２種類の超音波プローブを発振制御する技術

２種類の超音波プローブを発振制御する技術 ――オリジナル超音波プローブによる非線形発振制御技術―― 2025.2.10 超音波システム研究所 超音波システム研究所は、 ２種類の異なる超音波特性のプローブを発振制御することで発生する 相互作用を利用して 超音波の非線形現象（注）をコントロールする技術を開発しました。 注：非線形（共振）現象 オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を 共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる超音波振動の共振現象 各種部材の超音波伝搬特性を目的に合わせて最適化することで 効率の高い超音波発振制御が可能になります。 超音波テスターの音圧データの測定解析により 表面弾性波のダイナミックな変化を、 利用目的に合わせて、コントロールするシステム技術です。

実用的には、 複数（２種類）の超音波プローブによる 複数（２種類）の発振（スイープ発振、パルス発振）が 複雑な振動現象（オリジナル非線形共振現象）を発生させることで 高い音圧で高い周波数の伝搬状態、あるいは、 目的の固有振動数に合わせた 低い周波数の高い音圧レベルの伝搬状態を実現します。 特に、水槽やポンプ・・振動特性とメガヘルツ超音波の最適化により、 効率の高い超音波制御 （３０Ｗ出力で、３０００リットルの洗浄液に伝搬）を実現します。 ナノレベルの応用では、 １メガヘルツの超音波発振で、 １００メガヘルツ以上の周波数変化を含めた 効率の高い超音波刺激によるナノレベルの操作が実現しています。 この技術は、音圧（非線形現象）測定・解析に基づいて、 表面弾性波と超音波伝搬用具の音響特性・相互作用を利用した、 超音波のダイナミック制御システム技術です。

ポイントは、超音波伝搬状態に関する測定・解析・評価技術です 測定・解析・評価に基づいた、超音波の発振制御を行うことで 利用目的に合わせた超音波の伝搬状態を最適化（実現）します ＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞ 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。

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：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/ 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 興味のある方は、メールでお問い合わせください

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