我國高（gāo）頻超聲頻率上（shàng）限（xiàn）提高12倍中（zhōng）國計量院建立高頻水聽器校準裝置為超聲應用提供更準的“尺子”

發布時間：2015-04-01 作者：來源：中國計量科學（xué）研究院瀏覽：1696

　　醫院的（de）B超、血管心髒等髒器的超聲檢查，工業中超聲探傷、關鍵零部件的超聲無損（sǔn）檢（jiǎn）測。超（chāo）聲，在我們的生產生活中應用廣泛。那麽，超聲（shēng）檢查的準確度和分辨力是（shì）靠什麽（me）來保障的呢？怎樣才能提高（gāo）呢？這就是中國計量院力聲所楊平團隊目前研究工作的重要（yào）內容。
　　最（zuì）近，楊平團隊在國際上首次一種采用全（quán）新的方法??激（jī）光外差法，建立高頻水聽（tīng）器校準裝置，將我國高（gāo）頻超聲測量的頻率上限由現有基準的5MHz提高到60MHz，為超聲應（yīng）用提供（gòng）標準更高、精度更準的“尺子”
　　人們（men）習慣上將（jiāng）頻率高於20kHz的（de）聲波稱為超聲波，超（chāo）聲因其指向性好，穿透能力較強，易於獲得較集中的（de）聲能，被廣泛（fàn）應用於醫學診斷、治療以及工業檢測等領域。在醫學影像（xiàng）領域，超聲設備尤其是B超，因其無（wú）創、無痛、方便、直觀，已成為使用（yòng）量最大、頻次最高、涉及人群最廣的設備之一。我國是全球最大（dà）的超聲（shēng）診斷設備生產和使用國（guó），超聲設備年產值達（dá）到百億元；在（zài）工業檢測領域，超聲檢測也是最主要的（de）無（wú）損檢測技術之一。關鍵設備檢測，飛行（háng）器關鍵部件、半導體行業中高純度濺射靶材等高端（duān）製造業的產品質量控（kòng）製都離不開超聲檢測。
　　在影響超聲診斷（duàn）設（shè）備安全評估、性能評（píng）價的眾多因素中，高頻（pín）水（shuǐ）聽器是最為關鍵的器件。楊平介紹說，高（gāo）頻水聽器其實就是一種（zhǒng）在水裏能聽見聲音的高頻傳感器，能將水裏的超聲信號接收並轉化為電信號。高頻（pín）水聽器的靈敏（mǐn）度準確與否，對於保障超聲（shēng）診斷設備的安全性、超聲治（zhì）療設備的劑（jì）量準確性至關重要，對於確定超聲換能器也就是人們常說的超聲探頭參數、製訂檢（jiǎn）測方案、定量評估檢測結果尤（yóu）為重要（yào）。
　　在實際應用（yòng）中，超聲診斷、檢測的分辨力與介質中的波長（zhǎng）密切相關，一般來說，波長越小，頻率越高，超（chāo）聲（shēng）波檢（jiǎn）測的分辨能力越高。如1MHz的超聲（shēng）波在人體中的波長大約為1.5mm，而10MHz的超聲波在人體內波（bō）長（zhǎng）大約為0.15mm，理論上可將檢測的空間分辨率（lǜ）提高10倍。
　　為了得到（dào）更高（gāo）的診斷及檢（jiǎn）測分辨力，目前（qián）用於眼（yǎn）科、皮膚及血管內成像等檢（jiǎn）查的超聲診斷設備（bèi）工作（zuò）頻率已達到40MHz甚至60MHz，因此（cǐ）相應地對高頻水聽器校準頻率（lǜ）範（fàn）圍提出了越來越高的要求。但我國原有的高頻水（shuǐ）聲基準頻率範（fàn）圍為0.5MHz-5MHz，其頻率範圍（wéi）已不能（néng）滿足（zú）國內超聲（shēng）相（xiàng）關企業的（de）溯源需求，更不能滿足醫用超聲、高（gāo）端裝備製造等行業的發展需（xū）求。我國高端的高頻水聽器、超（chāo）聲換能器基本都要到國（guó）外去溯源，不光成（chéng）本高，而且每次都需（xū）要幾個月甚至一年的時間，嚴（yán）重製約了（le）相關產業的發展。
　　為此，楊平（píng）團（tuán）隊（duì）於2009開始了該方麵（miàn）的研究。經過努（nǔ）力，課題組采用互易技術和激（jī）光外差技術兩種方（fāng）法分別建立了我國（guó）高頻水聽器校準裝置，其中高達60MHz的激光外差校準能力為國際上首次開展。課題組利用激光外差技術開展的高頻水聽器校準能力，頻率範圍為5MHz~60MHz，測量（liàng）不（bú）確（què）定度優於16%(k=2)，校準頻率範圍及不確定度水平步（bù）入國際第一梯隊。“原理正確，方法可（kě）行，結果可靠，不確定（dìng）度水平達到國際先進水平。”專家鑒定意見如是評價道。
楊（yáng）平介紹說，通過薄膜水聽器的比對，課題（tí）成果的技術水平與此方麵公（gōng）認技（jì）術能力（lì）最高的英國、德國“並駕齊驅（qū）”。同時，激光外差技術比英國、德國目前采用的激光零差（chà）技術具有明（míng）顯的技術（shù）優勢，主要體現在：測量高頻聲壓的信息更豐富，聲壓的上限更高，各種係統效應影響較（jiào）小，修正帶來的不確定度較小等。此外，該技術有望為高強度聚（jù）焦超聲場中的焦點聲壓測量提供可行的技術手段。
　　業內專家表示，高頻（pín）水聽器校（xiào）準及（jí）超聲換能器聲場形態參數測量能力的建立，為我國醫用超聲、飛機製造、半導體靶材製造等產業提（tí）供頻率更高、量值更準的測量校準服務，為其設備（bèi）研發（fā）、質量控製提供更加精準的技（jì）術支撐。