Способ измерения ультразвуковой мощности излучения

 

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано в технике и медицине. Способ основан на определении мощности тепловых потерь в УЗ-преобразователе. Преобразователь возбуждают переменным током ультравысокой частоты калиброванной мощности и измеряют его нагрев. Затем измеряют дополнительный нагрев преобразователя при подаче постоянного тока калиброванной мощности на резистор, находящийся в тепловом контакте с преобразователем. Мощность УЗ-излучения определяют путем вычитания из электрической мощности ультравысокой частоты мощности тепловых потерь. Способ позволяет достичь высокой точности автономной калибровки как по мощности УЗ-излучения, так и по коэффициенту полезного действия. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустических измерений мощности ультразвукового излучения в воде, в биологических средах, и может быть использовано в технике и медицине.

Известны способы измерения параметров ультразвукового излучения с помощью калиброванных гидрофонов (см. "Способ калибровки гидроакустической антенны в условиях натурного водоема", Аббясов З., Власов Ю.Н., Маслов В.К., Толстоухов А.Д. Заявка RU 92014820 A1, опубл. 27.01.95).

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за многоступенчатости процесса калибровки.

Известен способ измерения мощности ультразвукового излучения по его давлению на чувствительную мишень (см. Cornill C.V. Improvement of portable radiation force balance design. Ultrasonics, 1982, vol. 20, p. 282).

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за большого вклада в погрешность измерения давления на мишень термических воздействий на мишень, сравнимых по силе с излучаемыми.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является калориметрический способ измерений мощности ультразвукового излучения, основанный на поглощении мощности ультразвукового излучения приемником, преобразовании его в тепловой поток с последующим измерением теплового потока и сравнением его с калиброванной электрической мощностью, рассеиваемой в этом приемнике (см. Miller E.W., Eitzen D.G. Ultrasonic transducer characterization at the NBS. IEEE Trans. Sonics Ultrason., 1979, vol. SU-26, p. 28).

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за большой погрешности измерения коэффициента поглощения мощности излучения.

Целью настоящего изобретения является повышение точности измерения ультразвуковой мощности излучения. Для этого в способе, заключающемся в подаче на ультразвуковой преобразователь калиброванной электрической мощности ультравысокой частоты P₁, регистрируют нагрев ультразвукового преобразователя T₁ и затем подают калиброванную электрическую мощность P₂ на резистор, находящийся в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем и регистрируют дополнительный нагрев ультразвукового преобразователя T₂, мощность ультразвукового преобразователя определяют из соотношения На чертеже схематически изображено устройство, реализующее изобретение. Ультразвуковой преобразователь 1 подключен к калиброванному источнику 2 электрической мощности ультравысокой частоты. Температуру ультразвукового преобразователя 1 в относительных единицах определяют с помощью любого известного термочувствительного элемента, например, терморезистора или термобатареи 3 и регистрирующего прибора 4. В тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем 1 находится резистор 5, соединенный с калиброванным источником электрической мощности 6, например, источником постоянного тока.

Устройство работает следующим образом. На ультразвуковой преобразователь 1 подается электрическая мощность P₁ от калиброванного источника 2 ультравысокой частоты. Ультразвуковой преобразователь 1 излучает ультразвуковую мощность искомого значения P_изл и согласно коэффициенту полезного действия часть электрической мощности P₁ идет на нагревание ультразвукового преобразователя 1. Нагрев T₁ регистрируется в относительных единицах термобатареей 3, соединенной с вольтметром 4. Для того чтобы определить коэффициент полезного действия ультразвукового преобразователя 1, необходимо определить часть электрической мощности, пошедшей на нагрев. Для этого рассеивают калиброванную электрическую мощность P₂ в резисторе 5, находящемся в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем 1, и регистрируют дополнительный нагрев T₂ последнего с помощью термобатареи 3. При этом мощность P_изл ультразвукового излучения определяют из соотношения (1).

Поскольку точность измерений относительной температуры и абсолютных значений электрической мощности велика, а условия теплоотдачи в процессе измерений неизменны, то предлагаемый способ измерений мощности излучения обладает более высокой точностью по сравнению с известными. При этом предлагаемый способ позволяет оперативно определять коэффициент полезного действия ультразвукового преобразователя, что является основным параметром качества ультразвуковых преобразователей и технологии их изготовления.

Формула изобретения

Способ измерения мощности ультразвукового излучения, заключающийся в подаче на ультразвуковой преобразователь калиброванной электрической мощности ультравысокой частоты Р₁, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения мощности ультразвукового излучения, регистрируют нагрев ультразвукового преобразователя Т₁ и затем подают калиброванную электрическую мощность Р₂ на резистор, находящийся в тепловом контакте с ультразвуковым преобразователем, и регистрируют дополнительный нагрев ультразвукового преобразователя Т₂, мощность ультразвукового преобразователя определяют из соотношения я

РИСУНКИ

Рисунок 1