RU2152007C1 - Method of measurement of ultrasonic radiation power - Google Patents

Abstract

FIELD: underwater acoustics, medicine and some branches of technology. SUBSTANCE: method is based on determination of power of thermal losses in ultrasonic converter. Converter is excited by alternating current of ultrahigh frequency of calibrated power and its heating is measured. Then additional heating of converter with supply of direct current of calibrated power to resistor which is in thermal contact with converter is measured. Power of ultrasonic radiation is found by subtraction of power of thermal losses from electric power of ultrahigh frequency. EFFECT: high precision of autonomous calibration both by power of ultrasonic radiation and by efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустических измерений мощности ультразвукового излучения в воде, в биологических средах, и может быть использовано в технике и медицине. The invention relates to the field of hydroacoustic measurements of the power of ultrasonic radiation in water, in biological environments, and can be used in engineering and medicine.

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). Known methods for measuring the parameters of ultrasonic radiation using calibrated hydrophones (see "Method for calibrating a hydroacoustic antenna in a natural reservoir", Abbyasov Z., Vlasov Yu.N., Maslov VK, Tolstoukhov AD Application RU 92014820 A1, publ. 01/27/95).

Этот способ обладает недостаточной точностью из-за многоступенчатости процесса калибровки. This method has insufficient accuracy due to the multi-stage calibration process.

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). A known method of measuring the power of ultrasonic radiation by its pressure on a sensitive target (see 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. This method has insufficient accuracy due to the large contribution to the measurement error of the pressure on the target of thermal effects on the target, comparable in strength to the radiated ones.

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). The closest technical solution to the present invention is a calorimetric method for measuring ultrasonic radiation power, based on the absorption of ultrasonic radiation power by the receiver, converting it into a heat stream, followed by measuring the heat flux and comparing it with the calibrated electric power dissipated in this receiver (see Miller EW , Eitzen DG 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. This method has insufficient accuracy due to the large error in measuring the absorption coefficient of the radiation power.

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.The aim of the present invention is to improve the accuracy of measuring ultrasonic radiation power. To this end, in the method consisting in supplying the calibrated electric power of ultra-high frequency P _{1 to the} ultrasonic transducer, the heating of the ultrasonic transducer T _{1 is} recorded and then the calibrated electric power P _{2 is} supplied to a resistor in thermal contact with the ultrasonic transducer and additional heating of the ultrasonic transducer T is recorded ₂ , the power of the ultrasonic transducer is determined from the ratio

The drawing schematically shows a device that implements the invention. The ultrasonic transducer 1 is connected to a calibrated source of electric power 2 ultra-high frequency. The temperature of the ultrasonic transducer 1 in relative units is determined using any known thermosensitive element, for example, a thermistor or thermopile 3 and a recording device 4. In thermal contact with the ultrasonic transducer 1 is a resistor 5 connected to a calibrated electric power source 6, for example, a direct current source .

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).The device operates as follows. An ultrasonic transducer 1 is supplied with electric power P ₁ from a calibrated ultra-high frequency source 2. Ultrasonic transducer 1 emits ultrasonic power of the desired value P _rad and according to the efficiency part of the electric power P ₁ is used to heat the ultrasonic transducer 1. Heating T _{1 is} recorded in relative units by a thermopile 3 connected to a voltmeter 4. In order to determine the ultrasonic efficiency Converter 1, it is necessary to determine the part of the electric power that went to heat. To dissipate this calibrated electrical power P ₂ in the resistor 5 is placed in thermal contact with the ultrasonic transducer 1, and additional heating register T ₂ via the last thermopile 3. The power P _rad ultrasonic radiation is determined from the relation (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. Since the accuracy of measuring the relative temperature and absolute values of electric power is high, and the conditions of heat transfer during the measurement process are unchanged, the proposed method of measuring radiation power has a higher accuracy compared to the known ones. Moreover, the proposed method allows you to quickly determine the efficiency of the ultrasonic transducer, which is the main quality parameter of ultrasonic transducers and the technology of their manufacture.

Claims (1)

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

яA method for measuring the power of ultrasonic radiation, which consists in supplying a calibrated electric power of ultrahigh frequency P ₁ to the ultrasonic transducer, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring the power of ultrasonic radiation, the heating of the ultrasonic transducer T _{1 is} recorded and then the calibrated electric power P _{2 is} supplied to the resistor in thermal contact with the ultrasonic transducer, and additional heating of the ultrasonic transducer T _{2 is} recorded , the power of the ultrasonic transducer is determined from the ratio

I