[发明专利]一种用于量值传递的标准超声源系统及其应用方法

说明书

技术领域

本发明属于一种标准超声源的设计，属于声学计量领域，尤其涉及一种用 于量值传递的标准超声源系统及其应用方法，解决了输出稳定的多频率点、多 功率等级的超声源的问题。

背景技术

超声功率的计量是声学计量领域中的一个重要方向。超声功率计量对于规 范超声诊断类、治疗类仪器的功率量值，对于保障超声在医学领域中的安全应 用具有重要的意义。标准超声源是超声功率计量中至关重要的设备，性能优越 的超声源应能发射出频率、功率稳定的超声波；而且能够针对超声功率计的需 要，调节发射超声波的频率和功率等级。

现有技术中，计量领域使用的标准超声源设备主要由信号发生器、功率放 大器、阻抗匹配器和超声波探头多台独立设备或部件组合而成，不仅设备复杂、 成本高、操作不便、整体可靠性差。而且现有技术中由于采用频率单一的石英 或者PZT探头，若需输出多种频率的超声波，需要配置多个超声波探头，在整 体系统中更增加了设备的复杂性，长期稳定性更得不到保证。针对上述问题， 本发明设计了一种专用的标准超声源，将信号发生电路、电压放大电路、功率 放大电路以及控制、匹配等电路集成在一起，并利用铌酸锂晶片设计加工了超 声波探头，根据铌酸锂晶片的特点，设计了多频率点、多功率等级控制电路， 克服了上述的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中设备复杂、成本高、操作不便、整体 可靠性差的技术问题和多频率输出配置多个探头的设备系统复杂的技术问题。 研发了一种用于量值传递的标准超声源系统及其应用方法，解决了输出稳定的 多频率点、多功率等级的超声源的问题。

本发明之一，一种用于量值传递的标准超声源系统是这样实现的，

所述系统包括超声探头和信号控制模块。所述信号控制模块包括：信号源 产生及信号调理部件，信号控制选择部件，信号报警部件。

所述信号源产生及信号调理部件用于产生正弦波信号，且进行信号放大及 信号匹配。

所述信号控制选择部件用于对信号进行输出功率控制、频率调节和微调控 制、阻抗匹配控制和声光报警控制。信号报警部件用于当信号频率等参数跟探 头不匹配时，进行报警。

在具体的实施中，所述信号源产生及信号调理部件在所述信号控制选择部 件的控制和切换下产生超声源信号并对所述信号进行调理，并将调理后的信号 传输给超声探头，发射各频率超声波；而对信号频率和功率不匹配的信号进行 报警。

在具体的实施中，为了保证信号的热稳定性，且在高温、强辐射条件下， 具有良好的电声转换稳定性，且机械性能和电气参数等均需要保持不变，所述 超声探头采用基于铌酸锂单晶片制作的空气背衬的超声探头。

在具体的实施中，所述的信号源产生及信号调理部件包括频率可跳可调的 信号发生电路、电压放大电路、甲乙类互补对称功率放大电路和阻抗匹配和功 率因数补偿电路。

所述频率可跳可调的信号发生电路用于产生频率稳定、幅值稳定的正弦波信 号，且所述电路能够跳频，且在每个频率点和每个功率等级点下单独地调节输 出信号的频率。该部分电路能够产生频率稳定、幅值稳定的正弦波信号。由于 铌酸锂晶片具有精确的基频点和谐振点，为了能够输出多种频率的超声波，必 须能够调节正弦波信号的频率，为此在传统信号发生电路的基础上设计了频率 可跳可调的信号发生电路。信号发生电路可以通过跳频工作在基频、三次谐波、 五次谐波或七次谐波点，而且在每个频率点下都可以微调信号频率。从而保证 了系统能够输出多种频率的超声波。

所述电压放大电路用于放大信号发生电路产生的正弦波信号，将电压信号 放大到足够高的幅度，以推动后续的功率放大电路。该部分电路能够不失真地 放大信号源电路产生的正弦波信号。电压放大电路是传统的共射极放大电路。

所述甲乙类互补对称功率放大电路用于将经过电压放大的信号进行功率放 大，以驱动后续的超声探头。该部分电路考虑到乙类互补对称功率放大电路具 有交越失真现象，该部分电路采用了甲乙类互补对称放大电路。为了消除交越 失真，采用了二极管偏置的方法。