ICS 11.040.50 YY C 41 中华人民共和国医药行业标准 YY/T01632005 代替YY/T0163—1994 医用超声测量水听器特性和校准 Characteristics and calibration of hydrophones for medical ultrasonic fields 2005-12-07发布 2006-12-01实施 国家食品药品监督管理局 发布 YY/T0163—2005 前言 本标准的附录A是资料性附录。 本标准由国家食品药品监督管理局提出。 本标准由全国医用超声设备标准化分技术委员会归口。 本标准由上海交通大学、国家武汉医用超声波仪器质量监督检测中心负责起草。 本标准主要起草人：寿文德、段世梅、顾欣、白德念。 YY/T0163—2005 医用超声测量水听器特性和校准 1范围 本标准规定了0.5MHz～10MHz频率范围内，采用压电传感元件测量医用超声设备在水中产生 的脉冲的或连续波超声场的水听器的术语和定义、产品分类、要求和校准方法。 本标准适用的水听器是一种已知灵敏度且具有高频宽频带频率响应的水下声接收器。它由圆片形 的压电传感元件，声学结构件，外壳，电缆和插头组成。有针形和薄膜形两种主要结构形式。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T3947声学名词术语 3术语、定义及符号 3.1术语和定义 GB/T3947确立的以及下列术语和定义适用于本标准。 3. 1.1 声中心 acousticcentre 换能器上或接近换能器的一点，从远离换能器的空间点处可以观察到换能器是从该点发射呈现出 发散状态的球面波。 3. 1. 2 水听器hydrophone 对水中的声信号发生响应并产生相应的电信号的一种换能器。 注：用于测量高频超声场的水听器通常由一个薄圆盘形的压电元件作为灵敏元件，被安装在一个针状探头的顶端 或成为一个绷紧的塑料薄膜的一部分而构成的。灵敏元件通常直径小于1mm。本标准中所用的“水听器”一 词，即指上述两种微型灵敏元件的水听器。对于大换能器作水听器用时，则称为“接收器”。 3. 1. 3 可逆换能器reversibletransducer 一个既可用作水听器亦可用作发射器的换能器，后者是一种将电信号转换为声信号的装置。 3. 1. 4 互易换能器reciprocitytransducer 线性，无源，可逆并满足互易原理的换能器。 3.1.5 水听器开路电压open-circuitvoltageatahydrophone 无电流通过状态下水听器的电端出现的电压。 符号：U 单位:V 1 YY/T0163—2005 3. 1. 6 水听器自由场（电压）灵敏度free-fieldsensitivityofahydrophone 水听器输出端开路电压，与声场中引人水听器前存在于水听器的声中心位置处的未扰动的声压的 比值。 符号：M 单位：V/Pa 注1：自由场电压灵敏度是对一个平面行波而言的。水听器相对于平面波传播的方向，输出端和频率都应指明。 注2：自由场电压灵敏度常用级”来表示，单位为分贝，dB。自由场电压灵敏度级是由自由场电压灵敏度与其基准 值之比值以10为底的对数乘以20。常用基准值在水中为1V/μPa。 3.1.7 发射器的发送电流响应 transmitting responseto current of a projector 在某一指定频率下，在发射器的无干涉效应的声场中的指定某一点处（或某一面上)声波的声压（或 该面上的平均声压)与流过发射器电端的电流的比值。 符号：S 单位：Pa/A 3. 1. 8 互易常数reciprocitycoefficient，reciprocityconstant 满足电声互易原理的电声换能器，其互易常数为用作水听器时的自由场（电压)灵敏度M与用作发 射器时的发送电流响应S的比值。在发送的声波近似为平面波的情况下，互易常数近似为2A/pc，称为 平面波互易常数。式中A为换能器的有效面积，P为传声媒质的密度，c为媒质中的声速。 符号：J 单位：W/Pa 注：平面波互易常数适用于平面波传播。但本标准所述的校准方法中，真正的平面波并未实现。为此提出了一个 对声场偏离平面波条件作出修正的修正系数。 3. 1.9 水听器的指向性响应directionalresponseofahydrophone 在指定频率下在通过水听器的声中心的指定平面内。水听器响应作为人射声平面波的传播方向的 一个函数的描述，常用图线表示。 3.1.10 电缆端漏电阻 end-of-cableleakageresistance 符号：R 单位：2 3.2符号表 Al 辅助换能器的有效面积，m； a 水听器的有效半径，m； 辅助换能器的有效半径，m； ai au 必须用来减少参考电压Urer使之等于电压U的因数； aul 必须用来减少参考电压Urer使之等于电压U的因数； an 为驱动一个流过阻抗R。的电流等于Ii，而用以减少参考电压Urer的因数； c 水中的声速，m/s； d 水听器与反射器间的距离，m； di 辅助换能器与反射器间的距离，m； N YY/T0163—2005 f max 最大测量频率，Hz； Gi 单独用辅助换能器情况下，对衍射损失的修正因数； G2 使用辅助换能器和水听器情况下，对衍射损失的修正因数； G. 只有在某些测量条件下可应用的把G和G?结合起来的修正因数； 流过辅助换能器的电流，A； Ik 流过在辅助换能器处引人短路的电流，A； J 互易常数，W/Pa"； Jp 平面波互易常数(J，=2A/pc)，W/Pa"； 为得到辅助换能器的开路电压的修正因数； ku 为得到水听器的开路电压的修正因数； M 水听器的自由场（电压)灵敏度，V/Pa； M* 在假定理想平面波测量条件下，水听器的表观自由场（电压）灵敏度，V/Pa； N 近场距离（N=ai/入)，m； P 声压，Pa; Pi 辅助换能器发射的平面波声压，Pa； Ro 等于精密衰减器的特性阻抗的标准负载阻抗，； Ri 水听器电缆末端的漏电阻，Q； r 在反射器与水的界面上的声压（幅度）反射系数； s 从辅助换能器到水听器的归一化距离(s=（di十d)入/ai），m; Si 辅助换能器发射电流响应，Pa/A； S" 在假定理想的平面波测量条件下，辅助换能器的表观发送电流响应，Pa/A； n 水听器的开路电压，V； 'n 辅助换能器的开路电压，V； "n 参考电压，V； 换能器辐射面的振速，m/s； 2 沿换能器的声轴的距离，m； α' 水中声压幅度衰减系数，Np/m； 水中的声波长，m； 入 水的密度，kg/m²。 p 4产品分类 用于标准化测量目的的水听器，分为针形（Z型）和薄膜形（M型）两类。按照其主要应用规定分为 A级和B级： a）A级水听器：为已校准的精密水听器，满足10MHz以内频率分量的超声场特性的定量化测量 要求，它们应能测量在任何声场条件下在一点处的瞬态声压。这种声场条件多半可在大多数 类型的医用超声换能器的焦区或靠近焦区处观察到。 b）B级水听器：为普通的测量水听器，仅用于相对测量的而不是定量的测量时，例如测量声场的 空间特性。 5要求 5.1灵敏度 5.1.1灵敏度级 3 YY/T01632005 5.1.1.1Z型水听器 A级与B级二者的自由场（电压）灵敏度应足以用高于6dB的信噪声比对3X103Pa声压进行 测量。 5.1.1.2M型水听器 A级与B级二者的自由场（电压）灵敏度应足以用高于6dB的信噪声比对3X10Pa声压进行 测量。 5.1.2线性度 对A级与B级二者，要求在3×103Pa(Z型)或3×10Pa(M型)至3×105Pa的动态范围内，水听 上，通常以原点至3×10*Pa对应的电压值的直线作为理论拟合直线，在这动态范围内的实际测得值与 拟合直线之差不应大于士10%。 5.1.3频率响应 在0.5MHz～10MHz频率范围内，覆盖至少2.5个倍频程的注明频带内，自由场灵敏度级对A级 在土2dB容限内为常数，对B级在容限士4dB内为常数。在标明的频带内，对不连续的频率的灵敏度 数据，相邻频率间隔内灵敏度变化小于士1.5dB。 5.1.4温度稳定性 在16℃～30℃温度间，A级水听器的灵敏度级偏离23℃时值不应大于±1dB；在30℃～40℃时， 灵敏度级偏离23℃时的值不大于士2dB。 5.1.5时间稳定性 A级水听器在一年时间内，灵敏度级变化不大于土2dB。因此在不长于1年的时间内水听器应重 复校准。 5.2指向性 5.2.16dB波束宽度 在工作频率为3.5MHz处，在过最大灵敏度方向的两个相互垂直的平面内，测得的两个一6dB指 向性开角的平均值0-6dB。 对1mm的灵敏度元件的水听器：Z型6-6B>30°；M型9-6dB>6° 对0.6mm的灵敏度元件的水听器：Z型6-6B>40;M型9-6>10 5.2.2轴偏差 最大灵敏度方向和几何轴之间的偏差<3°。 5.3电特性 5.3.1应给出在16℃～40℃之间的某一温度处灵敏元件电容量的计算值。 5.3.2应给出电缆长度<1.5m时电缆末端的电容量。 5.3.3电缆末端的漏电阻应>100k2 5.3.4水听器可作发声器用时，应给出最大的激励电压Up与占空比D。 5.4机械和环境方面