[发明专利]一种便携式超声声场参数测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于声学计量领域，尤其涉及一种便携式超声声场参数测量系统的设计，主要用于医用超声诊断设备、理疗设备和治疗设备的超声声场参数测量。

背景技术

随着超声诊断设备、理疗设备和治疗设备在医疗等领域的广泛应用，确保各类医用超声设备的量值准确和安全，具有非常重要的意义。

目前在医用超声设备的功率测量方面，瓦级/毫瓦级超声功率计是测量医用超声仪器输出功率的重要设备。常用的功率计一般是基于辐射力的方法，通过反射靶或者吸收靶感知超声场的辐射力，后端的力值通过天平、力传感器或者电学方法来测量，经过一定的换算后计算出超声设备的输出总功率。

随着人们对安全理解的深入，医用超声设备的输出总功率不再是安全评价的最重要指标，瞬态峰值声压是评价安全性的重要参量。目前瞬态指标的评估一般是在产品的定型时期完成的，该测量是通过复杂昂贵的声场扫描系统实现的。一般来说，该定型鉴定费用高、耗时多，设备复杂占地大，无法满足日常检定的测量要求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，申请人研发了一种便携式超声声场参数测量系统及其测量方法。本发明设计了一种便携式的、基于水听器测量的超声声场参数测量系统，它能够完成对瓦级声源、毫瓦级声源的超声声场参数的准确测量。

便携式超声声场参数测量系统的原理是首先将已校准的测量水听器置于待测声场(即消声水槽)中。根据超声设备的不同，声场中的声波大致可以分为连续波信号和脉冲波信号两种情况。水听器能够以一定灵敏度测量声场某一点的声压信号并转换成电信号。该电信号经过阻抗匹配电路、程控增益电路、信号调理电路、A/D转换以及峰值采样处理和总线控制电路后，将数据上传至上位机后，计算出的声场参数并在显示屏上显示出来。能够通过声压信息计算出超声声场的其他一些参数。

本发明为了实现上述发明目的，所采用的技术方案如下，

一种便携式超声声场参数测量系统，

所述测量系统包括超声信号接收探测模块，超声信号处理模块和超声信号参数计算和输出显示模块；

所述超声信号接收探测模块包括超声换能器、待测声场和测量信号装置；所述超声信号接收探测模块探测待测超声设备的声压信号；

所述超声信号处理模块将探测到的超声设备的声压信号进行调整，匹配，自适应程控增益，A/D转换等处理；

所述超声信号参数计算和输出显示模块将处理后的信号进行存储、读取、抽样和计算峰值负声压、声功率、声强声场参数，绘制采集波形并将计算结果显示在液晶屏上。

为了实现探测超声声场信号的目的，所述超声信号接收探测模块中所述测量信号装置为水听器；所述待测声场采用消声水槽；

所述消声水槽的上下底部分别设置一个入水口和出水口，且在所述消声水槽的左右侧壁分别开设一个圆孔，分别放置所述待测超声仪器的换能器和所述水听器；测量时，将所述消声水槽中注入纯净水。

由于超声声场能量大小不同，所述超声信号接收探测模块中还包括能量衰减装置，所述能量衰减装置为衰减片；根据超声声场能量的大小选择不同的衰减片，以实现对不同功率等级的连续波声源和脉冲波声源的实现测量；所述衰减片设置在所述待测声场中。

具体的，所述消声水槽为四边形水槽；所述水槽的内部尺寸约为20cm×20cm×20cm，以便为B超阵列探头设置不同的聚焦深度时提供足够的进深。在所述消声水槽的四周壁上及底部铺设消声材料，所述消声材料选用高频的吸声橡胶；所述超声换能器设置在消声水槽左侧的柔性声窗内；且所述消声水槽中填充为纯净水；所述衰减片可自由拆卸地纵向设置在所述消声水槽中；所述衰减片尺寸为20cm×20cm，厚度为1cm，安装在水槽内壁的导向定位槽内。其在1MHz～10MHz频率范围内的声压衰减倍数需要精确的测量。

对水听器探测的信号需要进行一系列的调整和操作，因此所述超声信号处理模块包括阻抗匹配电路单元、程控增益电路单元、信号调理电路单元和A/D转换电路单元；

所述阻抗匹配电路单元用于将从所述水听器输出的电信号进行匹配，后传递到下一级电路；

所述程控增益电路单元针对被测超声换能器动态范围较宽，测量时需要将水听器输出的原始信号放大到适当的电压范围，以保证A/D转换和后续计算的精度；

所述信号调理电路单元用于对水听器获得的电信号进行滤波等处理，从而提高信号采集系统的性能与精度；

所述A/D转换电路单元用于对经过调理后的模拟电信号转换成数字信号。