超音波の実験検討を行うための参考書籍・機器の紹介

超音波実験資料 超音波システム研究所 2021.09.04 斉木 推奨参考書 ＜実験検討するための参考書＞ 1：超音波技術入門―発信から受信まで 出版社 : 日刊工業新聞社 (2010/1/1) 宇田川 義夫 (著) ￥2,800 目次 第１章 音 第２章 音の発生器、受信器と圧電素子 第３章 圧電振動子からの音 第４章 圧電振動子での音の受信 第５章 音の送受信回路 第６章 音の発生から受信まで 2：超音波工学と応用技術 本書は専門外の広範な技術者を対象とする 超音波工学についての適切な参考図書が無いために、 今日まで超音波のもつユニークな可能性が十分活用されていないことを考慮し て、本分野の著名専門家たちが著述した、全国の技術系大学学生や大学院学生 とまた研究開発担当者や現場技術者のための最初の貴重なバイブル書籍である。 ベ．ア．アグラナート エヌ．エス．ハフスキー 他 著・邦訳 ●15,000円・A4判・296 頁 新日本鋳鍛造出版会 （日ソ通信社日 刊行年月 1991.8 ページ数 296p 大きさ 30cm） 主要内容 ＊自由振動と波 ＊有形物体の自由振動 ＊減衰振動と強制振動 ＊ 衝撃波の形成 ＊放射圧 ＊音響流 ＊キャビテーション ＊超音波振動源 ＊有用鉱物の選鉱プロセスでの超音波作用の利用 ＊富化に先立つスラリーの超音波処理 鉱物粒子の表面膜と反応皮膜の音響分散 ＊周波数領域の異なる音場の同時作用による超音波微粉砕プロセスの制御 ＊超音波場内の湿式冶金プロセスの強化 ＊液体金属の超音波処理の基礎 ＊強力超音波場内での溶融物からの気体及び固体非金属介在物の除去機構 ＊金属及び合金の超音波アトマイジング ＊晶出過程にある金属の超音波処理の基礎 ＊超音波場内の非鉄金属及び合金の連続鋳造 ＊超音波キャビテーションを使っての複合材料の作製 ＊超音波分散と水撃加工 ＊超音波清浄 ＊高純度金属及び半導体の作製時の超音波の採用 ＊半導体材料方面の超音波処理

上記の書籍が１００％正しいとは思いません、 時代と技術の進歩によるものもありますが、間違いもあると思います しかし、書籍の中はほとんど実験方程式と実験状態を説明する図です、 少なくとも実験による確認が行われたと思われます このことを考慮して検討すると新しい実験と応用が生まれると考えています 特に、通常では「だめだ」と言われるような実験や方法の説明もあります 私は、これからもこの書籍を参考に新しい実験を続けたいと思います ＜理論的背景としての参考書＞ 超音波の検出方法 １：超音波の基礎 やさしい超音波工学 ―拡がる新応用の開拓 (ケイブックス) 川端 昭 (著), 高橋 貞行 (著), 一ノ瀬 昇 (著) 出版社: 工業調査会; 増補版 (1998/01) ２：非線形性の解析 叩いて超音波で見る―非線形効果を利用した計測 佐藤 拓宋 (著) 出版社: コロナ社 (1995/06) ダイナミックシステムの統計的解析と制御 赤池 弘次 (著), 中川 東一郎 (著) 出版社: サイエンス社(1972) ３：弾性波動への適用 「弾性波動論の基本 」 田治米 鏡二 (著) 槇書店 (1994/10) 「弾性波動論 」 佐藤 泰夫 (著) 岩波書店 (1978/03)

超音波実験機器 ＜音圧測定装置＞ ＵＳＢオシロスコープ Ｐｉｃｏｓｃｏｐｅ２２０７Ａ ■主な仕様 ・帯域幅(-3dB)：100MHz ・最大サンプリングレート：1Gサンプル/s ・バッファメモリ：40k サンプル ￥71,280（税込） https://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-07368/ Longruner 信号発生器 24MHz ビット幅は 12ビット、2ｃｈ 最大出力周波数：25MHz（正弦波）、サンプリングレート：250MSa/s 価格: ￥8,599 税込 https://www.amazon.co.jp/gp/product/B08C7LT3R7/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o04_s 00?ie=UTF8&psc=1

音圧データの見方 グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：間接水槽表面の音圧 グラフ上 縦軸：音圧 ｍＶ 横軸：時間 ０－２０ｍｓ グラフ下 縦軸：パワー ｄＢｕ 横軸：周波数 ０－５００ｋＨｚ 音圧データ：参考例 Ａｃｈ：グラフ青 超音波洗浄槽内の液体音圧 Ｂｃｈ：グラフ赤 間接水槽内の液体音圧 条件 超音波 ＊＊＊ｋＨｚ 600Ｗ

解析最大周波数について

参考：音圧と洗浄効果について（音圧だけで判断しない） 上図：青のグラフ（超音波洗浄機１ 最大音圧 ３００ｍＶ） １．３ＭＨｚまで高調波の信号が確認できる 上図：赤のグラフ（超音波洗浄機２ 最大音圧 ５Ｖ） プローブの固有振動以外１００ｋＨｚ以下の信号で収束している 洗浄効果を考えた場合 １．３ＭＨｚ／１００ｋＨｚ＝１３ エネルギーは、周波数の２乗に比例するので１３＊１３＝１６９ ３００ｍＶ＊１６９ ＝ ５０．７Ｖ ＞ ５Ｖ ３０ｍＶ＊１６９ ＝ ５．０７Ｖ ＞ ５Ｖ 以上により、超音波洗浄機１は超音波洗浄機２より洗浄刺激が強いと断します 高い周波数により微細な刺激（精密洗浄）が実現する ３５kHzの場合、1500000(mm/秒）÷35000(Hz)＝42.857mm・・・１波長 ３５０kHz の場合、1500000(mm/秒）÷350000(Hz)＝4.2857mm・・・１波長 ７００kHz の場合、1500000(mm/秒）÷700000(Hz)＝2.1428mm・・・１波長 １．４ＭHz の場合、1500000(mm/秒）÷1400000(Hz)＝1.0714mm・・・１波長

説明：解析 測定データに対して、 以下の解析（自己相関、バイスペクトル、パワースペクトル）により 超音波の伝搬状態を評価（超音波システム研究所 オリジナル技術）します

注：解析には下記ツールを利用します 注：OML(Open Market License) https://www.ism.ac.jp/ismlib/jpn/ismlib/license.html 注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program) https://jasp.ism.ac.jp/ism/timsac/ 注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境 https://cran.ism.ac.jp/ 参考：バイスペクトル バイスペクトルは 以下のように 周波数 f1、f 2、f1 + f 2 のスペクトルの積で表すことができる。 B( f1 , f 2 ) = X( f1 )Y( f 2 )Z( f1 + f 2 ) 主要周波数が f1 であるとき、 f1 + f1 = f 2、f1 + f 2 = f3 で表される f2、f3 という周波数成分が存在すれば バイスペクトルは値をもつ。 これは主要周波数 f1の 整数倍の周波数成分を持つことと同等であるので、 バイスペクトルを評価することにより、高調波の存在を評価できる。

超音波システム（音圧測定解析、発振制御） 超音波システム研究所は、 超音波の測定解析が容易にできる「超音波テスターＮＡ（推奨タイプ）」と 超音波の発振制御が容易にできる「超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ）」 をセットにしたシステムを製造販売しています。 システム概要（標準システム） ：：超音波テスターＮＡ １０ＭＨｚタイプ ：：発振システム２０ＭＨｚタイプ 価格 ２８０，８００円（税込：消費税１０％） システム概要（推奨システム） ：：超音波テスターＮＡ １００ＭＨｚタイプ ：：発振システム２０ＭＨｚタイプ 価格 ３４０，２００円（税込：消費税１０％） 超音波システム（音圧測定解析、発振制御） http://ultrasonic-labo.com/?p=19422 超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ） http://ultrasonic-labo.com/?p=18817 超音波の音圧測定解析システム（オシロスコープ 100MHz タイプ） http://ultrasonic-labo.com/?p=17972 超音波の音圧測定解析システム「超音波テスターＮＡ」 http://ultrasonic-labo.com/?p=16120 以上