超音波の音圧データ解析技術

超音波の音圧データ解析技術 ――超音波の音圧・振動データから、新しい超音波利用を導く―― ２０２４．１０．５ 超音システム研究所 斉木 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 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）を時系列に整理することで 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）を設定・確認します。 注： 非線形特性（音響流のダイナミック特性） 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 新しい非線形パラメータが大変有効である事例による 実績が増えています。 特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・ 良好な確認に基づいた、制御・改善・・・が実現します。

＜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/ バイスペクトルは、以下のように 周波数 f1、f2、f1 + f2 のスペクトルの積で表すことができる。 B( f1 , f2 ) = X( f1 )Y( f2 )Z( f1 + f2 ) 主要周波数が f1であるとき、 f1 + f1 = f2、f1 + f2 = f3 で表される f2、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。 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：「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

＜＜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 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（キャビテーション・音響流）の分類 http://ultrasonic-labo.com/?p=17231

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 超音波洗浄について http://ultrasonic-labo.com/?p=15233 超音波洗浄効果について-no2 http://ultrasonic-labo.com/?p=2878 超音波技術（コンサルティング対応） http://ultrasonic-labo.com/?p=1401 超音波発振システム（２０ＭＨｚ）の製造販売 http://ultrasonic-labo.com/?p=1648 超音波洗浄セミナーテキストの公開 http://ultrasonic-labo.com/?p=12973 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 音圧測定解析に基づいた、超音波システムの開発技術 http://ultrasonic-labo.com/?p=1484

【本件に関するお問合せ先】 超音波システム研究所 メールアドレス info@ultrasonic-labo.com ホームページ http://ultrasonic-labo.com/ 以上

＜参考＞ 以下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 赤池弘次/監修：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）