オリジナル超音波プローブによる表面弾性波の非線形制御技術

オリジナル超音波プローブによる 表面弾性波の非線形制御技術 ――超音波の音圧データ解析から、新しい超音波利用を導く―― ２０２４．１０．１ 超音システム研究所 斉木 超音波システム研究所は、 オリジナル超音波発振制御プローブの伝搬特性を利用して、 対象物に伝搬する超音波振動の共振現象を制御する技術を開発しました。 その結果、表面弾性波について、 １０次以上の高調波を、 目的に合わせてコントロールすることが可能になりました。 この効果は、洗浄レベル・攪拌レベル・加工レベル・・・に最適な 超音波利用を実現します。

超音波テスターを利用した 音圧計測データを解析することで 解析結果を超音波モデルに基づいて評価します。 上記評価に合わせた 目的に適した超音波の最適な、発振・制御設定が実現します。 注： 非線形特性（バイスペクトルのダイナミック特性） 応答特性（発振に対する応答性） ゆらぎの特性（振動系の揺らぎ成分の解析結果） 相互作用による影響（パワー寄与率の解析結果） 統計数理の考え方を参考に 対象物・超音波素子の音響特性・表面弾性波を考慮した オリジナル測定・解析手法とオリジナル超音波発振プローブにより、 振動現象に関する、利用目的に合わせた、 超音波の最適な発振制御方法を開発・提案しています。 超音波の搬状態と対象物の表面について 各種非線形パラメータが大変有効である事例による 実績が増えています。

＜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

＜＜超音波の音圧測定によるデータ解析・評価＞＞ １）時系列の音圧データに関して、 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 音圧データの統計的な性質（超音波の安定性・変動・変化・）について 解析結果を基準データと比較・評価します ２）超音波発振による、発振部の発振による影響を 音圧データのインパルス応答・自己相関の解析結果として、 対象物を伝搬する表面弾性波の振動特性を評価します ３）超音波発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を パワー寄与率の解析結果により評価します 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音圧データのバイスペクトル解析結果を、 超音波の非線形現象のダイナミックな変化として解析評価します 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 時系列データの各種解析手法により、超音波の音圧データに適応させる これまでの経験と実績に基づいた、オリジナル技術です。 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/ 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。

ポイント（ノウハウ） 超音波測定部材の表面残留応力の緩和・均一化処理 圧電素子への取り付け（接触）部材・状態により伝搬特性を調整する

ポイント：表面残留応力の緩和・均一化処理

推奨設定例１ ｃｈ１ 矩形波 ４７．１％(duty) ８．０ＭＨｚ 出力 １３．４Ｖ ｃｈ２ 矩形波 ４３．７％ (duty) １１．０ＭＨｚ 出力 １３．７Ｖ スイープ発振条件 矩形波 ３．５ＭＨｚ ～ １５ＭＨｚ、 ２秒

推奨設定例２ ｃｈ１ 矩形波 ４６．９％(duty) １４．７ＭＨｚ 出力 １２．１Ｖ ｃｈ２ 矩形波 ３７．３％ (duty) １５．９ＭＨｚ 出力 １２．７Ｖ ONOFF 発振条件 矩形波 OFF：０．５ＭＨｚ ＯＮ：１８ＭＨｚ、１７μ秒 スイープ発振条件 矩形波 １．２ＭＨｚ ～ ２０．３ＭＨｚ、 ３秒

超音波洗浄のメカニズムと効果的な活用法 http://ultrasonic-labo.com/?p=18171 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=1484 超音波を利用した「振動計測技術」 http://ultrasonic-labo.com/?p=16046 超音波（キャビテーション・音響流）の分類 http://ultrasonic-labo.com/?p=17231 超音波システム（音圧測定解析、発振制御）の利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=16477 超音波洗浄について http://ultrasonic-labo.com/?p=15233 超音波洗浄効果について-no2 http://ultrasonic-labo.com/?p=2878

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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=1484 シャノンのジャグリング定理を応用した「メガヘルツの超音波制御」方法 http://ultrasonic-labo.com/?p=1996

応用事例 以上