超音波素子（圧電素子）の超音波伝搬特性を調整する技術を開発
（超音波プローブ、超音波発振制御システムの開発技術）
超音波システム研究所は、
超音波システム（音圧測定、発振制御）を利用した、
超音波の伝搬状態に関する、測定・解析・評価実績に基づいて
超音波素子（圧電素子）の超音波伝搬特性を調整する技術を開発しました。
超音波素子（圧電素子）の表面弾性波を目的に合わせて利用するために、
素子表面に対して、特殊な表面処理を行います。
伝搬する超音波の音圧レベル・周波数範囲について調整可能にしています。
超音波（発振制御）と表面弾性波の組み合わせによる
ダイナミックな超音波伝搬制御を実現したことで、
音圧データの解析による特性から調整技術に発展しました。
ポイントは
表面弾性波による非線形現象を
効率の高い状態で制御可能にする
発振条件の最適化設定（波形・出力・周波数・変化・・・）です。
上記の具体的な技術として
水槽・治工具・・・と超音波の相互作用による
非線形現象（バイスペクトル）を
目的（洗浄、攪拌、加工、溶接、表面処理、応力緩和処理、検査・・）
に合わせて制御する、システム技術をコンサルティング対応しています。
１００ＭＨｚ以上の範囲で、
超音波の伝搬状態の測定・解析技術を利用した結果、
１）５０次以上の高調波は、伝搬状態に合せて大きく変化すること
２）２０ｋＨｚ以下の共振現象と非線形現象が繰り返し発生すること
３）素子形状・構造による共振現象が発生すること
・・・を確認・解析・評価することで、
超音波伝搬特性を調整可能になりました。
超音波システム全体の音響特性を
（測定・解析・評価）確認して
発振制御条件を調整設定することで、
様々な応用に発展しています
興味のある方はメールでお問い合わせ下さい
参考動画
＜＜ 超音波の音圧データ解析 ＞＞
１）時系列データに関して、
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
測定データの統計的な性質（超音波の安定性・変化）について
解析評価します
２）超音波発振による、発振部が発振による影響を
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・・に関して
超音波振動現象の応答特性として解析評価します
３）発振と対象物（洗浄物、洗浄液、水槽・・）の相互作用を
パワー寄与率の解析により評価します
４）超音波の利用（洗浄・加工・攪拌・・）に関して
超音波効果の主要因である対象物（表面弾性波の伝搬）
あるいは対象液に伝搬する超音波の
非線形（バイスペクトル解析結果）現象により
超音波のダイナミック特性を解析評価します
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
これまでの経験と実績に基づいて実現しています。
注：解析には下記ツールを利用します
注：OML(Open Market License)
https://www.ism.ac.jp/ismlib/jpn/ismlib/license.html
注：TIMSAC(TIMe Series Analysis and Control program)
https://jasp.ism.ac.jp/ism/timsac/
注：「R」フリーな統計処理言語かつ環境
https://cran.ism.ac.jp/
超音波と表面弾性波
http://ultrasonic-labo.com/?p=14264
音圧測定・解析に基づいた、超音波のコントロール技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=15028
超音波の非線形現象をコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=14878
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
超音波出力の最適化技術 No1
http://ultrasonic-labo.com/?p=15226
超音波出力の最適化技術 No2
http://ultrasonic-labo.com/?p=16557
超音波の音圧測定解析システム（オシロスコープ100MHzタイプ）
http://ultrasonic-labo.com/?p=17972
超音波の音圧測定解析システム「超音波テスターＮＡ」
http://ultrasonic-labo.com/?p=16120
統計的な考え方を利用した超音波
http://ultrasonic-labo.com/?p=12202
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
http://ultrasonic-labo.com/?p=15785
＜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
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
詳細に興味のある方は
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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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