ГОСТ Р МЭК 61161-2019 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к выполнению измерений методом уравновешивания радиационной силы

Приложение А
(справочное)

Дополнительная информация об особенностях измерений радиационной силы

Примечание - Данное приложение содержит дополнительную информацию о технических требованиях настоящего стандарта для того, чтобы помочь реализовать на практике измерения мощности ультразвука. Нумерация разделов, подразделов и пунктов приложения соответствует нумерации в основном тексте настоящего стандарта.

А.1 Область применения

Радиационная сила эквивалентна изменению усредненного во времени потока энергии [4] и таким образом соответствует интенсивности и мощности ультразвука. Соотношение зависит также от специфики акустического поля и мишени.

А.2 Нормативные ссылки

Дополнительная информация отсутствует.

А.3 Определения

Дополнительная информация отсутствует.

А.4 Обозначения и сокращения

Дополнительная информация отсутствует.

А.5 Системы уравновешивания радиационной силы

А.5.1 Общие положения

Дополнительная информация отсутствует.

А.5.2 Тип мишени

А.5.2.1 Общие положения

Как правило, стремятся приблизиться к одному из двух крайних случаев: идеальному поглотителю или идеальному отражателю [10]. Для того чтобы исключить влияние изменений плавучести из-за колебаний атмосферного давления, сжимаемость мишени должна быть низкой, по мере возможности. Рекомендуется уделить внимание и другим аспектам для достижения максимальной стабильности плавучести мишени.

При проведении измерений мощности с предсказуемой неопределенностью выбор типа мишени зависит от того, насколько распространение ультразвукового пучка соответствует теоретическому плосковолновому приближению. В частности, использование отражающей мишени может привести к недопустимо большим неопределенностям (см. 5.2.3).

А.5.2.2 Поглощающая мишень

Для поглощающих мишеней, как правило, используют образцы из подходящей эластичной резины в виде клиньев или без них. Для увеличения поглощения материал может содержать инородные включения (неоднородности).

На рисунке 1 показан пример поглотителя со структурой в виде угловых клиньев. В этом случае концентрация неоднородностей растет от нуля на острие клиньев до 30% по объему на их задней поверхности. В качестве неоднородностей удовлетворительно работают полые стеклянные сферы диаметром порядка 0,1 мм; они оказывают лишь незначительное влияние на плотность и сжимаемость эластичного резинового материала.

Другие типы поглотителей описаны в [11], [12].

Ультразвуковые пучки мощностью излучения более 10 Вт или проявляющие высокую локальную плотность мощности приводят к чрезмерному локальному возрастанию температуры поглотителя, что может стать причиной его повреждения или изменения его акустических свойств. Наблюдалось возрастание температуры выше 50°С.

А.5.2.3 Отражающая мишень

Главной проблемой является уменьшение сжимаемости отражающей мишени, так как флуктуации воздушного давления вызывают изменение ее объема, а следовательно, и плавучести, пропорциональное ее сжимаемости. Плоские отражатели звука, которые, как правило, реализуются посредством "опертых на воздух" тонких металлических пластин, применять не рекомендуется. Использование в качестве отражателей прочных металлических пластин, наклоненных к оси ультразвукового луча под углом 45°, может привести к погрешностям из-за существенного и частотно-зависимого прохождения ультразвуковой волны в тело мишени [13].

Пригодны отражатели конической формы, сделанные в виде толстостенных полых тел или "опертых на воздух" тонких металлических пластин. Отвечают заданным требованиям и отражатели конической формы, сделанные из очень жесткого пенообразного пластика, покрытого очень тонким металлическим слоем, нанесенным электролитическим способом [10].

Отражающая мишень выпуклого типа

Конический отражатель выпуклого типа приведен в приложении F на рисунках F.1b, F.2 и F.6. Полуугол конуса, как правило, выбирают равным 45° так, чтобы отраженная волна уходила под прямыми углами от оси ультразвукового луча.