用于寬帶主水聽器校準的裝置已擴展，可在不同溫度設(shè)置下提供穩(wěn)定的校準條件。然后在17°C至29°C的范圍內(nèi)對四種常用超聲測量水聽器進行了特性分析，并確定了不同超聲頻率下靈敏度隨溫度變化的平均速率。
可靠地確定醫(yī)用超聲設(shè)備的聲輸出是安全有效地應(yīng)用該設(shè)備的先決條件，也是滿足監(jiān)管要求的必要條件[2]。用水聽器測量了水箱總成在室溫下的聲壓場，并由此導(dǎo)出了幾個進一步的輸出量。單個水聽器校準可確保水聽器輸出信號（通常為隨時間變化的預(yù)放大壓電電壓信號）可轉(zhuǎn)換為聲壓波形。盡管已經(jīng)認識到用于生物醫(yī)用超聲曝光的水聽器的靈敏度取決于溫度[3]，例如，由于水和傳感元件的介電常數(shù)和聲阻抗以及傳感元件的壓電常數(shù)隨溫度變化，因此對實際變化程度的詳細研究很少。
在最近的一項研究[1]中，PTB的主要水聽器校準電流裝置用于校準溫度范圍為17°C至29°C的四個不同類型的壓電水聽器。這里，使用高頻光學測振儀在每個溫度設(shè)置下執(zhí)行聲學參考測量。在每個溫度設(shè)置下，使用高頻光學測振儀進行聲學參考測量。水聽器的選擇涵蓋了最廣泛使用的一般壓電設(shè)計，如背襯式和非背襯式PVDF膜水聽器，以及針型和膠囊型水聽器[1]。在不同頻率下對獲得的校準數(shù)據(jù)進行了分析，并研究了不同水聽器設(shè)計之間的任何差異。膜式水聽器的典型特性可描述為每升高1°C，靈敏度在0.55%至1.10%范圍內(nèi)輕微增加。通常，水聽器的靈敏度隨溫度的變化呈現(xiàn)出頻率依賴性。在針式和膠囊式水聽器的情況下，還觀察到靈敏度隨溫度升高而略微降低（見圖）。
圖：10 MHz和40 MHz下膜式（左）和膠囊式（右）水聽器的靈敏度隨溫度變化，標準化為19°C；95%覆蓋率的不確定度條；斜率數(shù)字表示每1°C的變化率百分比及其標準偏差。
這些結(jié)果可用于校正在不同水溫下測定的校準數(shù)據(jù)，而不是在聲發(fā)射測量的應(yīng)用條件下測定的校準數(shù)據(jù)。或者，結(jié)果可用于估計影響對測量結(jié)果的不確定度貢獻。如果校準溫度與應(yīng)用溫度僅相差一到兩度，則不確定度貢獻在1%到2%的范圍內(nèi)，這與水聽器測量中的其他典型不確定度貢獻相比相對較小。由于這種適度的影響，現(xiàn)在將放寬IEC 62127-3[3]中的一般公開要求，以避免不相稱的測量負擔。但是，如果有必要在顯著升高的溫度下進行水聽器測量，例如在生物醫(yī)學治療研究中人體溫度約為37°C時，應(yīng)補償PVDF水聽器靈敏度與室溫下標準校準條件之間的差異。
Publication:
[1] V. Wilkens, M. Weber, and J. Twiefel, Temperature Dependence of the Sensitivity of Hydrophones for Biomedical Ultrasound Exposimetry, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 72, no. 3, pp. 362–369, Mar. 2025, DOI: 10.1109/TUFFC.2025.3527625.
Further literature:
[2] G. R. Harris S. M. Howard, A. M. Hurrell, P. A. Lewin, M. E. Schafer, K. A. Wear, V. Wilkens, and B. Zeqiri, Hydrophone measurements for biomedical ultrasound applications: A review, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 70, no. 2, pp. 85–100, Feb. 2023.
[3] Ultrasonics—Hydrophones—Part 3: Properties of hydrophones for ultrasonic fields, International Standard IEC 62127-3, Ed. 2, 2022.
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