超音波実験 Ultrasonic experiment ＜超音波システム研究所 ultrasonic-labo＞

超音波実験　Ultrasonic experiment　＜超音波システム研究所　ultrasonic-labo＞

超音波システム研究所は、
　目的に合わせた効果的な超音波のダイナミック制御を実現するために、
　＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞を利用しています。


超音波液循環技術の説明

１）超音波専用水槽（オリジナル製造方法）を使用しています
２）水槽の設置は
　　１：専用部材を使用
　　２：固有振動と超音波周波数・出力の最適化を行っています
３）超音波振動子は専用部材を利用して設置しています
　　（専用部材により、定在波、キャビテーション、音響流の
　　　利用状態を制限できます）
４）脱気・マイクロバブル発生装置を使用します
　　　（標準的な、溶存酸素濃度は５－６ｍｇ／ｌ）
５）水槽と超音波振動子は表面改質を行っています

上記の設定とマイクロバブルの拡散性により
均一な洗浄液の状態が実現します

均一な液中を超音波が伝搬することで
安定した超音波の状態が発生します

この状態から
目的の超音波の効果（伝搬状態）を実現するために
液循環制御を行います
（水槽内全体に均一な音圧分布を実現して、
　超音波、脱気装置、液循環ポンプ、・・の運転制御がノウハウです）

目的の超音波状態確認は音圧測定解析（超音波テスター）で行います


ポイントは
適切な超音波（周波数・出力）と液循環のバランスです
液循環の適切な流量・流速と超音波キャビテーションの設定により
超音波による音響流・加速度効果の状態をコントロールします

脱気・マイクロバブルの効果で
均一に広がる超音波の伝搬状態を利用します

液循環により、以下の自動対応が実現しています

溶存気体は、水槽内に分布を発生させ
レンズ効果・・・の組み合わせにより、超音波が減衰します

もうひとつは
適切な液循環による効率の良い超音波照射時は、
大量の空気・・が水槽内に取り入れられても
大きな気泡となって、水槽の液面から出ていきます

しかし、超音波照射を行っていない状態で
オーバーフロー・・により
液面から空気を取り込み続けると、超音波は大きく減衰します。

この空気を入れる操作は必要です
多数の研究報告・・がありますが
液循環の無い水槽で、長時間超音波照射を行い続け
溶存気体の濃度が低下すると
音圧も低下して、キャビテーションの効果も小さくなります
（説明としては、キャビテーション核の必要性が空気を入れる理由です
　液面が脱脂油や洗剤の泡・・・で覆われた場合も空気が遮断され
　同様な現象になります）

さらに、
超音波照射により、脱気は行われ
溶存気体の濃度は低下して、分布が発生します
単純な液循環では、この濃度分布は解消できません

この濃度分布の解決がマイクロバブルの効果です

脱気・マイクロバブル発生液循環が有効な理由です

注：
オリジナル装置（超音波測定解析システム：超音波テスター）による
音圧測定解析を行い
効果の確認を行っています

超音波テスター（音圧測定解析） Sound pressure measurement analysis (ultrasonic tester)

超音波テスター（音圧測定解析）　Sound pressure measurement analysis (ultrasonic tester)

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。

＜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（注）を利用することが有効だと考えています
　（実際に応用化学や量子論などで積極的に利用されています）

注：圏論は、数学的構造とその間の関係を抽象的に扱う数学理論

＜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（注）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

上記の参考資料
　１）ダイナミックシステムの統計的解析と制御
　　　：赤池弘次/共著 中川東一郎/共著：サイエンス社
　２）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：講談社　

超音波発振計測解析システム（超音波テスター Ultrasonic tester）

超音波発振計測解析システム（超音波テスター　Ultrasonic tester）

超音波システム研究所（所在地：東京都八王子市、代表：斉木）は、
「音の形と変化に関する数学（抽象代数）モデル」と
「超音波振動子の利用に関するコンサルティング実績」にもとづいて、
　超音波振動子を利用した超音波システムの実用化方法を開発しました。

超音波に関する、各種の基礎理論・技術を利用して
　応用システムを開発する場合、様々な振動現象により
　目的とは異なる、状況になることがほとんどだと経験しています。

この、基礎理論と現実の振動現象を
　実際の具体的な時系列データ（解析）を通して
　ダイナミックな特性を最優先で対処（最適化）することで
　システムの改善が効率的に行える方法を
　経験を通して開発してきました。

今回、この技術を、
　超音波を利用する様々な関係者の方に
　広く普及させたいと考え
　コンサルティング、セミナー・・・により
　公開・説明していくことにしました。

これまでの超音波関連技術に加え
　超音波の変化を、抽象代数の圏論やコホモロジーの
　スペクトルシーケンスに適応させるといった
　オリジナル方法を利用して表現するために
　論理的な説明はできませんが、
　各種の具体的な相談に対して
　具体的な技術をアドバイス・コンサルティングします。

これは、超音波システム研究所の「超音波テスター」による、
　音圧測定解析の有効性を示す典型的な事項だと考えています。