超音波の音圧データ解析・評価 ーー自己相関・バイスペクトルーー

超音波の音圧データ解析・評価 ーー自己相関・バイスペクトルーー 2023．7．14 超音波システム研究所 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） 応答特性 ゆらぎの特性 相互作用による影響 ・・・ 1

統計数理の考え方を参考に 対象物の音響特性・表面弾性波を考慮した オリジナル測定・解析手法を開発することで 振動現象に関する、詳細な各種効果の関係性について 新しい理解を深めています。 その結果、超音波の伝搬状態と対象物の表面について 新しい非線形パラメータ ＜バイスペクトルの変化、自己相関の変化＞ が、 大変有効である事例による実績が増えています。 2

特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・ 良好な確認に基づいた、制御・改善・・・が実現します。 ＜統計的な考え方について＞ 統計数理には、抽象的な性格と具体的な性格の二面があり、 具体的なものとの接触を通じて 抽象的な考えあるいは方法が発展させられていく、 これが統計数理の特質である 科学の中の統計学 赤池 弘次 (編集)より 3

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＜＜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 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/ 5

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 f 2、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。 6

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超音波システム カタログ 20230709 1）超音波テスター（ＮＡ） 超音波機器の音圧管理から 音響特性を確認して 最適な超音波の「管理」・「検討」が可能なセット 内容 超音波洗浄機の音圧測定専用プローブ １本 超音波測定汎用プローブ １本 オシロスコープセット １式 解析ソフト・説明書・各種インストールセット １式（ＵＳＢメモリー） 超音波システム研究所 Ｖｅｒ２ 住所：〒192-0046 東京都 八王子市 明神町２丁目２５－３ ＳＯＨＯプラザ京王 ３０３ ホームページ http://ultrasonic-labo.com/ 13

超音波の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 100MHzタイプ） ＵＳＢオシロスコープ Ｐｉｃｏｓｃｏｐｅ２２０８Ｂ （製造メーカー Pico Technology Limited） ■主な仕様 ・チャンネル数：2ch ・帯域幅：100MHz ・最大サンプリングレート：1GS/s(1ch 使用時) ・バッファメモリ：128 メガサンプル ・入力範囲：±20mV~±20V ・AWG 帯域幅：1MHz ■セット内容 ・製品本体 ・オシロスコーププローブ(60MHz)×2 本 ・USB ケーブル(A-B) ・インストールガイド(英文) 14

振動測定解析システムのカスタム対応 15

＜参考＞ 超音波プローブ（発振型、測定型、共振型、非線形型）の製造技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1566 超音波プローブ http://ultrasonic-labo.com/?p=11267 超音波伝搬現象の分類１ http://ultrasonic-labo.com/?p=10908 超音波伝搬現象の分類２ http://ultrasonic-labo.com/?p=17496 超音波伝搬現象の分類３ http://ultrasonic-labo.com/?p=17540 超音波の最適化技術１ http://ultrasonic-labo.com/?p=15226 超音波の最適化技術２ http://ultrasonic-labo.com/?p=16557 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 超音波洗浄に関する非線形制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1497 超音波システム（音圧測定解析、発振制御） http://ultrasonic-labo.com/?p=19422 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 【本件に関するお問合せ先】 メールアドレス info@ultrasonic-labo.com ホームページ http://ultrasonic-labo.com/ 16