Evaluating ultrasound point source in the linear and nonlinear operating mode

Tijekom višegodišnjeg razvoja niskofrekvencijskih ultrazvučnih uređaja za primjene u neurokirurškim operacijama ostali su problemi točnog definiranja njihove akustičke snage i intenziteta.U radu su predložene i analizirane tri metode za određivanje akustičke snage točkastog izvora ultrazvuka. Prva metoda temelji se na mjerenju prostorne raspodjele magnitude dinamičkog tlaka u slobodnom akustičkom polju i proračunu isijane akustičke snage pri linearnom i nelinearnom načinu rada ultrazvučnog izvora. Drugi način vrednovanja točkastog izvora ultrazvuka temeljen je na određivanju nadomjesnih parametara ekvivalentnog elektromehaničkog titrajnog kruga koji opisuje gibanje vrha sonotrode izvora u okolini serijske rezonantne frekvencije longitudinalnog moda titranja. Parametri nadomjesnog kruga određeni su u okolini serijske rezonantne frekvencije i izračunat je koeficijent elektroakustičkog iskorištenja. Treća metoda je mjerenje izlazne akustičke snage ultrazvučnog izvora pomoću kalorimetrijske metode. Iz promjene unutrašnje temperature kalorimetrijskog sustava računaju se gubici sustava i odgovarajuća izlazna akustička snaga točkastog izvora ultrazvuka. Iz priloženih rezultata zaključeno je da se rezultati vrednovanja elektromehaničkog dijela UZ izvora mogu usporediti s rezultatima mjerenja isijane akustičke snage u slobodnom akustičkom polju u linearnom načinu rada. Kalorimetrijska metoda pokazala se kao najopćenitija jer u sebi obuhvaća i akustičku i toplinsku energiju koja se oslobađa tijekom procesa kavitacije.During interdisciplinary collaboration in scientific-research programmes in the field of power ultrasound several types of ultrasound point sources have been developed. The main problem left behind was how to measure acoustic power of the source. Three different methods for measurement of acoustic power have been considered during this work. First method is measurement of delivered acoustic power in the free acoustic field. The pressure field of the transmitter has been measured with calibrated hydrophone system at different electrical power excitation levels. The second considered method for measuring acoustic power was evaluating electromechanical part of ultrasound transmitter. The input electrical impedance of unloaded and loaded ultrasound transmitter have been measured at different voltage excitation levels. The parameters of equivalent circuit have been determinated on resonance frequency and electroacoustic efficiency factor is calculated using RLC equivalent circuit approach. Third method for measuring output acoustic power is calorimetric method. Measuring the delivered acoustic power in the free acoustic field, only acoustic power contribution is included in results. During cavitation, collapsing bubbles in front of sonotrode tip are secondary sound sources but they also generate heat energy which can't be measured using hydroacoustic measurement system so the calorimetric method is used. It has been shown that during cavitation, the majority of energy released is heat and not acoustic energy