超音波の音圧測定による、時系列データを解析する技術（R言語）ーー自己回帰モデルによるフィードバック解析ーー1.00

超音波システム研究所は、
７００ＭＨｚ以上の超音波制御を可能にする
超音波プローブの対応を行っています。

目的に合わせた、
　オリジナル超音波発振制御プローブを製造開発対応します。

ポイントは、オリジナルプローブの動作確認です。
超音波の送受信について、ダイナミックな変化に対する
応答性が最も重要です。
この特性により、高調波の応用範囲が決定します。
現状では、以下の範囲について対応可能となっています。

超音波プローブ：概略仕様
　測定範囲　０．０１Ｈｚ～２００ＭＨｚ
　発振範囲　０．５ｋＨｚ～２５ＭＨｚ
　伝搬範囲　０．５ｋＨｚ～７００ＭＨｚ以上（解析により確認評価）
　材質　ステンレス、ＬＣＰ樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
　発振機器　例　ファンクションジェネレータ

＜金属・樹脂・ガラス・・・の音響特性＞を把握することで
　発振制御により、音圧レベル、周波数、ダイナミック特性について
　目的に合わせた伝搬状態を実現します

超音波伝搬状態の測定・解析・評価技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・検査・・への新しい基礎技術です。
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超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象（音響流）を制御する技術」を利用した
　効果的な攪拌（乳化・分散・粉砕）技術を開発しました。

この技術は
　表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
　超音波伝搬特徴（解析結果）を利用（評価）して
　超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

さらに、
　具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
　効果的な超音波（キャビテーション・音響流）伝搬状態を、
　ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
　超音波の発振制御により実現します。

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。

２０２３．１１　非線形現象を制御する超音波発振制御技術を開発
２０２４．　１　超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
２０２４．　２　メガヘルツ超音波による表面処理技術を開発
２０２４．　４　共振現象と非線形現象の最適化技術を開発　

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超音波システム研究所は、
超音波機器に関して、
メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用することで、
１－１００ＭＨｚ以上の超音波伝搬状態制御を可能にする
超音波システム技術を開発しました。

超音波伝搬状態の測定・解析・評価・技術に基づいた、
　精密洗浄・加工・攪拌・溶接・めっき・・への新しい応用技術です。

各種材料の音響特性（表面弾性波）の利用により
　２０Ｗ以下の超音波出力で、１０００リッターの水槽でも、
　数トンの対象物への超音波刺激は制御可能です。

弾性波動に関する工学的（実験・技術）な視点と
　抽象代数学の超音波モデルにより
　非線形現象の応用方法として開発しました。

ポイントは
　治工具（弾性体：金属・ガラス・樹脂）の利用です、
　対象物の条件・・・により
　超音波の伝搬特性を確認することで、
　オリジナル非線形共振現象（注１）として
　対処することが重要です

注１：オリジナル非線形共振現象
　オリジナル発振制御により発生する高調波の発生を
　共振現象により高い振幅に実現させたことで起こる
　超音波振動の共振現象

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超音波システム研究所は、
　超音波伝搬状態の測定データを
　バイスペクトル解析することで、
　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。


今回開発した分類に関する方法は、
　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推定します。

これまでのデータ解析から
　効果的な利用方法を
　以下のような
　４つのタイプに分類することができました。

　１：線形型
　２：非線形型
　３：ミックス型
　４：変動型

　上記の各タイプに基づいた装置開発・制御設定・・・
　成功事例が多数あります。


この技術を
　コンサルティング対応として提供します

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１）超音波の音圧測定解析評価技術
＜＜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。
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超音波システム研究所は、
メガヘルツの超音波の発振制御が容易にできる
「発振システム（２０ＭＨｚ）」を製造販売しています。

システム概要（超音波発振システム（２０ＭＨｚ））

　内容（２０ＭＨｚタイプ）
　　超音波発振プローブ　２本
　　ファンクションジェネレータ　１式
　　操作説明書　１式（ＵＳＢメモリー）

　特徴（２０ＭＨｚタイプ）
　　＊超音波発振周波数
　　　仕様　２０ｋＨｚ　から　２５ＭＨｚ（あるいは２４ＭＨｚ）
　　＊出力範囲 ５ｍＶｐ－ｐ～２０Ｖｐ－ｐ
　　＊サンプリングレート：200ＭＳａ／ｓ（あるいは250ＭＳａ／ｓ）

　市販のファンクションジェネレータを利用したシステムです
　　目的に応じたファンクションジェネレータをセットにして
　　見積価格を提案します

標準参考例
　発振システム２０ＭＨｚ　８万円～

２０２４．　１　超音波振動の相互作用を測定解析評価する技術を開発
２０２４．　２　メガヘルツ超音波による表面処理技術を開発
２０２４．　４　共振現象と非線形現象の最適化技術を開発
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超音波システム研究所は、
超音波振動の測定・解析システムを、２０１２年４月より、製造販売しています。

測定したデータについて、弾性波動を考慮した解析で、
　超音波の非線形現象（音響流）やキャビテーション効果を
　グラフにより目視確認できるようにしたシステムです。

複雑に変化する超音波の利用状態について、「非線形現象」を考慮するために、
　時系列データの自己回帰モデルによる、自己相関・バイスペクトルを解析して
　その変化・・・・を、評価・応用しています

目的に応じた新しい利用方法を多数実現しています

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

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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜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

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞
( 考察する場合の注意事項 )

１）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります

２）モデルの本質を考えるためには、
　圏論を利用することが有効だと考えています
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超音波システム研究所は、
　超音波利用に関して、
　＜統計的な考え方＞を利用した
　効果的な「測定・解析・評価方法」に関する技術を開発しています。

＜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

超音波の研究について
「キャビテーションの効果を安定させるには統計的な見方が不可欠」

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。
その意味で、
モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

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（インパルス応答特性の解析）
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、
　対象物の表面を伝搬する超音波データの解析実績から
　メガヘルツの超音波発振による、新しい表面検査技術を開発しました。

この技術を利用して、洗浄対象物の超音波伝搬特性評価を行い
　効果的な、超音波洗浄機の制御・周波数・出力レベル・・・について
　報告書にまとめ提案します。

超音波プローブの発振制御による
　「音圧・振動」測定・解析技術を応用した方法です。

対象物の表面を伝搬する振動モードに合わせた
　オリジナル超音波プローブを使用することで、
　狭い溝やエッジ部に伝搬する超音波の伝搬状態を確認します。

さらに、オリジナルの発振制御により
　低周波の伝搬特性や非線形性による高調波の発生状態について
　ダイナミック特性として測定解析評価します。

新しい超音波発振制御技術の応用です。
　対象物の音響特性に合わせた、
　メガヘルツの超音波伝搬状態に関する非線形現象を利用することで
　対象物に関する固有の音響特性を検出することが可能です。

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超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市）は、
　小型ポンプを利用した液循環により
　超音波（音響流）の伝搬状態をダイナミックに制御する
　「流水式超音波（音響流）制御技術」を開発しました。

超音波テスターによる
　流れと超音波の複雑な変化を、
　水槽・液体（マイクロバブル）・超音波振動子・・・
　の相互作用を含めた音圧解析により
　利用目的に合わせて、
　音響流の変化をコントロールするシステム技術です。

実用的には、
　現状の液循環装置について
　ＯＮ／ＯＦＦ制御（あるいは流量・流速・・・の制御）を
　装置の設置状態、対象物を含めた表面弾性波を考慮して
　各種相互作用・振動モードを最適化する方法です。

特に、ポンプの特性を利用して、
　液体と気体を交互に循環させる・・・により
　新しい超音波・マイクロバブルの効果を実現しています。

ナノレベルの応用では、
　「流水式超音波システム」として
　３００メガヘルツまでの周波数変化を含めた
　「超音波シャワー」による
　効率の高い超音波利用が実現しています。

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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。

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超音波システム研究所は、
超音波制御により表面弾性波を利用した、
応用技術を開発しました。

超音波と表面弾性波の組み合わせにより
　ダイナミックな超音波伝搬制御を実現します。

ポイントは
　表面弾性波による非線形現象を
　効率の高い状態で制御可能にする
　設定です。

上記の具体的な技術として
　水槽・治工具・・・と超音波の相互作用による
　非線形現象（バイスペクトル）を
　目的（洗浄、攪拌、応力緩和、検査・・）に合わせて制御する
　システム技術を開発しました。

超音波の伝搬状態の測定・解析技術を利用した結果、
　高調波の制御を実現していること
　非線形現象を調整できることを確認しています。

システムの音響特性を
　（測定・解析・評価）確認して対応することがノウハウです

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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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超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象を制御する技術」を利用して
「超音波刺激を利用目的に合わせて制御する技術」を開発しました。

この技術は
　容器の相互作用を測定確認することで
　メガヘルツの超音波発振プローブによる超音波制御（注）により
　目的に合わせた、超音波（キャビテーション・音響流）を制御します。

注：超音波制御
２種類の非線形共振型超音波発振プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定により
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、
３０ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

注：超音波制御「精密洗浄事例」
　スイープ発振　７０ｋＨｚ～１５ＭＨｚ　１５Ｗ
　パルス発振　　１３ＭＨｚ　８Ｗ

注：超音波制御「ナノレベルの攪拌事例」
　スイープ発振　８８０ｋＨｚ～２２ＭＨｚ　１２Ｗ
　パルス発振　　１４ＭＨｚ　１０Ｗ

特に、
　音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
　ナノレベルの反応・対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。
 （詳細を見る）

超音波システム研究所は、
メガヘルツの超音波の発振制御が容易にできる
新しいファンクションジェネレーターとの組み合わせによる
　「超音波発振制御システム2023」を開発しました。

システム概要（超音波発振システム（25MHz 2ch 200MSa/s））

　内容
　　超音波発振プローブ　２本
　　ファンクションジェネレータ　１式（DG1022Z 25MHz 2ch 200MSa/s）
　　操作説明書　１式（ＵＳＢメモリー）

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