用于宽带主水听器校准的装置已扩展，可在不同温度设置下提供稳定的校准条件。然后在17°C至29°C的范围内对四种常用超声测量水听器进行了特性分析，并确定了不同超声频率下灵敏度随温度变化的平均速率。
可靠地确定医用超声设备的声输出是安全有效地应用该设备的先决条件，也是满足监管要求的必要条件[2]。用水听器测量了水箱总成在室温下的声压场，并由此导出了几个进一步的输出量。单个水听器校准可确保水听器输出信号（通常为随时间变化的预放大压电电压信号）可转换为声压波形。尽管已经认识到用于生物医用超声曝光的水听器的灵敏度取决于温度[3]，例如，由于水和传感元件的介电常数和声阻抗以及传感元件的压电常数随温度变化，因此对实际变化程度的详细研究很少。
在最近的一项研究[1]中，PTB的主要水听器校准电流装置用于校准温度范围为17°C至29°C的四个不同类型的压电水听器。这里，使用高频光学测振仪在每个温度设置下执行声学参考测量。在每个温度设置下，使用高频光学测振仪进行声学参考测量。水听器的选择涵盖了最广泛使用的一般压电设计，如背衬式和非背衬式PVDF膜水听器，以及针型和胶囊型水听器[1]。在不同频率下对获得的校准数据进行了分析，并研究了不同水听器设计之间的任何差异。膜式水听器的典型特性可描述为每升高1°C，灵敏度在0.55%至1.10%范围内轻微增加。通常，水听器的灵敏度随温度的变化呈现出频率依赖性。在针式和胶囊式水听器的情况下，还观察到灵敏度随温度升高而略微降低（见图）。
图：10 MHz和40 MHz下膜式（左）和胶囊式（右）水听器的灵敏度随温度变化，标准化为19°C；95%覆盖率的不确定度条；斜率数字表示每1°C的变化率百分比及其标准偏差。
这些结果可用于校正在不同水温下测定的校准数据，而不是在声发射测量的应用条件下测定的校准数据。或者，结果可用于估计影响对测量结果的不确定度贡献。如果校准温度与应用温度仅相差一到两度，则不确定度贡献在1%到2%的范围内，这与水听器测量中的其他典型不确定度贡献相比相对较小。由于这种适度的影响，现在将放宽IEC 62127-3[3]中的一般公开要求，以避免不相称的测量负担。但是，如果有必要在显著升高的温度下进行水听器测量，例如在生物医学治疗研究中人体温度约为37°C时，应补偿PVDF水听器灵敏度与室温下标准校准条件之间的差异。
Publication:
[1] V. Wilkens, M. Weber, and J. Twiefel, Temperature Dependence of the Sensitivity of Hydrophones for Biomedical Ultrasound Exposimetry, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 72, no. 3, pp. 362–369, Mar. 2025, DOI: 10.1109/TUFFC.2025.3527625.
Further literature:
[2] G. R. Harris S. M. Howard, A. M. Hurrell, P. A. Lewin, M. E. Schafer, K. A. Wear, V. Wilkens, and B. Zeqiri, Hydrophone measurements for biomedical ultrasound applications: A review, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 70, no. 2, pp. 85–100, Feb. 2023.
[3] Ultrasonics—Hydrophones—Part 3: Properties of hydrophones for ultrasonic fields, International Standard IEC 62127-3, Ed. 2, 2022.
