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IEC 61828 Ed. 2.0 b:2020 Ultrasonics - Transducers - Definitions and measurement methods regarding focusing for the transmitted fields >
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IEC 61828 Ed. 2.0 b:2020 Ultrasonics - Transducers - Definitions and measurement methods regarding focusing for the transmitted fields, 2020
- English [Go to Page]
- CONTENTS
- FOREWORD
- INTRODUCTION
- 1 Scope
- 2 Normative references
- 3 Terms and definitions
- 4 Symbols
- 5 Independent measurement of total acoustic output power
- 6 Acoustic field measurement: equipment [Go to Page]
- 6.1 Hydrophone [Go to Page]
- 6.1.1 General
- 6.1.2 Sensitivity of a hydrophone
- 6.1.3 Directional response of a hydrophone
- 6.1.4 Effective hydrophone radius
- 6.1.5 Choice of the size of a hydrophone active element
- 6.1.6 Hydrophone pressure limits
- 6.1.7 Hydrophone intensity limits
- 6.1.8 Hydrophone cable length and amplifiers
- 6.2 Requirements for positioning and water baths [Go to Page]
- 6.2.1 General
- 6.2.2 Positioning systems
- 6.2.3 Water bath
- 6.3 Requirements for data acquisition and analysis systems
- 6.4 Requirements and recommendations for ultrasonic equipment being characterized
- 7 Measurement procedure [Go to Page]
- 7.1 General
- 7.2 Preparation and alignment [Go to Page]
- 7.2.1 General drive and field conditions
- 7.2.2 Initial adjustment to driving voltage
- 7.2.3 Preparation of source transducer
- 7.2.4 Aligning an ultrasonic transducer and hydrophone
- 7.2.5 Finding the beam axis
- 7.2.6 Measurements to determine field level conditions
- 7.2.7 Determining if transducer is focusing
- 7.2.8 Measuring other beamwidth parameters of a focusing transducer
- 7.2.9 Measuring the beam area parameters
- 7.2.10 Measuring additional beam maximum based parameters
- 7.2.11 Alternative: calculation of focal parameters using numerical projection
- 7.2.12 Plane wave transmitted fields
- 7.2.13 Steered plane waves
- 7.2.14 Measurements of high intensity therapeutic ultrasound fields
- 7.2.15 Calculation of Isa
- 7.2.16 Further evaluation for sidelobes and pre-focal maxima
- 7.3 Considerations for scanning transducers and transducers with multiple sources [Go to Page]
- 7.3.1 Automatic scanning transducers
- 7.4 Spatial impulse response and beamplots [Go to Page]
- 7.4.1 General
- 7.4.2 Point target
- 7.4.3 Beamplots and beam contour plots
- 7.5 Plane wave compounding
- Annex A (informative)Background for the transmission/ Characteristics of focusing transducers [Go to Page]
- A.1 General
- A.2 Field of piston source
- A.3 Focusing with a lens
- A.4 Focusing with a concave transducer
- A.5 Geometric focusing gains
- A.6 Beamwidth estimation
- Annex B (informative)Rationale for focusing and nonfocusing definitions [Go to Page]
- B.1 Overview [Go to Page]
- B.1.1 Background information
- B.1.2 General
- B.1.3 Focusing transducers
- B.1.4 Focusing methods
- B.1.5 Known and unknown focusing transducers
- B.1.6 Focusing and beamwidth
- B.1.7 Focusing parameter definitions
- B.1.8 Applications of focusing definitions
- B.1.9 Relation of present definitions to physiotherapy transducers (treatment heads)
- B.1.10 Relation of present definitions to therapeutic transducers
- B.2 System and measurement requirements [Go to Page]
- B.2.1 General
- B.2.2 Transmitted pressure waveforms
- B.2.3 Transmitted fields
- B.2.4 The scan plane and the steering of beams
- B.2.5 Pulse echo field measurements
- Annex C (informative)Methods for determining the beam axis for well-behaved beams [Go to Page]
- C.1 Comparisons of beam axis search methods
- C.2 Beamwidth midpoint method
- Annex D (informative)Methods for determining the beam axisfor beams that are not well behaved
- Annex E (informative)Uncertainties [Go to Page]
- E.1 General
- E.2 Overall (expanded) uncertainty
- E.3 Common sources of uncertainty
- Annex F (informative)Transducer and hydrophone positioning systems
- Annex G (informative)Planar scanning of a hydrophone to determine acoustic output power [Go to Page]
- G.1 Overview
- G.2 General principle
- G.3 Hydrophone scanning methodology [Go to Page]
- G.3.1 General methodology
- G.3.2 Particular considerations for implementation for HITU fields
- G.4 Corrections and sources of measurement uncertainty [Go to Page]
- G.4.1 Uncertainty in the hydrophone calibration
- G.4.2 Planar scanning
- G.4.3 Attenuation factor of water: unfocusing transducers
- G.4.4 Attenuation factor of water: focusing transducers
- G.4.5 Received hydrophone signal
- G.4.6 Integration
- G.4.7 Finite size of the hydrophone
- G.4.8 Partial extent of integration
- G.4.9 Non-linear propagation
- G.4.10 Directional response
- G.4.11 Noise
- G.4.12 Intensity approximated by derived intensity
- Annex H (informative)Properties of water [Go to Page]
- H.1 General
- H.2 Attenuation coefficient for propagation in water
- Bibliography
- Figures [Go to Page]
- Figure A.1 – Beam contour plot: contours at −6 dB, −12 dB, and −20 dBfor a 5 MHz transducer with a radius of curvature of D = 50 mmcentred at location 0,0 (bottom centre of graph)
- Figure A.2 – Types of geometric focusing
- Figure A.3 – Transducer options
- Figure A.4 – Parameters for describing a focusing transducer of known geometry
- Figure A.5 – Path difference parameters for describinga focusing transducer of known geometry
- Figure B.1 – Electronic focusing along z by transmit beamforming in the scan plane xz
- Figure B.2 – Field parameters for a nonfocusing transducer of known geometry.For example, for a circularly symmetric geometry,transducers have a diameter 2a and a beam axis along z
- Figure B.3 – Phased array geometry and construction for electronic focusing in the azimuth plane and mechanical lens focusing in the elevation plane
- Figure B.4 – Field parameters for a focusing transducer of known geometry
- Figure B.5 – Definitions for pressure-based field measurementsfor an unknown transducer geometry
- Figure B.6 – Beamwidth focus for transducers of known and unknown geometry
- Figure B.7 – Beam maximum parameters
- Figure B.8 – Pressure focus for a transducer of known geometry (design case)
- Figure B.9 – Pressure focus for a transducer of unknown geometry (measurement case)
- Figure B.10 – Beam area parameters
- Figure B.11 – Beam axis parameters: pulse-pressure-squared-integral level relative to the beam maximum in decibels (dB) plotted against axial distance
- Figure B.12 – Beamplot parameters
- Figure B.13 – Schematic diagram of the different planes and linesin an ultrasonic field for a rectangular transducer
- Figure B.14 – Schematic diagram of the different planes andlines in an ultrasonic field for a circular transducer
- Figure C.1 – x-axis scan at 9 cm depth for the first focal zone with beam centre
- Figure C.2 – x-axis scan at 4,4 cm depth for the second focal zone
- Figure D.1 – Asymmetric beam showing relative acoustic pressure versus sample number for the beamwidth midpoint method
- Figure F.1 – Schematic diagram of the ultrasonic transducer andhydrophone degrees of freedom
- Tables [Go to Page]
- Table C.1 – Standard deviations for x and y scans usingthree methods of determining the centre of the beam
- Table C.2 – Decibel beamwidth levels for determining midpoints
- Table H.1 – Speed of sound, c, and characteristic acoustic impedance, ρ c,as a function of temperature, for propagation in water
- Français [Go to Page]
- SOMMAIRE
- AVANT-PROPOS
- INTRODUCTION
- 1 Domaine d’application
- 2 Références normatives
- 3 Termes et définitions
- 4 Symboles
- 5 Mesurage indépendant de la puissance de sortie acoustique totale
- 6 Mesurage du champ acoustique: équipement [Go to Page]
- 6.1 Hydrophone [Go to Page]
- 6.1.1 Généralités
- 6.1.2 Sensibilité d'un hydrophone
- 6.1.3 Réponse directionnelle d'un hydrophone
- 6.1.4 Rayon efficace de l'hydrophone
- 6.1.5 Choix de la taille d'un élément actif de l'hydrophone
- 6.1.6 Limites de pression de l'hydrophone
- 6.1.7 Limites d'intensité de l'hydrophone
- 6.1.8 Longueur de câble de l'hydrophone et amplificateurs
- 6.2 Exigences de positionnement et bains-marie [Go to Page]
- 6.2.1 Généralités
- 6.2.2 Systèmes de positionnement
- 6.2.3 Bain-marie
- 6.3 Exigences relatives aux systèmes d'acquisition et d'analyse des données
- 6.4 Exigences et recommandations relatives aux appareils à ultrasons en cours de caractérisation
- 7 Procédure de mesure [Go to Page]
- 7.1 Généralités
- 7.2 Préparation et alignement [Go to Page]
- 7.2.1 Conditions générales d'entraînement et de champ
- 7.2.2 Ajustement initial à la tension de polarisation dynamique
- 7.2.3 Préparation du transducteur source
- 7.2.4 Alignement d'un transducteur ultrasonique et d'un hydrophone
- 7.2.5 Déterminer l'axe du faisceau
- 7.2.6 Mesurages de détermination des conditions de niveau de champ
- 7.2.7 Déterminer si le transducteur est focalisant
- 7.2.8 Mesurage d’autres paramètres de largeur de faisceau d’un transducteur focalisant
- 7.2.9 Mesurage des paramètres de surface du faisceau
- 7.2.10 Mesurage des paramètres fondés sur le maximum de faisceau
- 7.2.11 Alternative: calcul des paramètres focaux à l'aide de la projection numérique
- 7.2.12 Champs transmis par onde plane
- 7.2.13 Ondes planes dirigées
- 7.2.14 Mesurages de champs ultrasonores thérapeutiques de haute intensité
- 7.2.15 Calcul de Isa
- 7.2.16 Évaluation supplémentaire des lobes secondaires et des valeurs maximales préfocales
- 7.3 Considérations relatives aux transducteurs à balayage et aux transducteurs avec plusieurs sources [Go to Page]
- 7.3.1 Transducteurs à balayage automatique
- 7.4 Réponse impulsionnelle spatiale et tracés de faisceau [Go to Page]
- 7.4.1 Généralités
- 7.4.2 Cible ponctuelle
- 7.4.3 Tracés de faisceau et graphes de contour du faisceau
- 7.5 Compositions d'ondes planaires
- Annexe A (informative)Informations générales concernant la transmission/Caractéristiques des transducteurs focalisants [Go to Page]
- A.1 Généralités
- A.2 Champ de la source de piston
- A.3 Focalisation avec une lentille
- A.4 Focalisation avec un transducteur concave
- A.5 Gains de focalisation géométrique
- A.6 Estimation de la largeur de faisceau
- Annexe B (informative)Justification des définitions des concepts de focalisation et de non-focalisation [Go to Page]
- B.1 Vue d’ensemble [Go to Page]
- B.1.1 Informations générales
- B.1.2 Généralités
- B.1.3 Transducteurs focalisants
- B.1.4 Méthodes de focalisation
- B.1.5 Transducteurs focalisants connus et inconnus
- B.1.6 Focalisation et largeur de faisceau
- B.1.7 Définitions de paramètres de focalisation
- B.1.8 Applications de définitions de focalisation
- B.1.9 Relation entre les définitions actuelles et les transducteurs pour physiothérapie (têtes de traitement)
- B.1.10 Relation entre les définitions actuelles et les transducteurs thérapeutiques
- B.2 Exigences pour le système et les mesurages [Go to Page]
- B.2.1 Généralités
- B.2.2 Formes d'onde de pression transmise
- B.2.3 Champs émis
- B.2.4 Plan d’exploration et guidage de faisceaux
- B.2.5 Mesurages du champ d'écho impulsionnel
- Annexe C (informative)Méthodes de détermination de l’axe du faisceau pour des faisceaux réguliers [Go to Page]
- C.1 Comparaisons des méthodes de recherche de l’axe du faisceau
- C.2 Méthode du point médian de largeur de faisceau
- Annexe D (informative)Méthodes de détermination de l’axe du faisceaupour des faisceaux non réguliers
- Annexe E (informative)Incertitudes [Go to Page]
- E.1 Généralités
- E.2 Incertitude globale (élargie)
- E.3 Sources communes d’incertitude
- Annexe F (informative)Systèmes de positionnement du transducteur et de l'hydrophone
- Annexe G (informative)Balayage planaire d'un hydrophone pour déterminer la puissance de sortie acoustique [Go to Page]
- G.1 Vue d’ensemble
- G.2 Principe général
- G.3 Méthode de balayage de l'hydrophone [Go to Page]
- G.3.1 Méthodologie générale
- G.3.2 Considérations particulières pour la mise en œuvre des champs HITU
- G.4 Corrections et sources d'incertitude de mesure [Go to Page]
- G.4.1 Incertitude de l'étalonnage de l'hydrophone
- G.4.2 Balayage planaire
- G.4.3 Facteur d'atténuation de l'eau: transducteurs non focalisants
- G.4.4 Facteur d'atténuation de l'eau: transducteurs focalisants
- G.4.5 Signal reçu de l'hydrophone
- G.4.6 Intégration
- G.4.7 Taille finie de l'hydrophone
- G.4.8 Étendue partielle de l'intégration
- G.4.9 Propagation non linéaire
- G.4.10 Réponse directionnelle
- G.4.11 Bruit
- G.4.12 Intensité approchée par l'intensité déduite
- Annexe H (informative)Propriétés de l'eau [Go to Page]
- H.1 Généralités
- H.2 Coefficient d'atténuation pour la propagation dans l'eau
- Bibliographie
- Figures [Go to Page]
- Figure A.1 – Graphe de contour du faisceau: contours à −6 dB, −12 dB et −20 dBd'un transducteur 5 MHz présentant un rayon de courbure de D = 50 mmcentré à la position 0,0 (centre bas du graphique)
- Figure A.2 – Types de focalisation géométrique
- Figure A.3 – Options du transducteur
- Figure A.4 – Paramètres pour la description d'un transducteur focalisant de géométrie connue
- Figure A.5 – Paramètres de différence de trajectoire pour la description d'un transducteur focalisant de géométrie connue
- Figure B.1 – Focalisation électronique le long de l'axe z par formation de faisceau d'émission dans le plan d’exploration xz
- Figure B.2 – Paramètres de champ d'un transducteur non focalisant de géométrie connue (par exemple, les transducteurs de géométrie à symétrie circulaire présentent un diamètre de 2a et un axe du faisceau le long de l’axe z)
- Figure B.3 – Géométrie de réseau phasé et construction d'une focalisation électronique dans le plan azimutal et lentille mécanique focalisant dans le plan d'élévation
- Figure B.4 – Paramètres de champ d'un transducteur focalisant de géométrie connue
- Figure B.5 – Définitions des mesurages de champ fondés sur la pression pour une géométrie de transducteur inconnue
- Figure B.6 – Foyer de largeur de faisceau d'un transducteur de géométrie connue et d'un transducteur de géométrie inconnue
- Figure B.7 – Paramètres de maximum de faisceau
- Figure B.8 – Foyer de pression d'un transducteur de géométrie connue (cas de conception)
- Figure B.9 – Foyer de pression d'un transducteur de géométrie inconnue (cas de mesure)
- Figure B.10 – Paramètres de surface du faisceau
- Figure B.11 – Paramètres d'axe du faisceau: niveau de l’intégrale de pression d’impulsion au carré par rapport au maximum de faisceau en décibels (dB) en fonction de la distance axiale
- Figure B.12 – Paramètres de tracé du faisceau
- Figure B.13 – Schéma des différents plans et différentes lignes d'un champ ultrasonore d'un transducteur rectangulaire
- Figure B.14 – Schéma des différents plans et différentes lignes d'un champ ultrasonore d'un transducteur circulaire
- Figure C.1 – Balayage selon l’axe x à 9 cm de profondeur pour la première zone focale à centre de faisceau
- Figure C.2 – Balayage selon l’axe x à 4,4 cm de profondeur pour la seconde zone focale
- Figure D.1 – Faisceau asymétrique présentant la pression acoustique en fonction du nombre d'échantillons pour la méthode du point médian de largeur de faisceau
- Figure F.1 – Schéma des degrés de liberté du transducteur ultrasonique et de l'hydrophone
- Tableaux [Go to Page]
- Tableau C.1 – Écarts types pour les balayages x et y en employant trois méthodes de détermination du centre du faisceau
- Tableau C.2 – Niveaux de largeur de faisceau en décibels (dB) pour la détermination des points médians
- Tableau H.1 – Vitesse du son, c, et impédance acoustique caractéristique, ρ c, en fonction de la température, pour la propagation dans l'eau [Go to Page]
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