超音波プローブによるスイープ発振制御技術

超音波プローブによるスイープ発振制御技術 （オリジナル超音波システムの開発技術） ２０２３．９．１ 超音波システム研究所 超音波システム研究所は、 超音波プローブによる スイープ発振による超音波の伝搬制御技術を開発しました。 超音波発振制御プローブの伝搬特性により、 利用目的と相互作用に合わせた、 各超音波プローブの音響特性に合わせて、スイープ発振の条件設定を行います。 対象物や装置・水槽、治工具・・の振動モードを考慮することで、 システムの振動系に合わせた、スイープ発振条件により、 低周波の共振現象を制御することが、可能になります。 ２０Ｗ程度の出力でも ３０００－５０００リットルの水槽内に、目的に合わせた 音圧・周波数の超音波振動・刺激を伝搬制御することが可能になります。

＜＜具体例＞＞ ダイナミックな変化として、低周波の共振現象と同時に、 超音波プローブの１～１０ＭＭＨｚのスイープ発振条件により、 １０次、３０次、１００次・・・高調波の発生を実現が、 精密洗浄やナノレベルの分散・・に応用出来ます。

ポイントは、音圧データの測定・解析に基づいた システムのダイナミックな振動特性を解析・評価することです。 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（注）しました。 同時に、超音波プローブの製造技術も発展させることが出来ました。 注： 非線形特性（バイスペクトル・自己相関の変化） 応答特性（インパルス応答特性） ゆらぎの特性（システムの系による固有の振動モード） 相互作用による影響（パワー寄与率） 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 新しい技術として開発しました。

詳細な、スイープ発振・・・の設定条件は 超音波プローブや発振機器の特性も影響するため 実験確認に基づいて決定します。 特に、ファンクションジェネレーターは、高周波の連続発振に関して、 メーカー固有の特性があるため、測定解析確認が重要です。

これまでの実績をベースに、 超音波の伝搬状態と対象物に伝搬する超音波について 新しい非線形パラメータが大変有効である事例が増えています。 １）振動モードの検出（自己相関の変化）autcor：自己相関の解析関数 ２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化）bispec：バイスペクトルの解析関数 ３）応答特性の検出（インパルス応答特性の解析）mulmar：インパルス応答の解析関数 ４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析）mulnos：パワー寄与率の解析関数

複数の超音波発振・液循環・・・各種制御の組み合わせは、 以下の項目を目的に合わせて最適化します。 １）共振現象と非線形現象：最大伝搬周波数の設定 ２）相互作用と各種機器・部材・・の音響特性 ３）音と超音波と表面弾性波 ４）低周波と高周波（高調波と低調波）：超音波出力と強度バランス ５）発振波形と出力：波形精度に合わせた出力の最適化 ６）発振制御と共振現象（オリジナル非線形共振現象（注１）） ７）装置固有の振動モードとスイープ発振条件：スイープ時間 ８）スイープ発振とパルス発振の組み合わせ：共振現象の調整 ９）環境による振動モード （床面、自動車、電車、・・による振動現象） ・・・ 上記について 音圧測定データに基づいた 統計数理モデル（スペクトルシーケンス （注２））により 表面弾性波の新しい評価方法で最適化します。 （注１）オリジナル非線形共振現象 オリジナル発振制御により発生する高次の高調波を ダイナミックな時間経過の変化で発生する共振現象により 高い振幅で高い周波数を実現させたことで起こる 超音波振動の共振現象 （注２）超音波の変化を、抽象代数の圏論やコホモロジーの スペクトルシーケンスに適応させるといった オリジナル方法を利用した表現（統計数理モデル）

例１ １）１．０ＭＨｚ～１５ＭＨｚのスイープ発振制御１ ２）０．６ＭＨｚ～ ５ＭＨｚのスイープ発振制御２ ３）４２ｋＨｚ ２６Ｗ（超音波洗浄器） 例２ １）３ＭＨｚ～２０ＭＨｚのスイープ発振制御１ ２）６０ｋＨｚ～３ＭＨｚのスイープ発振制御２ ３）４２ｋＨｚ ３５Ｗ（超音波洗浄器）

例３ １）８００ｋＨｚ～２２ＭＨｚのスイープ発振制御１ ２）１００ｋＨｚ～１１ＭＨｚのスイープ発振制御２ ３）４２ｋＨｚ ３５Ｗ（超音波洗浄器） 例４ １）３ＭＨｚ～２０ＭＨｚのスイープ発振制御１ ２）６０ｋＨｚ～３ＭＨｚのスイープ発振制御２

例５ １）１ＭＨｚ～１２ＭＨｚのスイープ発振制御１ ２）８０ｋＨｚ～７ＭＨｚのスイープ発振制御２ 標準設定 ３ＭＨｚ～２０ＭＨｚのスイープ発振制御 注：超音波洗浄器の水槽表面に関して、 超音波発振制御プローブと 脱気ファインバブル発生液循環装置により 表面残留応力緩和・均一化処理を行っています。 均一化の効果として、 ２００ＭＨｚ以上の高調波による超音波制御が実現しています。

＜＜超音波システム＞＞ 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

超音波の音圧測定・解析システムと超音波発振制御システム http://ultrasonic-labo.com/?p=1546 超音波発振システム（１ＭＨｚ、２０ＭＨｚ） http://ultrasonic-labo.com/?p=18817 超音波システム（音圧測定解析、発振制御） http://ultrasonic-labo.com/?p=19422 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 超音波の非線形現象を評価する技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=13919 二種類の超音波プローブを発振制御する技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14350 ２台のファンクションジェネレーターの利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=2295

超音波発振制御システム2023（25MHz 2ch 200MSa/s） http://ultrasonic-labo.com/?p=1972 超音波技術資料「イプロス 2023/02」 http://ultrasonic-labo.com/?p=1905 超音波技術資料「イプロス 2023/08」 http://ultrasonic-labo.com/?p=17379 超音波技術資料（アペルザカタログ） http://ultrasonic-labo.com/?p=8496 【本件に関するお問合せ先】超音波システム研究所 メールアドレス info@ultrasonic-labo.com 以上