－－非線形振動現象の解析評価－－
超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。
測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。
複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
その変化・・・・を、評価・応用しています
目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています
このカタログについて
| ドキュメント名 | 超音波の音圧測定解析事例 No.３ |
|---|---|
| ドキュメント種別 | 製品カタログ |
| ファイルサイズ | 4Mb |
| 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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超音波の音圧測定解析事例 No.３
――超音波の非線形現象を解析・評価――
２０２３．６．１１ 超音波システム研究所
超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。
測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。
複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
その変化・・・・を、評価・応用しています
目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています
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音圧測定解析事例
装置概要（溶接部品：ナノレベルの超音波脱脂洗浄装置）
超音波１：２８ｋHz ３００W 出力２０％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波２：３８ｋHz １５０W 出力１００％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波３：超音波発振制御システム ｃｈ１：スイープ発振 ｃｈ２：パルス発振
液循環：脱気ファインバブル発生液循環装置 ＯＮＯＦＦタイマー制御
解析結果
バイスペクトル：解析最大周波数 １２５ＭＨｚ 解析結果のグラフ ０．５＝１２５ＭＨｚ
自己相関 最大ＬＡＧ ２５０ 解析結果のグラフ：横軸最大値
超音波のダイナミック制御を実現
低周波～高周波、高い音圧レベル～低い音圧レベルまで
複雑な超音波刺激を実現（目的に応じた制御設定が可能な状態）
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超音波３：３８ｋHz １５０W 出力１００％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波４：７２ｋHz ３００W 出力４０％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
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装置概要（めっきライン装置）
超音波１：４０ｋHz ３００W ３台 ３８ｋHz １５０W １台 ＯＮＯＦＦ制御
超音波２：メガヘルツの超音波プローブ（１．７MHｚ １５W） ８台 ＯＮＯＦＦ制御
超音波３：超音波発振制御システム ３セット
ｃｈ１：スイープ発振 プローブ６本 ｃｈ２：パルス発振 プローブ３本
液循環：脱気ファインバブル発生液循環装置 ８台 ＯＮＯＦＦタイマー制御
解析結果
バイスペクトル：解析最大周波数 １２５ＭＨｚ 解析結果のグラフ ０．５＝１２５ＭＨｚ
自己相関 最大ＬＡＧ ２５０ 解析結果のグラフ：横軸最大値
超音波のダイナミック制御を実現
低周波～高周波まで、高い音圧レベル～低い音圧レベルまで
複雑な超音波刺激を実現（目的に応じた制御設定が可能な状態）
超音波のダイナミック制御を実現
低周波～高周波、高い音圧レベル～低い音圧レベルまで
複雑な超音波刺激を実現（目的に応じた制御設定が可能な状態）
ポイント：各水槽間の相互作用による複雑な振動現象が、非線形効果をより有効にしている
５年間の経年変化として、３～５前後の水槽に対して、超音波の伝搬が実現している
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装置概要（めっきライン装置）
超音波のダイナミック制御を実現
ポイント：塩ビ製の水槽は、５年間の経年変化として、高周波の伝搬効率が非常に高くなる
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制御の状態
単調な自己相関の変化（水槽の強度不足が推測される結果）
水槽や振動子による低周波振動が大きい状態
改善方法：１）水槽・振動子の設置方法
２）液循環設定を変更する（振動子下部の流れを調整）
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制御の状態（同じ装置で、40kHzの超音波を連続発振している状態）
メガヘルツの超音波発振制御が行なわれない影響で、
大きな低周波振動により揺れている状態
（超音波刺激による各種効果がほとんど無い状態）
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装置概要（食品対応：ナノレベルの超音波乳化分散装置）
超音波１：４０ｋHz ６００W ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波２：超音波発振制御システム ｃｈ１：スイープ発振 ｃｈ２：パルス発振
液循環：脱気ファインバブル発生液循環装置 ＯＮＯＦＦタイマー制御
容器の回転装置： ＯＮＯＦＦタイマー制御 （回転速度の設定）
解析結果
バイスペクトル：解析最大周波数 １２５ＭＨｚ 解析結果のグラフ ０．５＝１２５ＭＨｚ
自己相関 最大ＬＡＧ ２５０ 解析結果のグラフ：横軸最大値
超音波のダイナミック制御を実現
乳化分散状況に対応した、幅広い超音波刺激が実現
（容器の回転条件により、目的に応じた非線形現象の制御が可能な状態）
ポイント：ＯＮＯＦＦ制御における、ＯＦＦ時間の設定が、
非線形制御のノウハウとなります
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超音波のダイナミック制御を実現（容器内の食品粉末をナノレベルに分散）
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装置概要（めっき部品の脱脂洗浄装置）
超音波１：２８ｋHz ６００W 出力２０％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波２：３５ｋHz ６００W 出力３０％ ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波３：メガヘルツの超音波プローブ（１．７MHｚ １５W） ２台 ＯＮＯＦＦ制御
液循環：脱気ファインバブル発生液循環装置 ２台 ＯＮＯＦＦタイマー制御
超音波のダイナミック制御を実現（メガヘルツの効果）
洗浄物の重なりの部分に対する洗浄レベルが向上
酸化スケールの洗浄を実現
表面の均一性の向上によりめっき品質の向上
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超音波のダイナミック制御を実現（ナノレベルの精密洗浄）
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超音波のダイナミック制御を実現（超音波洗浄機）
特徴１：超音波専用水槽の設計・製造
特徴２：超音波振動子の設置
特徴３：超音波とファインバブルによる、水槽と振動子の表面改質処理
特徴４：メガヘルツ超音波との組み合わせによる、非線形現象の最適化制御
注：超音波出力を高くしても高い周波数の伝搬状態は実現しません
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その他
解析ツール：TIMSAC for R package 統計数理研究所
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/
バイスペクトルの解析関数 bispec() : バイスペクトルの計算
自己相関の解析関数 autcor() : 直接法による自己共分散関数の計算
インパルス応答（応答特性の解析）
mulmar
Multivariate Case of Minimum AIC Method of AR Model Fitting
パワー寄与率（相互作用の解析）
mulnos
Relative Power Contribution
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メガヘルツ超音波の効果１
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/adfb30ef89e6f5a76e9a04e70a0ca395.pdf
メガヘルツ超音波の効果２
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/513b007f36fc8fb58a2b9c1f558d289c.pdf
表面残留応力の緩和処理技術０
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/03bb44a2f578d71fd8d08cdc0a55a3a7.pdf
表面残留応力の緩和処理技術１
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/9331da789c89d57b60089985daf25223.pdf
表面残留応力の緩和処理技術２
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/21dec0bb4d122601d2edf8428a70f36d.pdf
表面残留応力の緩和処理技術３
http://ultrasonic-labo.com/wp-
content/uploads/58ef187250e6b810f299dc1bf7bb0bc6.pdf 以上