－－超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術－－
この資料は、メガヘルツ超音波の効果に関する具体的事例の紹介です
超音波システム研究所は、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して
超音波利用に関するコンサルティング対応を行っています。
超音波テスターを利用したこれまでの
計測・解析・結果（注）を時系列に整理することで
目的に適した超音波の状態を示す
新しい評価基準（パラメータ）を設定・確認します。
注：非線形特性
（音響流のダイナミック特性
バイスペクトル解析結果）
このカタログについて
| ドキュメント名 | メガヘルツ超音波の効果（超音波洗浄機の改善）No.2 |
|---|---|
| ドキュメント種別 | 製品カタログ |
| ファイルサイズ | 3Mb |
| 取り扱い企業 | 超音波システム研究所 (この企業の取り扱いカタログ一覧) |
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このカタログの内容
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メガヘルツ超音波の効果（超音波洗浄機の改善）No.2
－－超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術－－ ｖｅｒ２．０
２０２３．８．２２ 超音システム研究所 斉木
超音波システム研究所は、
多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して
超音波利用に関するコンサルティング対応を行っています。
超音波テスターを利用したこれまでの
計測・解析・結果（注）を時系列に整理することで
目的に適した超音波の状態を示す
新しい評価基準（パラメータ）を設定・確認します。
注：非線形特性
（音響流のダイナミック特性 バイスペクトル解析結果）
矢印は２００μ秒経過
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超音波発振条件（実験用 量産対応の場合最適化を行います）
超音波 1 ３８kHz １５０Ｗ 出力１００％
タイマー制御 ＯＮ：３０秒 ＯＦＦ：１７秒
＜超音波発振制御プローブの発振＞
超音波２
Ｃｈ１ 矩形波 スイープ発振 １－２１ＭＨｚ
Ｃｈ２ 矩形波 パルス発振 １１．３ＭＨｚ
液循環ポンプ
（脱気ファインバブル発生液循環装置）タイマー制御
ＯＮ：６７秒 ＯＦＦ：１６秒
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メガヘルツ超音波の効果（音圧データの解析結果）
＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＦＦ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：洗浄対象物の表面音圧
自己相関：最大Ｌａｇ ２５０
グラフ上：洗浄液の音圧 グラフ下：洗浄対象物の表面音圧
コメント：単調でなめらかな自己相関の変化
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バイスペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
グラフ上：洗浄液の音圧
コメント：３８ｋHz 超音波による２０MHｚ付近の単調な非線形現象
バイスペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
グラフ下：洗浄対象物の表面音圧
コメント：低周波の共振現象により、
洗浄物には非線形振動の伝搬は非常に小さい状態
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パワースペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
グラフ上：洗浄液の音圧
コメント：洗浄効果が期待できない、ほぼ単調な振動状態
パワースペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
グラフ下：洗浄対象物の表面音圧
コメント：５０MHｚ以上の周波数は、ほとんど伝搬していない状態
洗浄液が洗浄物の表面でなめらかに揺れている状態
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＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＮ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：対象物の表面音圧
自己相関：最大Ｌａｇ ２５０
グラフ上：洗浄液の音圧 グラフ下：対象物の表面音圧
コメント：洗浄液・洗浄物固有の振動モードをベースにした
複雑で、ダイナミックに変化している自己相関
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バイスペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
コメント： ０Ｈｚ～４０ＭＨｚの変化から低周波の共振現象を含めた
非常にダイナミックな変化を実現しているバイスペクトル
４０ＭＨｚ付近の変化から、３倍の１２０ＭＨｚの非線形振動現象が
洗浄物の表面に伝搬している
ナノレベルの洗浄・攪拌・・・が実現する状態
超音波発振条件の最適化を行うことで
３００ＭＨｚの非線形振動現象が
洗浄物の表面に伝搬するように調整可能な状態
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パワースペクトル：最大周波数 １２５ＭＨｚ（グラフ ０．５）
コメント： ０Ｈｚ～１２５ＭＨｚの伝搬周波数成分の変化から
洗浄物へ、非常にダイナミックな超音波刺激が実現している状態
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洗浄液と洗浄物の相互作用
＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＦＦ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：対象物の表面音圧
＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＮ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：対象物の表面音圧
コメント：超音波２の効果
洗浄物の表面振動に対して、
洗浄液の影響が大きくなっている
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洗浄液と洗浄物の応答特性
＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＦＦ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：対象物の表面音圧
コメント
洗浄液の振動に対して、洗浄物の応答が大きく変化している
洗浄物の振動の単調性が検出出来る
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＜ポンプ運転 超音波１ ＯＮ，超音波２ ＯＮ＞
音圧測定 電圧～時間（0-200μ秒） パワー～周波数（0-125ＭＨｚ）
グラフ青：洗浄液の音圧 グラフ赤：対象物の表面音圧
コメント
安定しているが、微細で複雑な応答特性である
洗浄効果につながる応答特性である
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＜超音波の音圧測定・解析システム＞
超音波プローブ
測定範囲 ０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ
発振範囲 ０．１ｋＨｚ～２５ＭＨｚ（伝搬周波数範囲 １ｋＨｚ～３００ＭＨｚ）
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＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞
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
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
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。
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/
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超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=16309
超音波プローブの発振制御による振動評価技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=15285
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
統計的な考え方を利用した超音波
http://ultrasonic-labo.com/?p=12202
超音波の非線形現象を評価する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=13919
超音波の非線形振動
http://ultrasonic-labo.com/?p=13908
超音波＜測定・解析＞システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1000
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参考事例
Page17
以上