WWW.NEW.PDFM.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Собрание документов
 

«Кузнецов С. И.1, Лукин Г. С.2 1Кузнецов Сергей Игоревич / Kuznetsov Sergei Igorevich – бакалавр-инженер; 2Лукин Георгий Сергеевич / Lukin Georgij Sergeevich – бакалавр-инженер, кафедра ...»

Модернизированная система поверки преобразователей высокочастотных

гидроакустических полей

Кузнецов С. И.1, Лукин Г. С.2

1Кузнецов Сергей Игоревич / Kuznetsov Sergei Igorevich – бакалавр-инженер;

2Лукин Георгий Сергеевич / Lukin Georgij Sergeevich – бакалавр-инженер,

кафедра систем автоматического управления и контроля,

Московский институт электронной техники, г. Зеленоград

Аннотация: статья показывает возможности усовершенствованной системы поверки, градуировки и

калибровки высокочастотных преобразователей гидроакустического давления на частотах от 0,5 до 12 МГц. В статье так же отражены возможности измерителя полной мощности ультразвукового пучка, указаны источники погрешностей и проведен их анализ .

Ключевые слова: полная мощность ультразвукового пучка, гидроакустическое давление, высокочастотный гидрофон, ультразвуковой диапазон .

Наука, носящая название «метрология», состоит из множества разделов, одним из которых являются гидроакустические измерения. Особый интерес для учёных всего мира это направление приобрело в период между двумя мировыми войнами. После кровопролитных сражений первой мировой войны страны ощутили потребность в совершенствовании гидролокационного и навигационного оборудования, способного работать с максимальной точностью. В наше время гидроакустические измерения используются фактически во всех сферах науки, однако особенное место они занимают в области медицины .

Электроакустические преобразователи являются единственным средством для приема и направленного создания акустических сигналов в водной среде (а человеческое тело схоже по своим характеристикам с водной средой), что делает их изготовление и улучшение их качества крайне важным направлением науки .



При этом одним из важнейших факторов успешного применения ультразвуковых приборов для лечения различных заболеваний, является излучение импульсов строго определенной частоты и амплитуды. Важность точной градуировки ультразвуковых излучателей невозможно переоценить, ведь если медицинский прибор будет не откалиброван, то его применение может привести к трагическим последствиям для больного человека .

В первую очередь, для точной градуировки излучателей гидроакустических полей, необходимо было выбрать метод градуировки. Исследовались метод самовзаимности с одним или с двумя преобразователями, метод оптической интерферометрии, метод градуировки гидрофонов, использующий явление искажения формы волны при ее распространении в жидкости и метод градуировки плоским сканированием .

После сравнительного анализа этих методов калибровки гидрофонов, ввиду своей простоты и достаточной точности, был выбран метод градуировки плоским сканированием .

В данном методе предполагается применение излучателя с известной полной мощностью ультразвукового пучка, которая должна быть измерена независимым методом. То есть реализация данного метода решила сразу две задачи метрологического обеспечения, в которой были запланированы создание установки для измерения мощности ультразвукового излучения и создание системы градуировки высокочастотных гидрофонов .

Выбранный метод применяется в случаях, когда энергия гидроакустического поля сконцентрирована в относительно узком пространстве – в виде ультразвукового пучка – коллимированного (или слегка сходящегося, или расходящегося), т.е. в поле плоского излучателя поршневого типа на частотах, при которых длина звуковой волны существенно меньше размеров (например, диаметра) излучателя .





Для градуировки высокочастотных гидрофонов сначала необходимо измерить их полную мощность .

Причем измеритель полной мощности должен являться самостоятельной установкой, так как именно измерение мощности излучения является важнейшим аспектом в градуировке гидрофонов .

Существует несколько методов измерения мощности ультразвукового пучка. И для каждого метода придуманы несколько разных конструкций измерителей. Был выбран метод радиометра, основанный на измерении радиационного давления акустических волн .

При реализации этого метода была создана установка, использующая прецизионные весы в качестве основного измерительного элемента (рис. 1) .

Рис. 1. Прецизионные весы фирмы Mentor Toledo

Мощность ультразвукового пучка можно определить с помощью формулы 1[1]:

Р (1) где c – скорость распространения звуковой волны в среде; F – давление ультразвукового пучка .

Для упрощения и увеличения точности обработки данных, получаемых от весов, данная установка была подключена к компьютеру, а в программном пакете MatLab для нее была написана специальная программа, которая принимала, преобразовывала и сохраняла все измерительные данные .

Автоматизированная обработка данных позволила избавиться от некоторых источников погрешности и повысить общую точность измерения полной мощности ультразвукового пучка, что в свою очередь улучшает качество калибровки гидрофонов .

В свою очередь, градуировка на установке плоского сканирования (рис.2) требует исчерпывающую измерительную информацию, учитывающую структурные особенности пространственного распределения интенсивности в поперечном сечении пучка, которую дает двухмерное растровое сканирование, при котором гидрофон перемещают (последовательно от одной строки к другой) по условной прямоугольной сетке с ячейками одинаковых размеров – точками измерения напряжения.

В этом случае измерительная информация (интеграл квадратов напряжений с гидрофона) U2 dx dy представляется в виде формулы 2[2]:

где М и N – число точек отсчета в направлениях x и y соответственно (количество точек в строке и количество строк – в терминах растрового сканирования); 1- расстояние от излучателя до плоскости сканирования; x и y – размеры шага перемещения в направлениях x и y соответственно .

Рис. 2. становка плоского сканирования Данная установка, так же как и измеритель полной мощности ультразвукового пучка, подключена к компьютеру и обладает автоматизированной обработкой измерительных данных .

После проведенных испытательных градуировок были переоценены источники погрешности измерения чувствительности гидрофона:

погрешность измерения полной мощности ультразвукoвoгo пучка снижена с (5-10)% до (2-6)%;

погрешность установки напряжения возбуждения излучателя как в процессе измерения его мощности, так и при градуировке гидрофона снижена с 3% до 1.7%;

погрешность измерения сигнала с гидрофона для синусоидального сигнала снижена с 3% до 2%;

погрешность из-за конечного шага сканирования снижена с 2% до 1.7%, если измерение сигнала между соседними точками сканирования не превышают 1 дБ;

погрешность установки гидрофона в заданную точку на линии сканирования снижена с 2% до погрешность, связанная с характеристикой направленности гидрофона и неточностью его ориентации относительно излучателя снижена с 5% до 2%;

погрешность из-за неточности определения пространственного положения центра ультразвукового пучка и несовпадения диаметра пучка с линией сканирования снижена с 7% до 4%;

погрешность, связанная со вкладом шумового сигнала в сканирование на периферийных участках гидроакустического поля снижена с 10% до 9.3%;

погрешность из-за влияния переотражений сигнала от водной поверхности, дна и стенок измерительного бака снижена с 5% до 2%;

случайная составляющая погрешности снижена с 10% до 2% (в связи с трудоемкостью повторения операций сканирования) .

Переоценка погрешностей позволила снизить расширенную неопределенность результата измерения чувствительности с (20-25)% до (12.3-18)% .

Создание автоматизированной поверочной схемы для высокочастотных гидрофонов позволило значительно повысить качество калибровки средств измерения гидроакустического давления на отечественных предприятиях, что уменьшит зависимость Российской науки от иностранных достижений[3]. Так же это позволит создавать собственные высокочастотные гидрофоны, измерения которых будут обладать малыми погрешностями. В связи с вышесказанным модернизация и метрологическое исследование установки линейного сканирования, несомненно, актуальны .

Литература

1. Красновский П. А. Точные измерения для высоких технологий. п/о Менделеево: Изд-во ФГУП «ВНИИФТРИ», 2008. – 289 с .

2. Еняков А. М. Государственная система обеспечения единства измерений. Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к методикам выполнения измерений в диапазоне частот от 0.5 до 25 МГц. п/о Менделеево: Изд-во ФГУП «ВНИИФТРИ», 1998. – 28 с .

3. Авилочкина Н. В. ГОСТ Р МЭК 62127-2 – 2009. Гидрофоны. Общие требования к методикам калибровки в частотном диапазоне до 40 МГц. Москва: Изд-во ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 2011.

Похожие работы:

«УО "Гродненский государственный медицинский университет" Общественное объединение средних медицинских работников Гродненской области ПРОБЛЕМЫ СЕСТРИНСКОГО ДЕЛА И ЗДРАВООХРАНЕНИЯ Сборник статей, посвященный 20-летию высшего сестринского образования Гродно ГрГМУ ~1~ ББК 5...»

«Санкт-Петербургский государственный университет 41-й семинар русского языка в Тиммендорфер Штранде ДАВАЙТЕ ПОГОВОРИМ (Материалы для чтения, бесед и дискуссий) Выпуск 6 Составители: И.М. Вознесенская Б.Н. Коваленко Санкт-Петербург Тиммендорфер Штранд ОГЛАВЛЕНИЕ Ч.1. Как поживае...»

«Алгоритм проведения сердечно-легочной реанимации. Реанимация – комплекс мероприятий, направленных на восстановление жизненно важных функций, проводимых при наступлении у пациента клинической смерти (остановке сердечной и дыхате...»

«Общероссийская общественная организация "Российский союз спасателей" "Всероссийский студенческий корпус спасателей" ВСКС.РФ "Всероссийский студенческий корпус спасателей играет важную роль в жизни общества. Мо...»

«ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ЛЕЧЕНИЕ СИНДРОМОВ И СИМПТОМОВ. УХОД И ПИТАНИЕ. ПРОФИЛАКТИКА ОСЛОЖНЕНИЙ В КЛИНИКЕ НЕРВНЫХ БОЛЕЗНЕЙ. Диагностические исследования Лабораторные Клинический анализ крови + тромбоцитов и гематокрит Группа крови и резус ВИЧ Реакция Вассермана HBsантиген Биохимический анализ крови:...»

«ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАНИЯ ДАТЧИКОМ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ УДК 681.02 ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДЫХАНИЯ ДАТЧИКОМ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ А.Ю. Кормилицын, С.И. Ханков, В.И . Скорубский Рассматриваются задачи...»

«КАРДИОЛОГИЯ НОВОСТИ • МНЕНИЯ • ОБУЧЕНИЕ журнал для непрерывного медицинского образования врачей № 3 (10), 2016 Главный редактор академик РАН Е.В. Шляхто КАРДИОЛОГИЯ Журнал издается совместно с Российским кардиологическим обществом новости • мнения • обучение № 3 (10), 2016 Заместитель главного редактора (Dep...»

«Методические рекомендации Вши человека (Диагностика, медицинское значение, меры борьбы) (утв. заместителем начальника Главного санитарно-эпидемиологического управления Минздрава СССР 5 июля 1990 г. N 15/6-28)...»

«Е-2004 ТЕХНОЛОГИЯ ВАКУУМНОГО ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННОЕ ЗАКРЕПЛЕНИЕ КОМПАНИИ WITTE Horst Witte Gertebau Horndorfer Weg 26-28 D-21354 Barskamp Witte Gertebau Тел.: +49 (0) 58 54 / 89-01 Факс: +49 (0) 58 54 / 89 98 Компания Horst Witte Gert...»






 
2018 www.new.pdfm.ru - «Бесплатная электронная библиотека - собрание документов»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.