CN104568111B - 一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，其包括：第一步：标准水听器及待测水听器的安装；第二步，声场建立；第三步，声压灵敏度测试：旋转夹具和旋转支架固定不动，采用比较法来对待测水听器进行声压灵敏度的测试；第四步，指向性测试。采用上述方法后，能使一台测试装置进行多种被测指标的测试，既能进行声压灵敏度，也能进行指向性测试，节省空间，成本投入低；同时，水听器固定稳固，不易松脱，测试数据准确。进一步，振动台，不易左右晃动，测试精确度高。

Description

一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法

技术领域

本发明涉及一种医用超声检测用水听器的性能检测方法，特别是一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法。

背景技术

水听器又称水下传声器，是把水下声信号转换为电信号的换能器。 其是利用材料的特性以及它与周围环境相互作用产生的种种调制效应，探测液体中压力、声音等信号的仪器。在民用领域，水听器可以通过检测水声信号进行石油勘探、海洋生物监测、海底考察等。在军事领域，水听器作为声纳系统的最前端，承担着探测敌方目标信号的作用。将水听器用于医学上，则可以用来检测医用超声设备中的超声，以测定这些超声值是否在安全的接收范围之内。

医疗超声的应用，是一种对超声声场的精确应用，从理论上说，这种应用首先要对医疗超声声场有着完整准确的描述和测量才行。但是，由于超声测量的特殊性和人体组织结构的复杂性，导致了对人体中超声声场的精确描述和测量都极其困难。

在这样的情况下，医疗超声的医学应用就走在了前面，并且取得了令世人注目的成绩，其诊断和治疗效果得到医学界的广泛认同。然而，在我们己经确定了医疗超声功效的情况下，

对其声学测量依然处在不成熟、不完善的阶段，己经远远不能同医疗超声的成功应用相比，可以说，在医疗超声的应用方面，医学家所做的贡献要大于声学家。如以前的声场空间测量采用螺杆驱动空间扫瞄方式，其精度和测量范围受限，远达不到IEC标准的要求。

众所周知，医用超声设备在疾病诊断与治疗时，为了保证诊断与治疗的效果，需要超声的图像清晰，然而，图像越清晰，诊断超声设备的输出声功率将越大，过大的超声输出功率将会对人体组织产生生物变化，甚至可能造成胎儿的畸形等。因此，既要保证安全，又要达到图像清晰和生物效应成了一对矛盾的主体。为了保障安全使用超声设备，行业内提出了医用超声设备所使用超声的安全阈值的问题。为此，利用水听器来对医用超声设备的超声声场进行评价，以确保临床应用中安全性的研究，变得越来越重要。

作为一种重要的装备，水听器必须保证良好的性能。因此，在水听器的生产、使用过程中都必须对其性能进行测试。而水听器的声压灵敏度和指向性的检测则是较为重要的被测指标。

传统的水听器声压灵敏度测试方法中，振动液柱法是一种比较常用的方法。该方法的原理是在振动台上安放一只液柱缸，在液柱缸中盛入液体，水听器悬挂于液体中。在液柱缸底部安装一只加速度计，用于测量液柱缸的加速度。当液柱缸随振动台一起振动时，水听器所在位置的声压发生变化，该声压可以由液柱高度、水听器深度以及液柱振动的加速度计算得出。从而可以得出水听器的灵敏度。也可采用比较法测试，将一只标准水听器和待测水听器放入液柱缸的同一深度，通过标准水听器测量声压，再计算出待测水听器的声压灵敏度(彭保进等，光纤水听器灵敏度测试研究，光子学报，vol. 34, pp. 1633-1638)。

然而，上述方法的最大缺点是需要大功率的振动台。例如，一只直径15cm，壁厚1cm,高30cm左右的液柱缸，装入水后，其质量就在12kg以上。需要较大功率的振动台才可以驱动，这样的振动台不仅体积大、占用空间较多，而且价格昂贵。如果采用进口设备，仅振动台就需要数万元人民币。

2010年8月25日公开的申请号为201010033969.0的中国发明专利申请，其发明创造的名称为“一种水听器声压灵敏度测试装置”，其包括基础；安装于基础上的振动台，用于产生振动信号；安装于振动台上方的液柱缸，作为测试的容器；安装于基础上的水听器夹具，用于夹持待测水听器；安装于水听器夹具上的标准水听器，用于测量声压；以及连接液柱缸及基础的弹簧，用于调制液柱缸的工作状态并防止侧翻。所述振动台具有可移动部分，该可移动部分进一步通过一个法兰盘与液柱缸连接，以保证液柱缸的重心与振动台的振动方向重合。

上述水听器声压灵敏度测试装置，振动台功率小，体积小，可以通过更换不同性能的弹簧来调整振动台和液柱缸的工作特性。同时，还可以通过在液柱缸的周向均匀安装弹簧的方法防止液柱缸的侧翻。

2011年12月14日公开的第201110121836.3号中国发明专利，其发明创造的名称为“水听器指向性测试装置”，其包括安装于下基础上的振动台，用于产生振动信号；安装于振动台上方的液柱缸，作为测试的容器；安装于上基础上的旋转支架，用于夹持和转动待测水听器；其中，所述旋转支架包括支撑杆、安装于支撑杆端部的外环、安装于外环内部的内环，套于内环外部的皮带、安装在支撑杆上的电机和安装于内环上的皮筋。

上述指向性测试装置，可以使用振动台和液柱缸，通过电机来实现水听器指向性的测试。这是降低水听器的测试成本、推广水听器的研究领域所必需解决的重要技术问题。解决水听器指向性测试中体积大、成本高昂、误差较大的问题。

上述水听器声压灵敏度测试装置及指向性测试装置，均存在着如下不足：

1.振动台容易左右晃动，在声压灵敏度测试装置中，虽然增加了弹簧，能防止侧翻，但仍会左右晃动，影响声压灵敏度或指向性测试的准确性。

2.上述装置功能单一，要么只能测试声压灵敏度，要么只能测试指向性，如果需要同时声压灵敏度和指向性，以及其他功能，则需要配备多台测试装置，占用空间，同时增加了成本的投入。

3.水听器稳固性差，易松脱，影响测试的准确性。上述两个测试装置中，水听器均是通过细线绑在水听器夹具或用胶带粘贴在水听器夹具上，使用一段时间后，水听器便会容易松脱，从而影响测试数据的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，该测试方法能使一台测试装置的功能多样，既能进行声压灵敏度，也能进行指向性测试，节省空间，成本投入低；同时，水听器固定稳固，不易松脱，测试数据准确。进一步，振动台，不易左右晃动，测试精确度高。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，包括以下步骤：

第一步：标准水听器及待测水听器的安装：将标准水听器和待测水听器分别插入对应楔形块的中心插孔中；然后将安装有标准水听器的楔形块插入固定夹具中，将安装有待测水听器的楔形块插入旋转夹具中。

第二步，声场建立：激振器通电，在电信号的作用下产生振动信号，弹性薄板在激振器的振动下，在液柱缸内上下振动，从而在液柱缸内激发出声场。

第三步，声压灵敏度测试：旋转夹具和旋转支架固定不动，采用比较法来对待测水听器进行声压灵敏度的测试。

第四步，指向性测试：使旋转夹具和旋转支架旋转，对待测水听器进行指向性的测试。

所述第一步中，每个所述楔形块的外壁周向上均设置有若干个条状凹槽。

所述第二步中，液柱缸的高度大于液柱缸的直径。

所述第四步中，在指向性测试时，采用自动记录的测量方法，即为：设定第一电机每次转动的分度值，以及每次间隔的时间值，再设定第二电机的转动速度；当旋转支架每转过一个分度值后，第二电机启动，使旋转夹具自动旋转一周，绘出待测水听器的指向性图。

所述第四步中，在指向性测试时，采用逐点记录的测量方法，即为：设定第一电机每次转动的分度值，以及每次间隔的时间值，再设定第二电机的转动分度值及间隔时间；当旋转支架每转过一个分度值后，第二电机启动，使旋转夹具按照设定的分度值及间隔时间，旋转一周，绘出待测水听器的指向性图。

本发明采用上述方法后，具有如下有益效果：

1.上述激振器与弹性薄板的耦合，当激振器工作后，将使弹性薄板产生形变并在液柱缸内上下振动，从而产生声场。

2.上述固定夹具能用来夹持标准水听器，旋转夹具能用来夹持待测水听器，当旋转夹具和旋转支架固定不动，可以用来进行声压灵敏度的测试。当旋转夹具和旋转支架旋转，即可进行指向性的测试。从而实现一台测试装置，同时进行多种被测指标的测试。

3.上述楔形块的设置，能使标准水听器和被测水听器，被稳固地固定在固定夹具和旋转夹具内，不易发生晃动或松脱，从而使测试数据更为准确。

附图说明

图1是本发明一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试装置的结构示意图。

其中有：10.液柱缸；11.变径凹槽；12.激振器；13.弹性薄板；14.弹簧；20.上基础；30.旋转支架；31.第一电机；40.固定夹具；50.旋转夹具；51.第二电机；52.楔形块；53.条状凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试装置，包括液柱缸10。

液柱缸10的底部正中心开设有一个变径凹槽11，该变径凹槽11包括位于下方的小凹槽和位于小凹槽上方的大凹槽。小凹槽底部固定连接有弹簧14，大凹槽内放置有与弹簧14固定连接的激振器12。

液柱缸10内部设置有底部能与激振器12相耦合的弹性薄板13，弹性薄板13的两端与液柱缸10的两侧内壁密封固定连接。激振器12优选为压电陶瓷片，激振器12优选粘贴在弹性薄板13的底部。

激振器12与弹性薄板13的耦合，当激振器12工作后，将使弹性薄板13产生形变并在液柱缸10内上下振动，从而产生声场。

液柱缸10的正上方设置有上基础20，该上基础20底部固定设置有中空且能够旋转的旋转支架30，旋转支架30伸入液柱缸10内部。旋转支架30的旋转优选由设置在上基础10与旋转支架30之间的第一电机31所驱动。

旋转支架30的底部侧壁上设置有高度等高的固定夹具40和能够旋转的旋转夹具50。旋转夹具50的旋转优选由设置于旋转支架30空腔内的第二电机51所驱动。固定夹具40能用来夹持标准水听器，旋转夹具50能用来夹持待测水听器。

固定夹具40和旋转夹具50均为圆柱形套筒，每个圆柱形套筒内均设置有一个圆柱形的楔形块52，每个楔形块52均带有一个中心插孔；每个楔形块52的侧壁外周均设置有若干个条状凹槽53。条状凹槽53的设置，一方面，能方便标准水听器或待测水听器的快速拆卸；另一方面，能使标准水听器或待测水听器被紧紧地固定在固定夹具40或旋转夹具50中，不易发生晃动或松脱，从而使测试数据更为准确。

一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，包括如下步骤：

第一步：标准水听器及待测水听器的安装：将标准水听器和待测水听器，分别插入对应楔形块的中心插孔中；然后将安装有标准水听器的楔形块52插入固定夹具40中，将安装有待测水听器的楔形块52插入旋转夹具50中。每个楔形块52中的条状凹槽53，一方面，能能标准水听器或待测水听器快速进行拆卸；另一方面，能使标准水听器或待测水听器被紧紧地固定在固定夹具40或旋转夹具50中，不易发生晃动或松脱，从而使测试数据更为准确。

第二步，声场建立：激振器12通电，在电信号的作用下产生振动信号，弹性薄板13在激振器12的振动下，在液柱缸10内上下振动，从而在液柱缸10内激发出声场。弹性薄板13为具有一定抗弯强度的弹性材料，上下振动时，不易产生较大的形变。另外，液柱缸10的高度大于液柱缸10的直径，能使液柱缸10内形成稳定的驻波场。

第三步，声压灵敏度测试：旋转夹具50和旋转支架30固定不动，采用比较法来对待测水听器进行声压灵敏度的测试。

第四步，指向性测试：使旋转夹具50和旋转支架30旋转，对待测水听器进行指向性的测试。在指向性指标测试时，也可采用自动记录和逐点记录两种方式。

其中，自动记录测量方法为：设定第一电机31每次转动的分度值（也即角度值），以及每次间隔的时间值，再设定第二电机51的转动速度。当旋转支架30每转过一个分度值后，第二电机51启动，使旋转夹具50自动旋转一周，即可绘出待测水听器的指向性图。

逐点记录测量方法为：设定第一电机31每次转动的分度值（也即角度值），以及每次间隔的时间值，再设定第二电机51的转动分度值及间隔时间。当旋转支架30每转过一个分度值后，第二电机51启动，使旋转夹具50按照设定的分度值及间隔时间，旋转一周，即可绘出待测水听器的指向性图。

Claims (3)

1.一种医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：标准水听器及待测水听器的安装：将标准水听器和待测水听器分别插入对应楔形块的中心插孔中；然后将安装有标准水听器的楔形块插入固定夹具中，将安装有待测水听器的楔形块插入旋转夹具中；

第二步，声场建立：激振器通电，在电信号的作用下产生振动信号，弹性薄板在激振器的振动下，在液柱缸内上下振动，从而在液柱缸内激发出声场；

第三步，声压灵敏度测试：旋转夹具和旋转支架固定不动，采用比较法来对待测水听器进行声压灵敏度的测试；

第四步，指向性测试：采用自动记录或逐点记录的测量方法，使旋转夹具和旋转支架旋转，对待测水听器进行指向性的测试；具体如下：

采用自动记录的测量方法，具体步骤为：设定第一电机每次转动的分度值，以及每次间隔的时间值，再设定第二电机的转动速度；当旋转支架每转过一个分度值后，第二电机启动，使旋转夹具自动旋转一周，绘出待测水听器的指向性图；

采用逐点记录的测量方法，具体步骤为：设定第一电机每次转动的分度值，以及每次间隔的时间值，再设定第二电机的转动分度值及间隔时间；当旋转支架每转过一个分度值后，第二电机启动，使旋转夹具按照设定的分度值及间隔时间，旋转一周，绘出待测水听器的指向性图。

2.根据权利要求1所述的医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，其特征在于：所述第一步中，每个所述楔形块的外壁周向上均设置有若干个条状凹槽。

3.根据权利要求1所述的医用水听器声压灵敏度及指向性测试方法，其特征在于：所述第二步中，液柱缸的高度大于液柱缸的直径。