автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.15, диссертация на тему:Разработка методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц

1 »

На правах рукописи

□030642Б5

Еняков Александр Михайлович

Разработка методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц

Специальность 05 11 15 Метрология и метрологическое

обеспечение

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 9 ИЮЛ 2007

Менделеево - 2007

003064265

Работа выполнена в ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений» (ФГУП «ВНИИФТРИ»)

Научный консультант - доктор технических наук, профессор Исаев Лев Константинович

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Бараш Владимир Яковлевич

Доктор физико-математических наук Гордиенко Валерий Александрович

Доктор технических наук, профессор Кавалеров Гений Иванович Ведущая организация -

ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений»

Защита состоится «12» сентября 2007 г в часов на заседании диссертационного совета Д 308 005 01 в ФГУП «ВНИИФТРИ», 141570, Московская обл , Солнечногорский район, пос Менделеево,

тел (495) 535-93-85, (495) 535-93-01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «ВНИИФТРИ»

Автореферат разослан « 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук Иванова Ю Д

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1 1 Актуальность проблемы

Гидроакустические измерения получили широкое применение при решении разнообразных практических и научных задач, связанных с акустическими явлениями в жидкости Гидроакустические измерения необходимы не только при разработке методов и средств гидролокации (гидролокаторов, шумопеленгаторов, эхолотов и пр), навигации и звукоподводной связи (ЗПС), средств измерения характеристик шумоизлучения кораблей, исследований шумов морской среды, геофизических (связанных, например, с сейсмическими явлениями) и биоакустических (например, звуков морских обитателей) исследований Уже сравнительно давно стали развиваться ультразвуковые исследования и технологии, основанные на гидроакустических явлениях

Ультразвуковой диапазон занимает наиболее существенную часть (около 5 декад) частотной области акустических колебаний Этот диапазон принято разделять на три области низкие ультразвуковые частоты (НЧ УЗ) - от 20 до 100 кГц, средние (СЧ УЗ) -от 100 кГц до 10 МГц, и высокие (ВЧ УЗ) - от 10 до 1000 МГц Специфические особенности ультразвука, которые отличают его от акустических колебаний инфразвукового и слышимого диапазонов частот и определяют его широкое применение в науке и технике, связаны, прежде всего, с малой длиной волны, что обусловливает лучевой характер распространения ультразвуковой волны и облегчает возможность ее фокусировки с концентрацией энергии в заданной области, а также с малым периодом колебаний, что обеспечивает хорошую временную селекцию импульсных ультразвуковых сигналов

Трудно переоценить значение гидроакустики ультразвукового диапазона частот в ускорении многих технологических процессов в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и металлургической промышленности Создание стойких эмульсий, диспергирование, гомогенизация, ускорение кристаллизации, дегазация жидкостей - процессы, в которых ультразвуковые технологии успешно внедряются в течение последних 40 - 50 лет При этом применяют как низкочастотные, так и среднечастотные ультразвуковые воздействия

Ультразвуковая гидроакустика используется и для решения измерительных задач По изменению скорости звука в жидкости или поглощения ультразвуковой энергии в ней можно измерить концентрацию примесей При этом используются ультразвуковые

импульсы не только среднечастотного, но и высокочастотного ультразвукового диапазона Измерение времени прохождения гидроакустического сигнала (время-пролетный и эхо-импульсный методы) лежит в основе методов измерения уровней (объемов, общего количества) различных жидкостей в резервуарах и скорости течения жидкости в трубопроводе В ряде случаев последняя задача решается более эффективно с использованием доплеровского эффекта в высокочастотном ультразвуковом диапазоне

Особо следует отметить, что ультразвуковые методы исследований и лечения за последние десятилетия находят все большее распространение в самых различных областях медицины в физиотерапии и диагностике, -хирургии и экстракорпоральной литотрипсии Близость параметров (плотности, упругости) тканей человеческого тела соответствующим параметрам воды предопределяет использование хорошо разработанных гидроакустических методов воздействия и измерений в здравоохранении Гидроакустические методы наиболее эффективны для лечения и диагностики в диапазоне частот от единиц до десятков мегагерц, и гидроакустические воздействия в этом диапазоне часто называют «медицинским ультразвуком» Активное применение ультразвука привело к созданию сложных медицинских диагностических приборов и лечебных аппаратов, эффективность работы которых зачастую зависит от своевременного контроля технического состояния этой аппаратуры Характеристики гидроакустического поля, генерируемого ультразвуковым медицинским оборудованием (УМО), определяют не только его основные параметры, но и являются важным показателем с точки зрения обеспечения безопасности пациента Именно поэтому необходимость гидроакустических измерений в диапазоне частот, соответствующем «медицинскому ультразвуку», трудно переоценить

К началу 1990-х годов (к началу диссертационных исследований) метрологическое обеспечение гидроакустических измерений у нас в стране ограничивалось инфразвуковым, звуковым и низкочастотным ультразвуковым диапазонами, т е областью частот от 0,01 Гц до 1 МГц Однако уже на частотах от 0,5 до 1 МГц метрологическое обеспечение оказалось недостаточным в силу специфики структуры гидроакустических полей, используемых в этом диапазоне Дело в том, что в большинстве практических применений гидроакустическое поле на частотах выше 0,5 МГц применяют в виде концентрированного ультразвукового пучка Основной характеристикой поля такой структуры является интегрированная по всему полю (т е в пределах ультразвукового пучка) акустическая мощность, часто называемая полной

мощностью ультразвукового пучка И этот параметр оказался метрологически не обеспеченным даже на частотах от 0,5 до 1 МГц, в котором действовала государственная поверочная схема, регламентирующая порядок передачи размера воспроизводимой эталоном единицы акустического давления при поверке (калибровке, градуировке) гидрофонов Эталонных средств измерения акустической мощности в воде у нас в стране не существовало А для частот выше 1 МГц эталонная и нормативная база в области гидроакустических измерений до середины 1990-х отсутствовала вообще, хотя средства измерений акустической мощности (радиометры) и акустического давления (гидрофоны) разрабатывались и применялись, но, в основном, только для научных исследований

Иным было состояние метрологического обеспечения гидроакустических измерений мегагерцового диапазона частот за рубежом Бурное развитие ультразвуковых технологий, настойчивое освоение гидроакустических средств и методов медициной, создание и совершенствование приборов для ультразвуковой диагностики и лечения требовали адекватного развития эталонной и нормативной базы для средств и методов измерения параметров акустического выхода ультразвуковой гидроакустической аппаратуры В Англии, Германии и США были разработаны принципиально новые конструкции гидрофонов с высоким временным и пространственным разрешением на диапазон частот до 20 МГц и более, методы и средства их калибровки и применения при измерении параметров гидроакустических полей медицинского назначения, национальные эталоны единиц акустического давления и мощности, проводились сличения результатов калибровок гидрофонов, выполненных различными лабораториями и различными методами Эти исследования и разработки продолжают интенсивно развиваться и в настоящее время Совершенствование гидрофонов и разработка новых методов их калибровки позволили за 10 - 15 лет сдвинуть верхний предел частотного диапазона калибровок гидрофонов на национальных эталонах с 15 МГц до 60 и даже до 100 МГц

Зарубежные разработки методов и средств гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах сопровождались становлением нормативной базы как на национальном, так и на международном уровне Сам факт образования отдельного технического комитета МЭК - ТК 87 «Ультразвук» в 1985 г - свидетельствует о несомненной важности стандартизации в этом виде измерений Одними из первых ТК 87 разработал международные стандарты, касающиеся требований к характеристикам высокочастотных гидрофонов и к их калибровке, к

параметрам гидроакустических полей в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц и методам их измерения Выполняемые ТК 87 работы в области стандартизации отличаются комплексным подходом, при котором разработка документов прикладного характера с требованиями к отдельным типам ультразвуковых приборов сочетается с разработкой основополагающих документов, касающихся общих проблем измерения параметров гидроакустического поля Важно также, что в международных документах соблюдается целесообразный баланс между регламентированными нормами и оптимальными рекомендациями Именно этот баланс, основанный на учете требований национальных стандартов и принятый на основе консенсуса, обеспечивает жизнеспособность и высокое качество документов МЭК

В своих публикациях, выступлениях на конференциях, семинарах и НТК Госстандарта России автор неоднократно обосновывал необходимость развития отечественного

метрологического обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот, подчеркивал практическую востребованность этого направления, в частности, ультразвуковым медицинским приборостроением Были определены

первоочередные задачи по разработке средств и методов измерений, а также создания эталонной базы Была установлена целесообразность разработки отечественных нормативных документов, гармонизированных со стандартами МЭК

1.2. Цель и задачи исследования

Целью диссертационных исследований является разработка системы метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц Для реализации этой цели потребовалось определение, обоснование и решение научно-технических задач по созданию соответствующих методов и средств метрологического обеспечения, к которым относятся

1) создание эталонных средств измерения ультразвуковой мощности для метрологического обеспечения эксплуатируемых рабочих СИ - измерителей мощности ультразвукового излучения,

2) разработка и внедрение нормативной и методической документации в области гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц,

3) создание высокочастотных гидрофонов для измерения параметров гидроакустического поля на частотах от 0,5 до 15 МГц,

4) разработка установки для калибровки разработанных гидрофонов на частотах выше 1 МГц,

5) участие в международных ключевых сличениях в области измерений мощности ультразвука в водной среде,

6) разработка и внедрение методов и средств измерения параметров гидроакустического поля, создаваемого ультразвуковым медицинским оборудованием различного назначения - одним из основных потребителей гидроакустических технологий мегагерцового диапазона, а также соответствующей нормативной и методической документации

Методологическую и теоретическую основу исследования составили научные труды отечественных и зарубежных авторов в области метрологии, гидроакустических измерений, ультразвукового медицинского оборудования В диссертации использованы методы исследования, основанные на анализе состояния метрологического обеспечения у нас в стране и сравнении с уровнем развития этой области метрологии в зарубежных странах, методы натурного моделирования и макетирования основных узлов разрабатываемых средств измерения, анализ результатов международных ключевых сличений, экспертные оценки возможности внедрения разработанных методик на практике

В числе информационных источников в диссертации использованы

• научные источники в виде данных из книг, журнальных статей, научных отчетов, материалов научных конференций,

• официальные документы в виде международных, зарубежных и отечественных стандартов, рекомендаций и методических указаний, приказов и постановлений федеральных органов исполнительной власти,

• техническая документация фирм-изготовителей ультразвукового оборудования, в том числе медицинского,

о результаты экспериментов, а также технических испытаний приборов и аппаратов, в том числе медицинских, и испытаний для целей утверждения типа СИ, проведенных соискателем

1.3 Новизна полученных результатов

• Впервые проведен анализ состояния и перспектив развития государственной системы метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц, в результате которого были определены и обоснованы научные и технические задачи по созданию эталонной базы, рабочих средств измерения, комплекса нормативных и методических документов, обеспечивающих единство и

достоверность гидроакустических измерений в этом диапазоне частот,

• Впервые создан, исследован и введен в действие национальный эталон единицы мощности ультразвука в воде, в основу которого положен усовершэнствованный автором метод гравитационного уравновешивания радиационного давления ультразвуковой волны на мишень путем перераспределения массы компенсаторов, удерживающих мишень на заданной глубине

« Разработана, исследована и включена в состав государственного эталона многофункциональная установка плоского сканирования, обеспечившая проведение не только исследований пространственного распределения структуры ультразвукового поля, но и калибровок гидрофонов на частотах 1 - 10 МГц, что позволило впервые для отечественной метрологии преодолеть мегагерцовый рубеж в этом виде измерений,

® Разработанные эталонные средства измерений и их метрологические исследования позволили автору впервые участвовать в международных ключевых сличениях в области измерений мощности ультразвука, подтвердить заявленные метрологические характеристики эталона и войти в базу данных (CMC data) Международного Бюро Мер и Весов (МБМВ) в этом виде измерений,

® Разработанный и апробированный в конструкции Государственного эталона ГЭТ 169-2005 оригинальный метод измерения был положен в основу создания семейства рабочих средств измерения - измерителей мощности ультразвукового излучения ИМУ-1ПМ и ИМУ-2ПМ, единственных отечественных приборов этого назначения, включенных в Государственный реестр СИ, допущенных к применению на территории РФ,

в На основе разработанного автором единого концептуального подхода, в основу которого положена необходимость измерений полной мощности ультразвукового пучка и параметров распределения акустического давления в его поперечном сечении, впервые разработан комплекс отечественных нормативных и методических документов в области метрологического обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот, обеспечивший оценку качества, безопасности и функциональных характеристик медицинского ультразвукового оборудования различного назначения,

• Применение разработанных методов и средств измерения параметров гидроакустического поля позволило впервые в отечественной практике проводить испытания медицинского ультразвукового оборудования в соответствии с требованиями международных стандартов

1 4 Практическая значимость и реализация результатов работы

Проведенные автором исследования и разработки использованы при создании государственного эталона и рабочих средств измерений мощности и акустического давления в воде, гидрофонов с высоким временным и пространственным разрешением, средств и методов калибровки этих гидрофонов на частотах до 10 МГц Созданы основы метрологической и нормативной базы для использования в научно-исследовательских организациях и на предприятиях, имеющих потребность в высокочастотных гидроакустических измерениях, органами государственного метрологического надзора, лабораториями и центрами испытаний медицинской техниками, организациями «Медтехника» при техническом обслуживании и ремонте медицинской техники, организациями и фирмами медицинского приборостроения, метрологическими службами организаций здравоохранения

Получены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в совершенствование государственной системы обеспечения единства измерений, в создание эталонной и нормативной базы в области гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах и в развитие экономики страны

Основные положения и результаты диссертационной работы нашли применение

• при разработке гидрофонов зондового типа для измерения параметров гидроакустических полей в диапазоне 0,5 - 10 МГц Гидрофоны используются в государственном эталоне ГЭТ 1692005,

® при разработке установки линейного сканирования УЛС-1, обеспечивающей исследования пространственного

распределения параметров гидроакустического поля, испытания ультразвуковых датчиков и излучателей, а также калибровку гидрофонов в диапазоне частот до 10 МГц,

• при разработке установки высшей точности для измерений мощности ультразвука в воде УВТ 102-А-2001,

при участии автора в международных ключевых сличениях ССАШ 11-К1, проведенных в 2000 - 2002 г г по решению МБМВ, результаты которых подтвердили заявленные Россией возможности в области измерений мощности ультразвука в воде (3 позиции в СМС-данных),

при разработке государственного специального эталона единицы мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 12 МГц - ГЭТ 169-2005,

при разработке национального стандарта на поверочную схему для средств измерения мощности ультразвука в воде ГОСТ Р 8 616-2006,

при разработке национальных стандартов (ГОСТ Р 8 583-2001, ГОСТ Р 8 584-2001, ГОСТ Р 8 604-2004, ГОСТ Р 8 605-2004), гармонизированных со стандартами МЭК в области медицинского ультразвука,

при разработке рекомендаций по метрологии Р50 2 037-2004 «ГСИ Измерения гидроакустические Термины и определения», в которые введены понятия, касающиеся гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах,

при разработке рекомендаций по метрологии Р50 2 051-2006 «ГСИ Ультразвуковое диагностическое оборудование медицинского назначения Общие требования к методам контроля технических характеристик»,

при разработке рекомендаций, касающихся различных аспектов измерений параметров высокочастотных гидроакустических полей МИ 2474-98, МИ 2475-98, МИ 2476-98, МИ 2477-98, МИ 2635-2001 и МИ 3009-2006,

при разработке рабочих СИ - измерителей мощности ультразвукового излучения ИМУ-1ПМ и ИМУ-2ПМ, внесенных в Государственный реестр СИ и отмеченных медалями и дипломами различных выставок,

при проведении технических испытаний (в испытательной лаборатории «ВНИИФТРИ-ТЕСТ») и испытаний для целей утверждения типа ультразвуковых приборов и систем, в том числе медицинских, в соответствии с требованиями международных стандартов,

при разработке установки для измерения чувствительности

доплеровских определителей параметров сердцебиения плода ИЧДП-1, внесенной в Государственный реестр СИ,

при разработке методов и средств гидроакустических измерений в процессе выполнения НИР и ОКР, проведенных во ВНИИФТРИ (около 15 работ)

1 5. Апробация результатов исследований

Результаты исследований докладывались и обсуждались на

различных семинарах, международных и отраслевых конференциях,

в их числе

■ Всесоюзные конференции "Проблемы метрологии гидрофизических измерений" (М , ВНИИФТРИ, 1990 г, 1992 г,

2006 г),

■ Заседания YIN - XI Всеакадемической школы по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации (1990-1993 г г),

• Конференция «Проблемы конверсии в гидроакустике» (Санкт-Петербург, ЦНИИ «Морфизприбор», 18 - 19 мая 1993 г),

- IV сессия Российского акустического общества (Москва, АКИН им Н Н Андреева, 23 мая 1995 г),

■ IV ежегодная сессия китайского общества по акустике и вибрации (Тайвань, ITTRI CMS, апрель 1996 г),

- Научно-практическая конференция «Приборное обеспечение науки, промышленного и сельскохозяйственного производства, природопользования, жилищно-коммунального хозяйства» (Москва, ВИМИ, 26 - 27 ноября 1997 г),'

■ Межрегиональные научно-практические конференции «Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации» (Москва, РОСТЕСТ-Москва, 1998 - 1999 г г ),

■ X юбилейная научно-техническая конференция «Датчики и преобразователя информации систем измерения, контроля и управления» (ДАТЧИК-98) (Гурзуф, МИЭМ, 24 - 29 мая 1998 г),

■ Международный семинар «Ультразвук в диагностике безопасность и эффективность», организованный германским обществом ультразвука в медицине (DEGUM) (Германия, Бонн, 10-12 апреля 2000 г),

■ 1-й Всероссийский научно-технический семинар «Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и производстве медицинской техники» (Москва, Госстандарт, октябрь 2000 г),

■ V международная конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (Санкт-Петербург, 2000 г),

■ Международная конференция по биомедицинскому приборостроению «Биомедприбор-2000» (Москва, ВНИИМП, 24 -26 октября 2000 г ),

■ I и II Евразийские конгрессы «Медицинская физика» (Москва, МГУ, 2001 и 2005 г г),

• Заседания ТК 1 2 «Акустика, ультразвук, вибрация» КООМЕТ (Менделеево, ВНИИФТРИ, 2003 г , Минск, БелГИМ, 2006 г ),

» 4-ое заседание консультативного комитета по акустике, ультразвуку и вибрациям ССА11\/ при МБМВ (Франция, Париж, В1РМ, 27 - 28 сентября 2004 г ),

■ V Международная конференция по прогрессу в метрологии «Ас1Ме1-2005», организованная Метрологическим Обществом Индии и Национальной Физической лабораторией Индии (Дели, 24 февраля 2005 г),

» Заседания подкомитета «Ультразвук» ЕВРОМЕТ (Дания, Копенгаген, 2005 г, Италия, Турин, 2006 г),

■ IX Международная акустическая конференция «\Л/Е5РАС IX 2006» (Южная Корея, Сеул, 26-28 июня 2006 г)

Результаты диссертационных исследований были

опубликованы в научно-технических журналах, трудах

международных и отраслевых конференций, научно-технических

сборниках и двух монографиях (всего около 60 работ)

1 6. На защиту выносятся

1) Разработанная концепция государственной системы обеспечения единства гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц

2) Обоснованная программа работ по созданию системы метрологического обеспечения гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах

3) Совокупность научно-методических, технических и технологических решений, на основе которых создан комплекс эталонных средств измерения параметров гидроакустического поля

4) Использование оригинального метода гравитационного уравновешивания мишени для создания эталонных и высокоточных средств измерения мощности ультразвука в воде

5) Разработанные методы и средства измерения параметров гидроакустического излучения ультразвуковых приборов и аппаратов (в том числе, медицинских) на частотах от 0,5 до 15 МГц, обеспечивающие оценку их безопасности и эффективности в соответствии с международными нормами

6) Единый концептуальный подход, принятый при разработке нормативных и методических документов в области высокочастотных гидроакустических измерений, в основе которого лежат измерения полной мощности ультразвукового пучка и параметров акустического давления

1.7. Личное участие автора в работах, включенных в диссертацию

Исследования по разработке методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц были начаты автором в 1989-90 г г Автор стал инициатором, научным руководителем и основным исполнителем научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по развитию методов и средств в этой области измерений, выполненных во ВНИИФТРИ Автор имеет достаточно большое количество самостоятельных публикаций по теме диссертации (более 50), в том числе в рекомендованных ВАК журнапах -11

1.8 О соотношении докторской и кандидатской диссертаций

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05 11 01 (Приборы и методы измерения механических величин) была защищена в 1981 г во ВНИИФТРИ

Все цитируемые в докторской диссертации публикации автора осуществлены после защиты кандидатской диссертации

2. Содержание работы

Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов с результатами работы, списка литературы из 158 наименований и приложения, содержит 208 страниц текста и приложения, 49 рисунков и 9 таблиц

Глава 1. Состояние метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц и необходимость его развития

В первой главе дан анализ метрологического обеспечения гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц и обоснована программа его развития у нас в стране Бурное развитие ультразвукового приборостроения, и в первую очередь, медицинского как основного потребителя гидроакустических технологий в мегагерцовом диапазоне частот, требовало адаптации гидроакустических методов измерений и гидроакустического инструментария для решения измерительных задач, существенно отличающихся от решаемых в традиционной гидроакустике Специфика применяемых гидроакустических полей на частотах выше 1 МГц заключается в следующем

1) малая длина ультразвуковой волны в воде определяет тонкую структуру гидроакустического поля и предъявляет жесткие требования к пространственному разрешению, а значит, и размерам" средств измерения акустического давления - гидрофонам,

2) использование сфокусированных гидроакустических полей, что легко достичь из-за малости длины ультразвуковых волн и лучевого характера их распространения, дает возможность достичь высоких значений интенсивности и акустического давления, что сопровождается такими явлениями как кавитация, акустические течения и пр, целенаправленно используемыми в ультразвуковых технологиях, но вызывающими определенные трудности при измерениях параметров гидроакустического поля,

3) использование коротких импульсов (при ультразвуковых воздействиях и измерениях) с малым временем нарастания существенно расширяет спектр сигналов и предъявляет жесткие требования к полосе частот измерительных устройств,

4) квадратичная частотная зависимость затухания ультразвуковой волны и высокие значения интенсивности гидроакустических воздействий на мегагерцовых частотах приводят к нагреву среды распространения и увеличивают нестабильность ее свойств, что может существенно сказаться на достоверности измерений,

5) нелинейность среды распространения приводит к существенным искажениям волновой формы высокочастотных сигналов в воде и ужесточает требования

как к методам измерения их параметров, так и к широкополосности средств измерения Эти особенности выделяют гидроакустические измерения на мегагерцовых частотах в самостоятельную область с присущими только ей методами и средствами измерений При этом требуется новый подход к принципам конструирования гидрофонов Типичные для традиционной гидроакустики (те для частот до 100 - 200 кГц) гидрофоны с пьезокерамическими чувствительными элементами в виде сфер или цилиндров, размеры которых были всегда меньше (а чаще - существенно меньше) длины звуковой волны в воде, имеют чисто технологический предел по верхней частоте рабочего диапазона, определяемой частотой собственного резонанса, а значит и размерами пьезоэлемента Для расширения частотного диапазона до нескольких МГц (а в перспективе - до десятков МГц) требуется переход к новым принципам акустоэлекгрического преобразования, а значит, к принципиально новым типам гидрофонов

Концентрация гидроакустического поля в виде ультразвукового пучка сравнительно небольших поперечных размеров позволяет оперировать акустическим параметром, не применяемым в традиционной гидроакустике, - полной мощностью гидроакустического поля (ультразвукового пучка), излучаемого преобразователем Разработка наиболее оптимальных методов и средств измерения этого параметра также является предметом метрологии мегагерцового диапазона частот

За рубежом поиск стандартных методов и средств измерения параметров высокочастотного гидроакустического поля интенсивно проводился в 1980-х и в начале 1990-х годов Однако мегагерцовый диапазон в гидроакустике стал осваиваться значительно раньше Одной из первых была оригинальная конструкция миниатюрного гидрофона, разработанная Романенко Е В в Акустическом институте им Н Н Андреева Основу этого гидрофона составлял маленький платиновый шарик диаметром около 0,1 мм с нанесенным (и затем обожженным) на его поверхности пьезокерамическим слоем Романенко Е В разработал и метод калибровки такого гидрофона на частотах до 10 МГц, впоследствии развитый зарубежными исследователями

Пьезокерамические гидрофоны зондового типа для измерения параметров высокочастотного гидроакустического поля были разработаны и исследованы Lewin Р А и Chivers R С (США) Lewin Р А, Harris G и др (США) заменили пьезокерамику пленкой поливинилиденфторида (ПВДФ) и получили более высокочастотные зондовые гидрофоны, нашедшие широкое применение Bacon D R и Preston R С (НФЛ, Англия) предложили конструкцию мембранных

гидрофонов на основе пленки ПВДФ Разработкой оптоволоконных гидрофонов на ультразвуковой диапазон частот активно занимаются в Германии

Brendel К и Ludwig G освоили градуировку высокочастотных гидрофонов методом взаимности с двумя преобразователям^ который был положен в основу национального эталона Германии Herman В , Harris G и Corbett S (США) разработали метод плоского сканирования для калибровки гидрофонов на частотах выше 1 МГц В Англии для калибровки гидрофонов исследовали метод оптической интерферометрии, примененный в национальном эталоне, верхняя граница частотного диапазона которого за 10 лет была повышена с 15 до 60 МГц Последний метод оказался столь перспективным, что созданный на его основе эталон 2-го поколения в Германии имеет теперь верхнюю границу частотного диапазона 70 МГц Для селекции нежелательных отраженных (от стенок измерительного бака и поверхности воды) сигналов широкое распространение получил метод спектрометрии временных задержек При сличениях различных методов калибровки гидрофонов выявлялись преимущества и недостатки каждого метода, уточнялись их погрешности Методики применения гидрофонов для измерения параметров гидроакустических полей, в том числе генерируемых медицинским ультразвуковым оборудованием, интенсивно разрабатывались в Англии и США

Таким образом, расширение частотного диапазона калибровок гидрофонов в сторону высоких частот и создание более широкополосных гидрофонов - основное направление развития высокочастотной гидроакустики в США, Англии, Германии и др странах

Для исправления создавшейся у нас в стране ситуации с отставанием этого вида измерений как от международного уровня, так и от потребностей отечественной практики необходимо было разработать программу развития метрологического обеспечения гидроакустических измерений на частотах от 0,5 до 15 МГц и определить последовательность решения включенных в нее задач При разработке этой программы было необходимо учесть

международный опыт и достижения зарубежных исследователей по разработке методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений в рассматриваемом диапазоне частот,

уровень и достижения отечественной гидроакустики в разработке методов и средств высокочастотных измерений, результаты наработок и технологические возможности по созданию гидрофонов ультразвукового диапазона во ВНИИФТРИ,

практическое отсутствие отечественной нормативной базы в области метрологического обеспечения гидроакустических измерений в области мегагерцовых частот, в том числе, и в интересах медицинского ультразвукового приборостроения, специфику гидроакустического поля, генерируемого ультразвуковым медицинским оборудованием - одним из основных потребителей гидроакустических технологий в мегагерцовом диапазоне частот

При этом был важен комплексный подход к решению поставленных в Программе задач, который подразумевает одновременное создание взаимозависимых средств измерения, а также разработку и выпуск (внедрение) нормативных документов на методики их применения Под взаимозависимостью здесь понимается следующее

создание рабочих средств измерения (например, измерителей мощности ультразвукового излучения) должно сопровождаться адекватным развитием эталонной базы для их поверки (калибровки), т е рабочих и первичного (специального) эталонов для воспроизведения и передачи размера единицы мощности в воде,

создание эталонных средств измерения мощности невозможно без создания высокочастотных гидрофонов для исследования структуры гидроакустического поля, генерируемого эталонными излучателями, т е для оценки погрешности воспроизведения (передачи) размера единицы,

создание гидрофонов бессмысленно без разработки методов и средств их калибровки в диапазоне частот, при которых воспроизводится размер единицы мощности, достоверность калибровки гидрофонов должна подтверждаться поверкой соответствующих эталонных средств, которые также необходимо разработать

Такая Программа была разработана автором, утверждена генеральным директором ГП «ВНИИФТРИ» (март 1999 г) и одобрена Научно-технической комиссией (НТК) Госстандарта В соответствии с Программой во ВНИИФТРИ был поставлен ряд НИР и ОКР (около 15 работ) по развитию метрологического обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот, руководителем или ответственным исполнителем которых был соискатель

На первом этапе выполнения предложенной автором Программы была предусмотрена разработка установки высшей точности для воспроизведения и передачи единицы мощности ультразвука в воде на частотах 0,5-15 МГц, гидрофонов с высоким временным и пространственным разрешением для оценки

пространственной структуры гидроакустического поля, мощность которого должна быть измерена, и установки для калибровки гидрофонов

Новизна и определенная специфика создаваемых средств измерений обусловили необходимость разработки соответствующих методических документов по их применению Поэтому в Программу первого этапа развития нормативной базы целесообразно было включить разработку рекомендаций

по проведению измерений параметров гидроакустического поля на мегагерцевых частотах со специфическими требованиями к условиям и средствам измерения (в том числе и к гидрофонам), по процедуре калибровки гидрофонов, по методике измерения полной мощности гидроакустического поля, сконцентрированного в виде узкого ультразвукового пучка

Выпуск и внедрение нормативных документов необходимы не только для правильного применения разработанных средств, обеспечения единства и достоверности измерений, создания правовых основ проведения испытаний, но и для инициирования развития самой метрологической базы Именно поэтому становление нормативной базы, регламентирующей правила и нормы проведения метрологического контроля, должно в некоторых случаях опережать развитие средств для его внедрения

На 2-ом этапе выполнения Программы было предусмотрено создание национального эталона единицы мощности ультразвука в воде (по результатам эксплуатации установки высшей точности, разработанной на первом этапе), участие в международных ключевых сличениях в области измерения мощности ультразвука (для подтверждения заявленных возможностей в CMC (Calibration and Measurement Capabilities) данных, зарегистрированных Международным Бюро Мер и Весов, эталонных излучателей, обеспечивающих передачу воспроизводимого эталоном размера единицы мощности рабочим средствам измерения, и государственной поверочной схемы для средств измерения мощности ультразвука в воде

На этом же этапе была предусмотрена разработка рабочих средств измерения параметров гидроакустического поля, генерируемого ультразвуковым медицинским оборудованием (УМО) различного назначения аппаратами ультразвуковой терапии, приборами ультразвуковой диагностики, литотриптерами, портативными датчиками частоты сердечных сокращений (ЧСС) плода в утробе матери Необходимость постановки этих работ была обусловлена следующими обстоятельствами

практически полное отсутствие в отечественной метрологической практике методов и средств измерения параметров акустического выхода этих приборов и аппаратов делает невозможными испытания и оценку безопасности УМО в соответствии с современными международными нормами, специфика пространственно-временной структуры гидроакустического поля каждого из перечисленных типов УМО требует детализации методик и условий измерения, а также требований к применяемым СИ,

создание рабочих средств измерения не только придает определенную «осмысленность» развитию эталонной базы в области гидроакустических измерений мегагерцового диапазона частот, но и означает логическую завершенность этапа становления всей системы метрологического обеспечения этого вида измерений

Эффективность применения разработанных и ранее не применявшихся СИ зависит от качества соответствующих методик выполнения измерений (МВИ), и их разработка тоже была предусмотрена на втором этапе Программы При этом представлялось целесообразным, чтобы разрабатываемые методические документы были максимально гармонизированы с соответствующими стандартами МЭК, так как это обеспечивает правовую основу для испытаний отечественного и импортного ультразвукового оборудования в соответствии с международными нормами

На 3-ем этапе Программы, реализация которого выходит за рамки диссертационных исследований автора, предусмотрены дальнейшее развитие эталонной и нормативной базы, разработка более совершенных рабочих средств измерений

Глава 2. Разработка высокочастотных гидрофонов и установки для их калибровки

К гидрофонам для измерения параметров гидроакустического поля в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц предъявляют относительно жесткие требования, основными из которых являются требования к рабочему диапазону частот и к неравномерности частотной характеристики в нем В соответствии с ГОСТ 8 555-91 (МЭК 866-87) различают 2 класса гидрофонов

класс А - высокоточные гидрофоны для прецизионных измерений параметров гидроакустических полей на частотах от 0,5 до 15 МГц,

клаос Б - ирдимефнык гидрофимы, преднсиначениые, и основном, для сравнительных измерений, проводимых, например, при исследовании пространственной структуры гидроакустического поля Рабочий диапазон частот гидрофонов обоих классов должен быть не уже 2,5 октавы и находиться в пределах от 0,5 до 15 МГц При этом неравномерность частотной характеристики (НЧХ) чувствительности в рабочем диапазоне частот, определенная как максимальное отклонение чувствительности от среднего значения, не должна превышать ±2 дБ для гидрофонов класса А и ±4 дБ для гидрофонов класса В

Эти требования можно реализовать как для гидрофонов эондового типа с пьезокерамическими или пьезополимерными активными элементами, так и для мембранных гидрофонов на основе пленки поливинилиденфторида (ПВДФ) Проведенный в рамкал диссертвциОппыл исследований анализ литературное данных, а также эксперименты с отечественной пленкой Ф2МЭО из ПВДФ, выпускавшейся ОАО «Пластполимер», показали перспективность использования пьезополимерной пленки для разнообразных гидроакустических применений, в том числе и для мембранных гидрофонов

Тем не менее, при решении первоочередных задач становления метрологической базы гидроакустических измерений на мегагерцевых частотах решено было отказаться от использования пьезополимерной пленки для изготовления гидрофонов При этом учитывалось также прекращение производства отечественного материала (ОАО «Пластполимер» в 1990-е годы был перепрофилирован) и отсутствие возможности заказа пленки I (ВДФ с требуемыми свойствами Было решено ориентироваться на использование пьезокерамики, производство которой налажено во ВНИИФТРИ с 1968 года

Такое решение ограничило выбор типа разрабатываемых гидрофонов На основе пьезокерамики возможно лишь изготовление гидрофонов зондового типа - с миниатюрным пьезоэлементом, устанавливаемым на конце тонкой и длинной трубки В рамках диссертационных исследований были экспериментально оценены предельные возможности традиционных технологий изготовления пьезокерамических преобразователей в виде полых сфер и цилиндров сверхмалых размеров (методом горячего литья под давлением в прецизионные формы, последующего нанесения серебряной пасты и вжигания электродов на внешнюю и внутреннюю поверхности оболочки) При этом было установлено, что полые сферические пьезоэлементы диаметром .менее 4,- 5 мм с достаточно воспроизводимыми электрофизическими параметрами

изготавливать Практически невозможно, Предельные размеры полых цилиндрических преобразователей могут быть существенно ниже (диаметр - до 1 ми, толщина стенки - до 0,1 мм). Их можно изготавливать методом горячего литья под давлением в формы, экструзией или ультразвуковым сверлением. Наиболее тонкостенные цилиндры удается получить первым из этих методов Малые размеры таких элементов не позволяют использовать тангенциальную поляризацию, обеспечивающую относительно высокую чувствительность, но неприемлемо малую электрическую емкость преобразователей. Поэтому целесообразно делать такие элементы радиально-поляриэованмыми. На рис.1 показаны полые цилиндрические пьезокерамические элементы с радиальной поляризацией диаметром 2; 1,5 и 1 мм (слева направо), изготовленные методом горячего литья под давлением.

Чувствительность этих цилиндрических пьезоэлементов существенно выше типичных значений для гидрофонов других конструкций. Гидрофоны с такой чувствительностью необходимы при измерениях параметров слабых гидроакустических полей, генерируемых некоторыми типами ультразвукового медицинского оборудования на частотах 0,5 - 1 МГц.

Другим типом пьезокерамического активного элемента, применяемым в гидрофонах на диапазон частот от 0,5 до 10 (15) МГц, является тонкий диск, укрепленный через демпфирующую прокладку на конце тонкой и длинной трубки ГОСТ 8.555 (МЭК 866) рекомендует, чтобы резонансная частота fp толщинной моды колебаний пьезоэлемента по крайней мере вдвое превышала верхнюю частоту рабочего диапазона гидрофона. Из условия резонанса по толщине 1

* • .

Рис.1. Пьезокерамические цилиндрические элементы с радиальной поляризацией

21 ~ л* = с30/(р

(1)

частота резонанса пьезокерамического (пьезокерамика ЦТС-19 со скоростью звука сзв = 3000 м/с) толщиной I = 0,1 мм составляет 15 МГц Это означает, что рабочий диапазон гидрофона с активным элементом из пьезокерамического диска толщиной 0,1 мм может простираться до 7,5 МГц

Именно эти соображения легли в основу разработок высокочастотных пьезокерамических гидрофонов, выполненных под руководством автора и показанных на рис 2

ГУЗ-1 ГИ-29 ГУЗ-2

Гидрофон ГИ-29 с чувствительным элементом в виде полого радиально-поляризованного цилиндра диаметром 1 мм, высотой 1 мм и толщиной стенки 0,1 мм, подвешенного в эластичном звукопрозрачном полиуретановом компаунде (например, КТ-102) на конце длинной (до 140 мм) стальной трубки диаметром 3 мм, предназначен для измерения параметров гидроакустических полей в диапазоне частот от 0,5 до 1 МГц. Гидрофон ГУЗ-2 с чувствительным элементом в виде тонкого (0,1 мм) пьезокерамического диска диаметром 0,5 мм, приклеенного на эбонитовую коническую подложку, вставленную в торец длинной (более 130 мм) стальной трубки диаметром 2 мм. Этот гидрофон предназначен дли измерения акустического давления в диапазоне частот от 1 до 10 МГц. Его размеры обеспечивают пространственное разрешение тонкой структуры гидроакустического поля, генерируемого, например, медицинскими приборами ультразвуковой диагностики (т.н. ультразвуковыми сканерами). Для увеличения чувствительности гидрофона в его корпус встроен предварительный усилитель с коэффициентом усиления около 20 дБ (разработанный и изготовленный НПФ «БИОСС», г.Зеленоград). Чувствительный элемент гидрофона ГУЗ-1, предназначенного для измерения параметров ударной волны литотриптеров, тот же, что и у ГУ3-2, но защищен от ударных воздействий специальной прокладкой. На рис.3 показана типичная частотная характеристика чувствительности гидрофона ГУЗ-2 с совмещенным предварительным усилителем (усиление 20 дБ) на конце кабеля длиной 1,5 м. Чувствительность измерена на установке плоского сканирования УЛС-1 (см. далее).

частата, МГц

Рис.З. Частотная характеристика чувствительности гидрофона ГУЗ-2

Анализ особенностей известных методов калибровки гидрофонов в диапазоне мегагерцовых частот (метода взаимности с двумя преобразователями, метода плоского сканирования в поле с известной мощностью, метода оптической интерферометрии, с использованием волн пилообразной формы и др ) определил выбор метода сканирования как наиболее перспективного с точки зрения технологических возможностей его реализации и применения для других измерительных задач Сущность метода заключается в измерении полной мощности ультразвукового излучения путем суммирования значений интенсивности I (х, у) в отдельных точках (участках площадью ds) гидроакустического поля площадью S и сравнения полученного значения с мощностью Р источника излучения, предварительно измеренной каким-либо другим методом, т е как

P=Jl(x,y)ds (2)

Т к интенсивность I в плоской бегущей волне выражается через эффективное значение акустического давления р, плотность р среды распространения и скорость звука с в ней как

I = Р2/рс, (3)

а чувствительность М гидрофона определяется по напряжению U на его выходе как

М= U/p, (4)

то, сканируя калибруемым гидрофоном гидроакустическое поле (в поперечном сечении ультразвукового пучка, включающем всю излучаемую энергию) и суммируя квадраты напряжения U„ измеренного на выходе гидрофона в каждой i-ой точке (элементарной площади ds) сканирования, можно определить чувствительность гидрофона как

M = {[Z(U,2AxAy)]/Ppc}1/2 (5)

где N - общее количество точек измерения напряжения, Дх, Ау - значения шага сканирования по ортогональным осям х и у Этот метод применяют обычно в случаях, когда энергия гидроакустического поля сконцентрирована в относительно узком пространстве - в виде ультразвукового пучка - коллимированного (или слегка сходящегося, или расходящегося), те в поле плоского излучателя поршневого типа на частотах, при которых длина звуковой волны существенно меньше размеров (например, диаметра) излучателя Если ультразвуковой пучок симметричен относительно своей оси, то растровое сканирование можно

заменить одним линейным, перемещая гидрофон только по диаметру поперечного сечения ультразвукового пучка, существенно снизив тем самым трудоемкость операции сканирования

Анализ возможностей и перспектив реализации этого метода показал, что

1) использование метода основано на достаточно простой модели с известными источниками погрешности, минимизировать которые относительно просто,

2) применение круглых плоских излучателей поршневого типа с осесимметричным излучением позволяет существенно снизить трудоемкость операции калибровки гидрофона, не прибегая к автоматизации измерительной установки, что существенно упрощает практическую реализацию метода,

3) реализация метода предполагает применение излучателя с известной полной мощностью ультразвукового пучка, которая должна быть измерена независимым методом Разработанная программа первоочередных задач по развитию метрологического обеспечения гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах, в которой запланировано создание установки для измерения мощности ультразвукового излучения, обеспечивает и это условие реализации метода,

4) сама процедура сканирования, без проведения которой невозможно исследование структуры гидроакустического поля, необходима при разработке и аттестации эталонных излучателей Это означает, что на установке плоского сканирования для калибровки гидрофонов можно выполнять и другие метрологические задачи,

5) ряд практических применений гидроакустических технологий связан с исследованием пространственного распределения параметров гидроакустического поля (акустического давления, интенсивности, размеров ультразвукового пучка и пр), генерируемого, например, медицинским ультразвуковым оборудованием Такие исследования проводят с использованием гидрофона методами сканирования в поперечном сечении ультразвукового пучка Процедуры таких исследований достаточно трудоемки и требуют применения специальных автоматизированных установок плоского сканирования При создании последних необходймо учесть опыт эксплуатации более простых установок, и с этой точки зрения разработка и метрологические исследования установки линейного сканирования несомненно актуальны

Изложенные соображения и многоцелевой характер установки линейного сканирования определили выбор метода калибровки гидрофонов на мегагерцовых частотах - метод плоского

сканирования в гидроакустическом поле с известной полной мощностью.

При проектировании установки были сформулированы требования к ее конструкции, степеням свободы перемещений гидрофона и излучателя, точности этих перемещений и пр Схема установки показана на рис.4.

Рис.4. Степени свободы перемещений гидрофона и излучателя в установке линейного сканирования УЛС-1

1 - гидрофон; 2 - излучатель; 3 - КПУ гидрофона;

4 - КПУ излучателя; 5 - акустический поглотитель

Метрологические исследования установки позволили

выявить и оценить «вклад» источников погрешности измерений в

общую неопределенность оценки чувствительности гидрофона,

связанных с:

1) погрешностью измерения полной мощности ультразвукового пучка - до (5 - 10) %;

2) погрешностью установки напряжения возбуждения излучателя как в процессе измерения его мощности, так и при градуировке гидрофона - до 3 %;

3) погрешностью оценки и учета затухания ультразвуковой волны в воде - до 2 %;

4) погрешностью измерения сигнала с гидрофона - до 3 % для синусоидального сигнала;

5) погрешностью из-за конечного шага сканирования - до 2 %, если изменение сигнала между соседними точками сканирования не превышает 1 дБ;

6) погрешностью установки гидрофона в заданную точку на линии сканирования-до 2 %;

7) погрешностью, связанной с характеристикой направленности гидрофона и неточностью его ориентации относительно

излучателя - до 5 %,погрешностью из-за неточности определения пространственного положения центра ультразвукового пучка и несовпадения диаметра пучка с линией сканирования - до 7 %,

8) погрешностью, связанной с конечностью размеров активного элемента гидрофона и неизбежным вследствие этого пространственным усреднением акустического давления, что особенно сказывается в центре ультразвукового пучка - до 5 %,

9) погрешностью, связанной с вкладом шумового сигнала в сканирование на периферийных участках гидроакустического поля - до 10 %,

10) погрешностью, связанной с принятой моделью плоской волны -не более 1 %,

11) погрешностью, связанной с заменой сферического сканирования на плоское - не более 1 %,

12) погрешностью из-за влияния переотражений сигнала от водной поверхности, дна и стенок измерительного бака - до 5 %,

13) случайной составляющей погрешности - до 10 %

Примечание - Указанные величины погрешности даны при доверительной вероятности 95 %

Эти источники погрешности приводят к расширенной неопределенности результата измерения чувствительности, оцениваемой в соответствии с «Руководством по выражению неопределенности измерения» (ISO Guide to the expression of uncertainty in measurement) и равной (20 -25)%

Глава 3. Разработка метода и средств измерения полной мощности ультразвукового пучка

Для измерения мощности ультразвукового пучка используют различные методы (калориметрические, акустооптические и пр), но в качестве стандартного МЭК 61161 рекомендует метод гравитационного уравновешивания радиационного давления ультразвуковой волны на помещенную в гидроакустическое поле мишень Известно, что радиационное давление Рг плоской звуковой волны синусоидальной формы на плоскую границу раздела двух сред может быть выражено в виде

Pr = W(1 + R) cos2©= 2l/c, (6)

где W - плотность энергии звуковой волны,

R - коэффициент отражения звука на границе раздела двух сред,

0 - угол падения звука на границу,

1 - интенсивность звуковой волны, с - скорость распространения звука в среде

Если размеры препятствия (мишени) значительно больше длины звуковой волны и ширины ультразвукового пучка, то сила Я, с которой ультразвуковой пучок давит на мишень, не зависит от частоты излучения, а мишень улавливает полную мощность Р ультразвукового пучка, равную

Р= сР/(1 + ^соэ2© (7)

Заметим, что для идеальной поглощающей мишени (Р? = 0) измеряемая мощность не зависит от угла падения © и выражается

Рпогл = сР> (8)

а для идеальной отражающей

Ротр= сР/2 соэ2 © (9)

Таким образом, измерив силу Р, действующую на мишень (отражающую или поглощающую) в гидроакустическом поле в виде концентрированного ультразвукового пучка, можно определить его мощность Для измерения этой силы МЭК рекомендует использовать гравитационный метод уравновешивания мишени с помощью весов Однако использование гравитационного метода не ограничивается использованием весов Идея использования архимедовой силы для уравновешивания силы радиационного воздействия ультразвука привела к разработке методов с плавающей мишенью, в которых измеряют величину погружения мишени под действием радиационной силы падающего сверху ультразвукового пучка Вес мишени подбирают таким образом, чтобы она была полностью погружена в воду Это достигают с помощью какого-либо компенсатора, например, стержня, закрепленного на днище мишени и погруженного в более тяжелую жидкость (например, четыреххлористый углерод) или выступающего над поверхностью воды

Более перспективной представляется другая разновидность метода радиометра с плавающей мишенью, в котором нет влияния границ раздела сред (поверхностных сил натяжения) на движущиеся части мишени Это радиометр с плавающей мишенью и цепочками, использующимися в качестве компенсаторов, примененный Шоттоном (НПЛ, Англия)

Смещение мишени пропорционально воздействующей на нее силе, а значит, и мощности ультразвукового излучения Если принять во внимание, что опускание мишени, подвешенной на трех цепочках с массой тц на единицу длины каждая, на расстояние I сопровождается снижением силы тянущих вниз цепочек, равным (1/2) Зтцд I, то из (9) можно определить чувствительность Мр такого радиометра как отношение смещения I мишени к мощности Р воздействующего на нее излучения как

Мр = 1/Р = 4 соэ2 0 / 3 с гпц д Кв, (10)

где Кв [= (рц -1)/рц] - коэффициент, учитывающий Архимедову силу, определяющую снижение веса цепочек плотностью рц в воде, д - ускорение свободного падения

Для серебряных цепочек (рц= 10,5 г/см3) и мишени с полным углом 130°(© = 25°), измеряя в Ваттах, а тц- в г/мм, получим

Мр = 0,0826 /тц [мм/Вт] (11)

Отсюда следует, что чувствительность радиометра обратно пропорциональна массе цепочек на единицу длины Выражение (11) достаточно точно соблюдается и в реальных радиометрах

Этот метод выгодно отличается от рассмотренных выше относительной простотой реализации и возможностью создавать на его основе относительно недорогие и простые в обслуживании средства измерений ультразвукового излучения Дополнительными аргументами при выборе этого метода явились следующие заключения

реализация метода, рекомендованного МЭК в качестве стандартного, связана с использованием высокоточных электронных весов высокого разрешения (до 0,001 мг), эти дорогостоящие устройства вряд ли могут быть основой рабочих средств измерения мощности ультразвукового излучения, доступных потенциальным пользователям,

использование поглощающей мишени с коэффициентом поглощения не менее 99 % проходящей через нее ультразвуковой энергии во всем требуемом диапазоне частот (от 0,5 до 15 МГц) связано с серьезной разработкой соответствующих материалов, далеко выходящей за рамки поставленных в диссертационной работе задач,

применение поглощающих мишеней (даже из специального материала, например, разработанного в Национальной Физической Лаборатории, Англия) вызывает и ряд метрологических проблем, связанных с неуправляемым изменением условий измерения (нагревом мишени и среды распространения ультразвуковой волны), деградацией акустических характеристик поглощающего материала со временем и длительностью работы в гидроакустическом поле

Разработка оптимальной конструкции радиометров с подвешенной на цепочках мишенью потребовала проведения теоретических и экспериментальных исследований, связанных

с выбором конструкции мишени, ее размеров, технологии изготовления,

с выбором конструкции и размеров измерительного бака,

с разработкой устройств отсчета величины перемещения мишени,

с выявлением источников погрешности измерения мощности, оценкой их вклада и поиском путей их снижения

Созданная по результатам этих исследований конструкция мишени, тепловой дрейф и инерционная масса которой сведены к минимуму, показана на рис 5

0110

Рис 5 Модернизированная мишень в разрезе 1 - мембрана, 2 - корпус, 3 - проушина, 4 - стержень, 5 - юстировочные грузики

Корпус 2 мишени выполнен в виде конической чаши, отпрессованной из латунного листа толщиной 0,8 мм Сверху корпус закрыт тонкой (0,09 мм) мембраной 1 из отожженной меди К корпусу приварены три проушины 3 для крепления цепочек, а снизу ввернут стержень 4 для установки котировочных грузиков 5 Для формования корпуса и мембраны мишени используется одна и та же прессформа

Отсчет начального (до приложения ультразвукового воздействия) и конечного (после его приложения) положений мишени можно сделать, например, визированием верхней кромки мишени через прозрачную шкалу, наклеенную на боковую стенку измерительного бака Однако точность такого отсчета не превышает ±1 мм Для повышения точности отсчета или при незначительных (менее 3-5 мм) перемещениях мишени измерения целесообразно проводить с помощью специальной оптической системы с длиннофокусным объективом Такие системы коммерчески доступны Ее основой может являться, например, «Головка оптическая для микроэлектроники ОГМЭ-ПЗ», особенностью которой

является независимость фокусного расстояния объектива (окопо 90 мм) от общего увеличения (до 70 раз), что расширяет возможности системы при измерении малых расстояний (до 0,01 мм) и позволяет измерять мощность ультразвукового излучения от 10-20 мВт и выше.

Глава 4. Разработка государственного эталона единицы мощности ультразвука а воде

Государственный специальный эталон единицы мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 12 МГц - ГЭТ 1692005 разработан в процессе выполнения работ, проведенных в 2001-2004 г.г. по Научно-технической программе «Эталоны России» в ФГУП «ВНИИФТРИ». При создании эталона использованы результаты разработки, метрологических исследований и опытной эксплуатации установки высшей точности для хранения и воспроизведения размера единицы мощности ультразвука в воде УВТ 102-А-2001, Все эти работы выполнены при непосредственном участии и под руководством автора.

В ГЭТ 169-2005 и УВТ 102-А, применен описанный в главе 3 метод радиометра на основе гравитационного уравновешивания плавающей в воде отражающей мишени вогнутого типа, оттягиваемой вниз тремя, равномерно отстоящими по периметру мишени, легкими цепочками. В состав УВТ, а затем и государственного эталона вошли эталонные измерители мощности ЭИМУ-1 и ЭИМУ-2, схема конструкции которых показана на рис.6.

Рис.6. Эталонный измеритель ЭИМУ-1

Эталонный измеритель мощности ультразвука ЭИМУ-1 состоит из наполненного дистиллированной водой (около 20 л) бака 1 диаметром и высотой около 300 мм из оргстекла, на верхней крышке которого находится устройство 2 крепления и перемещения испытуемого ультразвукового излучателя, на дне и водной поверхности помещены поглотители 3 ультразвукового излучения (длинноворсовые нейлоновые коврики), подвешенной на трех серебряных цепочках 4 (длиной около 400 мм и массой около 1 г каждая) конической вогнутой мишени 5 (диаметром около 100 мм) отражающего типа, имеющей слегка положительную плавучесть и перемещающейся в диапазоне глубин от 10 до 120 мм,

отсчетного приспособления 6, представляющего собой оптическую систему бокового обзора с длиннофокусным объективом, установленную на устройстве вертикального перемещения, контролируемого с помощью индикатора 7 часового типа,

отсчетного приспособления 8 на основе цифровой видеокамеры и персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением

Кроме эталонных измерителей в состав эталона входят установка плоского сканирования УЛС-1 с гидрофоном ГУЗ-2, генераторы сигналов ГЗ-112, ГЗ-119 и Г4-154 для возбуждения испытуемого излучателя частотой до 12 МГц,

комплект эталонных ультразвуковых преобразователей для передачи размера единицы мощности ультразвука рабочим средствам измерений,

комплект эталонных грузиков (стальных шариков различного диаметра массой от 1,6 до 690 мг) для градуировки измерителей мощности и весы лабораторные аналитические ВЛА -200 для определения массы этих грузиков,

штангенрейсмас ШР-400 для поверки отсчетных устройств в измерителях мощности,

дистиллятор и устройство для дегазации воды, а также прибор для измерения концентрации кислорода в воде (кислородомер АЖА-101М),

термометр 0 - 50 °С с ценой деления 0,1 °С для измерения температуры воды в эталонных измерителях мощности, барометр для оценки условий проведения измерений

По результатам исследований эталона установлены следующие его метрологические характеристики

1) Диапазон частот измерения мощности 0,5-12 МГц

2) Диапазон измерения мощности

от 5 мВт до 1000 мВт (для ЭИМУ-1) и от 0,05 Вт до 12 Вт (дляЭИМУ-2)

3) Эталон обеспечивает воспроизведение размера единицы ультразвуковой мощности со средним квадратическим относительным отклонением S0 результата 10 измерений и границей относительной неисключенной систематической погрешности 0О (при доверительной вероятности Р = 0,99), не превышающих

S0 < 2 10"2 и 0О < [0,05 + (1/Р)] для ЭИМУ-1, S0 < 3 10"2 и ©о < [0,05 + (2/Р)] для ЭИМУ-2, где Р - измеренное значение мощности в мВт

4) Входящая в состав эталона установка линейного сканирования УЛС-1 обеспечивает

измерение акустического давления в ультразвуковом пучке с пределами относительной погрешности до 20 %, измерение чувствительности гидрофонов методом плоского сканирования со средней квадратической погрешностью S0 (при п = 5) и с неисключенной систематической погрешностью ©0 (при доверительной вероятности Р = 0,95), не превышающих

S0< 10 % и ©о <25 %,

динамический диапазон измерения чувствительности гидрофонов

от 0,1 до 50 мкВ/Па, диапазон частот измерения чувствительности от 1 до 10 МГц

5) Неопределенность (в %) измерений излучающей способности (G = P/U2) ультразвуковых излучателей при передаче размера единицы вторичному эталону составляет

Таблица 1

Частота, МГц 1 5 10

Измеряемая мощность, мВт 10 100 1000 10000 10 100 10 100

Неопределенность типа В,% 1,8 1,5 1,4 1,4 2,4 2,2 3,3 3,2

Неопределенность типа А, %, (для п = 10) 2,10 0,86 1,17 1,50 1,9 0,60 1,20 0,90

Суммарная стандартная неопределенность, % 2,8 1,7 1,9 2,1 3,1 2,3 3,5 3,3

Расширенная неопределенность, % 5,8 3,5 3,8 4,3 6,3 4,6 7,0 6,6

Установка высшей точности УВТ 102-А-2001, на основе которой был создан эталон, участвовала в международных ключевых сличениях CCAUV U-K1 в области измерений мощности ультразвука в воде, проводившихся по решению Международного Бюро Мер и Весов (МБМВ) в 1999 - 2002 гг В сличениях были задействованы национальные эталоны Австралии (CSIRO - 6), Англии (NPL - 4), Германии (РТВ - 1), Индии (NPLI - 7), Канады (NRC - 3), Китая (NIM - 9), Нидерландов (TNO - 5), России (ВНИИФТРИ - 8) и США (NIST - 2) - в скобках дана аббревиатура национальных метрологических центров и их условные номера как участников сличений Сличения проводились на трех частотах (с допуском не более ± 0,0008 МГц) и при различных уровнях электрического возбуждения (1,45 В, 4,4 В, 14,3 В и 44,5В - на 1,8732 МГц, 1,36 В и 4,25 В - на 6,2838 МГц, 1,33 В и 4,1 В на 10,5475МГц) с работающим на резонансных частотах преобразователем РТВ 24 LN 2 MHz, предоставленным, пилот-лабораторией (РТВ, Германия), таким образом, чтобы охватить диапазон мощностей от 10 мВт до 15 Вт Сравниваемой величиной являлось значение «излучающей способности » Gf и преобразователя, определяемой как отношение излучаемой им мощности PfU ультразвука к квадрату эффективного значения напряжения Uf возбуждения (GfU = Pf u/U2)

Участие в этих сличениях явилось стимулом проведения более тщательных метрологических исследований УВТ для обоснования и оценки вклада всех источников неопределенности измерений, связанных с конкретными условиями проведения сличений

Для измерителей с плавающей мишенью особую проблему составляет приведение результатов измерения к «нулевому расстоянию», так как величина перемещения мишени (а значит, и ее удаления от излучателя) определяется измеряемой мощностью Это означает, что для каждого измеренного значения необходимо вводить поправку на затухание, влияние акустических течений и пр Для решения этой проблемы мы экспериментально определяли зависимость измеряемой мощности (при одном и том же режиме возбуждения излучателя) от расстояния до мишени и экстраполировали результаты измерений к нулевой дистанции посредством алгоритма регрессии в предположении экспоненциальной зависимости от расстояния При этом имелось в виду, что затухание ультразвука в воде в мегагерцовом диапазоне частот характеризуется экспоненциальной зависимостью от расстояния х от излучателя

Рх= Р0е"2аХ, (12)

где Рх и Р0- значения мощности на расстоянии х и х=0,

а = (2,3 х 10"4) F2,

1,9 МГц

18 12 6 О -6 -12

0123456789 10

10,5 МГц

40 32 24 16 8 О

-8

01 23456789 10

Участники

Рис 7 Относительные отклонения результатов участников сличений от средневзвешенного значения результатов измерения излучательной способности при мощности излучения около 10 мВт на частотах 1,9 и 10,5 МГц

П 9,98

а расстояние х и частота F измеряются в сантиметрах и мегагерцах соответственно

Исследования показали, что в нашем случае такая зависимость (cx/F2 = 2,3 х 10"4) от расстояния соблюдается только на частоте 1,9 МГц На частоте 6,3 МГц наиболее подходящим коэффициентом является о - 0,5х(2,3 х 10 ) F , а на 10,5 МГц о — 0,4х(2,3 х 10"4) F2

На рис 7 приведены результаты сличений, представленные в виде относительных (в %) отклонений результатов каждого участника от средневзвешенного значения GfU, при измерении мощности величиной около 10 мВт на частотах 1,9 и 10,5 МГц Результат каждого участника представлен в виде точки с цифровым обозначением величины отклонения и границ расширенной неопределенности

В табл 2 приведены относительные отклонения от средневзвешенного значения результатов каждого участника для всех режимов возбуждения VL (very low) - очень низкий, L (low) -низкий, М (medium) - средний, Н (high) - высокий, VH (very high) -очень высокий Эти аббревиатуры записаны после числа, обозначающего частоту возбуждения в мегагерцах В двух нижних строках таблицы приведены средние арифметические значения отклонений, усредненные для каждого участника по всем режимам, а также СКО, характеризующие разброс величин этих отклонений от среднего значения

Таблица 2 Относительные отклонения результатов измерения излучающей способности G$U)ot средневзвешенных значений gr(f, U)

F/level PTB NIST NRC NPL TNO | CSIRO | NPLI | VNIIFTRI | NIM

1 9 VL 03 -04 10 1 1 5 33 -4,9 -0,7 -1 8

1 9 L -0 4 1,3 23 0 2 7 12 9 -5 8 -5 3 -1 6

1 9 М -0,7 09 2 2 07 1 2 3 0 1 -4 0 1

1,9 Н -1 9 0 4 1 -2 1 4 2 2 -7 6 -4 3 03

1,9 VH -2 1 4 1 6 -03

6 3 VL 1 0 8 4 4 1 9 1 -4 7 07

6 3 L -0 9 1 4 1 9 1 4 0 15 6 -4 8 0 3

10 5 VL -08 1 2 92 1 8 -1 6 -4 4 2

10 5L -0 6 3 18 9 -2 3 -1 2 17 5 0 1 0 6

среднее -0,89 1,03 6,64 -0,25 0,91 8,80 -4 55 -3,46 0,10

СКО 0,71 1,02 5,87 1,70 1,62 7,32 3,30 2,01 1,75

Результаты, полученные ВНИИФТРИ во всех режимах возбуждения в целом несколько ниже средневзвешенных значений Если усреднить это занижение по всем 8 точкам (режимам), то полученное «среднее отклонение» (-3,46 %) существенно ниже среднеквадратичного разброса (2 %) всех отклонений от этого

значения Это дает основание ввести поправку в результаты измерений т е снизить неискпюченную систематическую погрешность эталона Источником этой погрешности может быть, например, несовершенство мишени Мембрана мишени сделана из отожженной медной фольги, в которой могут быть некоторые потери на поглощение ультразвуковых колебаний, что делает мишень недостаточно отражающей

Эталон возглавляет государственную поверочную схему, предусматривающую порядок передачи воспроизводимого размера единицы мощности ультразвука в воде вторичным эталонам (эталонным излучателям) и рабочим средствам измерений -измерителям мощности ультразвукового излучения Этот порядок внедрен в виде национального стандарта ГОСТ Р 8 616-2006

Глава 5. Разработка методов и средств измерений в обеспечение испытаний медицинского ультразвукового оборудования различных типов

В разделе 1 пятой главы определены параметры гидроакустического поля, используемого в медицинском ультразвуковом оборудовании различного назначения, и соотношения между ними

В разделе 2 приведены результаты разработки методов и средств измерения параметров гидроакустического выхода аппаратов для ультразвуковой терапии Даны общие сведения об аппаратах для ультразвуковой терапии, обоснованы требования к параметрам гидроакустического выхода и необходимость их декларации изготовителем, предложена методика оценки эффективности и безопасности аппаратов для ультразвуковой терапии в процессе их эксплуатации

В разделе 3 приведены результаты разработки методов и средств измерения параметров эффективности и безопасности аппаратов экстракорпоральной литотрипсии Определены параметры акустического выхода литотриптеров и обоснованы методы и средства их измерения (гидрофоны, установка радиального сканирования - см рис 8)

Предложена методика оценки параметров акустического выхода и эффективности работы литотриптеров (размеров фокальной области, энергии импульсов ударных волн) с помощью специальных тест-объектов Разработаны требования к характеристикам, технологии изготовления, методам испытаний и

применения этих тест-объектов, изложенные в разработанной автором рекомендации МИ 3009-2006

Рис 8 Установка радиального сканирования

1 - механизм вертикального перемещения гидрофона,

2 - механизм радиального перемещения гидрофона,

3 - индикатор часового типа для отсчета радиального перемещения, 4 - устройство изменения направления

сканирования, 5 - гидрофон зондового типа

В разделе 4 изложены результаты разработки методов и средств измерения параметров эффективности и безопасности портативных доплеровских датчиков сердцебиения плода (акушерских мониторов) - относительно простых, но потенциально опасных для пациента приборов, к выпуску которых в настоящее время приступили многие предприятия

Именно этим определяется актуальность разработки методов и средств измерения характеристик этих приборов В работе предложены средства для измерения параметров акустического выхода мониторов измеритель мощности ультразвукового излучения, установка линейного сканирования Особое внимание уделено разработки установки для измерения чувствительности мониторов, аналога которой в стране не было (рис 9) Чувствительность монитора определяется в соответствии с требованиями МЭК 61266 и разработанного автором национального стандарта ГОСТ Р 8 604-2004 по величине доплеровского сигнала, отраженного от торца тонкой (00,5) проволочной мишени, совершающей возвратно-поступательные движения вдоль своей оси Параметры движения мишени задаются и контролируются самописцем уровня В&К2307

Пределы допускаемой относительной погрешности измерения чувствительности на установке не превышают ±10 дБ, что соответствует требованиям МЭК 61266 и ГОСТ Р 8 604

Установка прошла испытания для целей утверждения типа СИ и включена в Государственный реестр средств измерений.

Рис. 9. Установи для измерения чувствительности акушерского монитора 1 - генератор сигналов треугольной формы; 2 - двухханальный цифровой

осциллограф; 3 - испытуемый акушерский монитор; 4 - самописец уровня В&К 2307; 5 - привод пера; 6 - уплотнение.ввода мишени; 7 - проволочная мишень; 6 - измерительный бак; 9 - поглощающие экраны: 10 - КПУ держателей экранов; 11 - датчик монитора; 12 - КПУ датчика; 13 - акустический поглотитель

8 разделе 5 пятой главы изложены результаты разработки методов оценки безопасности медицинских приборов и систем ультразвуковой диагностики. Рассмотрены физические основы и методы ультразвуковой диагностики, особенности генерируемых при этом гидроакустических полей. Определены характеристики диагностических гидроакустических воздействий как источника опасности для пациента. Приведен перечень параметров, обязательных для декларации изготовителем в соответствии с требованиями стандарта МЭК 61157, дана оценка выполнения этих требований при изготовлении или импорте приборов ультразвуковой диагностики.

Анализ типовых значений параметров акустического выхода медицинских приборов ультразвуковой диагностики позволил сформулировать требования к средствам измерений и

спроектировать некоторые из них. К ним относятся: измеритель мощности ультразвукового излучения ИМУ-1ПМ, включенный в Государственный реестр средств измерений и автоматизированная установка растрового сканирования с зондовым гидрофоном ГУЗ-2 (рис.10).

№ 8

Рис.10. Установка растрового сканирования 1 - бак с дистиллированной водой; 2 - гидрофон; 3 - испытуемый датчик; 4 - устройство ручной юстировки гидрофона; 5 - устройство ручной юстировки датчика; 6 — устройство автоматического перемещения гидрофона; 7 - блок управления перемещениями гидрофона; 8 - персональный компьютер; 9 - АЦП; 10 - генератор или прибор для УЗИ

Перемещение гидрофона в режиме автоматического растрового сканирования в этой установке осуществляется с помощью графопостроителя ЭМ-7052 (6 на рис.10) на шаговых двигателях, перьевое устройство которого заменено держателем гидрофона. Графопостроитель установлен над измерительным баком в вертикальном положении таким образом, чтобы реализовать сканирование в вертикальной плоскости, перпендикулярной оси излучения испытуемого датчика Графопостроитель обеспечивает перемещение гидрофона на площади 297x210 мм2 с минимальным шагом 0,025 мм. Управление режимами перемещения (направлением и скоростью движения, шагом и диапазоном перемещений, количеством и длительностью остановок) осуществляется от компьютера через блок управления 7. Сигнал с выхода гидрофона поступает на аналого-цифровой

преобразователь (АЦП), установленный в системном блоке компьютера

Комплекс разработанных средств измерения, включающий гидрофон ГУЗ-2, установку линейного сканирования УЛС-1, измеритель мощности ультразвукового излучения ИМУ-1ПМ и макет установки растрового сканирования, позволил проводить измерения параметров акустического выхода в рамках технических испытаний ультразвукового диагностического оборудования различных типов В диссертации приведен пример протокола таких испытаний

В разделе 6 изложены результаты разработки методов и средств измерения функциональных характеристик медицинских приборов и систем ультразвуковой диагностики Рассмотрены их измерительные возможности и получены доказательства необходимости отнесения большинства из них к средствам измерения Испытания систем визуализации ультразвукового медицинского диагностического оборудования на соответствие их характеристик работе по прямому назначению (характеристик визуализации, погрешности измерения линейных и угловых величин) требуют применения специальных тест-объектов В работе обоснован оптимальный состав и конструкций тест-объектов для контроля функциональных характеристик эхо-импульсных приборов ультразвуковой диагностики Показана необходимость проведения периодических поверок таких тест-объектов Предложен метод реализации таких поверок с использованием специального (эталонного) тест-объекта и ультразвукового диагностического сканера с высокими метрологическими характеристиками в качестве компаратора (для передачи единицы измеряемой величины) Изложенный подход и мероприятия по его реализации позволят решить задачу метрологического обеспечения контроля параметров медицинских ультразвуковых эхо-импульсных сканеров

Глава 6 Разработка нормативной и методической документации по метрологическому обеспечению гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц

В разделе 1 шестой главы дана оценка состояния нормативного обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот у нас в стране и его сравнение с международным уровнем Приведены результаты проведенного автором анализа тематических направлений стандартизации в ТК 87 «Ультразвук» Международной Электротехнической Комиссии Показано, что, несмотря на очевидные результаты в развитии и применении гидроакустических технологий мегагерцового диапазона

частот у нас в стране (например, в Акустическом институте РАН), нормативная база в этой области измерений к началу диссертационных исследований практически не развивалась

В разделе 2 рассмотрены проблемы гармонизации и учет национальной специфики при разработке нормативных и рекомендательных документов в области гидроакустических измерений и медицинского ультразвука В разработанной автором программе была предусмотрена параллельная разработка государственных стандартов, рекомендаций по метрологии и рекомендаций института, касающихся как метрологических проблем измерения параметров гидроакустического поля (методик измерения, средств измерения и методов их калибровки), так и испытаний ультразвукового медицинского оборудования различного назначения по параметрам безопасности и функциональным характеристикам

В разделе 3 приведено краткое содержание и особенности разработанных по результатам диссертационных исследований нормативных и методических документов национальных стандартов ГОСТ Р 8 583-2001, ГОСТ Р 8 584-2001, ГОСТ Р 8 604-2004, ГОСТ Р 8 605-2004 и ГОСТ Р 8 616-2006, рекомендаций по метрологии Р50 2 037-2004 и Р50 2 051-2006, рекомендаций МИ 2474-98, МИ 2475-98, МИ 2476-98, МИ 2477-98, МИ 2635-2001 и МИ 3009-2006

Выводы и основные результаты выполнения работы

В результате диссертационных исследований

1) На основе проведенного анализа состояния и перспектив метрологического обеспечения гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц составлена, обоснована и реализована комплексная программа создания эталонных и рабочих средств гидроакустических измерений в стране

2) Усовершенствованный автором метод гравитационного уравновешивания радиационного давления ультразвуковой волны, проведенные теоретические и экспериментальные исследования обеспечили создание и ввод в эксплуатацию государственного специального эталона единицы мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 12 МГц ГЭТ 1692005 Эталон возглавляет поверочную схему для средств измерения мощности ультразвука в воде, национальный стандарт на которую (ГОСТ Р 8 616-2006) был подготовлен автором

3) Предложенные технологические решения привели к созданию гидрофонов с высоким временным и пространственным

разрешением для измерения параметров гидроакустического поля на частотах от 0,5 до 10 МГц

4) Обоснование и оптимальный выбор метода калибровки гидрофонов в диапазоне частот до 10 МГц привели к созданию многофункциональной установки линейного сканирования УЛС-1, обеспечившей проведение не только исследований пространственного распределения структуры ультразвукового поля, но и калибровок гидрофонов на частотах 1 - 10 МГц, что позволило впервые для отечественной метрологии преодолеть мегагерцовый рубеж в этом виде измерений Установка включена в состав Государственного эталона ГЭТ 169-2005

5) Проведенные метрологические исследования эталона, выявление и минимизация источников неопределенности измерений обеспечили получение положительных результатов при участии в международных ключевых сличениях CCAUV U-K1 национальных эталонов в области измерения мощности ультразвука в воде, проведенных в 2000-2002 г г по решению Международного Бюро Мер и Весов (МБМВ) с участием 9 стран Результаты сличений подтвердили достаточно высокий уровень точности созданного автором эталона и позволили закрепить за Россией обоснованные автором и заявленные возможности калибровки в этом виде измерений в международных СМС-данных (Calibration and Measurement Capabilities), опубликованных на сайте МБМВ

6) Усовершенствованный автором оригинальный метод измерения мощности ультразвуковой волны реализован в конструкции разработанных рабочих средств измерения - измерителях мощности ультразвукового излучения ИМУ-1ПМ и ИМУ-2ПМ Измерители внесены в Государственный реестр СИ, отмечены дипломами различных выставок и поставляются по заявкам заинтересованных организаций для измерений параметров ультразвукового медицинского оборудования

7) Разработанные автором методические основы измерения параметров гидроакустического поля, конструирования гидрофонов и их калибровки, процедуры измерения и контроля акустических характеристик ультразвукового медицинского оборудования различного назначения отражены в подготовленных автором и внедренных национальных стандартах ГОСТ Р 8 583-2001, ГОСТ Р 8 584-2001, ГОСТ Р 8 604-2004 и ГОСТ Р 8 605-2004, рекомендациях по метрологии Р50 2 037-2004 и Р50 051-2006, рекомендациях МИ 2474-98, МИ 2475-98, МИ 2476-98 МИ 2477-98, МИ 2635-2001 и МИ 30092006, которые характеризуются единым концептуальным

подходом представления параметров гидроакустического поля и гармонизацией с международными стандартами

8) Разработанные методики и средства измерения параметров поля ударных волн аппаратов экстракорпоральной литотрипсии обеспечили объективную оценку их эффективности и оперативный контроль технического состояния аппаратов в процессе их эксплуатации

9) Предложенные в диссертации методы и средства оценки чувствительности доплеровских определителей параметров сердцебиения плода, основанные на измерении доплеровского сигнала, отраженного от специальной мишени, совершающей контролируемые возвратно-поступательные перемещения в гидроакустическом поле датчика, явились основой для разработки установки ИЧДП-1, внесенной в Государственный реестр СИ

10) Разработанные в диссертации методы и средства измерений параметров гидроакустического поля позволили провести серию технических испытаний и испытаний для целей утверждения типа СИ ультразвукового медицинского оборудования различного назначения (для терапии, диагностики и экстракорпоральной литорипсии) в соответствии с требованиями международных стандартов

В итоге диссертационной работы получены научно-обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в совершенствование государственной системы обеспечения единства измерений, в создание эталонной и нормативной базы в области гидроакустических измерений на мегагерцевых частотах и в развитие экономики страны

Основные публикации по теме диссертации

1 Еняков АМ, Толстоухов АД, Трохан АМ Основные направления совершенствования метрологического обеспечения гидроакустических измерений// Сб научн тр ВНИИФТРИ "Метрол проблемы гидрофиз и гидроакуст измерений"/ М -1990 -С 6-12

2 Еняков А М, Трохан А М Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений Состояние и перспективы развития// Тезисы докп Всесоюзной конф "Проблемы метрологии гидрофизических измерений"/ М - ВНИИФТРИ -1990-С 3

3 Еняков А М, Трохан А М Основные направления развития метрологического обеспечения гидроакустических измерений// Тезисы докл YIII Всеакад школы по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ М- 1990-С 93

4 Еняков А М , Толстоухов А Д , Трохан А М Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений Состояние и перспективы развития// Измерительная техника- N4- 1991-

О 36-38

E^vakov А М , Tolstoukhov A D and Trokhan А М Current status and prognosis of future development of metrological support for underwater acoustical measurements // Measurements Techniques -Vol 34 - N4 -1991 -PP 377-380

5 Еняков A M Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений в диапазоне частот 1-15 МГц// Сб научн тр ВНИИФТРИ "Метрология геофиз измерений"/ М -1991 - С 82-99

6 Алексеев В Г , Еняков А М Пьезополимерные пленки на основе поливинилиденфторида Свойства и применение// Сб научн тр ВНИИФТРИ "Метрология геофиз измерений"/ М - 1991 - С 136 — 147

7 Еняков А М Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений в диапазоне частот 1 - 15 МГц// Тезисы докл IX Всеакад по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ Бердянск -1991 - С 65-73

8 Еняков А М Использование пьезополимерных пленок в измерительных приборах// Тезисы докл IX Всеакад по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ Бердянск-1991 - С 101-109

9 Еняков А М Перспективы использования пьезокомпозитных материалов в гидроакустических преобразователях// Сб научн тр ВНИИФТРИ "Проблемы метрологического обеспечения гидроакустических измерений"/М - 1992 - С 19 -25

10 Еняков AM Проблемы стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тезисы докл X Всеакад школы по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ Минск - 1992 - С 46-50

11 Еняков AMO стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тезисы докладов конференции ПМГИ-92 "Проблемы метрологии гидрофиз измерений"/ М -ВНИИФТРИ -1992

12 Еняков AM Использование пьезополимерных пленок в гидроакустических измерениях// Сб научн тр ВНИИФТРИ "Проблемы измерения параметров гидроакустич, гидрофиз полей и обработки информации"/ М -1992 - С 102-107

13 Еняков AM Метрологические проблемы измерения параметров акустического выхода литотриптеров// Тезисы докл XI Всеакад Междунар школы по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ С-Петерб -1993 - С 74 - 78

14 Еняков AM Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений на частотах 1 - 15 МГц// Измерительная техника-№2 - 1993-С 61-63

Enyakov A M Metrological support for hydroacoustical measurements at frequencies of 1 - 15 MHz // Measurements Techniques - Vol 36 - N2 - 1993 -PP 220-224

15 Еняков AM Гидроакустические измерения при испытаниях медицинского ультразвукового оборудования Состояние и перспективы развития// Сб докл на IY сессии РАО "Акустические измерения Методы и средства"/ М - 1995- С 2729

16 Еняков AM Проблемы измерения параметров акустического выхода литотриптеров// Приборы и системы управления/ 1995-№4 - С 23 - 26

17 Еняков AM Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений в западноевропейских странах// Метрология - 1995-№8 - С 35 - 40

18 Васильев Д Р , Еняков A M , Ескин А Е , Казанцев Ю И , Лопань В Р , Мелехов M Е, Сачков А В, Хамадулин Э Ф Метрологическая база контроля выходных характеристик и защиты от опасностей нежелательного или чрезмерного излучения при сертификационных испытаниях медицинских аппаратов// Тезисы докл научно-практ конф "Приборное обеспечение промышленного и сельскохоз производства, природопользования, жил -ком хозяйства"/ M - 1997 - С 160-162

19 Еняков AM Гидроакустические измерения в интересах здравоохранения// Тезисы докл научно-практ конф "Приборное обеспечение промышленного и сельскохоз производства, природопользования, жил -ком хозяйства»/ M -1997 - С 149-150

20 Еняков AMO стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тез докл Межрегион научно-практ конф "Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации"/ M -1998

21 Еняков A M Гидроакустические измерения при испытаниях медицинского УЗ оборудования// Тез докл Межрегион научно-практ конф "Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации"/ M - 1998

22 Еняков A M Метрологическое обеспечение испытаний датчиков медицинского ультразвукового оборудования// Тезисы докл X научн - техн конф "Датчики и преобразователи ин формации

систем измерения, контроля и упрэвпрния" - Гурзуф- 1998 -С 574-576

23 Еняков А М ВНИИФТРИ Опыт разработки измерительных гидроакустических преобразователей// "1 езисы докл X научн техн конф "Датчики и преобразователи ин формации систем измерения, контроля и управления" - Гурзуф -1998 - С 538-540

24 Рекомендация МИ 2474-98 ГСИ Параметры полей ультразвуковых Общие требования к методикам выполнения измерений и способам описания полей с использованием гидрофонов в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц// М - 1998 (Исполнитель Еняков А М)

25 Рекомендация МИ 2475-98 ГСИ Гидрофоны Методика градуировки плоским сканированием в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц// М - 1998 (Исполнитель Еняков А М )

26 Рекомендация МИ 2476-98 ГСИ Мощность ультразвука в жидкостях Общие требования к методикам выполнения измерений в частотном диапазоне от 0,5 до 25 МГц// М - 1998 (Исполнитель Еняков А М)

27 Рекомендация МИ 2477-98 ГСИ Оборудование медицинское ультразвуковое диагностическое Метрологические требования к описанию акустических полей// М , 1998 (Исполнитель Еняков АМ ),

28 Еняков А М Стандартизация в области нормирования параметров медицинского ультразвукового оборудования и методов его испытаний Состояние и перспективы развития// Тезисы докл Межрегион научно-практ конф "Метрол обеспечение испытаний и сертификации»/ М -1999 - С 49-50

29 Еняков А М Метрологические проблемы испытаний медицинского УЗ оборудования// Тезисы докл Межрегион научно-практ конф "Метрол обеспечение испытаний и сертификации»/ М -1999 - С 49-50

30 Еняков А М Тест-объекты для испытаний и поверки ультразвукового медицинского оборудования// Измерительная техника/ №9 - 2000 - С 64-68

Enyakov А М Objects for Testing and Checking Ultrasonic Medical Diagnosis Equipment // Measurements Techniques - Vol 43 - N9 -2001 -PP 804-809

31 Еняков A M Гидроакустические технологии и методы измерений в медицинском ультразвуковом приборостроении// Труды 5-ой межд конф "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики"/ С -Петербург - 2000 - С 233-236

32 Еняков А М Метрологические проблемы испытаний медицинского ультразвукового оборудования// Труды межд

конф по биомедицинскому приборостроению "Биомедприбор 20007 M - 2000 - С 163-165

33 Еняков A M Измерение параметров акустического выхода ультразвукового медицинского оборудования Состояние, проблемы и перспективы развития// Тез докл Всероссийского научно-техн семинара «Проблемы метрологического обеспечения в здравоохранении и медицинской технике»/ M -2000 - Госстандарт России, - С72

34 Еняков A M, Сильвестров С В Об оценке и интерпретации результатов измерительного контроля // Сб научн тр ВНИИФТРИ «Проблемы развития средств гидроакуст измерений и методов обработки информации» - M - 2000 - С 44-48

35 Еняков A M Метрологические проблемы обеспечения качества медицинского ультразвукового оборудования// Медицинская физика-№11 -2001 - С 22

36 Еняков A M Метрологические проблемы испытаний медицинского ультразвукового оборудования// Медицинская техника - №3 - 2001 - С 20-21

Enyakov A M Metrological Problems of Testing Medical Ultrasonic Equipment// Biomedical Engineering// vol 35 - No3 - May 2001 -PP 141-142

37 Рекомендация МИ 2635-2001 ГСИ Параметры полей ультразвуковых Рекомендации к описанию и измерениям параметров полей, генерируемых медицинским УЗ оборудованием в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц// M - 2001 (Исполнитель Еняков A M)

38 Еняков A M Установка высшей точности для воспроизведения и передачи размера единицы мощности ультразвука в воде// Сб научн трудов ВНИИФТРИ «Проблемы и методы гидроакустических измерений»/ M - 2003 - С 45-57

39 Еняков A M Гидроакустические измерения и технологии на мегагерцовых частотах// Сб научн трудов ВНИИФТРИ «Проблемы и методы гидроакустических измерений»/ M - 2003 -С 58-72

40 Еняков A M , Савостин И Ю Автоматизированная установка для исследований структуры ультразвукового поля в воде// Труды ВНИИФТРИ «Проблемы и методы гидроакустических измерений»/М -Вып 47(139) -С 235

41 Еняков A M Ультразвуковая диагностика// В кн «Воздействие на организм человека опасных и вредных произв факторов Метрол аспекты"» т2, глава 4, Изд Стандартов - М - 2004-С 356-396

42 Enyakov A Current status and prospects for development in Russia of underwater acoustics in the MHz frequency range// CCAUV/04-15

- опубликовано в электронном виде на сайте МБМВ www bipm org, 2004

43 Еняков А М , Рудниченко Л С Измерители мощности УЗ излучения для испытаний и контроля технического состояния аппаратов УЗ терапии// Сб матер II Евразийского конгресса по мед физике и инженерии «Мед физика-2005» - М - 2005

44 Еняков А М Измерительные возможности медицинских приборов ультразвуковой диагностики// Законодательная и прикладная метрология - №1 - 2006 - С 47-55

45 Еняков А М Государственный эталон единицы мощности ультразвука в воде// Измерительная техника - №3 - 2006 - С 3-7

Enyakov А М State special standard for the unit of ultrasonic in water // Measurements Techniques - Vol 49 - N3 - 2006 -PP 203-210

46 Еняков AM Об упрощении методов контроля эффективности работы литотриптеров// Мат-лы научн -техн конф «Проблемы метрологии гидрофиз измерений ПМГИ-2006» - ФГУП ВНИИФТРИ - 2006 - ч 1 - С 75-80

47 Еняков А М , Рудниченко Л С Метод радиометра с плавающей мишенью для измерения мощности ультразвукового излучения медицинского оборудования Особенности реализации// Мат-лы научн -техн конф «Проблемы метрологии гидрофиз измерений ПМГИ-2006» - ФГУП ВНИИФТРИ - 2006 - ч 1 - С 134-139

48 Еняков А М Контроль технических характеристик медицинских эхоимпульсных приборов ультразвуковой диагностики// Законодательная и прикладная метрология - №4 - 2006 - С 13-17

49 Enyakov А , Rudmchenko L A method of radiometer with float target for measurement of ultrasonic power of medical equipment Features of realization// Сб тезисов IX акустич конф «WESPAC IX 2006» -Сеул, Корея - июнь 2006 - с 105

50 Еняков А М Измерение параметров акустического выхода портативных ультразвуковых датчиков сердцебиения плода// Измерительная техника - №11 - 2006 - С 55-59

Enyakov А М Parameter measurement for the acoustic output of hand-held ultrasonic fetal heartbeat detectors // Measurement Techniques - Vol 49 - N11 - PP 1151-1156

51 Рекомендация МИ 3009-2006 ГСИ Тест-объекты для оценки параметров акустического выхода и эффективности работы литотриптеров Общие требования к характеристикам, технологии изготовления, методам испытаний и применения/М -2006 (Исполнитель Еняков А М )

52 Еняков AM О нормативном обеспечении разработки и применения аппаратов для ультразвуковой терапии// Законодательная и прикладная метрология - №6 - 2006 - С 25-30

53 Еняков АМ Метрологическим контроль медицинского ультразвукового оборудования// Мир измерений - 2006 - №11 - С 10-13

54 Еняков АМ Метрологическое обеспечение ультразвукового медицинского оборудования М - 2006 - ФГУП ВНИИФТРИ -159 с

55 Еняков АМ, Рудниченко Л С Измеритель мощности ультразвукового излучения Патент ии 2 297 603 С2 1(л 301И 3/00 Опубликован 20 04 2007 в БИ №11

Подписано к печати 04 06 2007 г Объем 2,65 уч-изд л Тираж 120 зкз Полиграфучастск ФГУП ВНИИФТРИ ?ак № 146

Введение

1. Актуальность исследования

2. Цель и задачи исследования

3. Объект исследования

4.Методологическая и теоретическая основа исследования

5. Научная новизна исследования

6. Практическая значимость исследования

7. Апробация результатов исследований

8. Положения, выносимые на защиту

9. Личное участие автора в работах, включенных в диссерта- 21 цию

10. О соотношении докторской и кандидатской диссертаций

Глава 1. Состояние метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц и необходимость его развития

Глава 2. Разработка высокочастотных гидрофонов и установки для их калибровки

1. Разработка высокочастотных гидрофонов

2. Разработка установки для градуировки (калибровки) высокочастотных гидрофонов

Глава 3. Разработка метода и средств измерения полной мощности ультразвукового пучка

Глава 4. Разработка государственного эталона единицы мощности ультразвука в воде

Глава 5. Разработка методов и средств измерений в обеспечение испытаний медицинского ультразвукового оборудования различных типов

1. Параметры гидроакустического поля, используемого в медицинском ультразвуковом оборудовании, и соотношения между

2. Разработка методов и средств измерения параметров гидроакустического выхода аппаратов для ультразвуковой терапии

3. Разработка методов и средств измерения параметров эффективности и безопасности аппаратов экстракорпоральной литотрипсии

4. Разработка методов и средств измерения параметров эффективности и безопасности портативных доплеровских датчиков сердцебиения плода

5. Разработка методов оценки безопасности медицинских приборов и систем ультразвуковой диагностики

6. Разработка методов и средств измерения функциональных характеристик медицинских приборов и систем ультразвуковой диагностики

Глава 6. Разработка нормативной и методической документации по метрологическому обеспечению гидроакустических измерений на частотах выше 1 МГц

1. Развитие нормативного обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот

2. Проблемы гармонизации и учет национальной специфики при разработке нормативных и рекомендательных документов в области гидроакустических измерений и медицинского ультразвука

3. Краткое содержание и особенности разработанных по результатам диссертационных исследований нормативных и методических документов

Основные результаты работы

1. Актуальность исследования

Началом становления гидроакустических измерений как самостоятельного раздела метрологии, по-видимому, следует считать период между двумя мировыми войнами, когда получили развитие количественные гидроакустические исследования, связанные, прежде всего, с созданием и совершенствованием гидролокационной и навигационной аппаратуры. С тех пор гидроакустические измерения получили широкое применение при решении разнообразных практических и научных задач, связанных с акустическими явлениями в жидкости. Теория и практика гидроакустических измерений наиболее полно подытожена в монографии Р.Дж.Боббера [1], которая стала настольной книгой гидроакустиков-метрологов. Практически одновременно появились и книги отечественных авторов [2, 3], свидетельствующие о системном подходе наших метрологов к вопросам, связанным с гидроакустическими измерениями. В ведущих метрологических институтах страны (ВНИИМ имени Д.И. Менделеева, а затем во ВНИИФТРИ) стала развиваться метрологическая база в области гидроакустики. Разработки оригинальных методов калибровки* гидрофонов, выполненные А.Н. Го-ленковым с сотрудниками [4, 5], получили международное признание и включены в перечень методов, рекомендованных Международной электротехнической комиссией в качестве стандартных [6]. Они явились основой для создания во ВНИИФТРИ первых национальных эталонов единицы звукового давления в водной среде (1974 - 77 г.г.) [7, 8]. В 1991 г. был утвержден эталон 2-го поколения ГЭТ 55-91, воспроизводящий размер единицы звукового давления в воде в диапазоне частот от 0,01 Гц до 1 МГц [9]. В настоящее время заканчивается разработка национального эталона 3-его поколения с более высокими точностными характеристиками, но работающего, однако, в том же частотном диапазоне. До 1993 г. термины «калибровка» и «градуировка» часто имели одинаковое значение (экспериментальное определение градуировочной характеристики СИ).

Последнее обстоятельство объясняется, прежде всего, доминированием потребностей традиционной гидроакустики, связанных с акустическими измерениями на морских акваториях. Однако измерительные задачи современной гидроакустики существенно шире. Они проиллюстрированы на рис. 1. Гидроакустические измерения необходимы не только при разработке методов и средств гидролокации (гидролокаторов, шумопеленгаторов, эхолотов и пр.), навигации и звукоподводной связи (ЗПС), средств измерения характеристик шумоизлучения кораблей, исследований шумов морской среды, геофизических (связанных, например, с сейсмическими явлениями) и биоакустических (например, звуков морских обитателей) исследований. Уже сравнительно давно стали развиваться ультразвуковые исследования и технологии, основанные на гидроакустических явлениях, и, прежде всего, кавитации.

Ультразвуковой диапазон занимает наиболее существенную часть (около 5 декад) частотной области акустических колебаний (рис.1). Этот диапазон принято разделять на три области: низкие ультразвуковые частоты (НЧ УЗ) - от 20 до 100 кГц, средние (СЧ УЗ) - от 100 кГц до 10 МГц, и высокие (ВЧ УЗ) - от 10 до 1000 МГц. Специфические особенности ультразвука, которые отличают его от акустических колебаний инфразвукового и слышимого диапазонов частот и определяют его широкое применение в науке и технике, связаны с [10]:

- малой длиной волны (для 20 кГц в воде - около 75 мм, для 2 МГц - 0,75 мм), что обусловливает лучевой характер распространения ультразвуковой волны и облегчает возможность ее фокусировки с концентрацией энергии в заданной области;

- малым периодом колебаний (1 мкс на 1 МГц), что обеспечивает хорошую временную селекцию импульсных ультразвуковых сигналов.

10"' 10"1 10и 101 10' 10J 10" 10э 10b 10' 10° 10s Гц инфразвук звук ультразвук

НЧ УЗ СЧ УЗ ВЧ УЗ

Рис. 1. Основные задачи гидроакустики и частотные диапазоны их востребованности

Трудно переоценить значение гидроакустики ультразвукового диапазона частот в ускорении многих технологических процессов в химической, пищевой, фармацевтической, строительной и металлургической промышленности. Создание стойких эмульсий, диспергирование, гомогенизация, ускорение кристаллизации, дегазация жидкостей - процессы, в которых ультразвуковые технологии успешно внедряются в течение последних 40 -50 лет. При этом применяют как низкочастотные, так и среднечастотные ультразвуковые воздействия. Например, для получения эмульсий и диспергирования веществ более эффективен СЧ УЗ (150 кГц - 1 МГц) [10]. Существенную роль в эффективности применения ультразвука играет кавитация - процесс образования и схлопывания пузырьков (пара, газа или их смеси) при облучении жидкости ультразвуком высокой интенсивности. Возникающие в результате кавитации микроударные волны и микропотоки вызывают нагревание среды, ее ионизацию и пр., что используется во многих технологических процессах, и наиболее часто - в ультразвуковой очистке различных деталей. Обычно считают, что аппараты (ванны) для ультразвуковой очистки работают в диапазоне НЧ УЗ (20 - 40 кГц), но имеются данные [10], что для очистки мелких деталей (радиодеталей, часовых механизмов и пр.) применяют и установки, работающие в диапазоне СЧ УЗ (0,3 -1 МГц).

Ультразвуковая гидроакустика используется и для решения измерительных задач. По изменению скорости звука в жидкости или поглощения ультразвуковой энергии в ней можно измерить концентрацию примесей. При этом используются ультразвуковые импульсы не только среднечас-тотного, но и высокочастотного ультразвукового диапазона [10]. Измерение времени прохождения гидроакустического сигнала (время-пролетный и эхо-импульсный методы) лежит в основе методов измерения уровней (объемов, общего количества) различных жидкостей в резервуарах и скорости течения жидкости в трубопроводе. В ряде случаев последняя задача может быть решена более эффективно с использованием доплеровского эффекта в высокочастотном ультразвуковом диапазоне.

Зависимость скорости распространения и поглощения акустических волн от физико-химических параметров жидкостей используется и в таких процессах как [11]:

- контроль протекания химических реакций, фазовых переходов, полимеризации, эмульгирования и пр.;

- контроль концентрации растворов;

- измерение вязкости.

Ультразвуковые методы исследований и лечения за последние десятилетия находят все большее распространение в самых различных областях медицины: в физиотерапии и диагностике, хирургии и экстракорпоральной литотрипсии. Близость параметров (плотности, упругости) тканей человеческого тела соответствующим параметрам воды предопределяет использование хорошо разработанных гидроакустических методов воздействия и измерений в здравоохранении. Трудно не согласиться с мнением Яна Дональда, одного из основоположников ультразвуковой медицинской диагностики [12], что именно разработки в области военной гидроакустики заложили основы целого направления в медицине. Характерно, что Я. Дональд называл медицинские ультразвуковые диагностические приборы (т.н. «ультразвуковые сканеры») «медицинскими гидролокаторами» (medical sonar) [12]. Гидроакустические методы наиболее эффективны для лечения и диагностики в диапазоне частот от единиц до десятков мегагерц, и гидроакустические воздействия в этом диапазоне часто называют «медицинским ультразвуком».

Активное применение ультразвука привело к созданию сложных медицинских диагностических приборов и лечебных аппаратов, эффективность работы которых зачастую зависит от своевременного контроля технического состояния этой аппаратуры. Характеристики гидроакустического поля, генерируемого ультразвуковым медицинским оборудованием (УМО), определяют не только его основные параметры, но и являются важным показателем с точки зрения обеспечения безопасности пациента. Именно поэтому необходимость гидроакустических измерений в диапазоне частот, соответствующем «медицинскому ультразвуку», трудно переоценить.

Как указывалось выше, к началу 1990-х годов (к началу диссертационных исследований) метрологическое обеспечение гидроакустических измерений у нас в стране ограничивалось инфразвуковым, звуковым и низкочастотным ультразвуковым диапазонами, т.е. областью частот от 0,01 Гц до 1 МГц. На рис.1 эта область заштрихована редкими горизонтальными линиями. Однако уже на частотах от 0,5 до 1 МГц метрологическое обеспечение оказалось недостаточным в силу специфики структуры гидроакустических полей, используемых в этом диапазоне. Дело в том, что в большинстве практических применений гидроакустическое поле на частотах выше 0,5 МГц применяют в виде концентрированного ультразвукового пучка. Основной характеристикой поля такой структуры является интегрированная по всему полю (т.е. в пределах ультразвукового пучка) акустическая мощность, часто называемая полной мощностью ультразвукового пучка. И этот параметр оказался метрологически не обеспеченным даже на частотах от 0,5 до 1 МГц, в котором действовала государственная поверочная схема [9], обеспечивающая передачу размера воспроизводимой эталоном единицы акустического давления при поверке (калибровке, градуировке) гидрофонов. Эталонных средств измерения акустической мощности в воде у нас в стране не существовало. А для частот выше 1 МГц эталонная и нормативная база в области гидроакустических измерений до середины 1990-х отсутствовала вообще, хотя средства измерений акустической мощности (радиометры) и акустического давления (гидрофоны) разрабатывались и применялись, но, в основном, только для научных исследований [2, 13, 14].

Иным было состояние метрологического обеспечения гидроакустических измерений мегагерцового диапазона частот за рубежом. Бурное развитие ультразвуковых технологий, настойчивое освоение гидроакустических средств и методов медициной, создание и совершенствование приборов для ультразвуковой диагностики и лечения требовали адекватного развития эталонной и нормативной базы для средств и методов измерения параметров акустического выхода ультразвуковой гидроакустической аппаратуры. В Англии, Германии и США были разработаны принципиально новые конструкции гидрофонов с высоким временным и пространственным разрешением на диапазон частот до 20 МГц и более [15-19], методы и средства их калибровки [20-24] и применения при измерении параметров гидроакустических полей медицинского назначения [25-29], национальные эталоны единиц акустического давления [30] и мощности, проводились сличения результатов калибровок гидрофонов, выполненных различными лабораториями и различными методами [31, 32]. Эти исследования и разработки продолжают интенсивно развиваться и в настоящее время. Совершенствование гидрофонов и разработка новых методов их калибровки позволили за 10 - 15 лет сдвинуть верхний предел частотного диапазона калибровок гидрофонов на национальных эталонах с 15 МГц до 60 и даже до 100 МГц.

Зарубежные разработки методов и средств гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах сопровождались становлением нормативной базы как на национальном, так и на международном уровне. Многие стандарты США (например, [33]) были положены в основу стандартов, разрабатываемых Международной Электротехнической Комиссией (МЭК). Сам факт образования отдельного технического комитета МЭК - ТК 87 «Ультразвук» в 1985 г. - свидетельствует о несомненной важности стандартизации в этом виде измерений. Одними из первых ТК 87 разработал международные стандарты, касающиеся требований к характеристикам высокочастотных гидрофонов и к их калибровке [34], к параметрам гидроакустических полей в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц и методам их измерения [35, 36]. Выполняемые ТК 87 работы в области стандартизации отличаются комплексным подходом, при котором разработка документов прикладного характера с требованиями к отдельным типам ультразвуковых приборов [37 - 47] сочетается с разработкой основополагающих документов, касающихся общих проблем измерения параметров гидроакустического поля [48 - 50]. Важно также, что в международных документах соблюдается целесообразный баланс между регламентированными нормами и оптимальными рекомендациями. Именно этот баланс, основанный на учете требований национальных стандартов и принятый на основе консенсуса, обеспечивает жизнеспособность и высокое качество документов МЭК.

В своих публикациях [51 - 55], выступлениях на конференциях, семинарах и НТК Госстандарта России автор неоднократно обосновывал необходимость развития отечественного метрологического обеспечения гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот, указывал на практическую востребованность этого направления, в частности, ультразвуковым медицинским приборостроением. Были определены первоочередные задачи по разработке средств и методов измерений, а также создания эталонной базы. Была установлена целесообразность разработки отечественных нормативных документов, гармонизированных со стандартами МЭК [56-58].

Вывод

Все вышеизложенное позволяет автору утверждать, что в результате выполненных исследований и на основе практических результатов получены научно-технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в совершенствование системы обеспечения единства измерений, в создание эталонной и нормативной базы в области гидроакустических измерений на мегагерцовых частотах и в развитие экономики страны.

1. Боббер Р. Дж. Гидроакустические измерения, пер. с англ. под ред. Го-ленкова А.Н.- М.: Мир.- 1974.

2. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения,- М.: Изд. Стандартов.1970.

3. Блинова Л.П., Колесников А.Е., Ланганс Л.Б. Акустические измерения. -М.: Изд. Стандартов.-1971.

4. Голенков А.Н. // Измерительная техника.- 1965.- №5.- С.41.

5. Голенков А.Н., Павлов Л.Е. // Измерительная техника,- 1967.- №5.-С.44.

6. IEC 565 (1977) Calibration of hydrophones.

7. Голенков А.Н. и др.//Измерительная техника.- 1974.- №7.

8. Голенков А.Н. и др.//Измерительная техника.- 1977.- №4.- С.13.

9. МИ 1620-92 ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерения звукового давления в водной среде в диапазоне частот МО"2 .МО6 Гц.

10. Бабиков О.И. Ультразвук и его применение в промышленности. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры.- 1958.

11. Хорбенко И.Г. В мире неслышимых звуков.- М.: Машиностроение.1971.

12. Levi S. //UltrasoundMed. Biol.- Vol.23.- 1997.-PP. 481-552. ■

13. Романенко E.B. //Акуст. ж.- Т.З.- 1957,-№4,- С.342.14. "Источники мощного ультразвука" под ред. Л.Д. Розенберга. -М.:Наука.- 1967.

14. Lewin P.A. //Ultrason.- Vol.16.- 1981.-РР.213-216.

15. Bacon D.R. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. SU-29.- 1982.- PP. 18-25.

16. Harris G.R. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. SU-29.- 1982.- PP.370377.

17. Platte M. // Ultrason.- Vol.23.- 1985.- PP.113-118.

18. Stadenraus J., Eisenmenger W. // Ultrasonics.- Vol.31.- №4.- 1993.- PP.267273.

19. Brendel K., Ludwig G. //Acustica.- Vol. 36.- 1976,- PP.203-208.

20. Lewin P.A. Proc. // IEEE Ultrasonics Symp.- 1981.- PP. 660-664.

21. Herman B.A., Harris G.R.// J. Acoust. Soc. Amer.- Vol.72.- 1982.-PP.1357-1363.

22. Ludwig G., Brendel K. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.1988.- PP.168-174.

23. Smith R.A., Bacon D.R. // J. Acoust. Soc. Amer.- Vol.87.- 1990.- PP.22312243.

24. Preston R.C., Bacon D.R., Smith R.A. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.- 1988.-PP.l 10-121.

25. Harris G.R. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.- 1988.- PP.87101.

26. Schafer M.D., Lewin P.A. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.1988.- PP. 102-109.

27. Preston R.C. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2,- 1988.-PP. 122-139.

28. Martin K. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.- 1988.- PP. 140145.

29. Bacon D.R. // IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- №2.- 1988.- PP. 152161.

30. Preston R.C., Bacon D.R., Corbett III S.C., Harris G.R., Lewin P.A., MacGregor L.A., O'Brien W.D., and Szabo T.L. Interlaboratory Comparison of Hydrophone Calibrations// IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol.35.-№2,- 1988.- PP.206-213.

31. Bacon D.R., Robinson S.P. Intercomparison of 1 mm hydrophone calibrations in the frequency range 0,5 to 15 MHz// Bureau Communautaire de Reference, Commission of the European Communities.- EUR 13525 EN.- 1991.

32. IEEE Std 790-1989. IEEE Guide for Medical Ultrasound Field Parameter Measurements.

33. IEC 866 (1987) Characteristics and calibration of hydrophones for operation in the frequency range 0,5 MHz to 15 MHz.

34. IEC 61102 (1991) Measurement and characterisation of ultrasonic fields using hydrophones in the frequency range 0,5 MHz to 15 MHz.

35. IEC 61161 (1992) Ultrasonic power measurement in liquids in the frequency range 0,5 MHz to 25 MHz.

36. IEC 61157 (1992) Requirements for the declaration of the acoustic output of medical diagnostic ultrasonic equipment.

37. IEC 61205 (1993) Ultrasonics Dental descaler systems - Measurement and declaration of the output characteristics.

38. IEC/TS 61206 (1993) Ultrasonics Continuous-wave Doppler systems -Test procedures.

39. IEC 61266 (1994) Ultrasonics Hand-held probe Doppler foetal heartbeat detectors - Performance requirements and methods of measurement and reporting.

40. IEC/TS 61390 (1996) Ultrasonics Real-time pulse-echo systems - Test procedures to determine performance specifications.

41. IEC 61685 (2001) Ultrasonics Flow measurement systems - Flow test object.

42. IEC 61689 (1996) Ultrasonics Physiotherapy systems - Performance requirements and methods of measurement in the frequency range 0,5 MHz to 5 MHz.

43. IEC 61846 (1998) Ultrasonics Pressure pulse lithotripters - Characteristics of fields.

44. IEC 61847 (1998) Ultrasonics Surgical systems - Measurement and declaration of the basic output characteristics.

45. IEC/TS 61895 (1999) Ultrasonics Pulsed Doppler diagnostic systems -Test procedures for determinate performance.

46. IEC 62359 (2005) Ultrasonics Field characterization - Test methods for the determination of thermal and mechanical indices related to medical diagnostic ultrasonic fields.

47. IEC/TS 61220 (1993) Ultrasonics Fields - Guidance for the measurement and characterization of ultrasonic fields generated by medical ultrasonic equipment using hydrophones in the frequency range 0,5 MHz to 15 MHz.

48. IEC 61828 (2001) Ultrasonics Focusing transducers - Definitions and measurement methods for the transmitted fields.

49. IEC 62092 (2001) Ultrasonics Hydrophones - characteristics and calibration in the frequency range 15 MHz to 40 MHz.

50. Еняков A.M., Толстоухов А.Д., Трохан A.M. Основные направления совершенствования метрологического обеспечения гидроакустических измерений// Сб.научн.тр. ВНИИФТРИ "Метрол.проблемы гидрофиз. и гидроакуст. измерений"/ М.- 1990.- С.6 12.

51. Еняков A.M., Толстоухов А.Д., Трохан A.M. Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений. Состояние и перспективы развития// Измерительная техника.- №4.-1991.- С.36-38.

52. Еняков A.M. Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений в диапазоне частот 1-15 МГц// Сб. научн. тр. ВНИИФТРИ "Метрология геофиз. измерений"/М,-1991.- С.82 -99.

53. Еняков A.M. Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений на частотах 1-15 МГц// Измерительная техника.- №2.- 1993.-С.61-63.

54. Еняков A.M. Метрологическое обеспечение гидроакустических измерений в западноевропейских странах// Метрология.- 1995.- №8.- С.35 -40.

55. Еняков A.M. Проблемы стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тезисы докл. X Всеакад. школы по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации/ Минск-1992.-С. 46-50.

56. Еняков A.M. О стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тезисы докладов конференции ПМГИ-92 "Проблемы метрологии гидрофиз.измерений"/ М.- ВНИИФТРИ.- 1992.

57. Еняков A.M. О стандартизации гидроакустических измерений в мегагерцовом диапазоне частот// Тез. докл. Межрегион, научно-практ. конф. "Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации"/М.- 1998.

58. Lockwood J.C., Muir T.G., Blackstock D.T.// J. Acoust. Soc. Am.- Vol. 53.1973.- PP. 1148-1153.

59. Harris G.R., Carome E.F., Dardy H.D.// Ultrason. Imag.- Vol.3.-1981.-P.195

60. Radulescu E.G., Wojcik. J., Lewin P.A., Nowicki A.// Ultrasonics.- Vol. 41.2003.- PP.23 9-245.

61. Lewin P.A., Chivers R.C. // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1981.- Vol. 14.-PP. 1420-1424.

62. Lewin P.A., Shafer M.E.// Medical Devices and Diagnostic Industry.-Vol.8.- 1986.- PP.40-45.

63. De Reggi A.S., Roth S.C., Kenney J.M., Edelman S., Harris G.R. .// J. Acoust. Soc. Am.- Vol. 69.-1981.- PP. 853-859.

64. Preston R.C., Bacon D.R., Livett A.J., Rajendran К.// J. Phys. E: Sci. Instrum.- Vol. 16,- 1983.- PP.786-796.

65. Koch C., Reibold R. // Proc. 1995 Ultrasonics World Congress.- ISBN 39805013-0-2.- 1995.-PP.931-934.

66. Corbett S.S.// IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- 1988.- №2,- PP. 162167.

67. Bacon D.R.// Proc. IEEE Ultrasonics Symposium.- 1982.- PP.700-704.

68. Esward T.J., Robinson S.P.// IEEE Trans. UFFC.- Vol.46.- 1999.- PP.737744.

69. Koch C., Molkenstruck W.// IEEE Trans. UFFC.- Vol.46.- 1999.- PP.13031314.

70. Chivers R.C.// J. Phys. E.- Vol. 19.- 1986.- PP.834-843.

71. Pedersen P.C., Lewin P.A., Bj0rn0 L.// IEEE Trans. Sonics Ultrason.- Vol. 35.- 1988.- №2.-PP. 185-205.

72. Koch CM IEEE Trans. UFFC.- Vol.50.- 2003.- PP.344-348.

73. UD-3 Rev.l. Standard for real-time display of thermal and mechanical acoustic output indices on diagnostic ultrasound equipment.- American Institute of Ultrasound in Medicine & National Electrical Manufacturers Association.- 1998.

74. IEC 60601-2-37 (2004) Medical electrical equipment: Part 2-37: Particular requirements for the safety of ultrasonic medical diagnostic and monitoring equipment.

75. ГОСТ 8.555-91. ГСИ. Характеристики и 1радуировка гидрофонов для работы в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц .

76. Алексеев В.Г., Еняков A.M. Пьезополимерные пленки на основе поли-винилиденфторида. Свойства и применение// Сб. научн. тр. ВНИИФ-ТРИ "Метрология геофиз. измерений".- М.-1991.- С.136-147.

77. Еняков A.M. Использование пьезополимерных пленок в измерительных приборах// Тезисы докл. IX Всеакад. по проблемам метрологического обеспечения и стандартизации.-Бердянск.-1991,- С. 101-109.

78. Еняков A.M. Использование пьезополимерных пленок в гидроакустических измерениях// Сб. научн. тр. ВНИИФТРИ "Проблемы измеренияпараметров гидроакустич., гидрофиз. полей и обработки информации".-М- 1992.- С.102-107.

79. Еняков A.M. ВНИИФТРИ: Опыт разработки измерительных гидроакустических преобразователей// Тезисы докл. X научн.- техн. конф. "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления".- Гурзуф.- 1998,- С.538-540.

80. Ананьева А.А. Керамические приемники звука.- М.- 1963.

81. Грибовский П.О. Горячее литье керамических изделий. M.-JL: «Гос-энергоиздат».- 1961.

82. ОСТ 11 0444-87 Материалы пьезокерамические. Общие технические условия.

83. Schafer М.Е. "Techniques of hydrophone calibration", Ch. 8 In: Ultrasonic Exposimetry. Editors: Ziskin M.C. and Lewin P.A., CRC Press.- PP. 217255.- 1993.

84. Reibold R., Molkenstruck W.// Ultrasonics.- Vol.25. 1987. -PP.l 14-118.

85. Scruby C.B., Drain L.E. "Laser Ultrasonics: Techniques and applications". Adam Hilger.- Bristol.- 1990.

86. Fay R.D. Plane Sound Waves of Finite Amplitude // J. Acoust. Soc. Am.-Vol. 3.-1931.-№2.- PP. 222.

87. Наугольных K.A. Некоторые вопросы распространения звуковых волн конечной амплитуды. Кандидатская диссертация. М.- Акуст. ин-т.-1958.

88. Degrouas М. Proposition de normalisation de Г expression de la puissance fournie par un projecteur a ultrasons // Ann. Telecomm. Vol.9.-№4. -1954.-P.99.

89. IEC 1101 (1991) The absolute calibration of hydrophones using the planar scanning technique in the frequency range 0,5 MHz to 15 MHz.

90. МИ 2475-98 «Государственная система обеспечения единства измерений. Гидрофоны. Методика градуировки плоским сканированием в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц».

91. ГОСТ Р 8.583-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Оборудование медицинское ультразвуковое терапевтическое. Общие требования к методикам выполнения измерений параметров акустического выхода в диапазоне частот от 0,5 до 5,0 МГц».

92. ГОСТ Р 8.584-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Оборудование медицинское ультразвуковое. Аппараты экс-трокорпоральной литотрипсии. Общие требования к представлению параметров акустического выхода и методикам их измерения».

93. МИ 2477-98 «Государственная система обеспечения единства измерений. Оборудование медицинское ультразвуковое диагностическое. Метрологические требования к описанию акустических полей».

94. МИ 2635-2001 «Государственная система обеспечения единства измерений. Параметры полей ультразвуковых. Рекомендации к описанию и измерениям параметров полей, генерируемых медицинским ультразвуковым оборудованием в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц».

95. Заключительный отчет по НИР «Разработка комплекса средств измерения параметров акустического выхода медицинского ультразвукового оборудования» // ВНИИФТРИ. М. -1998. № гос.регистрации 01.9.50 004094.

96. Еняков A.M. Установка высшей точности для воспроизведения и передачи размера единицы мощности ультразвука в воде // Сб. научн. тр.

97. ВНИИФТРИ «Проблемы и методы гидроакустич. измерений»// М. -2003.-С.45-57.

98. МИ 2474-98 «Государственная система обеспечения единства измерений. Параметры полей ультразвуковых. Общие требования к методикам выполнения измерений и способам описания полей с использованием гидрофонов в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц".

99. Fry W.J., Fry R.B.// J. Acoust. Soc. Am.// Vol. 26.-1954,- PP. 294-317.

100. Zapf T.L., et al. // IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. 1976.

101. Raman C.V., Nath N.S. "The diffraction of light by high frequency sound waves" // Proc. Ind. Acad. Sei.- Part I.-Vol.2.-1935.- P.406, Part II.-Vol.2.-1935,- P.413, Part III.-Vol.3.-1936.- P.75.

102. Ingenito F., Cook B.D.// J. Acoust. Soc. Am.// Vol. 45.-1969.- P. 572.

103. Reibold R.// Acustica.- Vol.36. 1976. - №3.- PP. 214-220.

104. Borgnis F.E. "Theory of Acoustic Radiation Pressure"// Rev. Mod. Phys.-Vol.25.- №3,- 1953.

105. Oberst H. and Rieckmann P.// Amtsblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.- Vol. 3. 1952.- P. 143.

106. KossoffG.// Acustica.- Vol.12.- 1962.-P.84.

107. Haran M.E., Cook B.E., Steward H.F.// J. Acoust. Soc. Am.// Vol. 57.-1975.-№5.- PP. 143 6-1440.

108. Bindal V.N., Kumar AM Acustica.- Vol.46. 1980. PP. 223-225.

109. Bindal V.N., Kumar A., Chivers R.C.// Acustica.- Vol.53. 1983. PP. 219-223.

110. Oberst, H. et al.// Amtsblatt der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.-Vol.2.- 1953.-P.35.

111. Shotton К. С.//Ultrasound Med. Biol.-Vol.6.-1980.-P. 131.

112. Enyakov A., Rudnichenko L. A method of radiometer with float target for measurement of ultrasonic power of medical equipment. Features of realization// Сб. тезисов 9-ой акустич. конф. «WESPAC IX 2006».- Сеул, Корея.- Июнь 2006.-С. 105.

113. Beissner, К. 111. Acoust. Soc. Am.- Vol.76.-1984.- P. 1505.

114. Еняков A. M. Государственный специальный эталон единицы мощности ультразвука в воде // Измерительная техника 2006. - №3.- С.3-7.

115. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Молекулярная физика// М.: ГИ ФМЛ.-1963.-С.487.

116. Кэй Дж., Лэби Т. Таблицы физических и химических постоянных// М.: ГИФМЛ.- 1962.

117. Еняков A.M., Рудниченко Л.С. Измеритель мощности ультразвукового излучения. Патент RU 2 297 603 С2. Кл. G01H 3/00. Опубликован 20.04.2007 в БИ №11.

118. Руководство по выражению неопределенности измерения // ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.- С.-Петербург.- 1999.

119. Beissner К. Final report on the CIPM key comparison CCAUV.U-K1 (ultrasonic power)// PTB.- Germany.- 2003.

120. ГОСТ P 8.616-2006 Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 12 МГц.

121. Beyer R.T. "Parameter of nonlinearity in fluids"// J. Acoust. Soc. Am.-Vol.32. 1960.- PP.719-721.

122. Beissner K.//Acustica. Vol.59. -N1.-1985.- PP.61-66.

123. Khimunin A.S.// Acustica.- Vol.54.- 1983.- PP. 13-22.

124. ГОСТ P 51318.11-99 Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от промышленных, научных,медицинских и бытовых высокочастотных устройств. Нормы и методы испытаний.

125. ГОСТ Р 50267.5-92 (МЭК 60601-2-5) Изделия медицинские электрические. 4.2: Частные требования к аппаратам для ультразвуковой терапии.

126. ГОСТ 25052-87 Аппараты для ультразвуковой терапии. Общие технические условия.

127. Еняков A.M. Метрологическое обеспечение ультразвукового медицинского' оборудования// М. ВНИИФТРИ.- 2006.- 160 с.

128. Райхенбергер X. Литотриптеры // ТИИЭР-1988.-Т.76.- №9.

129. Еняков A.M. Метрологические проблемы измерения параметров акустического выхода литотриптеров // Приборы и системы управления.-1995.- №4.- С.23-26.

130. Coleman A. at al. // Ultrasound Med. Biol.-1989.-Vol. 15.- N3.- PP.213237.

131. Cranz В. PVDF hydrophone for measurement of shock waves: 6th Int. Symp. Electrets (ISE6). -1988.

132. Осипов Л. В. Ультразвуковые диагностические приборы: Практическое руководство для пользователей. М.: Видар, 1999.

133. МИ 2476-98 Государственная система обеспечения единства измерений. Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к методикам выполнения измерений в частотном диапазоне от 0,5 до 25 МГц.

134. Еняков A.M., Сильвестров С.В. Об оценке и интерпретации результатов измерительного контроля // Сб. научн. тр. ВНИИФТРИ «Проблемы развития средств гидроакуст. измерений и методов обработки информации». М. - 2000. - С. 44-48.

135. ГОСТ Р 8.605-2004. ГСИ. Приборы медицинские ультразвуковые диагностические. Общие требования к методикам измерений параметров доплеровских приборов непрерывной волны.

136. Международный Электротехнический Словарь. Глава 801: Акустика и электроакустика// МЭК, 1994.

137. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. Л.: Судостроение. -1978.

138. Еняков A.M. Методы измерения параметров акустического выхода портативных ультразвуковых датчиков сердцебиения плода // Измерит, техника. 2006.- №11.-С.55-59.

139. Гаврилов JI.P., Цирульников Е.М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине.- JL: Наука.- 1980.

140. Shombert O.G., Harris G.R. Use of miniature hydrophones to determine intensities typical of medical ultrasound devices // IEEE Trans. Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. -Vol.33. 1986. - PP. 287 - 294.

141. AIUM/NEMA "Acoustic output measurement standard for diagnostic ultrasound equipment"// Am. Inst, of Ultrasound in Med. NEMA Publ. UD 2, Rev.3. -2004.

142. Smith R.A. Are hydrophones of diameter 0,5 mm small enough to characterise diagnostic ultrasound equipment? // Phys. Med. Biol. Vol.34. -1989.-PP. 1593- 1607.

143. Smith R.A. The importance of the frequency response of a hydrophone when characterising medical ultrasonic fields// Proc. Inst. Acoustics. Vol.8. -Part 2.-1986.-PP.119-128.

144. Еняков A.M., Савостин И.Ю. Автоматизированная установка для исследования структуры ультразвукового поля в воде.// Тр. ВНИИФТРИ "Проблемы и методы гидроакустических измерений"// М.- Вып.49 (139). 2004.-С.235-244.

145. Еняков A.M. Измерительные возможности медицинских приборов ультразвуковой диагностики// Законодательная и прикладная метрология. 2006. - №1С.47 - 55.

146. Еняков A.M. Ультразвуковая диагностика// В кн. «Воздействие на организм человека опасных и вредных произв. факторов. Метрол. аспекты"» т.2, глава 4.- М.: Изд. Стандартов.- 2004.- С.356-396.

147. Еняков A.M. Тест-объекты для испытаний и поверки ультразвукового медицинского оборудования // Измерительная техника. 2000. - №9. -С.64-68.

148. J.M.Kofler, D. S.Groth, Ultrasound Quality Assurance at Mayo, Mayo and Foundation, USA, 1998, (prepared for SABIT program).

149. Multipurpose Phantom Model 539, Проспект фирмы ATS Laboratories, Inc.

150. E.L. Madsen at al., Tissue mimicking materials for ultrasound phantoms, Med. Phys. 5, p.391-394 (1978).

151. Рекомендации по метрологии P50.2.051 2006. Государственная система обеспечения единства измерений. Ультразвуковое диагностическое оборудование медицинского назначения. Общие требования к методам контроля технических характеристик.

152. IEC TS 62306 (2006) Ultrasonics Field characterisation - Test objects for determining temperature elevation in diagnostic ultrasound fields.

153. ГОСТ 25053-87 Излучатели аппаратов для ультразвуковой терапии. Общие технические условия.

154. ГОСТ 26831-86. Приборы медицинские ультразвуковые диагностические эхоимпульсные сканирующие. Общие технические требования и методы испытаний.

155. ГОСТ 4.389-85. Система показателей качества продукции. Приборы медицинские ультразвуковые диагностические. Номенклатура показателей.

156. Еняков A.M. О нормативном обеспечении разработки и применения аппаратов для ультразвуковой терапии // Законодательная и прикладная метрология. 2006. № 6. - С.25 - 30.

157. Еняков A.M. Метрологический контроль медицинского ультразвукового оборудования // Мир измерений. 2006. - № 11. - С. 10 - 13.