Radiation Force Calculations

A knowledge of the relation between radiation force F and ultrasonic power P is important for the calibration of ultrasonic fields. A far-field method is applied to calculate the radiation force exerted by various field types on a large, absorbing target in a non-absorbing fluid. Starting with the piston result as previously obtained, the fields of transducers with non-uniform amplitude distributions and phase distributions of the vibration velocity are investigated. Whereas the results for unfocused transducers with an amplitude distribution are close to the plane-wave formula currently used, the results for focused transducers (phase distribution) are not. Values for the correction factor to be applied are given.

Zusammenfassung

Die Kenntnis des Zusammenhangs zwischen Schallstrahlungskraft F und Ultraschalleistung P ist für die Kalibrierung von Ultraschallfeldern wichtig. Die Schallstrahlungskraft auf einen großen Absorber in einem absorptionsfreien Fluid wird für unterschiedliche Feldtypen mit Hilfe einer Fernfeldmethode berechnet. Ausgehend von dem früher erhaltenen Ergebnis für die Kolbenmembran werden die Felder von Wandlern mit vorgegebenen Amplitudenverteilungen und Phasenverteilungen im Schnelleprofil untersucht. Die Ergebnisse für nicht-fokussierte Wandler mit einer Amplitudenverteilung stimmen angenähert mit der häufig verwendeten Formel für ebene Wellen überein, die für fokussierte Wandler (Phasenverteilung) dagegen nicht. Werte für den anzuwendenden Korrektionsfaktor werden angegeben.

Sommaire

La calibration des champs ultrasonores nécessite la connaissance de la relation entre la force F de radiation et la puissance acoustique P. On propose d'appliquer une méthode de champ lointain au calcul de la force de radiation exercée par des champs de divers types sur une cible étendue et absorbante immergée dans un fluide non absorbant. A partir de résultats obtenus antédeurement pour le piston vibrant, on explore les champs rayonnés par des transducteurs munis de distributions non uniformes, en amplitude et en phase, de la vitesse vibratoire. Tandis que les transducteurs non focalisés exhibent des résultats voisins de ceux que procure la formule d'ondes planes utilisée couramment, il n'en est plus de même pour les transducteurs focalisés en distribution de phase. On donne, pour ces derniers, les valeurs du facteur de correction à leur appliquer.