低周波の共振現象と、高周波の非線形現象を制御可能な超音波プローブの発振制御方法2.00

超音波システム研究所は、
表面弾性波による非線形振動現象を利用した
超音波の発振制御技術を開発しました。

各種対象（水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について
基本的な音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
目的の超音波伝搬状態を、発振制御により可能になります。

オリジナルの非線形共振型超音波発振プローブによる、
発振条件（波形、出力、制御、・・）の設定により
高い音圧の共振現象と、
高調波の発生現象（非線形現象）による、
３００ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を最適化します。

この技術は、低出力の超音波発振を効率よく利用する方法です

デジタル制御による、
離散値的なファンクションジェネレータの特性を利用した
各種パラメータの設定がポイントです

非線形共振型超音波発振プローブを利用することで
共振現象による音圧レベルの制御範囲が大きく広がるため
従来の共振現象による音圧レベルとは大きく異なり
ダメージや破壊といった現象にならない
音圧測定解析に基づいた、制御設定の最適化が必要です
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超音波システム研究所は、
１）超音波プローブの製造技術
２）超音波伝搬状態の評価技術
３）超音波を利用した表面検査技術
以上を応用して、表面残留応力の測定・解析・評価方法を開発してきました。
多数の実績から、超音波の利用技術として様々な応用が可能であると考え、
関連技術を含め公開しています。

具体例
表面処理ノウハウ：標準的な設定
出力 １３－１５Ｖ
矩形波 Ｄｕｔｙ４７．１％
スイープ範囲 ５００ｋＨｚ～１３ＭＨｚ ２秒

強度が低い対象（あるいは長時間の処理）に対する設定
出力 １－３Ｖ
矩形波 Ｄｕｔｙ４７．１％
スイープ範囲 ３００ｋＨｚ～３ＭＨｚ １秒
（あるいは １００ｋＨｚ～５ＭＨｚ １秒）

注：対象物の超音波伝搬特性と、
　ファンクションジェネレーターの発振特性により
　発振条件は大きく変わります

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）
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超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
－－音圧データのフィードバック解析：パワー寄与率の解析－－

超音波システム研究所は、
超音波の音圧測定による、時系列データを解析することで、
　各種相互作用を測定解析評価する技術を開発しました。
その結果、相互作用の評価に基づいた
　超音波利用状態を最適化する技術に発展しています。

具体的には、以下のような事例があります
１）超音波の発振周波数・出力レベルの選択基準の最適化
２）超音波の発振制御条件の最適化
３）水槽・超音波（振動子）の設置に関する最適化
４）液循環装置・制御条件の最適化
５）水槽・超音波の設計条件の最適化
６）洗浄液・洗剤・溶剤・・の最適化
７）隣接水槽、治具・・との最適化

目的に合わせた、オリジナル超音波システムの開発が可能です。

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超音波システム研究所は、
オリジナル技術による、
新しい超音波プローブの制御技術を開発しました。

新しい超音波プローブによる測定システムの応用技術です。
目的に合わせた、専用の超音波プローブを
開発・製作・制御方法をコンサルティング対応します。

圧電素子の特性に関して、弾性波動を考慮した解析で、
各種の振動状態（モード）に基づいた
オリジナル超音波プローブを開発製造対応します。

測定の場合は、
オシロスコープに接続して利用することができます。
発振の場合は、
ファンクションジェネレーターに接続して利用することができます。　

音圧測定データをフィードバック解析することにより
超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
数値化により確認・評価できるようになります。

超音波プローブは
利用目的を確認した「オーダーメード対応」しています

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超音波システム研究所は、
オリジナル超音波プロ－ブの音響特性に基づいた、
表面弾性波の非線形振動現象をコントロールする技術を開発しました。

ポイントは、２本の超音波プローブによる、スイープ発振条件の設定です
（基本的に、１本のプローブによる超音波発振制御では制御できません
　２本のプローブの発振設定の組み合わせにより、
　共振現象・非線形現象の発生状態を制御することができます）

利用目的に合わせた、周波数範囲で、
共振現象と非線形現象が制御可能になります

特に、強い刺激が必要な場合は、
低周波の共振現象を利用することで実現（例　ガラスの破壊）します
高い周波数の刺激が必要な場合には、
高周波の非線形現象を利用することで実現（例　700MHzの刺激）します

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＜論理モデルの作成について＞（情報量基準を利用して）
１）各種の基礎技術に基づいて、対象に関する、
　D1=客観的知識（学術的論理に裏付けられた理論）
　D2=経験的知識（これまでの結果）
　D3=観測データ（現実の状態）
　からなる 「情報データ群 」、DS＝(D1,D2,D3) を明確に認識し
　その組織的利用から複数のモデル案を作成する

２）統計的思考法を、
　情報データ群（DS）の構成と、
　　それに基づくモデルの提案と検証の繰り返し
　　によって情報獲得を実現する思考法と捉える

３）AIC の利用等の評価方法により、
　様々なモデルの比較を行い、最適なモデルを決定する

４）作成したモデルに基づいて、超音波装置・システムを構築する

５）時間と効率を考え、
　以下のように対応することを提案しています
５－１）「論理モデル作成事項」を考慮して
　　　「直感によるモデル」を作成し複数の人が検討する
５－２）実状のデータや新たな情報によりモデルを修正・検討する
５－３）検討メンバーが合意できるモデルにより
　　　装置やシステムの具体的打ち合わせに入る
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超音波システム研究所は、
　音圧測定解析装置（超音波テスター）と
　メガヘルツの超音波発振制御プローブにより
　物（工具・対象物・・・）の
　音響特性（振動の応答特性・非線形現象）を利用する、
　「超音波発振制御（加工）技術」を開発しました。

今回開発した技術により
　「超音波の発振・出力制御」による
　対象物への振動現象をコントロール可能にした、
　超音波のダイナミック制御（洗浄・加工・撹拌・・）が、
　発振制御プローブにより
　超音波振動の非線形効果として利用可能になりました。


これは、加工・洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
　目的に合わせた
　効果的な超音波利用技術です。

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超音波システム研究所は、
　超音波振動が伝搬する現象に関する分類方法を開発しました。

この分類に基づいて、非線形共振型超音波発振プローブを利用した、
　超音波の非線形スイープ発振制御技術を開発しました。

この超音波のスイープ発振制御技術方法は、
　超音波の伝搬状態に関する
　主要となる周波数（パワースペクトル）の
　ダイナミック特性（非線形現象の変化）により
　線形・非線形の共振効果を目的に合わせてコントロールします。

これまでの実験・データ測定解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つの推奨制御に分類することができました。

　１：２種類のスイープ発振制御（線形型）
　２：３種類のスイープ発振制御（非線形型）
　３：４種類のスイープ発振制御（ミックス型）
　４：上記の組み合わせによるダイナミック制御（変動型）

さらに変動型は、スイープ発振条件により、以下のような
　３つの制御タイプに分類することができました。
　１：線形変動制御型
　２：非線形変動制御型
　３：ミックス変動制御型（ダイナミック変動型）

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