超音波の音圧測定解析操作（簡易版）Ver4

（オシロスコープ100MHzタイプを例にした） 操作手順書（簡易版） 音圧測定解析システム「超音波テスターＮＡ」 ＜オシロスコープ＞ ＵＳＢオシロスコープ Ｐｉｃｏｓｃｏｐｅ２２０７Ａ 分解能 ８ｂｉｔ チャンネル数 ２ｃｈ ・帯域幅(-3dB)：100MHz （100MHzタイプ） ・最大サンプリングレート：1G ・バッファメモリ：40k サンプル ＵＳＢオシロスコープ Ｐｉｃｏｓｃｏｐｅ２２０４Ａ 分解能 ８ｂｉｔ チャンネル数 ２ｃｈ ・帯域幅(-3dB)：10MHz（超音波テスター標準タイプ） ・バッファメモリ：8kサンプル 説明書は、必要な時に再読して下さい。 超音波システム研究所 Ver 4.0 1

1：接続 2：オシロスコープを立ち上げる 2

3：設定 3

4：測定 4

https://youtu.be/0cQa9RcWQnc https://youtu.be/EyJY5tHPq1s ファイル＞全波形の保存 PicoScope data file (.psdata) ファイル＞全波形に名前をつけて保存（解析用） Microsoft Excel CSV ファイル (.csv) 保存データは、最大３２画面のデータを含みます Excel CSV ファイルは、ホルダーに最大３２個作成されます 5

参照 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 6

5：解析 ダブルクリックして立ち上げる timsac_1.2.1.zip を読み込む https://youtu.be/2RcXz_xtNu4 7

解析用テキストファイル（解析用テキストｃｈＡ．ｔｘｔ）を開く https://youtu.be/uo2PCRF2xIo https://youtu.be/GR7NLxUfU4A 8

解析用テキストｃｈＡ（テキスト ドキュメント (.txt)） ファイル名「D:/us-data/data2/data2」の場合 data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_01.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2_01.png") plot(data11$V2, main="音圧測定データ ｃｈＡ") dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_01.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2sp0001_01.png") a <- spectrum(data11$V2,method="ar") plot(a, sub="パワースペクトル") dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_01.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2bi0001_01.png") bispec(data11$V2) dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_01.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2au0001_01.png") autcor(data11$V2) dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_02.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2_02.png") plot(data11$V2, main="音圧測定データ ｃｈＡ") dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_02.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2sp0001_02.png") a <- spectrum(data11$V2,method="ar") plot(a, sub="パワースペクトル") dev.off()0:49 2010/01/01 data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_02.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2bi0001_02.png") bispec(data11$V2) dev.off() data11 <- read.table("D:/us-data/data2/data2_02.csv", skip=6, sep=",", nrows=6000) png(file="D:/us-data/data2/data2au0001_02.png") autcor(data11$V2) dev.off() ・・・ 9

結果 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 https://youtu.be/q0C58L-yiWg https://youtu.be/1hLsBHtq0tg 10

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。 11

理論的背景 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) 12

＜＜超音波の音圧データ解析・評価＞＞ １）時系列データに関して、 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析により 測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について 解析評価します ２）超音波発振による、発振部が発振による影響を インパルス応答特性・自己相関の解析により 対象物の表面状態・・に関して 超音波振動現象の応答特性として解析評価します 13

３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を パワー寄与率の解析により評価します ４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して 超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬） あるいは対象液に伝搬する超音波の 非線形（バイスペクトル解析結果）現象により 超音波のダイナミック特性を解析評価します 14

この解析方法は、 複雑な超音波振動のダイナミック特性を 時系列データの解析手法により、 超音波の測定データに適応させる これまでの経験と実績に基づいて実現しています。 15

統計的な考え方を利用した超音波 http://ultrasonic-labo.com/?p=12202 超音波技術：多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析 http://ultrasonic-labo.com/?p=15785 音圧測定解析に基づいた、超音波システムの開発技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=15767 16

＜＜＜ 論理モデル ＞＞＞ 通信の数学的理論 http://ultrasonic-labo.com/?p=1350 音色と超音波 http://ultrasonic-labo.com/?p=1082 モノイドの圏 http://ultrasonic-labo.com/?p=1311 物の動きを読む＜統計的な考え方＞ http://ultrasonic-labo.com/?p=1074 超音波の洗浄・攪拌・加工に関する「論理モデル」 http://ultrasonic-labo.com/?p=3963 17

＜＜＜ ダイナミック制御 ＞＞＞ ＜超音波のダイナミック制御技術＞ http://ultrasonic-labo.com/?p=2301 超音波のダイナミック制御技術を開発 http://ultrasonic-labo.com/?p=2015 オリジナル技術（液循環） http://ultrasonic-labo.com/?p=7658 ＜超音波のダイナミックシステム：液循環制御技術＞ http://ultrasonic-labo.com/?p=7425 18

＜＜超音波システム＞＞ 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 超音波システム（音圧測定解析、発振制御 10MHz タイプ） http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/a11b84107286cec4d7eb0b5e498d2636.pdf 超音波システム（音圧測定解析、発振制御 100MHz タイプ） http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/1b3c6538707aa2b25f8a161324b9421d.pdf オリジナル超音波システムの開発技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1546 表面弾性波の利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=7665 精密測定プローブ http://ultrasonic-labo.com/?p=11267 超音波の音圧測定解析データを公開 http://ultrasonic-labo.com/?p=2387 19

サンプルの使用方法 1：ホルダー「20230315」を C ドライブにコピーする 2：R を立ち上げ、timsac を読み込む 3：20230315 内のテキストファイルを開いて、コピーする 4：R にペーストする 解析（autcor を画面にグラフで表示）-Ach.txt 解析（byspec を画面にグラフで表示）-Ach.txt 20