超音波の音圧計測・解析・評価技術 2024-5-24

超音波の音圧計測・解析・評価技術 （超音波の音圧・振動データから、新しい超音波利用を導く） 超音波システム研究所は、 オリジナルの音圧測定解析装置（超音波テスターＮＡ）による、 「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を利用して 超音波利用に関するコンサルティング対応を行っています。 超音波テスターを利用したこれまでの 計測・解析・結果（注）を整理することで 目的に適した超音波のダイナミックな変化状態を最適化する 新しい評価基準（パラメータ）を開発しました。 注：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）

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、各種の関係性から、超音波利用の最適化を実現しています。 その結果、 超音波の伝搬状態と対象物の表面について 新しい非線形パラメータが大変有効である事例による 実績（洗浄、加工、攪拌、改質、反応、検査、保守、・・）が増えています。 特に、表面残留応力の緩和処理による効果が評価され、 半導体、自動車、材料開発、・・実験確認に基づいた、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 科学の中の統計学 赤池 弘次 (編集)より

＜＜ 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。 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

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。

事例：めっき水槽 事例：超音波洗浄機

事例：超音波攪拌機

参考動画：音圧データの解析動画 ＜音圧データ・自己相関・バイスペクトル・パワースペクトル＞ https://youtu.be/nnWSyn0PHtc?si=UJIhPeyl5Oxj9I9l https://youtu.be/pZBWgzL3LUw?si=8aJPtpq0EBv6BYWk https://youtu.be/cj239Az-YgM?si=rnZMUIwCshR4mnBi ＜解析：バイスペクトルの変化＞ https://youtu.be/Ic2pqoLzJO4?si=_VfSxqCLA7eQKIzu https://youtu.be/83SqXz0J644?si=4gJ-mG5OzGOeyMcO https://youtu.be/rjofHEsFbwY?si=NDVJotRQZWvtBo0P https://youtu.be/EUrmpg981sM?si=O8b86vkxJ398ivO3

＜解析：自己相関の変化＞ https://youtu.be/5J71hxLHTHc?si=uY7cKihgsut_as3r https://youtu.be/pe-nvcdYHv4?si=cYg1KAfu85AZB2dG ＜＜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 100MHz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 超音波の相互作用を評価する技術２ 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 超音波による音響特性テスト（超音波洗浄の適性確認） http://ultrasonic-labo.com/?p=15767 超音波発振制御システム 2024（60MHz 2ch 266MSa/s） http://ultrasonic-labo.com/?p=1972 スイープ発振の組み合わせによる超音波制御技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1685

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