超聲潔牙設(shè)備檢測方法

阮李英 王晉 / 河南省商丘市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心

0 引言

超聲潔牙設(shè)備在口腔科醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，其質(zhì)量優(yōu)劣、量值準(zhǔn)確與否都關(guān)系到牙齒健康問題。隨著我國對醫(yī)療領(lǐng)域質(zhì)量要求的不斷提高，人民群眾對牙齒的護(hù)理和美容更加注重，從源頭上確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，就要保證超聲潔牙設(shè)備的計(jì)量性能指標(biāo)符合技術(shù)要求，需要對超聲潔牙設(shè)備進(jìn)行定期檢測以達(dá)到量值溯源。

對于超聲潔牙設(shè)備，由于國家目前沒有統(tǒng)一的檢測要求，各部門、企事業(yè)單位采用的檢測方法、參數(shù)、性能指標(biāo)及技術(shù)要求各不相同，不夠規(guī)范和統(tǒng)一。為了保證超聲潔牙設(shè)備在使用中滿足測量要求，保證量值準(zhǔn)確、可靠，通過大量的調(diào)研試驗(yàn)，參考了相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過咨詢、走訪使用單位和生產(chǎn)企業(yè)，確定了（尖端主振動(dòng)偏移、半偏移力、尖端振動(dòng)頻率）及其示值相對誤差三項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)的檢測及要求。確定了技術(shù)特性的檢測方法，本文中的檢測方法適用于頻率在18 ～60 kHz 范圍內(nèi)，由超聲換能器產(chǎn)生連續(xù)或準(zhǔn)連續(xù)波超聲能量的超聲潔牙設(shè)備。

1 測量原理和方法

超聲潔牙設(shè)備主要由功能控制電路、液路、手柄、超聲換能器、作用頭、電源/電源適配器（如有）、腳踏開關(guān)（如有）等組成。

典型的結(jié)構(gòu)示意框圖見圖1。

該設(shè)備工作原理由高頻振蕩電路產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)并作用于超聲換能器上，利用逆壓電效應(yīng)（或磁致伸縮效應(yīng)）產(chǎn)生超聲振動(dòng)，工作尖受到激勵(lì)產(chǎn)生共振，利用超聲波產(chǎn)生的各種效應(yīng)將牙齒表面的菌斑、結(jié)石或牙周表面的細(xì)菌等清除。

圖1 超聲潔牙設(shè)備的結(jié)構(gòu)

2 檢測項(xiàng)目及檢測設(shè)備

2.1 檢測項(xiàng)目

針對超聲潔牙設(shè)備技術(shù)性能指標(biāo)，對其術(shù)語和定義進(jìn)行了解釋，并提出（尖端主振動(dòng)偏移、半偏移力、尖端振動(dòng)頻率）及其相對誤差三項(xiàng)檢測項(xiàng)目及要求，如表1 所示。

尖端主振動(dòng)偏移：在作用頭上距尖端不超過1 mm 距離的點(diǎn)處，在最大振幅方向上，作用頭的峰值至峰值位移。

尖端振動(dòng)頻率：作用頭尖端振動(dòng)的基頻。

半偏移力：尖端必須與載玻片接觸，所施加的力，使得0.15 N±0.02 N 接觸力條件下的尖端主振動(dòng)偏移降低50%。

表1 檢測項(xiàng)目及技術(shù)性能指標(biāo)

2.2 測量標(biāo)準(zhǔn)及其他設(shè)備

1）光學(xué)顯微鏡：放大倍數(shù)優(yōu)于100 倍，分度值：5 μm 為一格。

2）頻率計(jì)：30 Hz ～ 50 MHz，分辨力：優(yōu)于0.01 kHz。

4）適合的機(jī)械夾具的設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 顯微鏡載玻片法的布置

3 檢測方法

3.1 尖端主振動(dòng)偏移測量及其相對誤差

負(fù)載條件：測量時(shí)，作用頭尖端與載玻片接觸，載玻片（涂上蠟或者碳）應(yīng)用水潤滑，標(biāo)準(zhǔn)接觸力應(yīng)為0.15 N±0.02 N。為便于測量半偏移力，施加的負(fù)載應(yīng)能逐步增加，為確保測量的準(zhǔn)確性，尖端的運(yùn)動(dòng)應(yīng)基本上垂直于負(fù)載，應(yīng)已知或測出尖端上的力。

在上述負(fù)載條件下，作用頭尖端與載玻片接觸，手柄和配件被夾在機(jī)械夾具中，將接觸力的大小調(diào)整為0.15 N±0.02 N，可采用電子天平來測量該力。在超聲潔牙設(shè)備開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)，分別以U 字形的方式移動(dòng)作用頭尖端下的載玻片。刻痕標(biāo)記的測量，要確保軌跡垂直于最大尖端振動(dòng)方向，用經(jīng)過校準(zhǔn)的顯微鏡讀取載玻片上刻痕標(biāo)記寬度。尖端主振動(dòng)偏移s由式（1）給出：

式中：s'—— 尖端振動(dòng)偏移的測量值，μm；

WP—— 開機(jī)時(shí)的刻痕標(biāo)記寬度，μm；

WO—— 關(guān)機(jī)時(shí)的刻痕標(biāo)記寬度，μm

尖端振動(dòng)偏移示值相對誤差Bi按式（2）計(jì)算：

式中：s—— 超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)偏移的公布值，μm

3.2 尖端振動(dòng)頻率測量及其示值相對誤差

找到作用頭（手柄）與主機(jī)相連端口，用頻率計(jì)接頭連接，再用配置的適配器接通電源，使設(shè)備處于最大擋位工作狀態(tài)下，讀取頻率計(jì)讀數(shù)，重復(fù)測量三次取平均值f。

尖端振動(dòng)頻率示值相對誤差Bj按式（3）計(jì)算：

式中：f—— 超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)頻率的公布值，kHz；

f′—— 超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)頻率的測量平均值，kHz

3.3 半偏移力測量及其相對誤差

在測定尖端主振動(dòng)偏移的步驟期間（見3.1），逐步增加尖端施加在顯微鏡載玻片上的力，使得0.15 N±0.02 N 接觸力條件下的尖端主振動(dòng)偏移降低50%時(shí)，用天平測定該作用力的大小。對所有測量而言，保持作用頭的位置不變是很重要的，使作用頭和載玻片或天平托盤間的角度保持不變。

尖端半偏移力示值相對誤差Bk按式（4）計(jì)算：

式中：k—— 超聲潔牙設(shè)備半偏移力的公布值，N；

k′—— 超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)頻率的測量平均值，N

4 超聲潔牙設(shè)備尖端主振動(dòng)偏移示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定

4.1 測量方法

根據(jù)本檢測方法3.1 款進(jìn)行測量時(shí)，在超聲潔牙設(shè)備開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)，記錄在玻璃表面上的軌跡用經(jīng)過校準(zhǔn)的顯微鏡讀取數(shù)值，測出尖端振動(dòng)偏移為（s'）。超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)偏移的最大公布值為（s），然后計(jì)算出該尖端振動(dòng)偏移示值的相對誤差。

4.2 測量模型

Δs=s-s′

式中：Δs'—— 超聲潔牙設(shè)備尖端主振動(dòng)偏移示值誤差，μm

4.3 方差和靈敏系數(shù)

由 Δs=s-s′得靈敏系數(shù)

因?yàn)檩斎肓縮與s′彼此獨(dú)立不相關(guān)，方差可按下式得到。

4.4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

4.4.1 輸入量s的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(s)的評定

輸入量s的不確定度來源主要是超聲潔牙設(shè)備尖端振動(dòng)偏移測量重復(fù)性引入的不確定度。

（1）超聲潔牙設(shè)備尖端主振動(dòng)偏移測量重復(fù)性，采用A 類方法進(jìn)行評定，選擇一尖端振動(dòng)偏移公布值為100 μm 的超聲潔牙設(shè)備，用載玻片法劃出開、關(guān)機(jī)時(shí)刻痕，放至光學(xué)顯微鏡下進(jìn)行測量，連續(xù)測量10 次，得到測量列為（95、107、97、96、103、92、96、105、106、102）μm，平均值為 98.3 μm。

實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s== 5.6 μm

4.4.2 輸入量s'的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(s')的評定

輸入量s'的不確定度來源主要是標(biāo)準(zhǔn)器設(shè)備光學(xué)顯微鏡的誤差和人眼分辨力兩部分。

（1）光學(xué)顯微鏡的分度值為5 μm，標(biāo)尺指示分辨力為2.5 μm，假設(shè)為均勻分布，包含因子k取，故分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(s1')為

（2）人眼分辨力大致為10 μm，包含因子k取，故人眼分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（3）YY/T0751-2009/IEC 61205:1993《超聲潔牙設(shè)備輸出特性的測量和公布》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定最大的尖端主振動(dòng)偏移范圍100 μm 左右，即公布值為100 μm，準(zhǔn)確度為1 μm，假設(shè)為均勻分布，包含因子k取，故公布值引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

u(s1')、u(s2')和u(s3')彼此獨(dú)立不相關(guān)，則

4.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

由uc2(Δs) =c12u2(s) +c22u2(s')

得uc2(Δs) = 8.4 μm

4.6 擴(kuò)展不確定度的評定

取k= 2，則擴(kuò)展不確定度為U= 2×uc(Δs) = 17 μm，相對擴(kuò)展不確定度為

4.7 測量不確定度的報(bào)告與表示

超聲潔牙設(shè)備尖端主振動(dòng)偏移示值誤差測量結(jié)果的相對擴(kuò)展不確定度為

Urel= 17%k=2

5 結(jié)語

超聲潔牙設(shè)備在口腔醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其質(zhì)量優(yōu)劣、量值準(zhǔn)確與否關(guān)系到廣大人民群眾牙齒健康。從源頭上確保試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，需要對超聲潔牙設(shè)備進(jìn)行定期檢測以達(dá)到量值溯源。本文通過對超聲潔牙設(shè)備檢測方法的探討，對超聲潔牙設(shè)備尖端主振動(dòng)偏移、半偏移力、尖端振動(dòng)頻率等主要參數(shù)進(jìn)行了檢測，并對超聲潔牙設(shè)備中尖端主振動(dòng)偏移示值誤差測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評定分析，從而解決了超聲潔牙設(shè)備的量值統(tǒng)一及其溯源問題，滿足了超聲潔牙設(shè)備技術(shù)性能的控制要求。