音圧測定・解析に基づいた、超音波のコントロール技術を開発

音圧測定・解析に基づいた、超音波のコントロール技術 －－－超音波データの統計数理（R言語・環境による解析）－－－ 2024.3.17 超音波システム研究所 超音波システム研究所は、 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、 超音波伝搬状態の「測定・解析・制御・評価技術」を開発しました。 超音波テスターと超音波発振制御プローブを利用したこれまでの 計測・解析結果（注）を、洗浄・攪拌・検査・・加工・・の効果として 整理することで、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）を開発しました。 注： 非線形特性 応答特性 ゆらぎの特性 相互作用による影響 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、 新しい理解を深めています。

その結果、超音波の伝搬状態と対象物の表面について 非線形パラメータ（注）が大変有効である事例を確認しています。 注： バイスペクトルの変化 自己相関の変化 特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・ 解析結果に基づいた、制御・改善・・・が実現しています。

＜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 科学の中の統計学 赤池 弘次 (編集)より ＜参考＞ 以下の書籍添付のプログラムを参考にして開発・作成した オリジナルソフト（解析システム）を オープンソースの統計解析システム 「 Ｒ 」 で、実行・解析しています

生体のゆらぎとリズム コンピュータ解析入門：和田孝雄/著：講談社 赤池モデルを臨床にいかす画期的な解説書。 １／ｆゆらぎ解析に必須かつ難解な赤池モデルと、 臨床への応用を懇切丁寧に解説。 生体のダイナミクスに関心をもち臨床デ－タ解析に携わる医学者・工学者待望の書 内容（「MARC」データベースより） 〈CD-ROM付き〉生体のゆらぎとリズムの時系列解析への入門。 第一線の研究者である著者が、 経験した者だけが知る様々な困難点について、 他に類例のないユニークな視点から細部の議論を展開する。 インパルス応答 （時間領域での伝達特性：ラプラス変換するとＳ領域での伝達特性） 周波数伝達関数 （周波数領域での伝達特性） 超音波の音圧測定解析 超音波システム研究所は、 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、 「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して 利用目的に合わせた、超音波プローブの特性を確認評価しています。

＜＜超音波の音圧データ解析・評価＞＞ 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。 注：解析には下記ツールを利用します 注：OML(Open Market License) 注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program) 注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境 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（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

参考 https://youtu.be/beEY713KwN0 音圧測定・解析に基づいた、超音波のコントロール技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=15028 ＜＜超音波システム＞＞ 超音波の音圧測定解析システム（オシロスコープ 200MHz タイプ） http://ultrasonic-labo.com/?p=17972 超音波の音圧測定解析システム「超音波テスターＮＡ」 http://ultrasonic-labo.com/?p=16120 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 超音波の非線形現象を評価する技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=13919

＜＜超音波技術＞＞ 超音波の音圧測定・解析・発振制御システム http://ultrasonic-labo.com/?p=1546 超音波発振システム（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 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の利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=2295 ファインバブルと超音波による、表面処理技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18109 超音波装置（設計・製造・・）のコンサルティング対応 http://ultrasonic-labo.com/?p=7378

超音波とファインバブルを利用した「めっき処理」技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=18093 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

参考書籍 １：統計数理 １）叩いて超音波で見る―非線形効果を利用した計測 佐藤 拓宋 (著) 出版社: コロナ社 (1995/06) ２）電気系の確率と統計 佐藤 拓宋 (著) 出版社: 森北出版 (1971/01) ３）不規則信号論と動特性推定 宮川 洋 (著), 佐藤拓宋 (著), 茅 陽一 (著) 出版社: コロナ社 (1969) ４）赤池情報量規準 AIC―モデリング・予測・知識発見 赤池 弘次 (著), 室田 一雄 (編さん), 土谷 隆 (編さん) 出版社: 共立出版 (2007/07) ５）ダイナミックシステムの統計的解析と制御 赤池 弘次 (著), 中川 東一郎 (著) 出版社: サイエンス社(1972) ２：シミュレーション 「波動解析と境界要素法」 福井 卓雄 小林 昭一 京都大学学術出版会 (2000/03) ３：弾性波動 「弾性波動論の基本 」 田治米 鏡二 (著) 槇書店 (1994/10) 「弾性波動論 」佐藤 泰夫 (著) 岩波書店 (1978/03) ４：流体力学 「内部流れ学と流体機械」 妹尾 泰利 (著) 養賢堂 (1973) 「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1974/03) 「流体力学 」日野 幹雄 (著) 朝倉書店 (1992/12) 「噴流工学 」社河内敏彦(著) 森北出版（2004/03) ５：超音波 「やさしい超音波工学―拡がる新応用の開拓」 川端 昭 (編著), 高橋 貞行 (著) 一ノ瀬 昇 (著) 工業調査会 増補版 (1998/01)

６：振動 「振動について」リチャード・ビジョップ（著）講談社（1981） ７：コンストラクタル法則 「流れとかたち」エイドリアン・ベジャン（著）紀伊國屋書店 (2013) 参考書籍：超音波技術 １）超音波工学と応用技術 ベ．ア．アグラナート （他共著）,青山 忠明 （訳）,遠藤 敬一 （訳） 発行年月：１９９１ 出版社： 日ソ通信社 主要内容 衝撃波の形成、音響流、キャビテーション、・・ 超音波場内の湿式冶金プロセスの強化 晶出過程にある金属の超音波処理の基礎 超音波清浄 高純度金属及び半導体の作製時の超音波の採用 ・・・ ２）超音波入門 (科学普及新書) エリ・デ・ローゼンベルク 著, 上田光隆 訳 発行年月：１９６７ 出版社：東京図書 目次 第 1章 聞こえない音 第 2章 超音波の発振 第 3章 観察と検査をする超音波 第 4章 超音波写真 第 5章 物質に対する超音波の作用 https://www.ipros.jp/catalog/detail/747280 https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/73656/ 以上