【YY医药标准】 单元脉冲回波超声换能器般技术要求和测量方法

中华人民共和国专业标准
YYIT91089-99
单元脉冲回波超声换能器
一般技术要求和测量方法
Elementpulse-echoultrasonic transducer-General specifications and measuring method1988-02-25发布
国家医药管理局
1988-08-01实施
中华人民共和
专业标准
单元脉冲回波超声换能器
一般技术要求和测量方法
ZBC41010-88
中国标准出版社出版
（北京复外三里河）
中国标准出版社北京印刷厂印刷新华书店北京发行所发行各地新华书店经售版权专有不得翻印
开本880×12301/16印张1字数270001988年8月第一次印刷
1988年8月第一版
印数1-1500
书号：155066·2-7099
定价0.80元bzxZ.net
标目98-62
中华人民共和国专业标准
单元脉冲回波超声换能器
一般技术要求和测量方法
Element pulse-echo ultrasonic transducerGeneral specifications and measuringmethodZBC41010—88
本标准适用于压电型发收兼用的单元脉冲回波超声换能器，其有效辐射面的直径不大于30mm，工作频率范围为1~10MHz。1名词术语
本标准中所用的量和单位的名称、符号等均参照有关国家标准GB3100～3102一86《量和单位》GB3947—83《声学名词术语》、GB3238—82《声学量的级及其基准值》的规定。1.1界面(interface)：在超声波传播路径中，由两种不同性质媒质构成的面。1.2猝发音（toneburst)：由一系列间断的正弦波所组成的一种脉冲（本标准规定每列脉冲内填充15～20个正弦波），它是作为窄带激励信号使用。1.3焦距（focallength）：从聚焦换能器的辐射面中心，沿声束轴线到焦平面的距离。1.4焦深（depthoffocus）：从声束横截面积第一次变成距焦面积的四倍的点，至焦平面另一侧，声束横截面积再次变成聚焦面积的四倍的距离。1.5焦面积（focalarea)：焦平面上声束的横截面积，又称焦点尺寸。2一般技术要求
2.1本标准规定的超声换能器额定使用条件和贮存运输条件应按WS2—283—83《医用电器设备环境要求及试验方法》中规定的气候环境试验IⅡI组（参照原文件表1），机械环境试验ⅡI组（参照原文件表2)执行。
2.2超声换能器作为超声诊断仪器的应用部分，对该部分的通用安全要求，应按GB6385一86《超声诊断设备专用安全要求》中有关条款的规定。2.3在超声换能器壳体上应按WS2一305一83《A、M型脉冲反射式超声诊断仪器换能器的标志》规定，并具有清晰和持久的标志。2.4在使用说明书中，必须注明换能器的外形尺寸，标称辐射面积，形状，需配电缆、插头的型号和规格，正常使用的气候条件等特性，对聚焦换能器应注明焦距。2.5制造厂应给出换能器的保修期限，在保修期限内，基本电声特性参数应不低于标准规定的量值。2.6换能器应能在仪器上，每次连续使用10h，其各项特性参数应满足标准规定。2.7换能器辐射端表面（与患者接触部分）至壳体至少在10mm长度具有防水能力，在浸入水中4h后，应保持电绝缘性能和规定的电声特性。2.8经包装后的换能器，在遵守运输贮存和使用规则的条件下，其保修期限由生产厂自行规定。换能器如不能正常工作时，制造厂应无偿地为用户修理和更换产品或附件。国家医药管理局1988-02-25批准1988-08-01实施
3基本电声特性参数
ZBC41010—88
本标准所规定的超声换能器基本电声特性参数，如表1所列。基本电声特性参数*符号、单位、定义、测量方法表1
特性参数
脉冲-回波最
大响应时题率
脉冲-回波颜
带宽度
脉冲-回波中
心额率
相对脉冲回
波灵敏度级
脉冲-回波宽
度(持续时间）
发射电压响应
发射波束宽度
脉冲·回波波
束宽度
电阻抗或电导
介电绝缘性（漏
电流）
(-6 dB)
(—20 dB)
(-12 dB)
由参考平面反射回来的第一次脉冲-回波的频谱中，最大幅值处的频率
由参考平面反射回来的第一次脉冲-回波的频谱中，在最大幅值低6dB处，相应的高低两侧额率差即；Af=fh-f
根据和值，由（f十力）/2算出的频率由参考平面反射回来的第一次脉冲-回波电压最大幅值Umx与被测换能器相应的激励电压（对应频率fe）峰值电压0.之比的对数值：M=2018w由参考平面反射回来的第一次脉冲-回波电压，从最大幅值下降到20dB(10%)时的持续时间测量方法
或见5.2
由被测换能器所产生的峰值声压，与其激励电压峰值U。（对应率fe）之比的对数值：Sv=201g元，以1μPa/V为基准值
在包括主轴的参考平面内（对应频率予），在给定的测量距离处，声轴两侧比主轴最大声压低6dB（和20dB)处的两点距离
由参考靶面反射回来的第一次脉冲-回波，在包括主轴的参考平面内（对应频率），在给定的测量距高处，声轴两侧比主轴最大声压低12dB处的两点距离在自由场条件下，对应题率时，换能器电输入端所呈现的等效电阻抗或电导纳
在某一规定电压下，允许流过换能器端面（与病人接触面）的漏电流；即能承受某一击穿电压和允许最小漏电流的能力
*对某些专用换能器，制造厂应根据临床诊断需要提供必要的特性参数。4测量条件
全部特性参数的测量，经环境试验后，对产品不产生疑义时，允许在温度23士5℃，湿度小于4.1
75%RH，大气压强86~106kPa（650800mmHg）条件下进行。2
ZBC41010—88
4.2除介电绝缘外，全部特性参数的测量都应使超声换能器工作在近似等效媒质一一水中的自由场
条件下进行。
4.3传声媒质应采用除气蒸馏水，温度范围23士5℃在测量过程中应尽量减少空气再次溶入水中，除非采用特殊的贮存方法，至少应在12h内进行一次除气。注：除气方法：在大气压下，把水煮沸15min，或将水置于4000Pa（30mmHg）的降压条件下处理3h，并继续在低压状态下封存3h后再使用。
4.4被测换能器的辐射端面和标准参考反射体表面必须清洗干净，不得留有油污和其他物质，测量前应先放入除气水中充分湿润，不许附有气泡。4.5被测超声换能器的连接电缆应尽可能符合实际使用条件，如电缆长度不小于50cm，应采用特性阻抗50±32，衰减常数不大于0.1dB/cm，电容量小于120士3pF/m的高频电缆。4.6外界的振动、噪声，电磁场等物理因素不应影响各测量仪器的正常工作。4.7使用的各种测量仪器及其配件应根据制造厂提供的说明书按规定操作。4.8各种使用的测量仪器和设备在满足各项技术条件下，在结构和组合上允许加以综合，允许采用按规定程序检定的自动测量系统，其仪器测量误差必须保证在规定范围内。4.9本标准所规定的各种测量仪器设备应按表2选用。表2测量设备的名称和技术要求
测量设备名称
主要技
脉冲填充频率：不窄于0.5～10MHz范围（连续可调），猝发音信号发生器或正弦波周数：15周，相同技术要求的函数重复频率：50Hz~1.5kHz(连续可调），信号发生器
脉冲信号发生器
通用示波器
数字频率计
高频衰减器
输出幅值：1~20V(连续可调），输出阻抗：50
重复频率：不窄于50Hz~1200Hz(连续可调），前沿上升时间：小于30ns，
脉冲持续时间：0.05~0.1uS，
输出幅值：大于50v
输出阻抗：509
频率范围：不小于DC~30MHz，
幅值灵敏度：小于5mV/div，
精度：优于士5%，
输入阻抗：大于1.0MQ、小于30pF频率范围：不窄于100kHz~20MHz，输入电压：不窄于0.1~1.5V，
测量相对误差：不大于0.1%
频率范围：不窄于100kHz~20MHz，输入输出阻抗：50Q，
最大衰减量：大于60dB，
精度：0.5A±0.05dB(A为衰减值）、（A-dB读数值），最小衰减间隔：0.1dB，
引入衰耗：小于0.15cB
1.测量相对脉冲-回波
灵敏度级。
2.测量频率特性
测量回波脉冲宽度
观测波形
监测频率
比较和标定幅值
测量设备名称
高频阻抗/导纳电桥
交流毫伏表
额谱分析仪
MHz级测量水听器
消声水槽
放大器
ZBC41010—88
续表2
主要技术
率范围：不窄于100kHz~20MHz，低阻抗测量范围：0.5~32Q，
导纳测量范围：0.5~32S，
测量误差：小于±5%
频率范围：30Hz~1000Hz、小于1mV，测量误差：±2%
额率范围：不窄于100kHz~30MHz，求
通频带：3~100kHz±3dB（连续可调）、小于150μV，衰减器读数误差：小于士1.0dB
额率范围：不窄于500kHz~10MHz、不平坦度士3dB，灵敏度：不低于-265dB，（0dB=1V/μPa）、在60dB动态范圈内，非线性偏差：小于士0.5dB，敏感件线度，小于2mm，
当敏感件尺寸不大于0.6mm时，灵敏度：不低于-275dB
测量换能器电阻抗或
电导纳
通过取样网络测量换
能器的介电绝缘性
测最脉冲回波颜率
测量声场
尺寸：详见4.12，自由场偏差小于士1.0dB，其有六个自由度并可连续调节的坐标系统。XYZ调节精度测量电声待性参数±0.2mm，绕X、Y、z轴旋转的角度调节精度士0.2通频带：0.1~20MHz，
放大系数：40dB，
放大系数调节范围：0～40dB
连续可调闸门宽度：0.5~100.0μs，最大输出电压：1V，
闸门外信号衰减：40dB
对参考回波界面（固态反射体）的要求：固态反射体的工作表面应垂直于声轴；固态反射体的声特性阻抗大于10.0×10°kg·s-1.m-2，测量脉冲-回波频率
足够大的厚度（通常不小于30mm），应使来自背面的第一次反射不影响前面的入射波，足够大的横向尺寸，至少应三倍于声束截面积的线度（通常不小于100mm）；表面平行度偏差不大于0.02mm，或者水中波长的1/20以内；工作表面的粗糙度R小于0.63um，或者水中波长的1/100以内；固态反射体应具有耐腐蚀能力（通常采用不锈钢或铝合金材料）。被测换能器的夹持机构
被测换能器应装在有六个自由度的调节机构的夹持架上，应防止支架振动，使被测换能器的有效声轴中心能对准目标。
4.12对消声水槽的要求
消声水槽是测量换能器各项参数的主体装置，要求：a。水槽内应具有一个较好的接近自由声场条件，水槽内壁应铺设吸声材料，（通常采用无硫丁基4
ZBC41010—88
吸声橡胶），在工作频带内，声压反射系数应不大于0.1。b.水槽尺寸应满足式(1)(参考图1)：1>8+c
6>(28c+)
h>(28.c+c)
式中：1-
水槽长度，m；
被测换能器至靶或水听器间距离，m；水中声速，m/s;
一脉冲宽度，s；
水槽宽度，m；
水槽高度，m。
5测量方法
5.1频率特性和相对脉冲-回波灵敏度级的测量方法。5.1.1按图2连接各测量单元装置。（1）
5.1.2被测换能器至固态反射体距离8e，应使固态反射体位于换能器声束中最大声强点处，8.用式(2)计算：
对于圆形换能器：
（2）
辞发音信号发生器
频率调节
高频减器
数字频率计
通用示被器
被测换能器
媒质（水）
周态反射体
吸声材料
图2测量换能器频率特性和相对脉冲-回波灵敏度级的原理图5
对方形换能器（AXA）：
对矩形换能器（AXB）：
ZBC41010—88
注：对每个边长，视需求的方向，有不同的距离。式中：
-换能器有效辐射面半径，m；
换能器有效辐射面边长，m；
换能器有效辐射面边长，m；
换能器标称频率的水中波长，m。（3）
5.1.3对聚焦换能器，壳体上标注的焦距即为s:，当换能器的焦距远大于相同尺寸的非聚焦换能器对应的距离时，应按非聚焦换能器的s.处理。5.1.4按规定操作程序开启各测量仪器。5.1.5调节被测换能器方位和角度，由通用示波器进行观测，使第一次回波幅值最大。5.1.6调节猝发音信号发生器频率为被测换能器标称频率范围。5.1.7调节高频衰减器，使被测换能器激励电压的峰一峰值U。为某一参考值，均勾地调节频率，保持U。恒定，其信号波形如图3所示，找出第一次回波幅值最大响应时的频率f（如图4）。15个波
重复频本1kHz
图3发音信号波形参数
图4频率-振幅谱的标绘图
5.1.8在一40～0dB幅值范围，给出30个以上的均匀的频率点（如图4)。5.1.9找出回波幅值下降6dB处高低两个额率点（ff）。5.1.10求出中心频率f。：
·（5）
注：如算出的fe值，对应的波长^e处较式（2)计算距离所用的对应标称水中波长相比，差土10%以上时，应反复修正距高8，并重复上述测量，直至达到要求。6
求出带宽△f：
ZBC41010-88
5.1.12调节猝发音信号发生器输出电压U。，使第一次回波峰一峰值Um为某一规定值，如图5所示，用式（7)计算出相对脉冲-回波灵敏度级M。Umnx
M-201g
右侧小回波为始波的反射波
图5U。和U屏幕上示意图
.........(7)
测量换能器频率特性，除猝发音信号标绘外，允许使用频谱仪分析法，这种情况，信号源应采用脉冲信号发生器，详见5.2条。
5.2频谱分析方法
5.2.1按图6连接各测量装置：
脉冲信导发生器
鼓人器
被测换能器
蝶质·水，
周态发时体
设声材科
图6频谱法工作原理图
被测换能器至固态反射体距离s，按5.1.2和5.1.3款调节。5.2.2
统谱分析仪
5.2.3按规定操作程序开启各测量仪器。调节被测换能器方位和角度，由通用示波器进行观察，使第一次回波幅值最大。5.2.4
调节放大器的衰减器，使回波幅度小于1V。5.2.5
5.2.6调节闸门，使进入频谱分析仪的信号只有第一次回波。闸门长度远大于一20dB的脉冲宽度而又避免其他杂波的影响。
5.2.7在频谱分析仪上读出f和f。按式(5)求出中心频率f；按式(6)求出带宽Af。7
5.3回波脉冲宽度的测量方法
5.3.1按图7连接各测量单元装置。殊冲信号发生器
ZBC41010-88
高频衰减器
图7测量回波脉冲宽度的原理图
5.3.2按规定操作程序开启各测量仪器。5.3.3，调节被测换能器方位，使第一次回波幅值最大。通用示波器
被测换能器
煤质（水）
周态反射体
吸材料
测出第一次回波脉冲峰值下降20dB(10%）范圈内的脉冲持续时间（如图8）。5.3.4
-20dB脉冲宽度波形图
5.4发射电压响应级的测量方法
5.4.1按图9连接各测量单元装置。葬发音信号发生器
额率调节
ZBC41010—88
被测换能器
媒质（水）
通用示波器
MHz级测量水听器
吸声材料
图9测量发射电压响应级的原理图5.4.2被测换能器至水听器的距离8。，应满足远场条件。5.4.3按规定操作程序开启各测量仪器。5.4.4调节猝发音信号发生器的频率为f。，输出某一参考电压U。反复调节坐标传动机构，使被测换能器对准水听器声轴(示波器屏幕上幅值最大)，测出由水听器接收的输出开路电压U。5.4.5用式（8）算出发射电压响应S：U.S
注：参数距离为1m，发射电压响应级8则为：STL-201gU-201gU.-M
式中：U
水听器输出端开路电压，V；
U。—被测换能器的激励电压，V；M,——水听器的自由场电压灵敏度*,V/Pa；—水听器的自由场电压灵敏度级*，dB；M,
被测换能器至水听器的距离，m。5.5-发射波束宽度的测量方法
5.5.1按图10连接各测量单元装置。5.5.2按规定操作程序并启各测量仪器。（8）
*水听器的自由场电压灵敏度M：水听器输出端开路电压U与在声场中引入水听器前存在于水听器声中心位置处的自由场声压，的比值。单位V/Pa。以数字式表示为：M,=U/。美*水听器的自由场电压灵敏度级M：自由场灵敏度M，与其基准值M，之比值的以10为底的对数乘以20。单位：dB，（0dB=1V/upa）以数字式表示为：M=20Ig（Ms/M）9
赣冲信号发生器
ZBC41010-88
被测换能器
媒质（水）
通用示波器
MHZ级测量水听器
吸高材料
图10测量发射波束宽度的原理图5.5.3保持激励换能器的脉冲电压幅值恒定。5.5.4调节坐标传动机构，对准水听器，坐标原点应与被测换能器的有效声中心重合，以该点为测量波束宽度的起点。
注：使用手动坐标调节机构，应注意角度误差和极值位置，如果转动系统有回差，应朝一个方向转。5.5.5以声轴中心为基准峰值（0dB)，调节坐标中Z轴，分别在以下四处（如图11)：(1)
在声轴上被测换能器端面至水听器1mm处；(2)
在声轴上被测换能器端面至水听器最大声强点距离8处（对聚焦换能器为焦距8r处）；在声轴上被测换能器端面至水听器s。/2处；在声轴上被测换能器端面至水听器28。处，记下声轴两侧水听器接收信号电压峰值比声轴上信号电压峰值下降6dB(0.5)和20dB(0.1)处的距离角宽度。被测换能器
图11被测换能器四处波束宽度的几何图对聚焦换能器波束宽度的测量，采用图12的几何图选择四个距离。聚焦换能器的焦深F。可用式（9)近似算出：Faa
式中：8g—
焦距，m；
焦距处焦面积的半径，m：
...0..0..0....
.（9)
小提示：此标准内容仅展示完整标准里的部分截取内容，若需要完整标准请到上方自行免费下载完整标准文档。