B超诊断仪超声功率测量方法探讨

B超诊断仪超声功率测量探讨 一, 计量技术1999.?1120 三,数据分析 由表中数据可以看出:LPS型称重传感器 的五项指标改进后比改进前提高明显,说明传 感器在加载受力后,固定方式A对应变区的影 响要大于固定方式B.对于B—xA型称重传感 器,指标提高虽不明显,但总体上讲改进后要 比改进前好,说明螺纹通孔比螺纹盲孔传力情 况好,但不及圆柱光通孔的情况.基于以上测 试结果,用CAD有限元分析法进行模拟验证, 结论与上述分析结果是一致的. 四,改进成效 LPS型和BXA型称重传感器,是电子计 价秤的专用传感器,还广泛用于制作电子案秤, 电子台秤及其他小量程电子秤.通过以上改进, 使该类传感器,特别是L—PS型传感器的性能 指标有了较大地提高,性得到改善,圆柱 光通孔不但比丝(盲)孔加工工序简单,对弹 性体热处理后残液的清理也变得更加容易,彻 底,测试,装夹效率也比原先固定方式有大幅 度提高. B超诊断仪超声功率测量方法探讨 ,,张新乔蒋香云 广,/(0FF开所,邵阳市422000)(邵9希而院) 7177卯占 擒耍本文结合B超诊断仪及超声功率计的原理与结构,提出了超声功率测量方法, 分析了测量误差 的来源及消除误差的办法.对BCZ100l型毫瓦级超声功率计的不足及器的检 定方法提出了意见. 关键词B — /~— , {X跫三衰减有效面积超声压力f酱 一 ,超声波的发射及超声功率测量的意义 对B超诊断仪进行超声功率是出于 安全的要求.超声能是一种机械能,在传播过 程中会不可避免地和介质相互作用产生各种效 应.当超声能量达到一定强度的时候,不仅产 生热效应,还可能产生使细胞引起破坏性形变 的空化效应.国际上推荐的安全剂量是lOmW/ c?h,计量检定规程JJG631~一90中规定B超 诊断仪输出声强不大于lOmW/~mh.由此可 见,峰值功率不是检定的对象,因为对组织细 胞产生破坏作用的固素是过大的超声能量.但 是,根据超声功率发射机理,超声功率平均值 的太小与相应峰值功率成正比,即存在— R.P.式中,为峰值功率(mw);P为平均功 率(roW);R=T2/(nT1),n为的数,与 焦点选择有关,如?(近程)和M(中程)聚 焦状态时,丁z内有4个脉冲,一4fF(远程 1)和F2(远程1)聚焦状态时,丁内有6个 脉冲,=6.T,T见图1所示, 计量技术1999.Ng_11 ————一—————— —一 (面脉冲渡形 ^===型堕=nll_——一 k?————一3[—————- (bl3.~MI-Ia焦点时的输出波形 圈1 目前,对超声换能器输出功率的检测较成 熟的方法是超声压力法,计量检定部门常用的 BCZ100—1型毫瓦级超声功率计是利用超声压 力测量原理来测量超声功率的.图2为测量原 理示意图. 图2 若以P表示声压,表示声功率,则有: W4=kW1,W4=P4,W5一4 式中,为换能器输出声功率(仅含耦合窗范 围内)(mw)}W为靶面范围内的超声功率 (roW);Ws为显示器显示的功率值(mw);P 为靶面感受的超声压力(N);k为超声经耦合膜 水(距离为,)传播后的衰减倍数;为超声功 率与超声压力的转换系数(mw);为显示 器放大倍数(N/roW);L为靶到耦合窗的距离 (cm) 故W1一(/kp)W 若取W一?,,则有 p=k/'k' 若设k=Te,7为常数,为水的衰减系 数,则 .9一(7/k)e(1) 由式(1)可知,显示器放大倍数与靶到耦 合窗口的距离L,耦合介质的衰减系数有关. 且成指数关系变化,同时考虑超声功率与超声 压力的关系系数k,BCZ1001型功率计设有卢 值调节电位器与线性调节电位器,供检定功率 计时调整误差之用.因此,功率计应及时送检. 以保证功率检测的准确性. 三,BCZ1001型毫瓦级超声功率计使用方法 在实际测量过程中,我们应避免出现以下 几点错误: 1.不调平衡直接读数 调平衡的目的是再现检定该功率计时所规 定的测量条件,以确定卢值与线性.BCZ1001 型毫瓦级超声功率计的操作程序如下: (1)调水平;(2)注水;(3)夹探头; (4)开电源;(5)开靶锁;(6)调平衡(至50% 处);(7)调零;(8)开B超冻结开关;(9)调 平衡(至50%处)}(10)读数}(11)关靶锁: (12)放水;(13)关电源;(14)取探头; (15)擦耦合窗. 如第(9)步不调平衡而直接读数,则结果 有较大误差,原因有如下3点: 1)改变了靶面到耦合窗的距离工. 2)改变了靶面的有效作用面积(靶相对探 头偏斜一定角度). 3)功率计在测量范围内示值并不是线性 的. 困此,严格按操作规程操作是保证测量准 确度的必要条件. 2.安装探头的位置不准确 安装探头时应注意以下2点: 1)探头必须安装在耦合窗的中心位置,探 头轴线(面)应在水平面内. 2)探头与耦合膜之间应充满介质,不能留 有气隙. 如图3所示,探头安装的位置影响有效超 声功率(作用于靶面的超声声强)的大小,以 s表示有效作用面积.图3(a)为安装正确的 情况,阴影部分面积为有效面积.图3(b)为 探头轴线(面)偏离^的有效面积,显然> . 计量技术1999.?11 一 {==l 3 探头与耦合膜之间若有气隙,则有效面积 内的超声渡不能全部耦合到水槽中,使测量结 果偏差很大,可达到数倍到数十倍的程度.由 于探头的光学聚集透镜一般都是凸形的,而耦 合窗是平面的,易在边缘形成气隙,因此,安 装探头时应多涂些粘度大的耦合剂. 3.注水时应避免靶面上附有汽泡 4.探头有效面积应根据被测B超仪使用 手册提供的数值计算,否则会影响输出声强的 计算值.一般情况下,同一类型探头有效面积 计算值大致相同,数据见表. 表探头有效面积计算值推荐表 探头类型有效面积(cm) 线性探头 机械扇扫探头 相控阵探头 2.0 1.3 1.6 5.换能器发射的超声渡频率不同,测量结 果也不同 根据式(1)可知 一 (Y/k)e_"" 介质衰减系数.单位为dB/cm?MHz,因 而衰减系数与频率成正比.水及耦合膜在不同 频率其衰减系数是不同的,设平均衰减系数为 .一O-1dB/MHz?cm,工一5cm,对于2.5MI-~ 与5MHz两种超声渡的卢值之比为: /B?一e一0.77 规程规定,检定BCZ]O0.1型功率计时使 用换能器的标称频率为2.5MFIz,因而测量超 声功率时,应根据频率值进行换算. 6.输出声功率与B超诊断仪增益无关 B超诊断仪的增益是指接收机的电压放大 倍数,增益的大小不影响输出声功率,输出声 功率是不可调的,因此,检定时不必将增益调 至最大.而对有电子聚焦功能的B超诊断仪, 应将各个焦点都调出,超声功率才有最大输出. 四,BCZ100—1型超声功率计的合理性讨论 《计量技术》1998年第5期"B超诊断机的 超声功率检定方法的探讨"一文中提到用 BCZ1001型超声功率计测量B超诊断仪输出 声功率是否合理的问,我认为是合理的.超 声波在水中的能量传播是通过水分子振动来实 现的,水分子撞击靶面会产生超声压力,功率 计设置线圈给靶加反向的电磁力,在靶处于平 衡位置时.超声压力与电磁力相等,测出电磁 力就可得超声压力,超声压力值乘以常数因子 可得输出声功率. 超声振子发出的超声波是阻尼波,水分子 传播超声能的振动也是阻尼振动.若以换能器 超声发射方向为正方向,水分子正振幅状态才 能撞击到靶面,负振幅状态是不可能撞击到靶 面的,因此不存在正负振幅相互抵消的问题.只 能说每个振动的水分子撞击靶面时振动速度不 同,传递能量也不同,从而产生不同量的超声 压力,不能说水分子撞击靶面会产生一个反向 的压力,所以该文作者引用的式(7)是不能成 立的.我所在四年中共检B超诊断仪2o余种 300余台次,测得结果显示:甩BCZIOO—l型毫 瓦级超声功率计测量超声功率是可行的.也是 可靠的 BCZ100—1型超声功率计存在以下一些问 题: 1.耦合窗,耦合膜引起超声波衰减,且对 不同频率超声渡衰减系数不同,产生计量误差. 2.探头类型与位置不同.影响仪器的准确 度和稳定性. 3.对不同频率的超声波测量没有设置相 应的转换机构和频率补偿电路. 参考文献 [1:陈智文B型超声诊断仪原理,调试与维修湖北科挂出 版社,1991 [2]李正等-B超诊断机的超声功率检定方法的探讨计量拄 术.1998(5)