2022年11月16日 15時09分
超音波システム研究所

オリジナル超音波プローブのダイナミック特性を評価する技術

報道関係各位
                          2022年11月16日
                       超音波システム研究所
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オリジナル超音波プローブのダイナミック特性を評価する技術
超音波の伝搬特性(非線形特性、応答特性、ゆらぎの特性、相互作用)

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超音波システム研究所は、
超音波伝搬現象の分類に基づいた、
500Hzから100MHzの超音波伝搬状態を制御可能にする
超音波プローブの製造技術を開発しました。

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が可能です。

ポイントは、超音波プローブの超音波伝搬特性の確認です。
超音波のダイナミックな変化に対する、応答特性が最も重要です。
この特性により、高調波の発生可能範囲が決定します。
現状では、以下の範囲に対して、製造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~300MHz
 発振範囲 0.5kHz~100MHz
 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

<材質・形状・構造・・・による音響特性>を
 把握(測定・解析・評価)することで、
 目的に合わせた超音波の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・・への応用実績により、
 この技術を公開することにしました。

この技術を、コンサルティング提供します
 興味のある方はメールでお問い合わせください

各種部材(ガラス容器・・)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、5000リッターの水槽でも、
 数トンの構造物、工作機械、各種製造ライン・・・・への
 超音波刺激による効果を確認しています。

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
 非線形現象のコントロール・応用方法として開発しました。

ポイントは
 超音波素子表面の表面弾性波利用技術です、
 対象物の条件(材質・形状・構造・サイズ・数量・・)・・により
 超音波の伝搬特性を確認(注1)することで、
 オリジナル非線形共振現象(注2、3)として
 対処することが重要です

注1:超音波の伝搬特性
 非線形特性(バイスペクトル解析)
 応答特性(インパルス応答解析)
 ゆらぎの特性(1/f解析)
 相互作用による影響(パワー寄与率の解析)

注2: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

注3:過渡超音応力波
 変化する系における、ダイナミック加振と応答特性の確認
 時間経過による、減衰特性、相互作用の変化を確認
 上記に基づいた、過渡超音応力波の解析評価


<<特許申請>>
特開2021-125866 超音波制御(超音波発振制御プローブ)
特開2021-159990 超音波溶接
特開2021-161532 超音波めっき
特開2021-171909 超音波加工
特開2021-175568 流水式超音波洗浄

超音波発振制御プローブの製造技術の一部は
 特開2021-125866 に記載しています

この技術を、コンサルティング提供します
 興味のある方はメールでお問い合わせください


参考

**超音波伝搬特性の測定確認**

https://youtu.be/gtRFjLGYXu4

https://youtu.be/7yv3VtrOawY

https://youtu.be/Yp7HAs8bNVA

https://youtu.be/r2o53-6cvqQ

https://youtu.be/vgBQmxXT92E

https://youtu.be/0QlcViAWuDo

https://youtu.be/hOJL1eSxhvk

https://youtu.be/211vIj6kaBs

https://youtu.be/ODcdk4m1G8M

https://youtu.be/oF_oN33eksU

https://youtu.be/qr3bqyGTuMY

https://youtu.be/TgZZm0FCMYM

https://youtu.be/ARAJ3sqyOTI

https://youtu.be/2TBl5fM6GAs

https://youtu.be/eH-4yarIZrk

https://youtu.be/PUn5GKldbrk

https://youtu.be/yNc2rE_f5N4

https://youtu.be/oG23nXQlgBw

https://youtu.be/uvijeRB71-I

https://youtu.be/YrJvKcpB0uw

https://youtu.be/p_3rogjr76o

https://youtu.be/QQWUWM-TDPg

https://youtu.be/x7XHn-RMnOs

https://youtu.be/s4Y_GRbIWOI

https://youtu.be/bg2o4DSTN9A

https://youtu.be/6iLDD2cFxME

https://youtu.be/i7RblNmKyXQ

https://youtu.be/EtmbqdaZwM8

https://youtu.be/NKoknR40MV8

https://youtu.be/C72e6IXQ5L4

https://youtu.be/i40J1os5Urk

https://youtu.be/ruavxn6pHI8

https://youtu.be/tYniORrdk_8

https://youtu.be/4V80-4xtcLg

https://youtu.be/xJgm3GtCgSM

https://youtu.be/37IQKvRZB6E

https://youtu.be/wPiUa7WAgV4

https://youtu.be/AlBrZBnFvUM

https://youtu.be/3o7nsRj86ek

https://youtu.be/NF7G2IG10j0

https://youtu.be/0mMpHOa7qY8



<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



超音波発振システム(20MHz)の製造販売
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超音波プローブ(発振型、測定型、共振型、非線形型)の製造技術
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メガヘルツの超音波発振制御プローブ
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超音波プローブ
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超音波伝搬現象の分類2
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超音波の最適化技術1
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超音波の最適化技術2
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超音波制御技術
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超音波を利用した「振動計測技術」
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超音波プローブの発振制御による振動評価技術
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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
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統計的な考え方を利用した超音波
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超音波の非線形振動
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超音波<測定・解析>システム
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超音波洗浄に関する非線形制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1497

非線形共振型超音波発振プローブ 実験動画
http://ultrasonic-labo.com/?p=15065

超音波システム(音圧測定解析、発振制御)
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メガヘルツ超音波による表面改質処理
http://ultrasonic-labo.com/?p=2433

超音波技術資料(アペルザカタログ)
http://ultrasonic-labo.com/?p=8496

超音波の実験検討を行うための参考書籍・機器の紹介
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/55548/

価格表:超音波システム研究所
https://www.aperza.com/catalog/page/10010511/55546/



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