CN207832307U - 一种超声声场分布测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种超声声场分布测量装置，包括：水听器、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机，其中，所述水听器位于所述测量水槽内，所述测量水槽内部装有测量用水，所述机械装置包括：可移动式机架、水听器夹具、三轴精密定位自动扫描装置、探头夹具和四自由度手动调节装置；所述信号采集装置包括：示波器和数据采集卡；所述控制装置包括：MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路和电源电压稳压电路。本实用新型具有体积小、高效稳定的特点。

Description

一种超声声场分布测量装置

技术领域

本实用新型涉及超声测量技术领域，特别涉及一种超声声场分布测量装置。

背景技术

起源于二十世纪中叶的超声诊断，是一种无放射性损伤的非侵入式的诊断方式，具有高分辨力、高灵敏度的特点。超声诊断检测准确、灵活使用、快速成像、方便多次检查，可多方位切面检查，同时具有安全、快速、价廉的特点，在日常诊断中应用广泛，深受医生和患者的欢迎。

超声在超声诊断医学中获得准确的诊断结果固然是最终期望，但前提是保证患者的就医安全，为了获得对人体无损害的预期结果，超声使用者必须关注超声诊断设备的超声辐射声强。目前，随着我国各类医用超声设备的广泛应用，我国有关部门也已认识到其输出声强过量的危害，为此，国家质量技术监督局专门制定和颁布了国家标准和计量检定规程，声场测量技术应运而生，越来越多的超声应用领域需要对声场进行准确的描述。但目前国内用于检测医用超声源输出声强的设备一般存在体积大、稳定性差和测量分辨率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种超声声场分布测量装置。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种超声声场分布测量装置，包括：水听器、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机，其中，所述水听器位于所述测量水槽内，所述测量水槽内部装有测量用水，所述机械装置包括：可移动式机架、水听器夹具、三轴精密定位自动扫描装置、探头夹具和四自由度手动调节装置，所述可移动式机架用于搭载所述测量水槽和被测超声设备，所述水听器夹具用于夹持所述水听器伸入至所述测量水槽内，所述探头夹具用于夹持所述被测超声设备的探头，所述三轴精密定位自动扫描装置对所述水听器在所述测量水槽中的位置进行定位，所述四自由度手动调节装置与所述探头夹具和所述水听器夹具连接；所述信号采集装置包括：示波器和数据采集卡，所述示波器的输入端与所述水听器连接，所述示波器的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述上位机连接；所述控制装置包括：MCU控制器、 EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路和电源电压稳压电路，其中，所述电源电压稳压电路与所述MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路连接，所述EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路分别与所述MCU控制器连接，所述主机通信接口进一步与所述上位机连接，所述电机驱动电路与所述MCU控制器和所述水听器连接。

进一步，还包括：热电偶，所述热电偶与所述MCU控制器连接。

进一步，所述水槽采用超声消音材料制作，其内部装的测量用水为去气蒸馏水。

进一步，所述可移动式机架采用铝合金型材框架，所述可移动式机架的上平台采用整体不锈钢板，底部安装带刹车的转轮。

进一步，所述三轴精密定位自动扫描装置的定位机构采用精密滚珠丝杠。

根据本实用新型实施例的超声声场分布测量装置，采用水听器、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机，实现对超声声场分布的测量，可以适用不同类型的医用超声设备，具有体积小、高效稳定的特点，可以解决行业监督检测机构、科研机构及生产企业产品研发、生产和质量保证的检测问题。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的超声声场分布测量装置的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型实施例的超声声场分布测量装置，包括：水听器2、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机5。

具体的，水听器2位于测量水槽内，测量水槽内部装有测量用水。

在本实用新型的一个实施例中，水槽采用超声消音材料制作，其内部装的测量用水为去气蒸馏水。

具体的，测量水槽为长方形，由超声消音材料制作，避免回波对声场的干扰，良好的水质是保证超声声场测量的必要条件，为减小空化效应对测量结果的影响，测量用水为去气蒸馏水，可以使用煮沸蒸馏水半小时后冷却的方法获得。

水听器2是超声声场测试系统的核心部件，它是一种在水下利用压电效应将压力信号转化为电信号的水听设备，用来在最小限度影响声场的情况下测量声场的时间和空间的参数。水听器2按其作用原理可分为:压电陶瓷水听器2、磁致伸缩水听器2、针式水听器2、薄膜水听器2等。理想情况下，水听器2应该不对超声声场产生影响，并且水听器2自身的频率响应也不能改变采集到的声辐射信号。同时，水听器2应能提供一个不失真的电压波形来对应声场中的每一点的声压。一个性能良好的超声换能器应具备的首要条件是水听器2测得其声场中的声压值和水听器2的输出成线性关系。

水听器2是一种非常灵敏的传感器，它能够采集超声换能器辐射在声场中各个场点的声波产生的瞬时声压信号，并将这些声压信号等比例地转变为电压信号，这样，就以采集电信号的形式完成了对超声场中声压信号的测量，采用精密双向坐标机械定位系统以及伺服电机可以实现水听器2的不同方位运转，为三维声场的描述提供数据。

在本实用新型中，水听器2可以直接连接示波器3，或者，经放大器后再和示波器3相连。放大器可以是外置的，用电缆连接水听器2外壳，或者内置的在水听器2内部。水听器2放大器具有两个用途。首先，放大器将幅值较小的信号放大到和示波器3相适应。其次，放大器可以用来消除在高频情况下和电缆相关的共振。为实现第二个用途，外置放大器和水听器2外壳之间的电缆线长度应不大于15cm，此时，整个水听器2和放大器组成的带宽由PVDF材料，电缆线长度和前置放大器特性决定。

为了得到真实的波形，整个测量系统，包括水听器2、放大器和示波器3在内，都必须具有一致的频率响应和充分的带宽。

在本实用新型的一个实施例中，本实用新型采用的水听器2是压力水听器2，通常用压电陶瓷或高分子聚合物偏氟乙烯(PVDF)制作。

机械装置包括：可移动式机架、水听器2夹具、三轴精密定位自动扫描装置、探头夹具和四自由度手动调节装置，可移动式机架用于搭载测量水槽和被测超声设备1，水听器2夹具用于夹持水听器2伸入至测量水槽内。

在本实用新型的一个实施例中，可移动式机架采用铝合金型材框架，可移动式机架的上平台采用整体不锈钢板，底部安装带刹车的转轮，既稳定牢固，又轻便、可移动。水槽采用透明有机玻璃材质，便于从侧面观察水听器2与超声探头的相对位置。三轴精密定位自动扫描装置的定位机构采用精密滚珠丝杠，有效载荷大，重复性和使用寿命远远优于履带式定位系统。

探头夹具用于夹持被测超声设备1的探头，三轴精密定位自动扫描装置对水听器2在测量水槽中的位置进行定位，四自由度手动调节装置与探头夹具和水听器2夹具连接。

信号采集装置包括：示波器3和数据采集卡4，示波器3的输入端与水听器2连接，示波器3的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡4的输出端与上位机5连接。需要说明的是，上位机5在接收到数据后，进一步发送给显示器6进行显示，并连接打印机 7，由打印机7将数据打印出来。

在本实用新型的一个实施例中，信号采集装置采用Tektronix TDS 3012B型高性能数字

示波器3进行模拟信号采集，采样率为1.25GS/s，采样带宽为100MHz，支持TCP/IP通信协议，具有良好的二次开发接口，通过100M以太网接口与上位计算机连接。

控制装置包括：MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路和电源电压稳压电路，其中，电源电压稳压电路与MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路连接，EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路分别与MCU控制器连接，主机通信接口进一步与上位机5连接，电机驱动电路与MCU控制器和水听器2连接。

在本实用新型的一个实施例中，控制装置还包括：热电偶，热电偶与MCU控制器连接。通过采用高精度的热电偶，可以测量水槽中的水温，并将水温值上传至上位机5。

本实用新型实施例的超声声场分布测量装置的技术指标如下：

(1)水听器2机械定位系统精度达到0.02mm/步；

(2)传感器:水听器2，频率响应范围1-20MHz；

(3)数据采集模块:采样频率5GS/s，采样精度16bits，信号带宽5OOMHz；

(4)可测声场参数:峰值负声压、空间峰值时间平均声强、输出波束声强、最大时间平均声输出功率、输出波束尺寸、算术平均声工作频率；

(5)支持模式:支持B,B+M,CW,C,D等各种超声工作模式，支持扫描模式下各声输出参数的直接测量；

(6)软件功能:可实现机械指数MI、热指数TI的测量和计算，支持声场的三维显示；

(7)可扩展性:软件同时支持医用超声诊断设备、医用超声理疗设备两种不同类型超声设备的声场参数测量，支持IEC 61157,IEC 61689,IEC 62359等标准要求的声输出参数测量，支持IEC 62359第二版扩展。

根据本实用新型实施例的超声声场分布测量装置，采用水听器、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机，实现对超声声场分布的测量，可以适用不同类型的医用超声设备，具有体积小、高效稳定的特点，可以解决行业监督检测机构、科研机构及生产企业产品研发、生产和质量保证的检测问题。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种超声声场分布测量装置，其特征在于，包括：水听器、测量水槽、机械装置、信号采集装置、控制装置和上位机，其中，所述水听器位于所述测量水槽内，所述测量水槽内部装有测量用水，

所述机械装置包括：可移动式机架、水听器夹具、三轴精密定位自动扫描装置、探头夹具和四自由度手动调节装置，所述可移动式机架用于搭载所述测量水槽和被测超声设备，所述水听器夹具用于夹持所述水听器伸入至所述测量水槽内，所述探头夹具用于夹持所述被测超声设备的探头，所述三轴精密定位自动扫描装置对所述水听器在所述测量水槽中的位置进行定位，所述四自由度手动调节装置与所述探头夹具和所述水听器夹具连接；

所述信号采集装置包括：示波器和数据采集卡，所述示波器的输入端与所述水听器连接，所述示波器的输出端与所述数据采集卡的输入端连接，所述数据采集卡的输出端与所述上位机连接；

所述控制装置包括：MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路和电源电压稳压电路，其中，所述电源电压稳压电路与所述MCU控制器、EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路连接，所述EPLD可编程逻辑器件、水温测量电路、主机通信接口、电机驱动电路分别与所述MCU控制器连接，所述主机通信接口进一步与所述上位机连接，所述电机驱动电路与所述MCU控制器和所述水听器连接。

2.如权利要求1所述的超声声场分布测量装置，其特征在于，还包括：热电偶，所述热电偶与所述MCU控制器连接。

3.如权利要求1所述的超声声场分布测量装置，其特征在于，所述水槽采用超声消音材料制作，其内部装的测量用水为去气蒸馏水。

4.如权利要求1所述的超声声场分布测量装置，其特征在于，所述可移动式机架采用铝合金型材框架，所述可移动式机架的上平台采用整体不锈钢板，底部安装带刹车的转轮。

5.如权利要求1所述的超声声场分布测量装置，其特征在于，所述三轴精密定位自动扫描装置的定位机构采用精密滚珠丝杠。