超音波の分類に基づいた制御技術

超音波の分類に基づいた制御技術 Ver2 超音波システム研究所 斉木和幸 ○研究の背景 超音波による振動現象はダイナミックに変化している。 特に複数の振動モードを適切にコントロールすることで、 非線形現象による高調波が発生し、各種の主要効果として実用化されている。 従って、超音波の時間経過に伴う振動現象の測定解析が必要である。 そのために、音圧測定解析システムを開発し、 測定データの解析に基づいて超音波分類を実現した。 図 1：超音波の分類 ○研究の目的 超音波利用の経験から、超音波の分類において ダイナミックな変化による特徴の分類と制御技術の開発の必要性を感じた。 そこで、超音波のダイナミック特性の分類に基づいて、 超音波利用目的に合わせたダイナミック制御技術の開発を目的とした。 ○構成 1）研究の手法 超音波の音圧測定装置（超音波テスター） 2） 超音波の音圧データ解析 3） 超音波の分類

1）研究の手法 超音波のダイナミック特性（非線形現象）に関して 超音波の伝搬状態を明確（数値、グラフ）にすることで、超音波の効果と伝搬状態の関係を調べる。 そのために、超音波の測定解析が容易にできる 超音波テスターＮＡ（オシロスコープ 200MHz タイプ （超音波システム研究所オリジナル製品））を利用した。 システム概要（超音波テスターＮＡ200MHz タイプ） １－１．内容 超音波洗浄機の音圧測定専用プローブ １本 超音波測定汎用プローブ １本 オシロスコープセット １式 （・帯域幅(-3dB)：200MHz ・最大サンプリングレート：1Gサンプル/s） 解析ソフト・説明書・各種インストールセット １式 １－２．特徴（標準的な仕様） ＊測定（解析）周波数の範囲 仕様 ０．１Ｈｚ から ２００ＭＨｚ ＊超音波発振 仕様 １Ｈｚ から １ＭＨｚ ＊表面の振動計測が可能 ＊24時間の連続測定が可能 ＊任意の２点を同時測定 ＊測定結果をグラフで表示 ＊時系列データの解析ソフトを添付 超音波プローブによる測定システム。 超音波洗浄機の音圧測定専用プローブを水槽に入れて音圧測定を行う。 測定したデータについて、位置・状態・弾性波動を考慮した解析で、各種の音響性能として検出。 写真１：超音波テスターＮＡ（オシロスコープ 100MHz タイプ）

２） 超音波の音圧測定データ解析 ２－１）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 ２－２）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 ２－３）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 ２－４）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）現象によりダイナミック特性を解析評価 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る。 注：解析には下記ツールを利用する 注：OML、TIMSAC、「R」フリーな統計処理言語かつ環境 図２：音圧測定解析

バイスペクトル解析について 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。 フリーな統計処理言語かつ環境「Ｒ」のバイスペクトル解析プログラム data <- read.table( "音圧測定データ.csv" ) ；データの読み込み bispec( data$V2 ) ；バイスペクトル解析

３）超音波の分類

参考 超音波「音圧測定解析装置（超音波テスターＮＡ）」 http://ultrasonic-labo.com/?p=1722 超音波発振制御システム（２０ＭＨｚ） http://ultrasonic-labo.com/?p=18817 超音波システム（音圧測定解析、発振制御）の利用技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=16477 超音波の相互作用を評価する技術１ http://ultrasonic-labo.com/?p=1478 超音波の相互作用を評価する技術２ http://ultrasonic-labo.com/?p=12202 ＜統計的な考え方＞を利用した「超音波技術」 http://ultrasonic-labo.com/?p=3270 洗浄液と水槽表面に伝搬する超音波の相互作用 http://ultrasonic-labo.com/?p=4787 ＡＩＣ（情報量規準）を利用した超音波技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1074 超音波伝搬状態の測定・解析・評価システム http://ultrasonic-labo.com/?p=1000 超音波振動子のファンクションジェネレーター発振 http://ultrasonic-labo.com/?p=1179

超音波による表面改質技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=9285 超音波の非線形制御による「表面処理技術」 http://ultrasonic-labo.com/?p=2047 超音波振動子の表面残留応力緩和技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1798 超音波振動子の設置方法による、超音波制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1487 超音波洗浄器（水槽表面）の表面残留応力緩和・均一化処理 http://ultrasonic-labo.com/?p=19422 超音波洗浄機の「脱気ファインバブル（マイクロバブル）発生液循環装置」 http://ultrasonic-labo.com/?p=1779 脱気ファインバブル発生液循環装置を利用した超音波洗浄機 http://ultrasonic-labo.com/?p=1251 メガヘルツ超音波による精密洗浄技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1152 ウルトラファインバブルとメガヘルツ超音波の音響流制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=14443 ノウハウ＜超音波振動子の設置、脱気・マイクロバブル発生液循環＞ http://ultrasonic-labo.com/?p=1538 超音波シャワー技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1852 超音波の音圧測定解析による「流水式超音波システム」 http://ultrasonic-labo.com/?p=9762 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

特開 2021-161532 超音波めっき 特願 2023-195514 メガヘルツ超音波を利用した超音波めっき 以上