新しい超音波(測定・解析・制御)技術

新しい超音波(測定・解析・制御)技術

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1.はじめに

超音波の伝搬にはたくさんの条件があり、それぞれの影響が複雑に関連している。

その中に、影響の大きさに比べ研究が少ない事項が、水槽と液循環である。

この条件を超音波伝搬状態との関係について検討し、

これまでにない新しい超音波システムを製作した。

現在、この超音波システムを使用して、超音波の伝搬状態を測定・制御している。

その結果、目的とする超音波伝搬状態に対して適正な制御が可能な、

超音波専用水槽と液循環装置による超音波システムが実現した。

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2.何が問題か?

現在、超音波は幅広く利用されているが、多数の問題がある。

最大の問題は、適切な測定方法がないために

超音波利用(伝搬)に関する適切な状態が明確になっていないことである。

偶然(対象物、冶具、環境、気候の変化 等)に左右されているのが実状である。

この問題を、

機械設計・装置開発の経験に基づいた「超音波の測定技術」と

制御システム開発の経験を利用した「統計数理による解析技術」を

組み合わせることで解決し、対象に最適な超音波の実用的な技術を開発した。

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3.どのようにして解決するのか?

<新しい超音波システム技術>

3-1:超音波伝搬状態の測定による、目的に対する適正な超音波利用技術

<超音波伝搬状態の測定>

圧電素子とデジタルオシロスコープを使用して

統計処理(時系列データの多変量自己回帰モデル解析)により

超音波の伝搬状態・利用効率を測定する。

3-2:超音波専用水槽の設計・製造技術

音響特性(音響インピーダンス)と水槽構造のバランスを適正に設計する

溶接や加工に対して超音波の減衰要因を小さくする製造方法を採用する

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3-3:液循環技術

超音波専用水槽の利用により、超音波の音圧と周波数の制御が可能になる

制御は液循環(配管位置、液の流れ、流量、流速分布)により実現できる

間接容器を利用した、カスケード(オーバーフロー)構造や

ヒータの使用による温度分布に対しても

液循環の設定と制御により超音波の効率や伝搬状態をコントロール出来る

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以上の技術を基礎として

目的に合わせた、超音波の利用状態(変化:非線形現象・・・)が実現する

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4.どうして新しい超音波システムなのか?

超音波システムの特徴

機械設計技術(材料力学、流体力学、熱力学、加工工学、振動工学、・・)

制御設計技術(自動制御工学、システム工学、統計学、プログラミング・・)

上記により、

現状では検出・解決が難しい

超音波伝搬状態の最適化問題を解決する

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5.システムの例

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6.まとめ

技術の進化とともに、新しい応用や組み合わせの可能性が大きく広がっている

特に、異質なジャンルや根本的な学問(数学や哲学を取り入れることで、

今後ますます超音波という技術は飛躍すると感じる

超音波の可能性を考え、超音波技術への偏った考え方を捨て、

自由な超音波に対する発想により、新たな利用を検討していきたいと考えている

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超音波の音圧測定解析データ

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。

<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

<<超音波の音圧測定・解析>>

1)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
超音波伝搬状態の安定性・変化について解析評価します

2)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・・に関する解析評価を行います

3)パワー寄与率の解析により
超音波(周波数・出力)、形状、材質、測定条件・・
データの最適化に関する解析評価を行います

4)その他(表面弾性波の伝搬)の
非線形(バイスペクトル)解析により
対象物の振動モードに関する
ダイナミック特性の解析評価を行います

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とで実現しています。

 

 

 

超音波資料

超音波の測定解析資料

*超音波の測定解析資料音圧測定解析システム「超音波テスターNA」 操作手順書(簡易版)
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/a27f907cd472f96cb65bfdae734e03ae.pdf
音圧測定解析システム「超音波テスターNA」 仕様書 抜粋
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/e38cc1cf12893769f473033b9b703a5f.pdf

音圧測定解析システム「超音波テスターNA」 見積もり資料
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/1d3ed28f158a77e2811b41c99bc8c7f6.pdf

超音波の音圧測定解析システム
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/6276f8682dfb73e51431dd9b93f0c530.pdf

超音波発振プローブ(タイプRA1) 仕様書
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/4c9100118b9aa86086e88491ad35c228.pdf

超音波の<音圧計測・解析・評価>(出張)サービス
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/3a3282b25d92d63852ebd34dc1c81038.pdf

その他の超音波資料
*その他の超音波資料空中超音波制御(表面弾性波の非線形振動現象)による表面刺激
http://ultrasonic-labo.com/wp-content/uploads/51275bda160d870c2e295ae6b14aa452.pdf

超音波システム研究所にメールでお問い合わせください。

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