计量学报

作者：朱灵锋, 王珂, 邢广振, 郑慧峰

关键词：声学计量,高强度聚焦声场,光纤水听器,强度调制,端面反射,自校准

基金：中国计量科学研究院科技成果转化专项(22-ZH2404)

针对高强度聚焦超声（HIFU）声场中非线性效应显著、传统压电水听器易受空化损伤的问题，提出了一种基于端面反射原理的强度调制型光纤水听器及其自校准方法。通过建立声压-折射率-反射率-光电压的传递模型，揭示了光纤-水界面反射率与声压的非线性映射关系，通过水听器的多个电压参数测量实现反射系数α的测量，进而实现光纤水听器声压灵敏度的自校准，规避了外部参考量依赖。实验表明，该水听器在1 ~6 MHz频段内具有0.9 dB的声压灵敏度，等效噪声压级低于-220 dB，其基频声压测量结果与激光外差干涉法的偏差小于10%。经不确定度评定，光纤水听器声压测量的合成扩展不确定度为0.88 dB （k=2），验证了系统在兆帕级声压、空化极端环境下的测量可靠性。研究结果为HIFU非线性声场的精确表征提供了耐高温、抗空化冲击的测量方案，在生物医学超声治疗领域具有重要应用价值。

来源：2026年第3期

《计量学报》期刊编辑部

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