов [см. "Способ калибровки гидроакустической антенны в условиях натурного водоема", Аббясов З., Власов Ю.Н., Маслов В.К., Толстоухов А.Д. Заявка N 92-014820/10].

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за многоступенчатости процесса калибровки.

Известен способ измерения мощности ультразвукового излучения по радиометрическому давлению на чувствительную мишень [см. Cornill C.V., Impovement of portable radiation force balance desiqn. Ultrasonics, 20 (1982). 282].

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за большого вклада в погрешность измерения давления на мишень термических воздействий, сравнимых с радиационными.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению относится калориметрический способ измерения мощности ультразвукового излучения, основанный на поглощении мощности ультразвукового излучения приемником, преобразования его в тепловой поток и с последующим измерением теплового потока путем сравнения его с калиброванной электрической мощностью, рассеиваемой в этом приемнике [см. Miller E.W., Eitren D.G., Ultrasonic transducer characterization at the NBS, IEEE Trans Sonics Ultrason, SV-26 (1979).28].

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за большой погрешности измерения коэффициента поглощения приемника.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения мощности излучения ультразвукового преобразователя.

Способ заключается в подаче на ультразвуковой преобразователь калиброванной электрической мощности P₁ резонансной частоты, соответствующей максимальной эффективности преобразования электрической мощности в мощность излучения, затем регистрируют сигнал с термочувствительного элемента T₁, находящегося в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем, после чего изменяют частоту электрической мощности, выходя из зоны резонанса, и измеряют эту электрическую мощность P₂, поступающую на ультразвуковой преобразователь, и при этом регистрируют сигнал с термочувствительного элемента T₂, а исходную мощность излучения ультразвукового преобразователя определяют из соотношения На чертеже схематически изображено устройство, реализующее изобретение. Ультразвуковой преобразователь 1 подключен к калиброванному источнику 2 электрической мощности высокой частоты. Температуру ультразвукового преобразователя 1 в относительных единицах определяют с помощью любого известного термочувствительного элемента, например терморезистора или термобатареи 3 и регистрирующего прибора 4.

Устройство работает следующим образом. На ультразвуковой преобразователь 1 подается электрическая мощность резонансной частоты P₁ от калиброванного источника 2. На резонансной частоте ультразвуковой преобразователь обладает максимальной эффективностью преобразования. Потребляемая ультразвуковым преобразователем 1 электрическая мощность P₁ преобразуется на две части - мощность излучения P_изл, покидающую ультразвуковой преобразователь, и тепловую мощность, повышающую температуру ультразвукового преобразователя. Превышение температуры ультразвукового преобразователя над температурой окружающей среды определяют с помощью термочувствительного элемента 3, соединенного с вольтметром 4. Для того, чтобы определить коэффициент полезного действия ультразвукового преобразователя, необходимо определить ту часть электрической мощности, которая пошла на нагрев. Для этого необходимо рассеить в ультразвуковом преобразователе калиброванную электрическую мощность P₂ таким образом, чтобы она вся пошла на нагрев. Это происходит тогда, когда ультразвуковой преобразователь питается электрической мощностью нерезонансной частоты. Поскольку все прочие условия регистрации относительной температуры остались неизменными, то сигнал с термобатареи становится точно откалиброван по мощности. При этом мощность излучения P_изл ультразвукового преобразователя определяется из соотношения (I).

Поскольку точность измерений относительной температуры и абсолютных значений электрической мощности велика, а условия теплоотдачи в процессе измерений неизменны, то предлагаемый способ измерений мощности излучения обладает более высокой точностью по сравнении с известными. При этом предлагаемый способ позволяет оперативно определять коэффициент полезного действия ультразвукового преобразователя, что является основным параметром их качества.

Формула изобретения

Способ калибровки ультразвукового преобразователя, заключающийся в подаче на ультразвуковой преобразователь калиброванной электрической мощности F₁ резонансной частоты, соответствующей максимальной эффективности преобразования электрической мощности в мощность излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения калибровки по мощности излучения, регистрируют сигнал с термочувствительного элемента Т₁, находящегося в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем, затем изменяют частоту, выходя из зоны резонанса, измеряют электрическую мощность Р₂, поступающую на ультразвуковой преобразователь, и при этом регистрируют возросший сигнал с термочувствительного элемента Т₂, мощность излучения ультразвукового преобразователя определяют из соотношения

РИСУНКИ

Рисунок 1