辐射压力法测量超声功率时水温的影响和实时监控的探讨

　　一、前言

　　按照国际组织和我国相关法规、标准的要求，医疗器械在临床应用中必须确保安全和有效，而对“医用三源”的强制检定，实际上是从计量角度切入的对医院在用医疗器械的质量监督和质量保证行为。我国于1999年3月发布的JJG639-1998《医用超声诊断仪超声源》检定规程，对医用超声源的各项指标作了明确规定，而工作用超声功率计属于医用超声源检定时必须配备的仪器。按现行的超声功率量传系统表，所有超声功率计都应溯源到国家基准或副基准。 笔者所在的研究院建有国家毫瓦级和瓦级超声功率国家基准， 原有的不确定度5%(k=2)。 2007年5月改造完成后，经鉴定，不确定度提高到3%(k=2)，达到国际先进水平，课题获得2007年国家质检总局“科技兴检”三等奖。 专家一致认为，采用铌酸锂晶体研制的标准超声换能器，以及阻抗匹配器和介质温度测量系统，具有创新性。 本文对介质温度测量设备及简单原理进行介绍。

　　二、温度对超声功率的影响

　　超声功率国家基准装置基于测量超声的辐射压力而确定超声功率。 其原理是：在小振幅平面超声场中，两种媒质交界面上出现的时间平均单向压力即辐射压力，其值等于两边声能密度的差值。 由此产生的辐射压力可用一个置于超声场中的靶来测定。 超声换能器所辐射的总声功率与作用在全反射靶上的辐射力之间的关系为

　　从式(1)可知，声速的大小直接影响超声功率的测量准确度。 我国的超声功率国家基准装置接收超声波辐射压力的靶悬吊于消声水槽中，由于水的温度、盐度和所受的静水压力影响水的密度和绝热压缩系数，因此，水中声速随温度、盐度和静水压而变。 通过实验和理论分析，已得出了多种形式的声速关系式，其中一个典型公式为

　　为控制不必要的影响，尽量采用经过一段时间恒温的特制蒸馏水， 一般的水深和盐度是固定的，由此可见，温度对声速的影响最大，直至最终影响超声功率的测量值。

　　由于测量时使用的是除气后的蒸馏水，结合反射靶夹角的重力加速度g， 得出的系数k如表1所示。

　　三、水温的测量与控制方法

　　基准装置在技术改造前，采用一支0℃～50℃、分辨力为0.1℃的玻璃水银温度计来测量水温。 具体做法是在测试前测量一个温度值， 在测试结束后再测量一个温度值，然后取两个温度值的平均值来查表得出本次基准测量的转换系数。 但是这样做有两个问题：一是这种分辨力高的水银温度计里面，温度计下泡的水银比较多，温度常数较大，按照精密水银温度计的检定规程规定， 要在恒温介质中等温15min以上才可以进行检定及读数，所以温度计对超声水槽里面的水温变化不能及时跟踪;二是这种精密水银温度计都要求全部浸入水中使　　用，也就是说，当前温度示值部分要全部浸没到水槽当中，如果仅局部浸入水中，露出水面的那段水银柱就会因受环境温度的影响而改变示值。