超音波の非線形振動現象をコントロールする技術ー基礎実験
超音波システム研究所は、
オリジナル超音波システム(音圧測定解析、発振制御)により、
対象物に伝搬する表面弾性波(超音波振動)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。
<<超音波の非線形振動現象をコントロールする技術>>
1)ファンクションジェネレータによる発振制御を
対象物の音響特性に合わせて、
発振出力、波形、変化・・・・・発振条件の設定技術
2)相互作用による、超音波発振出力(電圧)の変化を、制御可能にする
超音波発振制御プローブの、発振面の調整を含めた製造技術
3)1MHzの発振で、100メガヘルツ以上の超音波伝搬現象を実現し、
振動変化を、計測可能にする
超音波測定プローブの、非線形共振現象(注)を制御可能にする発振面の調整技術
注:非線形共振現象
超音波の発振制御により発生する10次以上の高調波の発生を
共振現象により高い振幅で実現させた超音波振動の共振現象
4)スイープ発振条件の最適化技術
音圧レベル、周波数範囲、変化レベルについて、超音波利用の目的に合わせた
ダイナミックは伝搬状態を実現する、スイープ発振条件(注)の設定技術
注:開始周波数、終了周波数、時間、出力、波形、・・・・
複数のスイープ発振の組み合わせを実現する設定・確認方法に関する技術
上記の技術を利用して
目的に合わせた
超音波の伝搬状態をコントロール(最適化)します。
注:対象物の音響特性と超音波の発振制御による相互作用について
非線形現象に関する音圧データの解析評価に基づいて
超音波のダイナミック制御・・・・を行います
(超音波テスターで、音圧の測定・解析・確認・評価を行っています)
この技術を、
精密洗浄・表面改質処理・化学反応実験・・・に用いた結果、
ナノレベル・金属組織レベルの効率の高い超音波システムとして
応用(洗浄・改質・反応制御・・)することが可能となりました。
これは、従来では干渉や共振により減衰すると考えられた状態について
大きな可能性を示した結果です。
2022年8月、現在、
超音波による非線形現象の応用技術は、可能性と実積が増えています。
例1:精密洗浄・超音波加工への利用
例2:表面改質処理・超音波攪拌への利用
例3:材料開発・超音波溶接への利用
例4:超音波熱処理への応用
例5:精密機器の組み立て作業への応用
例6:各種表面処理プロセス(工程)への応用
例7:各種製造装置の保守メンテナンスへの応用
例8:各種溶剤・・を利用する製造機器への応用
例9:その他
興味のある方は、メールでお問い合わせ下さい
技術(特許・ノウハウ)提供を含め、コンサルティング対応します
<ノウハウ>
超音波発振に関する、発振(音響)特性
超音波受信に関する、受信(音響)特性
超音波伝搬に関する、伝搬(音響)特性
上記の特性を測定解析(注)により評価して、
適切な組み合わせを利用することがノウハウです
注:音圧測定の時系列データに関して
1:非線形現象の解析(自己相関、バイスペクトル解析)
2:応答特性の解析(インパルス応答、パワー寄与率)
上記に基づいて、
超音波の伝搬現象を、以下のように分類します
<超音波伝搬特性(音響特性)の分類>
1:線形型
2:非線形型
3:ミックス型
4:ダイナミック変動型
( 4-1:線形変動型 4-2:非線形変動型 4-3:ミックス変動型 )
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件(スイープ発振条件)として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
1:線形型(キャビテーション主体型)
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波(発振周波数の1/4、あるいは1/2)
から高調波(発振周波数の1倍、・・3倍)の範囲で
若干の変化がある状態
注:低調波(発振周波数の1/8)以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
2:非線形型(音響流主体型)
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
高調波(発振周波数10倍以上)の範囲で
若干の変化がある状態
注:高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫(特願2020-31017 超音波制御)により
発振周波数の100倍を実現することも可能です
3:ミックス型(キャビテーションと音響流の組み合わせ型)
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波(発振周波数の1/8,1/4、あるいは1/2)
から高調波(発振周波数の1倍、・・10倍)の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の1,2,3は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の1,2,3は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
4:変動型(各種制御による変化を利用するタイプ)
4-1:線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/8~10倍程度)で
制御可能にした状態
4-2:非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/2~50倍程度)で
制御可能にした状態
4-3:ミックス変動型(ダイナミック変動型)
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/16~100倍程度)で
制御可能にした状態
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/48/4f/863ca44dadf68470b3c82b6828a25449.jpg)
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/0c/e4/db28df5b49a39ec7e1fa0d7f2939864f.jpg)
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/4b/fa/38a2da6b9157a1248342766d6b509f72.jpg)
オリジナル超音波システム(音圧測定解析、発振制御)により、
対象物に伝搬する表面弾性波(超音波振動)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。
<<超音波の非線形振動現象をコントロールする技術>>
1)ファンクションジェネレータによる発振制御を
対象物の音響特性に合わせて、
発振出力、波形、変化・・・・・発振条件の設定技術
2)相互作用による、超音波発振出力(電圧)の変化を、制御可能にする
超音波発振制御プローブの、発振面の調整を含めた製造技術
3)1MHzの発振で、100メガヘルツ以上の超音波伝搬現象を実現し、
振動変化を、計測可能にする
超音波測定プローブの、非線形共振現象(注)を制御可能にする発振面の調整技術
注:非線形共振現象
超音波の発振制御により発生する10次以上の高調波の発生を
共振現象により高い振幅で実現させた超音波振動の共振現象
4)スイープ発振条件の最適化技術
音圧レベル、周波数範囲、変化レベルについて、超音波利用の目的に合わせた
ダイナミックは伝搬状態を実現する、スイープ発振条件(注)の設定技術
注:開始周波数、終了周波数、時間、出力、波形、・・・・
複数のスイープ発振の組み合わせを実現する設定・確認方法に関する技術
上記の技術を利用して
目的に合わせた
超音波の伝搬状態をコントロール(最適化)します。
注:対象物の音響特性と超音波の発振制御による相互作用について
非線形現象に関する音圧データの解析評価に基づいて
超音波のダイナミック制御・・・・を行います
(超音波テスターで、音圧の測定・解析・確認・評価を行っています)
この技術を、
精密洗浄・表面改質処理・化学反応実験・・・に用いた結果、
ナノレベル・金属組織レベルの効率の高い超音波システムとして
応用(洗浄・改質・反応制御・・)することが可能となりました。
これは、従来では干渉や共振により減衰すると考えられた状態について
大きな可能性を示した結果です。
2022年8月、現在、
超音波による非線形現象の応用技術は、可能性と実積が増えています。
例1:精密洗浄・超音波加工への利用
例2:表面改質処理・超音波攪拌への利用
例3:材料開発・超音波溶接への利用
例4:超音波熱処理への応用
例5:精密機器の組み立て作業への応用
例6:各種表面処理プロセス(工程)への応用
例7:各種製造装置の保守メンテナンスへの応用
例8:各種溶剤・・を利用する製造機器への応用
例9:その他
興味のある方は、メールでお問い合わせ下さい
技術(特許・ノウハウ)提供を含め、コンサルティング対応します
<ノウハウ>
超音波発振に関する、発振(音響)特性
超音波受信に関する、受信(音響)特性
超音波伝搬に関する、伝搬(音響)特性
上記の特性を測定解析(注)により評価して、
適切な組み合わせを利用することがノウハウです
注:音圧測定の時系列データに関して
1:非線形現象の解析(自己相関、バイスペクトル解析)
2:応答特性の解析(インパルス応答、パワー寄与率)
上記に基づいて、
超音波の伝搬現象を、以下のように分類します
<超音波伝搬特性(音響特性)の分類>
1:線形型
2:非線形型
3:ミックス型
4:ダイナミック変動型
( 4-1:線形変動型 4-2:非線形変動型 4-3:ミックス変動型 )
この分類を、超音波利用目的に合わせて
発振制御条件(スイープ発振条件)として設定します。
環境・条件・・により
複数の発振を組み合わせる場合も同様ですが
相互作用に対する測定確認が不十分だと
ダイナミックな非線形現象は発生しません。
分類の詳細
1:線形型(キャビテーション主体型)
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波(発振周波数の1/4、あるいは1/2)
から高調波(発振周波数の1倍、・・3倍)の範囲で
若干の変化がある状態
注:低調波(発振周波数の1/8)以下の場合
低周波の共振状態により、不安定な共振と干渉が発生し
安定した状態が実現しない傾向になります
2:非線形型(音響流主体型)
超音波の発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
高調波(発振周波数10倍以上)の範囲で
若干の変化がある状態
注:高調波は、超音波振動子、発振プローブ・・の
表面状態の工夫(特願2020-31017 超音波制御)により
発振周波数の100倍を実現することも可能です
3:ミックス型(キャビテーションと音響流の組み合わせ型)
超音波発振部材の設置方法や接触部材・・・の相互作用により
発振周波数に対して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波(発振周波数の1/8,1/4、あるいは1/2)
から高調波(発振周波数の1倍、・・10倍)の範囲で
自然に発生する、大きな変化がある状態
コメント
上記の1,2,3は、基本的な伝搬状態ですが
振動現象が、安定して長時間同じ現象を続けるためには、各種制御・・工夫が必要です
上記の1,2,3は、単調な発振状態を継続すると
周波数の低下や超音波の減衰現象が発生し
超音波の利用効果は小さく、無くなっていきます
そのために、実用的には、変動型を利用することが必要です
4:変動型(各種制御による変化を利用するタイプ)
4-1:線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/8~10倍程度)で
制御可能にした状態
4-2:非線形変動型
複数の超音波発振部材や発振制御・・を利用して
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/2~50倍程度)で
制御可能にした状態
4-3:ミックス変動型(ダイナミック変動型)
複数の超音波発振部材や発振制御・・の
音響特性や相互作用の確認に基づいて
伝搬状態の主要(最大エネルギー)周波数が
低調波から高調波を、
目的の範囲(発振周波数の1/16~100倍程度)で
制御可能にした状態
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/48/4f/863ca44dadf68470b3c82b6828a25449.jpg)
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/0c/e4/db28df5b49a39ec7e1fa0d7f2939864f.jpg)
![](https://blogimg.goo.ne.jp/user_image/4b/fa/38a2da6b9157a1248342766d6b509f72.jpg)