JJF 1518-2015 国家检定校准 规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF1518—2015医用超声声场测量系统校准规范CalibrationSpecificationforMedicalUltrasonicFieldMeasurementSystems2015-04-10发布2015-07-10实施国家质量监督检验检疫总局发布JJF1518—2015医用超声声场测量系统校准规范JJF1518—2015CalibrationSpecificationforMedicalUltrasonicFieldMeasurementSystems归口单位:全国声学计量技术委员会起草单位:河南省计量科学研究院中国计量科学研究院郑州轻工业学院本规范委托全国声学计量技术委员会负责解释JJF1518—2015本规范起草人:朱卫民(河南省计量科学研究院)边文萍(中国计量科学研究院)曹玲芝(郑州轻工业学院)齐芳(河南省计量科学研究院)范乃胤(河南省计量科学研究院)JJF1518—2015目录引言………………………(Ⅱ)范围……………………(1)引用文件………………(1)术语和计量单位………………………(1)123最大时间平均声功率(最大功率)………………(1)3.1概述……………………(1)计量特性………………(2)45水听器定位系统……………………(2)水听器………………(2)最大时间平均声功率………………(2)5.15.25.3校准条件………………(2)6环境条件……………(2)测量标准及其他设备………………(2)6.16.2校准项目和校准方法…………………(2)7校准项目……………(2)校准方法……………(3)7.17.2校准结果………………(4)8校准数据处理………………………(4)校准证书……………(5)8.18.2复校时间和间隔………………………(5)9附录A校准证书的内容………………(6)附录B测量结果不确定度评定实例…………………(8)ⅠJJF1518—2015引言本规范依据JJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》编制。参考了GBT16540/—1996《声学在0.5~15MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法》,水听器定位系统技术要求参考了IEC62127-1《超声水听器第一部分最高-频率到40MHz的医用超声场的特性及其测量》(Ultrasonics-Hydrophones—Part1:Measurementandcharacterizationofmedicalultrasonicfieldsupto40MHz),最大时间平均声功率误差参考了IEC62127-2《超声-水听器第二部分最高频率到40MHz的超声场校准》(Ultrasonics-Hydrophones—Part2:Calibrationforultrasonicfieldsupto40MHz)中有关医用超声声场测量系统的规定。本规范为首次发布。ⅡJJF1518—2015医用超声声场测量系统校准规范范围12本规范适用于医用超声声场测量系统的校准。引用文件本规范引用下列文件:JJF1001—2011JJF1034—2005通用计量术语及定义声学计量名词术语及定义JJG1070—20110.5MHz~5MHz标准水听器JJF1189—2008测长仪校准规范声学的量和单位GB3102.7—1993GBT16540/—1996声学在0.5~15MHz频率范围内的超声场特性及其测量水听器法IEC62127-1超声-水听器第一部分最高频率到40MHz的医用超声场的测量和特性(Ultrasonics-Hydrophones—Part1:Measurementandcharacterizationofmedicalultrasonicfieldsupto40MHz)IEC62127-2超声-水听器第二部分最高频率到40MHz的超声场校准(Ul-trasonics-Hydrophones—Part2:Calibrationforultrasonicfieldsupto40MHz)凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。术语和计量单位3本规范采用JJF1001—2011中有关的术语和定义,GB3102.7—1993中规定的量和单位及以下术语及定义。最大时间平均声功率(最大功率)3.1maximumtemporal-averagetotaltransmittedpower指通过特定面积的时间平均声功率,对扫描系统是指所有声脉冲的总功率。概述4医用超声声场测量系统主要采用水听器法测量医用超声设备声场特性。医用超声声场测量系统主要由三维扫描定位系统、水槽、水听器、水听器放大器(如果有的话)以及数据采样和处理部分组成。水槽有足够大的空间,可满足超声换能器和水听器之间的相对移动,在移动中,水1JJF1518—2015听器能定位在声场中的任何位置。水听器应安装在一个定位系统上,可沿XYZ三个直角坐标轴平移,调整后,其中一个轴(如Z轴)应与声束准直轴平行。还应有两个旋转自由度,两个旋转轴都应垂直于水听器最大灵敏度方向。一个旋转轴应平行于X轴,另一个平行于Y轴。所有的平移和旋转系统都应有位置指示器。定位系统Z轴应具有设置最小安全距离的功能。数据采样和处理部分可为数字示波器、数字化仪表或其他有足够带宽和灵敏度的系统,满足对水听器或水听器放大器(如果有的话)的信号进行幅度和时间方面的测量。计量特性5水听器定位系统5.1定位误差一般不超过。50m5.1.15.1.2μ定位重复性一般不超过。50mμ水听器5.2自由场(电压)灵敏度级5.2.1灵敏度级一般不低于-270dB(0dB参考值为/)。1VPaμ自由场(电压)灵敏度级的频率响应5.2.2在水听器使用频率范围内的自由场(电压)灵敏度级与参考频率的灵敏度级相比一般不超过±4.0dB。最大时间平均声功率5.3对标准超声源进行自动扫描,最大时间平均声功率Wh误差一般不超过±20%。注:以上技术指标不用于合格性判定,仅供参考。校准条件6环境条件6.1环境温度:10℃~30℃;相对湿度:30%~80%。测量标准及其他设备6.26.2.1JJG1070—2011要求的标准器及配套设备。6.2.26.2.3±0.03μm+1.5×10-6L)激光干涉仪:长度最大允许误差:(标准超声源:采用辐射力法校准输出声功率不确定度为5%(k=2),频率调整为被测系统中水听器上限频率的13/。校准项目和校准方法7校准项目7.1医用超声声场测量系统校准项目见表1。2JJF1518—2015表1校准项目一览表序号校准项目校准方法条款号7.2.1.2定位误差定位重复性水听器定位系统水听器17.2.1.3自由场(电压)灵敏度级7.2.2.123自由场(电压)灵敏度级的7.2.2.27.2.3频率响应最大时间平均声功率校准方法7.2水听器定位系统7.2.1最小安全距离检查7.2.1.1在系统中设置水听器到超声换能器表面最小安全距离为2cm。当水听器移动到距离探头2cm时,设置每一步移动距离为最小安全距离的一半,当指令继续移动时,应不动作。设置最小安全距离为0.3cm重复以上操作。定位误差7.2.1.2如图1所示,将激光干涉仪按使用要求安装在医用超声声场测量系统上,调整激光干涉仪,使激光束、参考镜、测量镜与医用超声声场测量系统的X轴同轴。环境温度传感器尽量靠近激光束,材料温度传感器尽量靠近被校轴线,在X测量轴有效行程范围内均匀分布5个校准点,往返测量2次,分别读取医用超声声场测量系统和激光干涉仪在各校准点的长度示值,医用超声声场测量系统长度示值与激光干涉仪所测长度示值之差的平均值为该校准点的定位误差。重复以上步骤,校准Y轴、Z轴的定位误差。图1水听器定位系统校准定位重复性7.2.1.3对5个校准点,往返测量2次,读取各校准点长度平均值,分别取各校准点3次测量长度平均值的极差值,用式()计算该校准点示值的实验标准差:1Ri()1si=C式中:———某校准点示值的实验标准差,mm;siRi———某校准点3次示值中的极差,即最大值与最小值之差,;i———校准点示值的序号,i=1,2,…,5;———极差系数,次测量时取C=1.69。mmC33JJF1518—2015用式()计算X轴的定位重复性:2m5115()spx∑2∑(/)2()2=s=R1.69iiimi=1i=1式中:sp———X轴定位重复性,。重复以上步骤,校准Y轴、Z轴的定位重复性。mm注:定位误差和定位重复性的校准也可采用满足校准要求的其他方法或仪器。水听器7.2.2自由场(电压)灵敏度级7.2.2.1按JJG1070—2011的方法校准。自由场(电压)灵敏度级的频率响应7.2.2.2按JJG1070—2011的方法校准。最大时间平均声功率7.2.3如图2所示,按要求将标准超声源的发射换能器,放置在医用超声声场测量系统中。在声场中放置水听器进行平面扫描,采用自动扫描模式和控制端设置,用医用超声声场测量系统测得的标准超声源总声功率值为Wh,用式()计算测量误差:3Wh-Wb()3δ=×100Wb式中:δ———测得的最大时间平均声功率误差,%;Wh———医用超声声场测量系统测得的总声功率值,mW;Wb———标准超声源的输出声功率值,mW。图2最大时间平均声功率误差测量校准结果8校准数据处理8.1所有的数据应先计算后修约,水听器定位系统校准数据单位微米,保留至小数点后4JJF1518—20151位,水听器灵敏度级和频率响应的校准数据保留至十分之一分贝,声功率值和测量误差校准数据保留至小数点后一位。校准证书8.2医用超声声场测量系统经校准后出具校准证书,校准证书应包括的信息及推荐的校准证书内页格式见附录A。复校时间和间隔9医用超声声场测量系统复校时间间隔建议为1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的,因此,送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。5JJF1518—2015附录A校准证书的内容校准证书至少应包括以下信息:A.1a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校医用超声声场测量系统的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校准对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代码;j)本次校准所用测量标准溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。A.2推荐的医用超声声场测量系统校准证书的内页格式见表A.16JJF1518—2015表A.1校准证书的内页格式校准结果共×页第×页1.水听器定位系统定位误差定位误差校准点1校准点2校准点3校准点4校准点5X轴/μmY轴/μmZ轴/μm测量不确定度定位重复性X轴/μmY轴/μmZ轴/μm定位重复性测量不确定度2.水听器自由场(电压)灵敏度级:自由场(电压)灵敏度级的频率响应:测量不确定度:3.最大时间平均声功率误差:标准值/mW测得值/mW误差/%测量不确定度50校准的环境条件:温度:相对湿度:℃%7JJF1518—2015附录B测量结果不确定度评定实例水听器定位误差测量结果不确定度评定B.1引言B.1.1依据JJF1059.1—2012,以校准定位系统X轴200mm校准点为例,进行定位误差测量结果的不确定度评定。测量模型B.1.2医用超声声场测量系统的定位误差δi可由式(B.1)给出:(B.1)δi=ai-Li式中:———医用超声声场测量系统的定位误差,μm;δi———医用超声声场测量系统的读数值,μm;aiLi———激光干涉仪的读数值,μm。因为激光干涉仪附带有环境补偿单元,所以温度,气压等各方面引入的不确定因素可以忽略不计。方差和灵敏系数B.1.3由式(B.2)可知,δi的方差为:2()22()22()uδ=cua+cuLci1i2i(B.2)ai和Li互不相关,因此、。c=1c=-112标准不确定度分量的评定B.1.4B.1.4.1激光干涉仪示值误差的测量不确定引入的不确定度分量u1(以校准200mm点为例分析)根据激光干涉仪检定规程,在使用空气参数补偿单元的情况下,激光干涉仪位移测量的最大允许示值误差为±(0.03μm+1.5×10-6L),其中L为测量长度。设其在(0.03μm+1.5×10-6L)的半宽均匀分布,因为一次读数要既有对零又有读数,即影响两次,读数值取两次读数的平均值,所以:u1=(0.03+1.5×0.2)×2/3μm=0.27μmB.1.4.2医用超声声场测量系统的测量重复性引入的不确定度分量u2重复性条件下测量12次:199.9947,199.9941,199.9944,199.9947,199.9936,199.9951,199.9961,199.9937,199.9945,199.9971,199.9949,199.9960。标准偏差为:u2=1.04μm标准不确定度分量一览表B.1.5当L=200mm时,8JJF1518—2015标准不确定度分量ui不确定度来源激光干涉仪测量重复性标准不确定度值/μmu1u20.271.04计算合成不确定度B.1.61+uuc=u2=0.27+1.042μm=1.1μm222取k=2,U=2×1.1μm=2.2μm最大时间平均声功率误差测量结果不确定度评定B.2引言B.2.1依据JJF1059.1—2012,以医用超声声场测量系统自动校准50mW点为例,评定测量结果的不确定度。测量模型B.2.2医用超声声场测量系统声功率测量的误差值δ可由式(B.3)给出:Wh-Wb(B.3)δ=×100Wb式中:δ———测得的最大时间平均声功率误差,%;Wh———医用超声声场测量系统测得的总声功率值,mW;Wb———标准超声源的输出声功率值,mW。方差和灵敏系数B.2.3由式(B.4)可知,δ的方差为:W2h1u2()δ=Wu2W+Wu2W()()(B.4)chb2b4b∂δ1c2=∂∂Wδ=-WWh。由方差的表达式可知c1=∂W=;Wb2bhb标准不确定度评定B.2.4测量重复性带来的不确定度B.2.4.1自动化测量8次,得到测量数据(单位为mW)如下:49.57062、51.04329、47.92518、46.84837、49.18998、44.83907、48.06349、44.03043;平均值为:47.689,单次测量标准值:∑(Whi-Wh)2=2.37mWn-1()u1W=s=h数字示波器输出幅度的稳定性引入的标准不确定度B.2.4.2依据说明书幅度测量误差1%,该分量按均匀分布考虑,其标准不确定度:1%()u2W=×50mW=0.6%×50mW=0.3mWh3示波器进行模数转换误差所引入的标准不确定度B.2.4.39JJF1518—2015数字示波器模数转换所引入的最大误差为±0.1%,该分量按均匀分布考虑,其标准不确定度:0.1%3()u3W=×50mW=0.06%×50mW=0.03mWh水听器引入的标准不确定度B.2.4.4根据水听器检定证书,在(1~10)MHz范围内水听器对声压的最大允差为±1dB,约为±12%。按均匀分布,带来的不确定度为0.12%()u4W=×50mW=6.93%×50mW=3.47mWh3标准超声源稳定性引入的标准不确定度B.2.4.5标准超声源输出功率的稳定性为0.5%,该分量按均匀分布考虑,其标准不确定度:0.5%3()u5W=×50mW=0.29%×50mW=0.15mWb水听器与换能器的安全距离调整误差引入的标准不确定度B.2.4.6按要求当水听器与换能器之间的安全距离调整在2cm的情况下,经验证明调整误差有0.06mm,则衰减系数α=10-0.