超音波プローブの製造技術

超音波プローブの製造技術 ――超音波伝搬特性を測定・解析・評価する技術―― 注：伝搬特性（非線形特性、応答特性、ゆらぎの特性、相互作用） ２０２６．１０．４ 超音波システム研究所 超音波システム研究所は、 ＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞に基づいた、 ５００Ｈｚから２００ＭＨｚの音圧測定技術により ５００Ｈｚから９００ＭＨｚの超音波伝搬状態を制御可能にする 超音波プローブの製造・評価技術を開発しました。 目的に合わせた、 オリジナル超音波発振制御プローブの製造開発が可能です。 この技術を、コンサルティング提供しています 興味のある方はメールでお問い合わせください

現状では、以下の範囲について対応可能となっています。 超音波プローブ：概略仕様 測定範囲 ０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ 発振範囲 １．０ｋＨｚ～２５ＭＨｚ 伝搬範囲 ０．５ｋＨｚ～９００ＭＨｚ以上（解析確認） 材質 ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・ 発振機器 例 ファンクションジェネレータ 計測機器 例 オシロスコープ 各種対象（水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について 基本的な超音波の音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、 利用目的に合わせた、超音波伝搬状態を、発振条件により実現します。 超音波プローブの伝搬特性 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（インパルス応答特性の解析） ４）相互作用の検出（発振電圧と受信電圧の相互作用：パワー寄与率を解析）

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 ＜参考動画＞ https://youtu.be/Jfq0majoCG8?si=ewKsHENmEotPPtxK https://youtu.be/iGklR_5xZOU?si=xtALEhUK4mfug8qn https://youtu.be/JGOHGKaXD7k?si=fQYxQVNFAfJ4_02q

https://youtu.be/KCubd7HLOSo?si=lbqBhfXCPrttQOor https://youtu.be/eSHxTWB6JUQ?si=OhK_hd1rR7PMCNQK https://youtu.be/j9QWabDk8s0?si=m8cmgWdcjWIvRmoE https://youtu.be/IsiPkMA2qT8?si=iO9RJVBu84f5kaPV https://youtu.be/JbKYCQVnY88?si=_HGx5urhT5tJN8V9 https://youtu.be/JrJRqGupOcQ?si=rtTC0A_xUYAqwajV

https://youtu.be/TjEJQZYs5Zg?si=_cMNMBX15Ic7V1ok https://youtu.be/7t73t9sORtg?si=q86ljRLIqleIffV- https://youtu.be/pcP0M_E-nBs?si=6k9yEaEZfUO9Q-2J https://youtu.be/ybzgaQmUfUg?si=wCY1AhHmxqBOkhBz https://youtu.be/D08A1dTEF2U?si=gFLgiFJsegfiZ4my https://youtu.be/0X0d5eRLjmY?si=o16_kiYS3mXUNMbt

＜超音波伝搬特性（音響特性）の分類＞ 1：線形型 2：非線形型 3：ミックス型 4：ダイナミック変動型 （ 4－1：線形変動型 4－2：非線形変動型 4－3：ミックス変動型 ） この分類を、超音波利用目的に合わせて 発振制御条件（スイープ発振条件）として設定します。 環境・条件・・により 複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが 相互作用に対する測定確認が不十分だと ダイナミックな非線形現象は発生しません。 分類の詳細 １：線形型（キャビテーション主体型） 超音波の発振周波数に対して 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 低調波（発振周波数の１／４、あるいは１／２） から高調波（発振周波数の１倍、・・３倍）の範囲で、若干の変化がある状態 注：低調波（発振周波数の１／８）以下の場合 低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し 安定した状態が実現しない傾向になります ２：非線形型（音響流主体型） 超音波の発振周波数に対して 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 高調波（発振周波数１０倍以上）の範囲で、若干の変化がある状態 注：高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の 表面状態の工夫（特願２０２０－３１０１７ 超音波制御）により 発振周波数の１００倍を実現することも可能です ３：ミックス型（キャビテーションと音響流の組み合わせ型） 超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により 発振周波数に対して 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 低調波（発振周波数の１／８，１／４、あるいは１／２） から高調波（発振周波数の１倍、・・１０倍）の範囲で、 自然に発生する、大きな変化がある状態

コメント 上記の１，２，３は、基本的な伝搬状態ですが、振動現象が、安定して長時間一定の 範囲で同様な現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です 上記の１，２，３は、一定の発振状態を継続すると、周波数の低下や超音波の減衰現 象が発生し、超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です

４：変動型（各種制御による変化を利用するタイプ） ４－１：線形変動型 複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 低調波から高調波を、 目的の範囲（発振周波数の１／８～１０倍程度）で、制御可能にした状態 ４－２：非線形変動型 複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 低調波から高調波を、 目的の範囲（発振周波数の１／２～５０倍程度）で制御可能にした状態 ４－３：ミックス変動型（ダイナミック変動型） 複数の超音波発振部材や発振制御・・の 音響特性や相互作用の確認に基づいて 伝搬状態の主要（最大エネルギー）周波数が 低調波から高調波を、 目的の範囲（発振周波数の１／１６～１００倍程度）で制御可能にした状態 分類としては上記の通りですが、 実用的には、ミックス変動型（ダイナミック変動型）として 低調波から高調波を最適化する事が、超音波制御になります

＜参考＞ 超音波テスターＮＤ２０２６（音圧測定装置） http://ultrasonic-labo.com/?p=3755 超音波を利用した「振動計測技術」を開発 http://ultrasonic-labo.com/?p=1502 低周波の共振現象と、高周波の非線形現象をコントロールする技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=2843 超音波伝搬実験（表面弾性波の相互作用） http://ultrasonic-labo.com/?p=17799 スイープ発振とパルス発振の組み合わせによる非線形発振制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1263 超音波プローブによる、ダイナミック制御システム http://ultrasonic-labo.com/?p=1602 超音波の音圧データ解析：自己相関・バイスペクトル http://ultrasonic-labo.com/?p=1703 超音波の音圧測定解析に基づいた、超音波伝搬現象の分類 http://ultrasonic-labo.com/?p=10013

メガヘルツ超音波発振制御プローブの製造技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=15357 超音波機器の最適化技術（低周波の振動モードの最適化） http://ultrasonic-labo.com/?p=18172 対象物の表面を伝搬する超音波技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=15402 超音波伝搬現象の分類に基づいた、超音波プローブの製造技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14210 超音波プローブによる表面改質技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=20877

以上