声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量

声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量

国家标准 GB/T32522一2016 声学压电球面聚焦超声换能器的 电声特性及其测量 Acoustics一Electroacosticcharacteristicsandmeasurementsof" piez0eleetricsphericallyfoeusingultrasonmictransducers 2016-02-24发布 2016-09-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/I32522一2016 目 次 前言 范围 规范性引用文件 术语和定义 符号 总则 测量系统的要求 聚焦声场参数测量 辐射电导测量 球面聚焦换能器发送电流(电压)响应和接收灵敏度的测量 电声效率的测量 l0 换能器的输人阻抗(导纳)的测量 ll 测量不确定度 12 附录A规范性附录)球面聚焦声束正人射于水-不锈钢平面界面上的平均反射系数和聚 焦(半)角的关系 附录B(规范性附录球面聚焦换能器在无衰减媒质的自由场中自易校准的衍射修正系数 G.(R/A,9)丽数的数值表 附录c资料性附录球面聚焦换能器在无衰减媒质自由场中自易校准的衍射修正系数G 的计算 附录D(资料性附录)水的声速和衰减系数 21 附录E(资料性附录球面聚焦换能器的互易校准原理 22 附录F(资料性附录换能器的电声参数之间的关系和应用性导出电声参数 2 附录G资料性附录测量记录表 26 参考文献 28
GB/T32522一2016 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由科学院提出 本标准由全国声学标准化技术委员会(SAC/Tc17)归口 本标准起草单位:上海超声医学研究所、上海交通大学附属第六人民医院、科学院声学研究所、 计量科学研究院、船舶重工集团公司七一五研究所、江苏省医疗器械检验所、上海市食品药品 监督管理局认证审评中心、昆山日盛电子有限公司、无锡海鹰电子医疗系统有限公司超声医疗国家工 程研究中心 本标准主要起草人;寿文德、余立立,胡兵、段世梅,朱厚卿、杨平、王月兵胡济民、卜书中,陈毅 耿晓鸣、曾德平,邢广振、申鳄 m
GB/T32522一2016 声学压电球面聚焦超声换能器的 电声特性及其测量 范围 本标准规定了球冠形压电材料制成的单元球面聚焦超声换能器(以下简称球面聚焦超声换能器)的 电声特性及其测量方法 本标准适用于工作频率范围1.0MHz~15MHz 本标准不适用于聚焦换能器阵和声透镜的聚焦换能器 注:1.0MHz以下可参照本标准 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T7966一2009声学超声功率测量辐射力天平法及性能要求 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 自由场free-ied 均匀各向同性媒质中,边界影响可以不计的声场 [GB/T7966一2009,定义3.2] 3.2 辐射电导radiationconductanee 声输出功率与换能器输人电压的有效值(RMS)平方之比 用于表征换能器的电声转换特性 注1单位为西门子(s) 注2:要注明信号电压或电流)的频率 [GB/T7966一2009,定义3.8] 3.3 球面聚焦换能器的发送电压(电流)响应focusedfiedtransmitingvoltagecurrent)responsefor 1sdIcer pherieallyfeuwstingtrans 在指定频率下,球面聚焦换能器在自由场中有效辐射面上的发射声压与其输人电压(电流)的比值 注;单位为帕每伏(Pa/),帕每安(Pa/A
GB/T32522一2016 3.4 球面聚焦换能器的自由场电压灵敏度(接收电压响应)spheriealwavereefriedvoltagesensitiity orspherieallfoeusingtransdeer receivingvoltageresp0nse M 球面聚焦换能器输出端的开路电压,与其声焦点处一个点声源发出的球面波场中移去换能器后原 来换能器表面所在空间面上的平均自由场声压的比值 注:单位为伏每帕(V/Pa). 3.5 球面聚焦换能器的自由场电缆端有载电压灵敏度(接收电压响应) spheriealwaefreefieldcable end-loadedvoltagesensitivity(receivingvoltageresponseforsphericallyfocusingtransdcer M 球面聚焦换能器输出端连接特定的电负载时的输出电压,与其声焦点处一个点声源发出的球面波 场中移去换能器后原来换能器表面所在空间面上的平均自由场声压之比 注1:换能器输出端的电负载和频率都要注明 注2:单位为伏每帕(V/Pa) 3.6 电声效率eleetroacousticaleficieney ]/ 换能器的声输出功率与电输人功率之比 注1;要注明加在换能器输人电端的信号电压和频率 注2:用百分比表示 电声互易原理 electroacousticalreciprocityprineiple;electroacousticalreciprocitytheorem 个线性、无源,可逆的电声换能器,其用作接收器时的自由场接收电压(或电流)灵敏度与用作发 射器时相应的发送电流(或电压)响应之比等于常数,与换能器的结构无关的原理 [GB/T3947一1996,定义5.67 3.8 球面聚焦换能器互易常数reeiproeitycoerfieientconstantforsphericeallyfoeusingtransdueer 满足电声互易原理的球面聚焦换能器,其用作接收器时的自由场电压灵敏度与用作发射器时的发 送电流响应之比值,或其用作接收器时的自由场电流灵敏度与用作发射器时的发送电压响应之比值 注1单位为瓦每二次方帕(w/Pa') 注2:球面聚焦换能器的互易常数其值等于2倍换能器的有效面积除以媒质的声特性阻抗 即 J.=2A '(e 式中 -换能器的有效面积,单位为平方米(m=); -传声媒质的密度,单位为千克每立方米(kg/m') -传声媒质中的声速,单位为米每秒m/s) 3.9 自易法 selfreeiproeitymethod 根据电声互易原理,使用平面反射器把换能器沿反射面的法线发射的声束,反射到同一换能器,利 用接收到的回波信号实现换能器自身校准的方法
GB/T32522一2016 3.10 球面聚焦换能器的自由场自易校准中的衍射修正系数difractioncorreetioncoeffieientofspheri callyfocusingtransducerinfree-fieldself-reciprocitycalibration G 在无衰减媒质的自由场中,以球面聚焦换能器的焦平面为假想的理想反射镜面,在其背后位于离换 能器2倍焦距处的换能器的声虚像球面上的平均声压,与换能器发射面上的声压之比 3.11 换能器的有效辐射面积effteetiveareaofatransducer 理论预测的超声换能器的辐射面积 这种理论预测的超声换能器,其特定声场声压分布特性与同 类实际换能器的特定声场内观测到的声压分布特性近似相等 这种特定声场可以是聚焦声场、平面活 塞换能器的近场和远场之间的过渡区声场、远场等 注:单位为平方米(m' 3.12 球面聚焦声束在平面反射器上的平均反射系数averageamplituderefleetioncoeftieientonplane reflectorforsphericallyfocusedbeam r 在无衰减媒质中,不计衍射效应条件下,半孔径角为8的球面聚焦换能器的聚焦声束主声轴正人射 到位于其声焦平面上的平面反射器,反射波在换能器移去时在其原来的表面上的自由场平均声压 .(8)与换能器有效辐射面上的发射声压A之比 即，.()=声.(a)/A 声 符号 下列符号适用于本文件 换能器的有效半径(半孔径),单位为米(m); 最大可用的水听器半径,单位为米(m); 4hma% 换能器的有效面积,单位为平方米(m'); A 水中的声传播速度,单位为米每秒(m/s); l -靶距,单位为米(m); 谐振频率,单位为赫兹(H2); 中心频率,算术平均频率,单位为赫兹(H2) -频带宽度,单位为赫兹(H2); F 轴向总辐射力,单位为牛(N); F、 球面聚焦换能器的！F数,F、 Fpe/2a); Fm 声压焦距,单位为米(m); 辐射电导,单位为西门子(s); G e 球面聚焦换能器在自由场自易校准中的衍射修正系数; -凹球冠面的高度(或中心深度),单位为米(n m; 声强,单位为瓦每平方米(w/nm'); 换能器的激励电流幅度,有效值,单位为安(A); Ir,Irmm
GB/T32522一2016 激励电源输出端短路电流幅度,单位为安(A); I I. 第一回波电流幅度,单位为安(A); 球面聚焦换能器的互易常数, =2A/c),单位为瓦每二次方帕(w/Pa'); J， -波数,k=2T/A,单位为弧度每米(rad/m); 换能器至水听器的距离,单位为米(m); M 球面波自由场电压灵敏度(接收电压响应),单位为伏每帕(V/Pa); M 球面波自由场电缆端有载电压灵敏度(接收电压响应),单位为伏每帕(V/Pa); M 对焦点球源声压的自由场电压灵敏度,单位为伏每帕(V/Pa)1 M.L 脉冲回波灵敏度,单位为分贝(dB)3 自由场电流灵敏度,单位为安每帕(A/Pa); 超声输出功率,单位为瓦(w); 输人电功率,单位为瓦(w): 声焦点上的点声源的在其半径为入/2的球面波阵面上的自由场声压,单位为帕(Pa); 声压幅度反射系数; -球面聚焦声束在平面反射器上的平均反射系数 r(3 -曲率半径,单位为米(m); 聚焦换能器的发送电流响应,单位为帕每安(Pa/A); S -聚焦换能器焦点处的发送电流响应,单位为帕每安(Pa/A) S 聚焦换能器的发送电压响应,单位为帕每伏(Pa/V); s, s -聚焦换能器焦点处的发送电压响应,单位为帕每伏(Pa/V) A 声脉冲渡越时间,单位为秒(s); 电流滞后于电压的时间,单位为秒(s); 正(余)弦信号的时间周期,单位为秒(s); U 猝发声发生器的开路电压幅度,单位为伏(V); -换能器的激励电压的幅度,有效值,单位为伏V); U,UT U 自易校准时,被校换能器收到的最大第一回波信号的电压幅度,单位为伏(V); 电压有效值(均方根值),单位为伏(V); w 3dB声束宽度,单位为米(m); w 6dB声束宽度,单位为米(m); 换能器的电)导纳,单位为西门子(S); Y" 么 换能器的(电)阻抗,单位为欧(Q); 2 换能器用作水听器时在其电缆端所连接的电阻抗,单位为欧(Q); 水中的声衰减系数,单位为奈培每米(n/m); 聚焦(半)角,半孔径角,单位为度或弧度[(")或rad]; 电)阻抗角,单位为度或弧度[(")或rad叮; 水的密度,单位为千克每立方米(kg/m'); 换能器的电声效率,%; M -声波长,单位为米(m). 总则 球面聚焦超声换能器的电声特性包括聚焦超声声场参数、发射特性参数和接收特性参数
GB/T32522一2016 其中:聚焦超声声场参数包括;声焦距、波束宽度、有效半径,聚焦(半)角和有效面积;发射特性参数 包括辐射电导及阻抗、辐射声功率,发送电流(电压)响应和电声效率;接收特性参数包括接收电压灵 敏度 本标准采用水听器法测量球面聚焦超声换能器的聚焦超声声场参数 本标准采用辐射力天平法或自易法测量球面聚焦超声换能器的输出声功率,辐射电导由声功率和 测定的驱动电压导出,电声效率由声功率和测定的输人电功率导出;采用自易法测量球面聚焦超声换能 器的发送电流(电压)响应 本标准采用自易法测量球面聚焦超声换能器的接收电压灵敏度 注:自易法原理见附录E,各电声参数之间的关系式见附录F 测量系统的要求 辐射力天平法测量系统 6.1 按GB/T7966一2009的要求执行 只能使用吸收靶 靶的幅度反射系数小于3.5%,声能吸收大 于99% 若未达到上述指标,则应进行修正或在不确定度评定中予以考虑 靶的最小直径应大于所在 位置上一26dB波束宽度的2倍 靶距采用声焦距的0.7倍为宜,在此位置上靶的直径可取换能器孔 径 声功率超过1w时,测量应在除气水中进行 6.2 自由场自易法测量系统 6.2.1装置的组成 装置的电系统由猝发声发生器电流探头,切换开关和示波器组成 声系统由测量水槽,换能器安装 调节夹具与定位系统以及声反射器组成中 参见图1 ,,aa 1 说明 猝发声发生器 聚焦换能器 电流探头; -水槽; -示波器; -开路/工作/短路三状态切换开关; 声反射器， 电压/电流测量切换开关 图1自由场自易校准装置的示意图 6.2.2测量水槽 测量水槽应有足够大的水域空间,以保证被校换能器与声反射器间的校准距离,满足二者的安装和
GB/T32522一2016 调节位置与方向的要求 水槽尺寸宜不小于0.55mX0.32mX0.35m. 6.2.3换能器的夹具和定向定位系统 被校换能器或测量水听器应能牢固地安装在夹具上,夹具应能完成换能器或测量水听器的方位角 和俯仰角独立的连续可调 夹具固定在一个三维移动的坐标系统的支架上 坐标系统的定位精度在声 o[2] 束轴方向(e)应优于士0.1mm;r,y方向定位精度优于士0.02mm;俯仰角的调节精度优于士0.05" 6.2.4声反射器 声反射器用不锈钢的平板或大孔径圆柱制成 其中的一个表面或圆柱端面作为反射平面,表面平 整度偏差不大于10m;工作表面粗糙度不大于5am 平板或圆柱体厚度应足够大,以保证来自其 背面的回波不影响对前反射面的第一回波的测量 反射面应足够大,应能反射人射声波的全部能量 其最小尺度应不小于一28dB声束宽度的2倍 水/不锈钢界面的声压幅度反射系数在聚焦(半)角小 于12"时变化甚小,可取|lr.(|=0.937;其他聚焦角的声束的r(可由附录A中查表得到 6.2.5电流探头 应具有足够的频率响应,频带宽度>20MHz 最大电流有效值>10A 上升时间<20ns 精度 不低于士1% 6.2.6示波器 示波器的频率范围应高于声工作频率的10倍,垂直增益准确度最大允许误差不大于士2% 6.2.7 测量水听器 测量水听器的敏感元件的半径a应小于或接近于四分之一波长,或其最大半径d满足式(a1) =入(十a')12/8a ahmax 式中: -声波长,等于声速c除以频率f 声速表见附录D. 聚焦声场参数测量 7.1声焦距测量 中 说明 猝发声发生器; 换能器; -匹配网络; -水听器 水槽; -脱气水 示波器 图2聚焦声场测量装置的示意图
GB/T32522一2016 按图2要求配置被测换能器、水听器和测量仪器 用水听器沿聚焦换能器的声束轴:(坐标原点在换能器表面上)扫描,在声场中最大声压点即声焦 点)处水听器输出最大电压信号,用示波器测定此处的发射脉冲与水听器接收的直达波脉冲之间的时间 差即脉冲渡越时间Ap,则声焦距按式(2)计算: F 2 p=4/F”c 7.2波束宽度和有效半径测量 用水听器在其焦平面(r,y,F)内测量声压信号,在过焦点的r轴和轴上分别测得主声束(主 瓣)-3dB,一6dB声束宽度,分别求得两个方向的平均值w,wG 用式(3)计算换能器的有效 经n 半径 (3 a=(0.5F.A/T)[(1.62/w)+(2.22/w)] 7.3聚焦(半)角和有效面积计算 换能器的聚焦(半)角或半孔径角按式(4)计算 月=aresin(a/Fa 换能器的有效面积按式(5)计算: 5 A=2开F(1 cos) 辐射电导测量 8.1输出声功率测量 8.1.1辐射力天平法测量 按GB/T79662009要求实施 使用吸收靶,靶距d选用声焦距的0.7倍为宜 测量前应充分浸 润吸收靶(6h以上)和换能器表面 在测量水槽内注人除气水时要避免空气再次溶人 宜使用细软的 导管将除气水缓缓地导人测量水槽底部,逐步提高水位直至达到所需的水量 测量中要随时清除换能 器和靶面上的气泡 按第7章的规定预先测定聚焦(半)角8后,再用辐射力天平测得的声束轴方向的 辐射力分量F值(N),用式(6)计算声输出功率I[9r1o1 =2Fc/(1十cos3) (6) 如只考虑水的声衰减影响,式(6)的结果应乘以exp(2ad)予以修正 a为水的幅度衰减系数,d为 靶距 而Borgnis定理认为对某种理想状态的吸收靶,沿靶前方的自由传播路径上的声冲流和衰减的 影响彼此相抵消,因此不需要修正 实验表明,宜取二者的折中修正因子exp(ad) 但在大功率下当采 用隔离声冲流的透声膜时应考虑此修正因子为exp(2ad). 注，验证试验显示,在10MH2以上,用折中修正很关键 不修正或过度修正,可能会产生士30%以上的误差 8.1.2自易法测量 按9.1的规定实施 用式(7)计算声输出功率oI们 UI .ef Fpe 4|r(8)|.G 8 式中 球面聚焦声束在平面反射器上的平均反射系数,见附录A r(3 水中的声衰减系数,见附录D;
GB/T32522一2016 球面聚焦换能器在自由场自易校准中的衍射修正系数,见附录B 8.2辐射电导的计算 在指定的频率下,在n种不同的激励电压有效值Um,驱动换能器时,用辐射力天平或自易校准装 置、电流探头和示波器测定;激励电流有效值lm.,电阻抗角0. 和输出声功率P,i=1,2,3,,n n6 用最小二乘法计算声功率对驱动电压有效值平方的函数关系拟合直线的斜率,即辐射电导 用式 (8)计算 m)(P (U片m,P U片m 8 Umm Um 8.3辐射电导的频率特性 在换能器的谐振频率附近,改变激励电压的频率,渊量轭射电导的频奉特性曲线G.,(f) 在G,() 曲线上测得在最大辐射电导频率(谐振频率f)两边辐射电导值下降到其最大值的50%的两个最靠近 的频率f,和fa(半功率点频率,f>),则频带宽度A/=f2一和谐振频率f用式(9)计算机械品 质因数: .(9 Q=fo/A/" 注谐振频率f.不易测准的换能器(如低Q.换能器),可用中心频率.=(十fe)/2替代谐振频率f 球面聚焦换能器发送电流电压)响应和接收灵敏度的测量门,],[4.[D 9.1自易法测量的操作步骤 9.1.1第一回波电压和回波电流的测量 按图1所示,配置测量系统 开关7置于位置 调节猝发声发生器的工作频率至被测频率f,保 持输出电压恒定,脉冲持续时间一般不超过30个振荡周期,占空比约(1/30) 初步调整发射聚焦换能 器位置使其声束几何焦点位于反射器的中心附近,同时调整方位角和俯仰角,令换能器收到的回波达到 初步的最大 再反复精细地改变换能器与反射器的距离,并精密调节换能器的方位角和俯仰角,使其收 到的第一回波幅度确实达到声场中的最大值 测量换能器的驱动电压U,第一回波电压U,激励电流 I和相应的第一回波电流1a 一般在U较大时,为了避免测量短路电流时损坏猝发声发生器或功 率放大器)电源,宜测量I. 电流波形一般失真较大,信噪比可能较低,需要进行降噪修正处理 降噪处理后的回波电流的均方根值等于仪器测得的含有噪声的该电流的均方值与无回波时电路里 的本底噪声的均方值之差的平方根 9.1.2开路电压和短路电流的测量 按图1所示,保持工作频率和驱动电压不变,将开关7置于位置,测量猝发声发生器的开路电压 U,;在保证仪器安全的条件下,开关7置于圆位置,测量短路电流I 在大激励电压的测量条件下,为 设备安全计,不宜测量短路电流 可以用U,l代替u,此时la会有足够的信嗓比 9.2发送电流(电压)响应和接收电压灵敏度的计算 图3中用曲线表示球面聚焦换能器的G.,与月和R/A的关系曲线,参变量为R/A R=F 为声焦
GB/T32522一2016 距或理想换能器的曲率半径 推荐应用附录C中的计算和编程方法,计算被测聚焦换能器的G值 利用附录B的表中的数据,进行线性内插,也可以得到所需要的G数值 9.2.1换能器的发送电流响应计算 按式(10)计算 cU oaFpres S (10 2A Ir(G厅 9.2.2发送电压响应计算 按式(11)计算 ,aFpe8 rGr. R/ =20 4 2=50.4 0.95 H/=20.1 R/=10.05 0.9 R/=5.04 心0.丽 0.8 0.75 R/A=150.75 0.7 20 50 60 B/(") 图3球面聚焦换能器的自易校准中的衍射修正系数G.p，R/A)与聚焦 半)角！和曲率半径与波长之比R/A的关系曲线族(R等于声压焦距！m prs 9.2.3接收电压灵敏度计算 按式(12)及式(13)计算: 2A.U M= "eaFn 12 .G. pc 13 M=M|Z/(Z十Z 电声效率的测量 10 10.1声功率测量 按8.1.1或8.1.2实施测量后,用式(6)或式(7)计算输出声功率P 10.2输入电功率测量 采用射频电功率计测量换能器的输人电功率
GB/T32522一2016 在没有合适的射频电功率计的条件下,可以用图1的装置,使用具有有效值测量功能的示波器,在 示波器的屏幕上同时显示U()和l()的波形 若波形失真较小,均为正弦形波,也可测得换能器的 驱动电压幅度U和工作电流幅度Ir,再测量信号的震荡周期T和同一周期内U()和I()二者波形 中对应的过零交点之间的时间差AA/<0.25/) 则换能器的电输人阻抗的阻抗角按式(14)计算 0 =士360A/T (14 式中: 换能器的阻抗角 电流滞后于电压时,0取正值;电流超前于电压时,0,取负值;二者同相位 时,.为零 换能器的输人电功率按式(15)计算 (15 P =0.5UIrcosf 也可在波形重复周期的整数倍的时间间隔内分别测量驱动电压有效值U和工作电流有效值 ,二者的乘积即为输人视在电功率 用式(I6)计算输人电功率 ， P =U .cos0 16 .lmmce Trms 10.3电声效率的计算 按式(17)计算 =P/P ×100% 7 换能器的输入阻抗(导纳)的测量 11 使用频率范围适当的网络阻抗)分析仪,分别测量在指定频率下,换能器处在空气中和在水中自由 场(消声水槽内)的输人阻抗(导纳)及其阻抗(导纳)的频率特性曲线 也可用式(18)和式(19)计算指定频率下的输人阻抗Z(Q)和输人导纳Y(s). Z下=(U/IT)(cosO 十jsin. 18) Y下=(lr/U)(cos 一jsin/.) 19) 测量不确定度 1 在1.0MHz15MHz频率范围内,以1.92MHz换能器为例,进行了测量不确定度分析 辐射电导的测量不确定度优于15%(k=2),声功率的测量不确定度优于15%k=2),发送电压响 应的测量不确定度优于8%(k=2),接收电压灵敏度的测量不确定度优于9%(k=2),电声效率的测量 不确定度优于18%k=2) 10o
GB/I32522一2016 附 录A 规范性附录 球面聚焦声束正入射于水-不锈钢平面界面上的 平均反射系数和聚焦(半)角的关系 平均反射系数r()是半孔径角8的函数 在水-不锈钢的界面上,其值可用式(A.1)式(A.9) 计算n 凹球面聚焦换能器在平面反射器上的平均声压反射系数表示如式(A.1l): IIr@)s r(e)sinlde r(3) (A.l cos3 其中, 定a1cos20r十您2rsin'2m 之1n r(0.|- (A.2 四 sin'20 2.co: 十文2T 十m c21 A.3 0，=arcsin sin0 cm c2 A.4 0r=arcsin sin0 c1 您 =pac./cosO A.5 =p;c2r/cosOm A.6 Z1l=pcL/cosO A.7 -反(透)射媒质(金属);I 纵波;T 横波; 以上式中脚标的意义:1--人射媒质(水);2 折射角) 液体-固体界面上的纵波和横波的临界角分别为: A.8 0a =ar tein(cn/e CL) 0 =arcsin(ci/cr A.9 式(A.2)为平面波的声压反射系数的幅度表达式;当人射角0大于第一临界角0 和第二临界角0 时,将发生全内反射 r(0,)为复数,此处仅取绝对值,见表A.1及图A.1 式(A.1)为凹球面聚焦换能器在平面反射器上的平均声压反射系数,见表A.2及图A.2 计算中使用的参数(KMS制): 物质 p(10' L(10' en(10 r(10 0a(" 0.(y C1. 7.91o 5.79o 28.77 不锈钢 3.100 14.93 1.492 11
GB/T32522一2016 表A.1水-不锈钢界面的平面波声压幅度反射系数r0)|与入射角0的关系 人射角 反射系数 人射角 反射系数 人射角 反射系数 0/() lr(0 0/" lr(l 0./( lr(0 0.937 21 0.916 41 0.937 22 0.918 42 43 0.937 23 0.919 0.937 24 0.919 44 0.936 25 0.919 45 0,936 26 0.920 46 0.936 27 0.923 0.936 28 0.934 48 0.936 29 49 10 0.936 30 50 11 51 0.936 31 12 0.937 32 52 53 13 0,.939 33 54 14 0.945 34 15 0.991 35 55 16 0.913 36 56 17 57 0.901 37 18 0.904 38 58 19 0.909 39 59 60 20 0.913 40 0.8 0.6 0.4 -水/不锈钢界面 -水/铅界面 20 40 60 80 0 图A.1水-不锈钢和水-铅平面界面上的平面波声压幅度反射系数lr(.,|与入射角0的关系 12
GB/T32522一2016 表A.2球面聚焦换能器在水-不锈钢界面的平均反射系数|r(p|与半孔径角》的关系 半孔径角 平均反射系数 半孔径角 平均反射系数 半孔径角 平均反射系数 8/(' |r(3 8/") lr /(") rm3 0,937 31 0,695 66 0.505 0.937 32 0.671 62 0.520 0.937 33 0.589 63 0.533 64 0,.937 34 0,507 0.547 0.937 35 0.429 65 0.558 0.937 36 0.359y 66 0.570 67 0,937 37 0,293 0.582 0.937 38 0.235 68 0.592 0.937 0.185 39 69 0.603 7o 10 40 0,937 0,142 0,613 11 0.937 4l 0.l11 71 0.622 0.937 72 12 0.099 w,6a 12 13 0.937 43 0.106 73 0,640 14 0.938 44 0.127 774 0.648 a.1 75 15 0.940 45 0.656 16 0.941 46 0.183 76 0,664 17 77 0.936 47 0.211 0.671 0.933 48 78 18 0,240 0,678 19 49 0.930 0,266 79 0,685 20 0.928 50 0.293 80 0.691 81 21 0,927 51 0,317 0,697 22 0.926 52 0.34l 82 0,703 23 0.926 53 0.363 83 0.709 84 24 0,.925 54 0.384 0,714 25 0.925 55 0.405 85 0.719 26 0.924 56 0.423 86 0.723 27 0.924 57 0.44l 7 0.725 28 0,924 58 0,459 88 0,724 29 59 0.475 0.716 0.894 89 30 0.776 60 0.491 90 13
GB/T32522一2016 0.8 0.6 0.4 0.2 水/不锈钢界面 -水/铅界面 20 80 B/" 图A.2球面聚焦换能器在水-不锈钢和水-铅平面界面上的平均反射系数 |r.(p|与聚焦(半)角月的关系 14
GB/I32522一2016 附 录 B 规范性附录 球面聚焦换能器在无衰减媒质的自由场中自易校准的衍射修正系数 G.(R/A,》函数的数值表 G.(R/A,3)与聚焦(半)角月和曲率半径/波长比R/A即声压焦距/波长比F/A)的数值关系在 本附录中列表示出 利用表B.1中的数据,进行线性内插,可以得到所需要的G数值 其中 频率fMH2),曲率半径Rmm),孔径Dmm),聚焦(半)角8=arcsin(0.5D/R(),F数 F、=R/D,环境条件T=23C,c=1492m/s,波长入=c/f 表B.1中的几何参数8,R/入数值与被测换能器的相应数值相近时所查得的换能器的G值,可以 作为验证测量者所编程序和计算是否正确的参考 表B.1球面聚焦换能器在无衰减媒质的自由场中自易校准的 衍射修正系数GR/A,函数的数值表 R/入 1.68 6.7 16.08 M73 2.68 3,35 5,04 5.36 8.04 8.4 10,05 l1.7613,4 5.74 10 2.88 15 1.93 0.6950.745 0,7650,7640,744 20 1.46 0.718 0.7690.7610.7560.7390.7410.7550.7910.814 25 1.18 0.7330.7670.7600.7410.7730.7850.8160.8140.8070.8210.842 0.7760.7500.7630.8160.8100.8080.8380.8450.8410.8530.860 30 1.00 35 0.7370.7720.7150.8200.821o.817o.848o.840O.87O.8630.8TO.877.886 0.871 0.778 0.7910.7470.7930.8150.8260.8450.8650.8670.8760.8790.88o0.8870.897 40 45 0.707 0.7810.7970.8270.8530.8480.8700.8780.8820.8910.8880.8980.9040.909 50 0.653 0.7530.8330.,8280,8620,8720.8830,8910,8930.8980.9030,9050,.9120,919 60 0.5770.8320.8570.8540.8890.8850,.9030.9100.9080.9190.9220.9250.9280.935 R/入 F 16.7518.7620. 21.4423.4525.12526.830.1532.1633.5 40,24l.87542.88 5.74 10 2.88 0.713 0.764 0.7560.7520.7370.7380.740 15 1.93 0.7410.7390.7480.7620.7860.8020.8110.8090.8050.8050.8360.8400.841 20 1.46 0,.8110,.8060,8120,8260,8410.8410.8380,.8520,8600,.8590.8730.872o,87 25 1.18 0.8400.8470.8590.8610.8600.8710.8740.8800.8840.8830.8940.8980.898 30 1.00 0,8640,.8750,8750,8840,8840.8920.8920.8990,9020,.9050,.9130.913o,.91 35 0.871 0.8860.8940.8930.9000.9010.9060.9090.91470.9160.9180.9240.9260.927 0.778 0,9020,9070,9070,9120,9160,9190,9200,9240,927 0.9290.9350.9360.937 40 45 0.707 0.9130.9170.9200,.9210.926 0.93o0.9340.9360.9370.942 0.944 50 0.653 0.9220.9240,9270,9290.934 0.9370.9410,9430,9440.949 0,950 60 0.577 0,9370,9400,.9410,9430,945 0.950 0,9530.9540,958 0.960 15
GB/T32522一2016 表B.1(续 R/入 83.75 46.9 0.25 67 100.5 70.35.375 50.4 53.6 60.3 64.32 80.4 5.74 10o 2.88 0.755 0.7730.7730.7900.8100.8110.8080.8050.8040.8120.820 0.838 15 1.93 0.837 0.84o0.8400.8520.8570.8580.8640.871 0.8710.8740.88o 0.890 20 1.46 0.8790.8830.8830.8840.8900.8960.8970.8980.9030.9060.907 0.915 25 1.18 0.9030.9040.9040.9080.9120.9160.9170.9190.9220.9240.926 0.932 30 1,00 0.9180.9200.9200.9220.927 0.9290.9310.9330.9350.9370.938 0,944 35 0.871 0.932 0.939 0.940 0.942 0.946 0.9300.932 0,.934 0,941 0.944 0.947 0,952 0.778 0.9400.94m 0.9410.9430,9460.9480.9490.95o0.9520.9530.954 0.958 40 45 0.707 0.946 0.9480.9500.9520.9540.9550.956 0.959 0.96o 0.963 50 0.653 0.952 0.9540.9550.9580,.9600,.9600,.961 0.9640.964 0.968 60 0.577 0.962 0.9630.964 0.9670.968 0.971 0.974 R/入 F、 107.2l17.3120.6125.6134.0150.8160.8167.5175.9 201 209,4234.5251.3 0,7500,7380,7360,7380.7430,7730,7840,.8070,810 5.74 2.88 0.8360.8470.8520.8570.8570.864o.87160.8710.8710.881 0.8810.889o.893 10 15 1.93 0.8900.8970.8960.8990.9020.9060.9110.9110.9150.9200.9200.9260.928 20 1.46 0.9180.9210.9220.9240.9260.9300.9320.9330.9350.9390.9400.9440.945 0.9340.9370.9380.9390,9410.9440.9460.9470.9480.9520.9520,.9550,.957 25 1.18 0.9450,9470.9480,9500,.9510,.9540.9550.9560,9570.9600.9610,.9630.964 30 l.00 35 0.871 0.9540.9550.9560.9570.9580.9610.9620.9630.9640.9660.9670.9630.970 40 0.960 0,778 0.9620.9620.9630.9640.9660.9670.9680.9680.9710.971 0,.9730,974 0.707 0.9650.9660.967 0.971 0.974 45 0.968 0.653 0.9690.9700.970 0.972 0.974 0.977 50 6o 0.577 0.975 0.977 0.979 0,.982 R/入 F 268 293. 301.5335.0 351.8402.0450.0500.0550.0603.2650.0 754.0 5.74 0,8080,.8030.8040,8200,8300.8380,8400,857 0.8560,8640,871 0.879 10 2.88 0,8960,9020,.9010,.9060,9090,9140,9200,9230,9270,.9290,933 0.937 15 0.9290.9330.9340.937 0.942 0.9510.9530.955 0.958 1.93 0.939 0.946 0.948 1.46 0.947 0.9490.95o0.9530.9540.9570.9590.9620.9630.965 0.966 0.969 20 25 1.18 0.9580.9600.9600.9630.9630.9660.9680.9690.9710.9720.973 0.975 16
GB/T32522一2016 附 录 c 资料性附录 球面聚焦换能器在无衰减媒质自由场中自易校准的衍射修正系数G的计算 凹圆球面聚焦换能器自易法测量的坐标系如图c.1所示,其中l为球面换能器的几何焦距或曲率 半径,a=lrsing为换能器的孔径之半8为换能器的聚焦(半)角或半孔径角,A为换能器的凹球缺形辐 射面(或其面积) 假设在声轴上离换能器发射面中心距离2的位置有一个以球心为对称中心的镜像 的共轴对称的凹球缺面A',如图C.1所示 在射线声学假设下,它们的声场特性是关于焦点对称的,故 面积A与A'全等 换能器发出的球面波在焦点之前呈会聚波,而在焦点后形成发散波 在无衰减媒 质中,忽略衍射效应条件下,A和A'上的平均自由场声压和也应相等 但在计及衍射效应时,二者的声 压不同,因此需要计算经衍射后A'上的自由场平均声压户.(2)与A面上初始的平均声压P,的比值， 见式(C.1): G=lp.(2/p, (C.1 -/n 图c.1凹球缺面聚焦换能器的辑射面A和以它的焦平面XY为镜面对称 中心平面时的(镜像)虚像A'的几何关系与自易校准的坐标示意图 然后,为了计算衍射系数G,Rayleigh积分将应用于分别计算场点声压户和镜像面A'上的平均声 压力.(2l)s幻,按式(c.2),式(C.3)计算 kg eeT -dS C.2 -dyd" pds (2 C.3) 17
GB/T32522一2016 式中: 媒质的密度; 媒质中的声速; 换能器表面质点速度; 心8 波长; 凹球面A上的面积元 dS ds' -镜像凹球面A'上的面积元;A'是镜像凹球面的面积,= y=下是 上(r，y,=)点的距离，==一、=且-'- ds'上的场点.工',y',，怎'到dS /"-y 这样,在消去式(C.1)中与空间积分无关的时间因子e后,见式(C.) ,wls'小,["s dS p(2 G C.4 =c 为了计算的方便,我们可将上述在直角坐标(.r,y)下的各式转换为极坐标(r,0 其中，负- 下的表达 即作如下变量替换,见式(C.5): =rcos =rsin0 ldydr=rdrd C.5) =r'cos/ sind =r'dr'do 并且镜像凹球面的面积A'一2xli(-cosp)其中8=sin'(a/)是半孔径角a是半孔径长度 这样,在极坐标下，"的积分范围为[0,4],0的积分范围为[O,2x] G计算结果的精确程度对于实际声功率测量的准确性非常重要,在数值计算过程中,我们先分别 将和(2)曲面积分化为直角坐标系的二重积分,然后将计算G的式(c.4)中的四重积分离散 化即 之之" G= 一 rsin (rcos/) r'rAr0Ar'0 C.6 'cos 'sin 其中 =a/N A A6 0" 2x/N 2 A7 C.7) 7 考虑到凹球面的轴对称性,则可以球坐标系为基础,简化积分为三重积分后对衍射的修正系数进行 计算,可以有效地加快计算速度和提高计算精度 直角坐标转换为球坐标系的变量替换见式(C.8) 18
GB/T32522一2016 -rsin/cose |=l/sin/sine lcos/ C.8 一人sin/ cosp =lsin0sine =lcos 考虑到A'接收面上声压的轴对称性,其平均声压的积分表达式见式(C.9) pds' p(A' C.9 2xlsin/'sin/ -dedd pcUn 入A 其中冬按式(c.10)计算 =l.iO9 cos十cos (C.10 Sin'干(Sinsi smp A'=2爪l(1一cos3 积分范围9E(0,2r),0'E(0,),0E(0,3) 由此可以得到衍射修正系数: eia 2rl！ (2n 一sin/sindpelioi G" 将积分式里的长度计量单位都改成以波长来计算后,可得形式为G/A,3的表达式,见式 C.11): “"[一 G -sin'sin0ded0d0" (C.1l 数值积分时声源表面被细分成足够小的面积元以满足积分精度要求,为了确保计算的精确性,离散 点数N应使得微元长度!Ap,l,A和l'均小于半波长入/2 具体编程如图C.2所示 19
GB/T32522一2016 设定参数 颜率,声速e,焦距l,,半孔径角9) 计算半孔径长度a,凹球面表面积4, 波长2 设定离散点数N 计算做元长度/,Ap,/,A0及4,Ar 否 做元长度是否均小于被长 2？ 利用式(C.1)的三重循环计算衍射系数G， 图c.2衍射系数G数值计算步骤 20
GB/T32522一2016 附 录D 资料性附录 水的声速和衰减系数 水的声速及水的超声衰减的温度特性见表D.1及表D.2 表D.1水的声速的温度特性 温度/" 声速/m/s) 温度/ 声速/m/s 温度/ 声速/m/s) 27 1427 16 1470 1502 17 28 1431 1473 1505 476 29 1507 435 30 1439 480 1509 19 31 1444 1483 1512 20 221 32 10 1448 1486 1514 1 22 33 1452 1489 1516 12 1455 23 1492 34 l518 13 1459 224 1494 35 1520 1463 25 1497 36 1522 15 1466 500 37 1524 26 表D.2水的超声衰减的温度特性 40 温度/ 10 15 20 23 25 30 a/'(10-Npm-') 56.9 44.1 35.8 29.9 253 23.0 22.8 19.9 14.6 或10-iNpMHz=cm-l) 注，数据引自;王荣津等著;《水声材料手册》,科学出版社,1982 21
GB/T32522一2016 附 录 E 资料性附录 球面聚焦换能器的互易校准原理 E.1理想的球面聚焦换能器的电声互易原理和互易常数JP 假设一个理想的凹球面聚焦换能器(无衍射效应),在电流I的激励下向理想的无衰减媒质发射声 波,表面法向振速为V;假定有一个位于此聚焦换能器焦点位置的点声源,发出球面发散的理想球面波 在到达此换能器表面处波阵面上的自由场法向振速为V假想此时换能器移去) 理论上在理想的自易 校准中,使用猝发声脉冲信号电流!T激励换能器,在声焦平面上设置理想的平面反射器(反射系数r= 1 ,其反射的回波声场即是这样的假想的点声源的球面波的声场 在原来位置处的换能器若处于表面 钳定(挟紧,振速为零)状态时所受的回波声场作用力为F,输出的开路电压为U 根据电声互易定理 式(E.1)关系成立: E.1 |V|Ir|=|Ul/F 由理想的无衰减和无行射的球面波场的对称性质和理想的刚性反射面的性质知:换能器表面发射 声压p=eV;虚拟的点声源在换能器表面处的自由场声压p.假想此时换能器移去)也等于p=eV-一 ,故在刚性钳定的换能器表面,有F=2p.A一2nVA p.分别为水的密度和声迷 A为凹球面的 声2 把上述关系代人式(E.1)后,考虑到换能器的自由场发射电流响应为s;一/I接收电压灵 有效面积 敏度为M-U/A=U/声.可得理想的四球面果熊换能器的互易常数1和s,及M.按式E.2),式 (E.3),式(E.4)计算: 1=M/Si=U l/Pp'=F.V/(acV)'=2A/(c) E.2 -恶 E.3 s1一 M= E.4 E.2实际的自易校准中的球面聚焦换能器的电声互易原理和互易常数1I3Is 在实际的自易校准中,要考虑声传播中的衍射效应 为此引人一个自由场球面聚焦波互易校准中 的衍射修正系数G的物理量来计量衍射效应的影响 其定义为:在无衰减媒质(a=0)的自由场中,以 凹球冠面聚焦换能器A的焦平面为假想的理想平面反射镜面(幅度反射系数尸=1),在其背后位于离换 能器2偕焦距处的换能器的声虚像球冠面A'上的平均声压p.,与换能器发射面上均布的声压的比 值 Gi=p:/p户=eV 图C.1已示出球冠形的换能器辐射面A和它的虚像球冠面A'的几何关系 图中/为焦距,即曲率半径R 坐标原点取在焦点上,、轴取在声束轴上 zy平面为焦平面 A为有 效面积 8为聚焦(半)角,半孔径角 同时计及媒质水的衰减系数a、衍射效应和平面反射器的幅度反射系数r<1,则换能器移去时原接 收球缺面A'上的自由场声压降低为 ，一2ad ",实际的水听器的开路输出电压也等比例地降低为 rse ,它小于在发射而上的自由场声压》作用下换能器开路输出电压U,即U'=UrGi.e叫或U=" U” e叫CG.).式中d=F为反射器与换能器间的距离等于声焦距 定义s,=/I,M-U'/p- l UGe-2wud p,=U/p,则此时的自由场聚焦球面波的互易常数仍为J=2A/pe). E.3球面聚焦换能器的自易校准1s1 将U=U'叫/(c.)代人式(E.3)和式CE:.),可导出 22
GB/T32522一2016 E.5 -,荒--," 一- (E.6 M一 换能器的辐射面上的自由场声压按式(E.7)计算 UT 1Tpc E.7) 力=SI下= 2AG 定义球面聚焦换能器的辐射面上的自由场发送电压响应Sv为辐射面上的声压与换能器的电端 施加的激励电压U的比值,按式(E.8)计算 T S、 - E.8 TV2AG 由辐射面的声压卢可计算出输出声功率P脉冲平均声功率或等声压幅度的连续波声功率),见式 (E.9): =AU' 2ad E.9 2oc 4rG， 辐射电导按式(E.10)计算: E.10 - 哉-" 实际测量时,球面聚焦声束正人射到平面反射器表面时,需要用声压幅度的平均反射系数|r(3) 来替代上述公式里的",它是半孔径角月的丽数 其值可从图A.2的曲线上查得或用式A1)计算得 到 由于在测量回波的开路电压U'时,换能器是与猝发声发生器相连的,发生器成为换能器的输出电 负载,实际测得的是换能器的有载电压U=U'|Z/Z十Z),又因激励电流!下=UZ十Z|,I =UZ|,其中U,为猝发声发器的开路电压,Ik为它的短路电流,Z为其内阻抗,ZT为换能器的内阻 抗 同时测得的第一回波电流I.=U'八Z十Zl,故有U'I下=UIK=U,I. 在实施换能器校准 时,实际可以测得的电参数是;U,lr,lR,U和1 式(E.5)式(E,.1o)中的U'I需要用Ulk或U I 替代 23
GB/T32522一2016 附 录 资料性附录 换能器的电声参数之间的关系和应用性导出电声参数 F.1电声参数之间的关系 F.1.1换能器的自由场发送电压响应和灵敏度与辐射电导的关系 根据自由场发送电压响应sv的定义如式(F.1)所示 Sv=力/U下=力/Um F.1 式中 为换能器辐射面上的声压的幅度和均方根值; b0，orm Ur,Um -为换能器的激励电压的幅度和均方根值 辐射电导G,的定义如式(F.2)所示 G,=P/U F.2 声功率尸的定义如式(F.3)所示: F.3 P=/im.A/(e) 则参数关系见式(F.4)式(F.7) F,4 G,=sA/(e G F.5 Sv s F,6 =v|Z U F.7 M=、/2G =SJ F.1.2换能器的辐射电导G,与电声效率)a的关系 换能器的辐射电导G,与电声效率) 的关系如式(F.8)所示 p. =P/P;=P/(U.Gr)=G,/G F.8 式中: P 换能器的输人电功率 换能器的输人电导,G下=cos./Zl; GT" Z 换能器的输人阻抗 F.1.3换能器的自由场发送电压响应s、与输出声功率的关系 SvU 2A pirm JTrm roe！ F.9 P=InA= 0 oC F.2应用性导出电声参数 F.2.1聚焦场的自由场最大声压发送电压(电流)响应 Svm(Sm 在指定频率下,在球面聚焦换能器发射的自由场内最大声压与其输人电压(电流)的比值 2
GB/I32522一2016 注1:球面聚焦换能器的自由场最大声压是存在于它的声压焦点处 注2;应注明信号的频率 注3单位为帕每伏(Pa/V);帕每安(Pa/A》 按式(F.10),式(F.11)计算 U1lkpc Sv=kh F.10 2AG., UI S一 F.11 kh 2A|r(GH 式中: 圆波数 人 =2r/入 球冠的等效高度 h=F1一cos/3 应用s或s可以计算在给定的激励电压或电流下,换能器焦点处的声压 F.2.2脉冲回波灵敏度 M.！ s 球面聚焦换能器向水中位于其焦平面上的理想平面反射器(幅度反射系数为1)垂直地发射猝发声 脉冲后,接收到的第一回波信号的开路电压与其激励电压的比值,用分贝表示 注1应注明信号的频率 注2:单位为分贝(dB) 脉冲回波灵敏度M按式(F.12)计算 UIR (F.12 M -可 rU 式中: U -来自声焦平面上的理想平面反射面的回波信号的换能器开路电压; U -实际测量到的回波信号的换能器输出电压 UI F.13 M,L=20lgM=20lg一 r(UI 由于附录E中已证明U-UlK/1下=UnI/I 所以可以导出 M =2G,lz,lG.e F.14 应用ML可以鉴别聚焦型脉冲反射式换能器的回波检测能力 F.2.3对焦点球源声压的自由场电压灵敏度 M 在位于换能器的声焦点上的点声源发出的理想球面波场中,换能器的开路电压与以点声源为中心、 半径为半波长的球面波阵面上的自由场声压的比值,按式(F.15)计算 M -e(F) MH-烘 F.15) 2Fm 式中: -声焦点上的点声源的在曲率半径为入/2的波阵面上的自由场声压 注1:应注明信号的频率 注2单位为伏每帕(V/Pa) 在球面聚焦换能器用作水听器时,应用距离选通技术,在水听器输出信号中采集该指定波阵面处的 回波电压,除以M得到的声压,可以用来估计声场中声焦点周围半波长处的声压 25
GB/T32522一2016 附录 G 资料性附录 测量记录表 G.1测量聚焦超声场参数用表 被测换能器名 标称频率 MHz;标称直径: mm;标称焦距 mm; 使用仪器 测量人员: 日期 工作频率 MHz;测量水温: C;声速 m/s;波长入 mm 测得有效半径a: mm;焦距F mm;聚焦(半)角 pre#: A 4Ax/.工m Ar/4s F e/mm wA./mm W/mm Wly/mm Why/mm 注1黑体字的参量是测量时的读出量,其余的是计算后得到的参量 注2:w心=(w,十w,/2;w出=(w十w,/2 注3;4=(F.A/2r)[(l.62/w)+(2.22/w]月=aresin(a/Fm). G.2辐射力法测量聚焦声束的声功率和辐射电导用表 被测换能器名 标称频率 MHz;标称直径 mm 标称焦距 mm;有效半径a mm;焦距F mm;聚焦(半)角8 pres: 使用仪器 测量人员 日期 工作频率 MHz;测量水温: C;声速 m/s; 衰减系数/频率平方: MH2"enm';粑距d: mm;F./A一 26
GB/T32522一2016 Vm Um/八V Am/g P/w G,/msS 0. ITm/A P./w pc/% Z/Q 注:(V).为信号发生器的面板读数(电压峰峰值);黑体字的参量是测量时的读出量,其余的是计算后得到的 参量 G.3自易法测量聚焦声束的声功率和辐射电导用表 被测换能器名 ;标称频率 MHz;标称直径 mm; mm;有效半径a: mm;焦距F 标称焦距 mn m;聚焦(半)角9 es: 使用仪器 测量人员 日期 工作频率 MHz;测量水温 C;声速 m/S; 衰减系数/频率平方 MHz-'cm-';F./A= (V V P/w G/ms " P./w % Z /n Um/vlU/八y 刚 IKnm/ Ie 7e/ 注:(V),为信号发生器的面板读数(电压峰峰值);黑体字的参量是测量时的读出量,其余的是计算后得到的 参量 27

声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量GB/T32522-2016

声学压电球面聚焦超声换能器是一种重要的医学成像设备，广泛应用于疾病诊断和治疗。在应用过程中，了解其电声特性及其测量方法尤为重要。

一、电声特性

声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性主要包括灵敏度、频率响应和方向性等。

• 灵敏度：指换能器输出电信号与输入超声波之间的比例关系。灵敏度越高，换能器输出的电信号就越强。
• 频率响应：指换能器在不同频率下的输出电压与输入超声波压力之间的比例关系。换能器的频率响应范围通常在1MHz到10MHz之间。
• 方向性：指换能器在不同角度下输出电压的变化情况。聚焦超声换能器的方向性较好，其前方和侧方敏感度较高，后方敏感度较低。

二、测量方法

为了保证声学压电球面聚焦超声换能器的正常工作，需要对其进行一些电声特性的测量。

• 灵敏度测量：将一个已知的超声信号送入换能器，测量输出电压，再通过计算得出换能器的灵敏度。
• 频率响应测量：将一个多频率的信号源接入换能器，测量输出电压的大小，绘制出换能器的频率响应曲线。
• 方向性测量：使用旋转平台，在不同方向上测量输出电压的变化情况，从而确定换能器的方向性。

三、国家标准GB/T32522-2016

GB/T32522-2016是我国发布的声学压电球面聚焦超声换能器电声特性测量标准，详细规定了换能器灵敏度、频率响应和方向性的测量方法和要求。

该标准主要适用于医疗、工业以及科学研究领域中的声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性测量。

声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量的相关资料

和声学压电球面聚焦超声换能器的电声特性及其测量类似的标准