低周波の共振現象と、高周波の非線形現象を制御可能な超音波プローブの発振制御方法

共振現象と、非線形現象が制御可能な超音波プローブ －音圧測定解析に基づいた、超音波の発振制御技術－ 2024．3.18 超音波システム研究所 ＜＜０．１Ｈｚ～９００ＭＨｚの超音波伝搬制御＞＞ 超音波システム研究所は、 各種装置・システムの振動状態について 測定解析に基づいた、 超音波プローブの発振制御方法を開発しました。 具体的には、 ０．１Ｈｚ～９００ＭＨｚの超音波伝搬状態を 目的（洗浄、加工、攪拌、溶接、めっき・・）に合せて、 ダイナミック制御する （低周波の共振現象と、高周波の非線形現象を最適化する） 超音波プローブと発振制御方法に関する技術となります。 各種対象（装置、水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について 基本的な音響特性（応答特性、相互作用・・）を解析確認することで、 目的の超音波伝搬状態を実現する、発振制御条件の最適化が可能になります。

原則としては、 超音波プローブの音響特徴を利用した 発振波形・出力・スイープ発振条件により 共振現象と高調波の発生現象（非線形現象）を最適化します。 洗浄・攪拌・反応システムでは、 複数の超音波プローブと、揺動装置・液循環装置・・との最適化制御により 幅広い超音波刺激を効率的に利用することが、可能になります。 ポイントは、０．１Ｈｚ～９００ＭＨｚの範囲で、 音圧測定解析に基づいた音響特性の確認です。

参考手順 1：装置・システムの振動測定解析 2：装置・システムの振動状態を評価 3：装置・システムの振動状態評価に基づいた 超音波発振制御プローブの選択（あるいは専用プローブの開発） 4：超音波発振制御プローブの選択と 経験に基づいた発振制御条件の基本設定 5：装置・システムに超音波発振制御プローブを追加して 発振状態での振動測定解析評価 6：超音波発振制御プローブと 装置・システムと、超音波発振制御プローブの発振条件について 微調整により最適化を確認 ポイントは、装置・システムの振動測定です 大型装置の場合、1～100Hzあるいは、0．01～１Hzの 低周波振動モードが発生している場合があります この様な低周波を考慮した、超音波の発振条件が重要です 特に、スイープ発振条件による、低周波の共振現象は 高い周波数の超音波を大きく減衰させます 発振条件について、非線形現象を考慮した論理モデルに基づいた 微調整（例 出力を 0.2Ｖ下げることで、音圧レベルを高くする あるいは 伝搬周波数範囲を変更する・・・）により、 目的に最適な超音波伝搬状態を実現出来ます

超音波の伝搬特性 １）振動モードの検出（自己相関の変化） ２）非線形現象の検出（バイスペクトルの変化） ３）応答特性の検出（インパルス応答の解析） ４）相互作用の検出（パワー寄与率の解析） 注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境 autcor：自己相関の解析関数 bispec：バイスペクトルの解析関数 mulmar：インパルス応答の解析関数 mulnos：パワー寄与率の解析関数

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