ICS 17.140 CCS A 59
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T7966—2022/IEC61161:2013
代替GB/T7966—2009
声学 超声功率测量辐射力天平法及其要求 AcousticsUltrasonicpowermeasurement- Radiationforcebalances and the requirements
(IEC61161:2013,Ultrasonics—Powermeasurement-
Radiation force balances and performance requirements, IDT)
2022-10-01实施
2022-03-09发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
目 次
前言引言
川
范围规范性引用文件 3 术语和定义符号
1
2
..
4
辐射力天平的要求 6测量条件的要求 7 测量不确定度附录A（资料性） 关于辐射力测量的更多资料附录B（资料性） 基本公式：附录C（资料性） 超声功率测量的其他方法附录D（资料性） 传声媒质及除气附录E（资料性） 发散超声波束的辐射力测量附录F（资料性） 几种天平装置的局限性参考文献
5
19 23 24 25 29 34
... GB/T7966—2022/IEC61161:2013
前 言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替GB/T7966一2009《声学超声功率测量辐射力天平法及性能要求》，与 GB/T7966一2009相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
增加了矩形换能器及与其相关的符号（见第4章、5.2.3、A.5.3.2、B.5）；更多关注了聚焦换能器的情况，增加了扫描的影响分析（见5.2.3、7.15、A.5.3.3、A.7.15、B.5)；增加了辐射力天平校准装置的分级方法（见5.10）；修改了附录B中的基本公式[见式（B.5）～式（B.11)]，附录C中增加了“浮力变化法”（见 IEC62555:2013)。
本文件等同采用IEC61161：2013《超声功率测量辐射力天平法及性能要求》。 本文件做了下列编辑性改动：
修改了标准名称；调整了式（A.1)和式（A.2)下面几个分式的顺序； -将A.5.4中重力加速度g在中欧的示例数值用北京的代替；将式(B.6)的两部分进行了等同合并，直接用具体公式替换function（，0)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国声学标准化技术委员会（SAC/TC17)归口。 本文件起草单位：中国计量科学研究院、中国计量大学、中国科学院声学研究所、上海交通大学、湖
北省医疗器械质量监督检验研究院。
本文件主要起草人：杨平、王敏、邢广振、王月兵、莫喜平、边文萍、寿文德、李平、王志俭、郑慧峰。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：
-1987年首次发布为GB/T7966一1987，2009年第一次修订；本次为第二次修订。
II GB/T7966—2022/IEC61161:2013
引言
超声换能器的总辐射功率的测量方法有很多种（见参考文献[1]、[2]、[3]及附录C)。本文件的目的是建立在液体中测量超声功率的标准方法，该方法使用重力天平完成低兆赫级频率范围内的辐射力测量。辐射力测量的最大优点是不需要对辐射声束截面上的声场数据进行积分，直接获得总的辐射功率值。本文件确定了测量误差的来源，描述了一种用于评估总不确定度的系统步骤程序，在实施功率测量时应作出的预防措施以及应考虑的不确定度。
超声理疗仪的基本安全要求在IEC60601-2-5中确定并参考IEC61689，该文件规定超声功率测量
在置信水平为95%的不确定度应优于15%。考虑到这个标准在实际应用中准确度降低等原因，需要建立不确定度优于7%的标准测量方法。对超声诊断设备公布的要求，包括对声功率的要求，已在其他 IEC标准（如IEC61157)中作了规定。
本文件中所使用的辐射力天平法的声功率测量的精度、准确度和重复性受到实际问题的影响。作为使用者的导则，附录A采用与本文件正文相同的章条顺序，提供了附加信息。 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
声学超声功率测量辐射力天平法及其要求
1范围
本文件规定了基于使用辐射力天平测定超声换能器总辐射声功率的方法；阐明了由靶截取待测声场并使用辐射力天平测量的原理；明确了辐射力方法在发生空化和温升情况下的使用限制；明确了辐射力方法在发散和聚焦波束情况下的定量使用限制；提供了利用辐射力法估计发散和聚焦波束声功率的资料；提供了评估所有测量不确定度的资料。
本文件适用于： a) 使用辐射力天平，0.5MHz～25MHz频率范围内不超过1W的超声功率的测量； b) 使用辐射力天平，0.75MHz～5MHz频率范围内不超过20W的超声功率的测量； c) 平行型、发散型和聚焦型超声场总超声功率的测量； d) 使用重力型或力反馈型辐射力天平的测量。 (见A.1)。 注1：聚焦波束在焦点前区段会聚，焦点之后发散。 注2：在高强度治疗超声（HITU)范围内，即分别超过1W或超过20W的超声功率的测量，由IEC62555处理。
2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
声冲流acousticstreaming 声场引起的流体整体性运动。
3.2
自由场freefield 各向同性均匀媒质中边界影响可以忽略不计的声场。 ［来源：GB/T2900.86—2009，定义801-23-28，有修改：不包含“声”字］
3.3
输出功率 outputpower P 在规定媒质（首选水)中，规定条件下，超声换能器向近似自由场中发射的时间平均超声功率。 注：输出功率的单位为瓦特(W)。
1 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
α：平面波幅度在媒质（通常为水)中的衰减系数。 β，β，：分别为矩形聚焦超声换能器r-z平面和y-z平面的焦（半）角；若换能器是平面的且焦距从
平面换能器的表面计算，β=arctan(b/d，），β，=arctan(b,/d,）。
：圆形聚焦超声换能器的焦（半）角；如换能器呈球形曲面，且焦距从“碗底”算起，则=arcsin(a/ d）；如焦距从“碗”有效部分边缘确定的平面算起，或换能器为平面形，则=arctan(a/d）。
P：声传播媒质（通常为水）的（质量)密度。 θ：超声波的入射方向和靶的反射面法线间的夹角。 入：声传播媒质（通常为水)中的超声波长。 注1：在F和θ的定义中提到的声波入射方向可理解为声场轴线的方向，即从整体角度而非局部层面考虑。 注2：严格地讲，在聚焦换能器情况下，聚焦特性和换能器形状是相互独立的，即圆形换能器也可能有两个不同的焦
(半)角。然而，就超声的实际情况而言，本文件仅限于两种情况：有一个焦（半)角的圆形换能器，和有两个焦（半)角的矩形换能器[这两个焦(半)角可以相等]。
5辐射力天平的要求
5.1概述
辐射力天平应包括与天平连接的靶。超声波束应垂直向上或垂直向下，或水平地作用于靶上，并应利用天平测量超声波束施加的辐射力。超声功率应通过测量“有”与“无”超声辐射时力的差值确定，具体见附录B。可以利用已知质量的小型精密码校准天平。
注：不同的辐射力测量装置见图F.1～图F.7。每个测量装置各有其优点，详情见附录F。 5.2靶的类型 5.2.1概述
靶的声学特性应已知，它们与超声功率和辐射力之间关系的细节密切相关（见A.5.2.1)。 如果选用的靶非常接近两种极端情形之一，即全吸收体或全反射体，应根据声场结构和下面所提要
求从附录B中选择相应的公式。 5.2.2吸收靶
吸收靶[见图1、图F.1a)、图F.3、图F.4、图F.5a)和图F.7]应具备：
幅度反射系数小于3.5%；一靶对声能的吸收至少达99%。 (见A.5.2.2)。
5.2.3反射靶
反射靶[见图F.1b）、图F.2、图F.5b)和图F.6]应具备：幅度反射系数大于99%。 ka<30的非聚焦换能器的功率测量不宜使用圆锥形反射靶。依据波束发散作用的理论考，ka<
17.4的换能器的功率测量不应使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶（见A.5.3）。
注：量值α的准确含义视情况而定。对实际的换能器，它是与应用场合中专门定义相一致的有效换能器半径。在
采用活塞近似的计算模型中，它是活塞的几何半径。 另外，对于d<32a的聚焦换能器的功率测量，不宜使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶。如果
其几何焦距d未知，则当声压最大值处与换能器之间的距离z，<1/[（1/32a）十（/a）］时，不宜使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶。
上述情形建议限制凸圆锥形反射靶在非聚焦或弱聚焦声场条件下的使用。然而，如果在强聚焦声场中使用凸圆锥形反射靶并利用式(B.6)进行计算时，需要考虑第7章中未提及的附加不确定度。在斜
3 ICS 17.140 CCS A 59
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中华人民共和国国家标准
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代替GB/T7966—2009
声学 超声功率测量辐射力天平法及其要求 AcousticsUltrasonicpowermeasurement- Radiationforcebalances and the requirements
(IEC61161:2013,Ultrasonics—Powermeasurement-
Radiation force balances and performance requirements, IDT)
2022-10-01实施
2022-03-09发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会 发布 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
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前言引言
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范围规范性引用文件 3 术语和定义符号
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辐射力天平的要求 6测量条件的要求 7 测量不确定度附录A（资料性） 关于辐射力测量的更多资料附录B（资料性） 基本公式：附录C（资料性） 超声功率测量的其他方法附录D（资料性） 传声媒质及除气附录E（资料性） 发散超声波束的辐射力测量附录F（资料性） 几种天平装置的局限性参考文献
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... GB/T7966—2022/IEC61161:2013
前 言
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
本文件代替GB/T7966一2009《声学超声功率测量辐射力天平法及性能要求》，与 GB/T7966一2009相比，除结构调整和编辑性改动外，主要技术变化如下：
增加了矩形换能器及与其相关的符号（见第4章、5.2.3、A.5.3.2、B.5）；更多关注了聚焦换能器的情况，增加了扫描的影响分析（见5.2.3、7.15、A.5.3.3、A.7.15、B.5)；增加了辐射力天平校准装置的分级方法（见5.10）；修改了附录B中的基本公式[见式（B.5）～式（B.11)]，附录C中增加了“浮力变化法”（见 IEC62555:2013)。
本文件等同采用IEC61161：2013《超声功率测量辐射力天平法及性能要求》。 本文件做了下列编辑性改动：
修改了标准名称；调整了式（A.1)和式（A.2)下面几个分式的顺序； -将A.5.4中重力加速度g在中欧的示例数值用北京的代替；将式(B.6)的两部分进行了等同合并，直接用具体公式替换function（，0)。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由中国科学院提出。 本文件由全国声学标准化技术委员会（SAC/TC17)归口。 本文件起草单位：中国计量科学研究院、中国计量大学、中国科学院声学研究所、上海交通大学、湖
北省医疗器械质量监督检验研究院。
本文件主要起草人：杨平、王敏、邢广振、王月兵、莫喜平、边文萍、寿文德、李平、王志俭、郑慧峰。 本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为：
-1987年首次发布为GB/T7966一1987，2009年第一次修订；本次为第二次修订。
II GB/T7966—2022/IEC61161:2013
引言
超声换能器的总辐射功率的测量方法有很多种（见参考文献[1]、[2]、[3]及附录C)。本文件的目的是建立在液体中测量超声功率的标准方法，该方法使用重力天平完成低兆赫级频率范围内的辐射力测量。辐射力测量的最大优点是不需要对辐射声束截面上的声场数据进行积分，直接获得总的辐射功率值。本文件确定了测量误差的来源，描述了一种用于评估总不确定度的系统步骤程序，在实施功率测量时应作出的预防措施以及应考虑的不确定度。
超声理疗仪的基本安全要求在IEC60601-2-5中确定并参考IEC61689，该文件规定超声功率测量
在置信水平为95%的不确定度应优于15%。考虑到这个标准在实际应用中准确度降低等原因，需要建立不确定度优于7%的标准测量方法。对超声诊断设备公布的要求，包括对声功率的要求，已在其他 IEC标准（如IEC61157)中作了规定。
本文件中所使用的辐射力天平法的声功率测量的精度、准确度和重复性受到实际问题的影响。作为使用者的导则，附录A采用与本文件正文相同的章条顺序，提供了附加信息。 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
声学超声功率测量辐射力天平法及其要求
1范围
本文件规定了基于使用辐射力天平测定超声换能器总辐射声功率的方法；阐明了由靶截取待测声场并使用辐射力天平测量的原理；明确了辐射力方法在发生空化和温升情况下的使用限制；明确了辐射力方法在发散和聚焦波束情况下的定量使用限制；提供了利用辐射力法估计发散和聚焦波束声功率的资料；提供了评估所有测量不确定度的资料。
本文件适用于： a) 使用辐射力天平，0.5MHz～25MHz频率范围内不超过1W的超声功率的测量； b) 使用辐射力天平，0.75MHz～5MHz频率范围内不超过20W的超声功率的测量； c) 平行型、发散型和聚焦型超声场总超声功率的测量； d) 使用重力型或力反馈型辐射力天平的测量。 (见A.1)。 注1：聚焦波束在焦点前区段会聚，焦点之后发散。 注2：在高强度治疗超声（HITU)范围内，即分别超过1W或超过20W的超声功率的测量，由IEC62555处理。
2规范性引用文件
本文件没有规范性引用文件。
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
声冲流acousticstreaming 声场引起的流体整体性运动。
3.2
自由场freefield 各向同性均匀媒质中边界影响可以忽略不计的声场。 ［来源：GB/T2900.86—2009，定义801-23-28，有修改：不包含“声”字］
3.3
输出功率 outputpower P 在规定媒质（首选水)中，规定条件下，超声换能器向近似自由场中发射的时间平均超声功率。 注：输出功率的单位为瓦特(W)。
1 GB/T7966—2022/IEC61161:2013
α：平面波幅度在媒质（通常为水)中的衰减系数。 β，β，：分别为矩形聚焦超声换能器r-z平面和y-z平面的焦（半）角；若换能器是平面的且焦距从
平面换能器的表面计算，β=arctan(b/d，），β，=arctan(b,/d,）。
：圆形聚焦超声换能器的焦（半）角；如换能器呈球形曲面，且焦距从“碗底”算起，则=arcsin(a/ d）；如焦距从“碗”有效部分边缘确定的平面算起，或换能器为平面形，则=arctan(a/d）。
P：声传播媒质（通常为水）的（质量)密度。 θ：超声波的入射方向和靶的反射面法线间的夹角。 入：声传播媒质（通常为水)中的超声波长。 注1：在F和θ的定义中提到的声波入射方向可理解为声场轴线的方向，即从整体角度而非局部层面考虑。 注2：严格地讲，在聚焦换能器情况下，聚焦特性和换能器形状是相互独立的，即圆形换能器也可能有两个不同的焦
(半)角。然而，就超声的实际情况而言，本文件仅限于两种情况：有一个焦（半)角的圆形换能器，和有两个焦（半)角的矩形换能器[这两个焦(半)角可以相等]。
5辐射力天平的要求
5.1概述
辐射力天平应包括与天平连接的靶。超声波束应垂直向上或垂直向下，或水平地作用于靶上，并应利用天平测量超声波束施加的辐射力。超声功率应通过测量“有”与“无”超声辐射时力的差值确定，具体见附录B。可以利用已知质量的小型精密码校准天平。
注：不同的辐射力测量装置见图F.1～图F.7。每个测量装置各有其优点，详情见附录F。 5.2靶的类型 5.2.1概述
靶的声学特性应已知，它们与超声功率和辐射力之间关系的细节密切相关（见A.5.2.1)。 如果选用的靶非常接近两种极端情形之一，即全吸收体或全反射体，应根据声场结构和下面所提要
求从附录B中选择相应的公式。 5.2.2吸收靶
吸收靶[见图1、图F.1a)、图F.3、图F.4、图F.5a)和图F.7]应具备：
幅度反射系数小于3.5%；一靶对声能的吸收至少达99%。 (见A.5.2.2)。
5.2.3反射靶
反射靶[见图F.1b）、图F.2、图F.5b)和图F.6]应具备：幅度反射系数大于99%。 ka<30的非聚焦换能器的功率测量不宜使用圆锥形反射靶。依据波束发散作用的理论考，ka<
17.4的换能器的功率测量不应使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶（见A.5.3）。
注：量值α的准确含义视情况而定。对实际的换能器，它是与应用场合中专门定义相一致的有效换能器半径。在
采用活塞近似的计算模型中，它是活塞的几何半径。 另外，对于d<32a的聚焦换能器的功率测量，不宜使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶。如果
其几何焦距d未知，则当声压最大值处与换能器之间的距离z，<1/[（1/32a）十（/a）］时，不宜使用圆锥半角为45°的凸圆锥形反射靶。
上述情形建议限制凸圆锥形反射靶在非聚焦或弱聚焦声场条件下的使用。然而，如果在强聚焦声场中使用凸圆锥形反射靶并利用式(B.6)进行计算时，需要考虑第7章中未提及的附加不确定度。在斜
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