Метрологическое обеспечение акустических измерительных приборов среднечастотного диапазона

от

А.Н. Греков, Н.А. Греков, Е.Н. Сычев

Институт природно-технических систем РФ, г. Севастополь, ул. Ленина, 28

E—mail: oceanmhi@ya.ru

DOI: 10.33075/2220-5861-2020-2-117-126

УДК 534.6  

Реферат:

   В статье рассмотрены методы измерения скорости звука, рассеяния и затухания в жидкости, на основании которых строятся современные акустические измерительные средства, работающие in situ. Отмечается, что в реальных условиях любые схемы акустических измерений не являются идеальными и в зависимости от конкретной структуры могут давать различные результаты. При акустических измерениях не всегда однозначно можно провести границу между поглощением и рассеиванием, иногда локальный случай акустического затухания можно трактовать как предельный случай рассеяния. Так же сложность определения акустического коэффициента рассеяния в жидкостях связана с многообразием самих жидкостей, формой и составом рассеивателей, в связи с этим, в настоящее время, не создана поверочная схема с эталонами для определения акустического рассеяния.

   В работе показано, что исследуемые жидкости не имеют надежных эталонных рассеивателей, а, следовательно, оценки необходимо делать из статистических ансамблей рассеивателей, что ограничивает точность и пространственное разрешение получаемых оценок.

   Приведены технические и метрологические характеристики измерительных каналов современных акустических приборов западного и российского производства, в том числе и разработанных авторами данной статьи. Анализируются измерители скорости звука и обратного акустического рассеяния, а также макетные образцы многофункциональных акустических измерителей. Приводятся рекомендации по применению ГОСТ в акустических измерениях и констатируется, что метрологические характеристики вновь создаваемых акустических измерительных средств, работающих в условиях in situ, находятся на уровне Государственных первичных эталонов.

Ключевые слова: метрологическое обеспечение, калибровка, скорость звука, рассеяние звука, затухание и поглощение звука, метод измерения, измерительные каналы, профилографы,  точность, неопределенность, эталоны.

Полный текст в формате PDF

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Kaatze U., Eggers F., Lautscham K. Ultrasonic velocity measurements in liquids with high resolution – techniques, selected applications and perspectives // Meas. Sci. Technol. 2008. Vol. 19. 062001. DOI:10.1088/09570233/19/6/062001.
  2. Lautscham K., Wente F., Schrader W., Kaatze U. High resolution and small volume automatic ultrasonic velocimeter for liquids // Meas. Sci. Technol. 2000. Vol. 11. P. 1432–1439.
  3. Montrose C.J., Solovyev V.A., Litovitz T.A. Brillouin Scattering and relaxation in liquids // J. Acoust. Soc. Am. 1967. Vol. 43. P. 117–130.
  4. Loheider S., Vogler G., Petscherizin I., Soltwisch M., Quittmann D. Brillouin scattering on the glass former GeSBr2 // J. Chem. Phys. 1990. Vol. 93. P. 5436–5447.
  5. Cedrone N.P., Curran D.R. Electronic pulse methods for measuring the velocity of sound in liquids and solids // J. Acoust. Soc. Am. 1954. Vol. 26. P. 963–966.
  6. Carstensen E.L. Measurement of dispersion of velocity of sound in liquids // J. Acoust. Soc. Am. 1954. Vol. 26. P. 858–861.
  7. Forgacs R.L. Improvements in the sing-around technique for ultrasonic velocity measurements // J. Acoust.Soc. Am. 1960. Vol. 32. P. 1697–1698.
  8. Hosoda M., Takagi K., Ogawa H., Nomura H., Sakai K. Rapid and precise measurement system for ultrasonic velocity by pulse correlation method designed for chemical analysis Japan // J. Appl. Phys. 2005. Vol. 44. P. 3268–3271.
  9. Александров А.А., Ларкин Д.К. Экспериментальное определение скорости ультразвука в воде в широком диапазоне температур и давлений // Теплоэнергетика. 1976. № 2. С. 75–78.
  10. https://yandex.ru/search/?text=0650808i.doc&lr=959&clid=2233627 (дата обращения: 12.04.2020).
  11. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н. Профилографы скорости звука и алгоритм определения плотности воды для океанографического диапазона // Системы контроля окружающей среды. 2017. № 8 (28). С. 11–15.
  12. Del Grosso V.A., Mader С.W. Speed of sound in pure water // J. Acoust. Soc. Amer. 1972. Vol. 52. N 5. P. 1442–1446.
  13. Del Grosso V.A. Sound speed in pure water and sea water // J. Acoust. Soc, Amer. 1970. Vol. 47. P. 947–949.
  14. Barlow A.J., Yazgan E. Phase-change method for measurements of ultrasonic wave velocity and determination of the speed of sound in water, Brit. // J. Appl. Phys. 1966. Vol. 17. P. 807–819.
  15. Kroebel W., Mahrt К.H. Recent results of absolute sound velocity measurements in pure water and sea water at atmospheric pressure // Acoustica. 1976. Vol. 35. P. 154–164.
  16. Греков А.Н., Греков Н.А., Шишкин Ю.Е. Исследование характеристик профилографа скорости звука и коррекция результатов измерения // Системы контроля окружающей среды. 2017. № 10 (30). С. 24–30.
  17. Измерения и испытания в судостроении и смежных отраслях (СУДОМЕТРИКА-2018): материалы Седьмой Междунар. науч.-техн. конф. / под ред. В.А. Грановского. СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2018. 190 с.
  18. ГОСТ Р МЭК 62127-1-2009 ГСИ Параметры полей ультразвуковых. Общие требования к методам измерений и способам описания полей в частотном диапазоне от 0,5 до 40.
  19. ГОСТ Р МЭК 61161-2019 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к выполнению измерений методом уравновешивания радиационной силы.
  20. ГОСТ Р МЭК 61391-2-2012 ГСИ. Оборудование медицинское ультразвуковое диагностическое. Общие требования к методикам измерения максимальной глубины зондирования и динамического диапазона.
  21. Alum (1995), Methods for Specifying Acoustic Properties of Tissue Mimicking Phantoms and Objects: Stage 1. American Institute of Ultrasound in Medicine 14750 Sweitzer Lane, Laurel, MD 20707.
  22. Wear K., Stiles Т., Frank G. et al. Interlaboratory comparison of ultrasonic backscatter coefficient measurements from 2 to 9 MHz // J. Ultrasound Med, 2005, 24. P. 1235–1250.
  23. Madsen E., Dohg F., Frank G. et al. Interlaboratory comparison of ultrasonic backscatter, attenuation, and speed measurements // J. Ultrasound Med, 1999. 18. P. 615–631.
  24. Madsen E. «Ultrasonically soft-tissue-mimicking materials». In The Medical Physics of CT and Ultrasound: Tissue Imaging and Characterization, Fullerton G. and Zagzebski J., editors, AAPM Monograph 6, American Association of Physicists in Medicine, 335 E. 45th Street, New York, NY, 1980. 10017, P. 531–550.
  25. Madsen E., Zagzebski J., Macdonald M. and Frank G. Ultrasound focal lesion detectability phantoms // Medical Physics, 1991. 18. P. 1171–1180.
  26. Thijssen J.M., Weijers G. and Korte C.L. Objective Performance Testing and Quality Assurance of Medical Ultrasound Equipment // Ultrasound Med & Biol., 2007. 33. P. 460–471.
  27. ICRU Report 61 (1998): Tissue Substitutes, Phantoms and Computational Modelling in Medical Ultrasound. International Commission on Radiation Units and Measurements, Bethesda, MD, USA.
  28. Madsen E., Zagzebski J., Banjavic R. and Jutila R. Tissue-mimicking materials for ultrasound phantoms // Medical Physics, 1978, 5. P. 391–394.
  29. Madsen E., Zagzebski J., Medina I., Frank G. Performance Testing of Transrectal US Scanners // Radiology, 1994, 190 (1). P. 77–80.
  30. Madsen E.L., Frank G.R., Dong F. Liquid or solid ultrasonically tissue-mimicking materials with very low scatter // Ultrasound Med & Biol, 1998. 24 (4). P. 535–542.
  31. Wilson Т., Zagzebsk J., Li Y.D. A test phantom for estimating changes in the effective frequency of an ultrasonic scanner // J. Ultrasound in Med, 2002, 21 (9). P. 937–945.
  32. Греков А.Н., Греков Н.А., Сычев Е.Н., Кузьмин К.А.Развитие акустических приборов для исследования водной среды in situ // Системы контроля окружающей среды. 2019. Вып. 2 (36). С. 22-29. DOI: 10.33075/2220-5861-2019-2-22-29.

Loading