2022年08月17日 16時13分
超音波システム研究所

超音波プローブによる、ダイナミック制御システム

報道関係各位
                          2022年08月17日
                       超音波システム研究所
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超音波プローブによる、ダイナミック制御システム
(超音波の発振制御システム)

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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


<参考動画>

基礎実験

https://youtu.be/2UREIfruO5A

https://youtu.be/AjuoiDqTHEM

https://youtu.be/1Kjq5T_uLV8

https://youtu.be/OIyIy8htK1U

https://youtu.be/Mi4k4MfRoGk

https://youtu.be/0NBlO7csYO0

https://youtu.be/j0fDoCh5R8g

https://youtu.be/7izGwgWuzKw

https://youtu.be/EWfqMZ3J98s

https://youtu.be/AvE539Qm3NE

https://youtu.be/SUZ0TwbrFSQ

https://youtu.be/-6E6e03Ihec

https://youtu.be/EQco0Aqt92c

https://youtu.be/tx66s5kMArc

https://youtu.be/H9STG_Jd8lo

https://youtu.be/oF8FgobflZ8

https://youtu.be/_FyRxWGYU58

https://youtu.be/taRqsYdaNmM

https://youtu.be/g9QysSimL5U

https://youtu.be/giviBUBQWBE

https://youtu.be/SnS7_13BYyE

https://youtu.be/lDB2Z0436T0

https://youtu.be/Z7jnlSqPtPs

https://youtu.be/W37MheJElS0

https://youtu.be/iuQ4t0dGJak


表面改質処理

https://youtu.be/qXqWeb_sIrE

https://youtu.be/lqxN0Z3Dqmw

https://youtu.be/au8Ok6bL1NA

https://youtu.be/fYq9iEfohCI

https://youtu.be/hAoF47THoYA

https://youtu.be/UmGxIDWP5JQ

https://youtu.be/1ocpBTIWzHg

https://youtu.be/5Ggh0arngyc

https://youtu.be/29NveR7xhYw

https://youtu.be/R1TC7zMi2VA

https://youtu.be/DuYaV1QGcwQ

https://youtu.be/zFTF1OaBvoc

https://youtu.be/UEg12bP4bJM

https://youtu.be/m08FFdnG09o

https://youtu.be/vCMhCREady8

https://youtu.be/TFw6vkxGRU0


超音波の非線形制御

https://youtu.be/Cj0gNMk-RMo

https://youtu.be/nlz5GQLoZ7Y

https://youtu.be/0ySpJdeJE8g

https://youtu.be/elqly5wxKg4

https://youtu.be/FsYPHCahYQY

https://youtu.be/wCF_6VrVNWk

https://youtu.be/RNNCnKlDvQ8

https://youtu.be/4ZXY07oueBk

https://youtu.be/7RxTPadCkIQ

https://youtu.be/uO2NBgid7fA


超音波の発振制御システム

https://youtu.be/rttd35UVTo0

https://youtu.be/jLX6GWx6uhg

https://youtu.be/Jvbb9GrXzBM

https://youtu.be/ziTBLuHOV0Y

https://youtu.be/efgk6oEsI-I

https://youtu.be/fuT5NSSA4GI

https://youtu.be/b83_2LAErpg

https://youtu.be/ksXPpSMlxvw

https://youtu.be/cm4_QERvsCA

https://youtu.be/KjYVBPOSMo4


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
http://ultrasonic-labo.com/?p=1566

超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=16309

メガヘルツの超音波発振制御プローブ
http://ultrasonic-labo.com/?p=14570

メガヘルツの超音波を利用する超音波システム技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14350

超音波発振システム(20MHz)の製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1648

超音波発振システム(1MHz、20MHz)
http://ultrasonic-labo.com/?p=18817

200MHz以上の超音波伝搬現象による表面改質処理
http://ultrasonic-labo.com/?p=2433


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 利用に関しては、沢山のノウハウがあります。

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担当  斉木 
電話 090-3815-3811
メールアドレス  info@ultrasonic-labo.com
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