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中国的球面波聚焦场自易法校准技术成为IEC技术规范的标准方法
[发布时间]: 2017年09月19日
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[责任编辑]: 刘佳霖 孙佳

9月14日接到国际电工委员会(IEC)超声学技术委员会(TC87)主席Volker Wilkens来电邮告知:由中国IEC委员会申请、上海交通大学生物医学工程学院教授寿文德任领导人兼执笔、江苏省医疗器械检验所胡济民高级工程师参加,德国、意大利、韩国及美国专家参与编写的IEC TS 62903 Ultrasonics-Measurements of electroacoustical parsmeters and output acoustic power of spherically curved transducer using self-reciprocity method的终审技术规范(TS)文本已送达IEC中央办公室(进入最终编辑、修图、排版、法文版译编等工作程序)。预计在完成期限(2018年7月)前率先用英法文双语出版,至此我国起草工作任务基本完成。一个基于我国创立的球形曲面聚焦换能器的绝对校准方法—自易法的IEC国际标准方法即将诞生。

球面波聚焦场自易法校准球缺面换能器技术在2002年由寿文德等首先建立起。他们正确地定义了一对球面聚焦超声换能器的自由场发射电流响应和接收电压灵敏度,把电声互易定理推广到球面聚焦声场。在几何声学和镜像原理模式下,导出了自由场球面聚焦场互易参量和相应的电声参数的表达式。再引入实际校准中存在的衍射修正系数、反射器的平均反射系数、声衰减修正系数后,得到了精确的计算公式,为本方法奠定了理论基础。寿文德组织了全国11个专业单位14位专家成立工作组,开展测量、验证和不确定度估计做了大量工作,起草了国家标准GB/T32522-2016《声学 压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量》,从此自易法成为我国测量球缺面换能器电声参数的的标准方法。

2015年专家组成功申请了基于自易法的IEC技术规范TS62903项目。在项目起草过程中,国际超声理论权威之一德国联邦技术物理研究院(PTB)的Klaus Beissner曾两次对我国草案中的自易法和声功率测量计算公式提出过否定性质疑,指出了标准草案中的若干叙述和用词的错误,同时也为专家组提供了4篇最新的相关文章和理论新结论供参考,据此提出Rayleigh积分的有效空间的有限性需要定量界定。此外Klaus Beissner还要求补充全频率范围内的适用性的实验依据等严格的要求,帮助草案文件的修改。

为此专家组仔细研究了所提供的新点和论据,修改了原来国标中存在的一些错误论述和一种推导路径,吸收了Klaus Beissner提出的创新理论成果,对规范草案进行了补充,从而使自易校准理论和实验更加正确完善。专家组曾两次专门做了解释性的幻灯片和文字,在会议上进行演示,说明了改进后的方法的合理性和可行性,最终在国际同行中获得了完全赞同。这个技术规范是一个高水平高质量的创新性技术规范,是国际交流与合作的成功典范。

球缺面聚焦换能器的自易法校准,它通过一次测量就可测得球缺形聚焦换能器的发生相应、接收电压灵敏度、发射功率、辐射电导和电声效率等一系列参数。测量准确,属于一级绝对校准方法。它不但填补了电声换能器互易校准的理论和实验的空白,而且抗干扰能力强,信噪比高,设备简单易行,操作简便,有广泛而实际的用途。对高频、低占空比、大功率超声聚焦换能器的电声参数和声功率测量有独特的优点。

[作者]: 孙建奇 
[摄影]:
[供稿单位]: 生物医学工程学院
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