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超声功率基准装置

/primary standard for ultrasound power/
条目作者杨平朱岩
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杨平

朱岩

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最后更新 2022-12-23
浏览 125
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用于复现和保存超声波功率量值的装置。

英文名称
primary standard for ultrasound power
所属学科
机械工程

单位瓦特(W),一般用于测量水介质中超声换能器辐射的超声功率。

超声功率是国际计量委员会声学、超声与振动咨询委员会(CCAUV)关注并组织国际关键比对的重要量值,已经组织开展了多次国际关键比对,中国计量科学研究院代表中国参加了多次比对并取得优异结果。

中国超声功率基准装置研制始于20世纪80年代,最早由中国计量科学研究院开展,在当时国家技术监督局项目经费的支持下,中国计量科学研究院的熊大莲高工在广东省计量科学研究院最早建立了中国的瓦级/毫瓦级超声功率基准装置,并后续在中国计量科学研究院建立了瓦级/毫瓦级超声功率副基准装置。

国际电工委员会推荐的超声功率测量方法是辐射力天平法。通过测力机构(通常为天平)测量超声波辐射到理想反射靶/吸收靶上的力值,经过一定的数值换算与修正,得到超声换能器表面辐射出的超声功率。经过不同版本的修订,辐射力天平法适用于工作在线性状态下的平面波声场与聚焦声场,不适用于非线性状态,例如发生空化时的状态。基于辐射力天平法的超声功率基准装置,主要设备及换能器包括:超声波发射换能器、信号源、功率放大器、消声水槽、理想反射靶/吸收靶、天平或其他测力机构、交流电压测量装置等。

进入21世纪以来,随着高强度聚焦超声日益广泛应用于临床超声治疗,非线性条件下的超声功率测量成为关注的热点。针对非线性条件下的超声大功率测量,国际标准推荐采用量热法进行测量,利用比热容、膨胀系数已知的液体介质,通过测量超声波辐射到液体介质后的内部温升或者体积变化来得到吸收的能量,进一步计算得到超声功率。基于量热法的超声功率基准装置,主要设备及换能器包括:超声波发射换能器、信号源、功率放大器、测温装置、天平或其他测力机构、交流电压测量装置等。

在医学领域,由于超声波可以用于诊断、理疗与治疗,超声功率量值对于确保诊断类、理疗类超声设备的安全性,治疗类超声设备输出剂量的准确性具有重要作用。超声功率基准装置主要应用于标准超声功率源、超声功率计等设备的测量校准,功率范围为兆瓦级别到100瓦级别,频率范围为兆赫兹到10兆赫级别。

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