超音波の発振制御技術

超音波の発振制御技術（スイープ発振とパルス発振の組み合わせノウハウ）
－－低周波の共振現象と、高周波の非線形現象をコントロールする技術－－

スイープ発振とパルス発振の発振条件による、非線型振動の伝搬制御技術

超音波システム研究所は、
オリジナル超音波プロ－ブの製造技術により
プローブの音響特性に基づいた、発振制御技術による
表面弾性波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。

超音波プローブ：概略仕様
測定範囲　０．０１Ｈｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ　２００ＭＨｚ）
発振範囲　０．５ｋＨｚ～１００ＭＨｚ（特別タイプ　３００ＭＨｚ）
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

各種対象（水槽、振動子、プローブ、治具、対象物・・・）について
基本的な超音波の音響特性（応答特性、伝搬特性）を確認することで、
利用目的に合わせた、超音波伝搬状態を、発振制御により実現します。

２種類以上の非線形共振型超音波発振制御プローブによる、
スイープ発振、パルス発振の発振条件の設定により
高い音圧レベルの共振現象と、
高調波の発生現象（１０次以上の非線形現象）による、
１００ＭＨｚ以上の高周波伝搬状態を、ダイナミック制御します。

――ノウハウ――
ダイナミックに変化するスイープ発振に対して、
出力バランス（例　スイープ発振の30％以下の出力）と
パルス発振波形の最適化で、
目的（共振現象や高調波・・の発生頻度や周波数・・）に合わせた、
非線形現象コントロールできます。

容器、液体、プローブ、環境、・・・様々な影響が複雑に関連するため
測定確認を行いながら、パルス発振設定を調整することで実現します。
注：ファンクションジェネレーターの発振特性は、メーカー・機種・・により
大きく異なります、特性を確認して利用することもノウハウとなります
（高価で、精度の高い波形のファンクションジェネレーターにも固有の特徴による
共振現象や非線形現象の発生傾向があります
単純な利用・設定では、低周波の共振現象を発生する結果になります）

注２：出力レベルは非常に重要です
スイープ発振（出力５Ｖ）に対して、４Ｖ以上のパルス発振を行う場合
共振現象の発生傾向が高くなるため、非線形現象の制御は非効率となります。
目的によっては、１Ｖ以下のパルス発振との組み合わせにより
５０次以上の高調波発生が簡単に出来ます。
但し、２種類のスイープ発振の組み合わせを行う場合には、
同じ出力レベルを使用することもあります）

グラフ青：液体への伝搬　　グラフ赤：対象物への伝搬
注３：２種類のスイープ発振の組み合わせについて
スイープ発振の組み合わせは、共振現象の発生頻度を高くします
低周波の共振現象や、頻度の低い確率で発生する非常に高い高調波の発生・・
時間をかけて確認することが重要です
特に、装置・機器・・固有の振動モートとの共振現象を把握して、対応しなければ
様々なトラブル発生が予想されます
（トラブルを少なくするために、
異なるタイプのファンクションジェネレーターによる
２種類のスイープ発振の組み合わせを、検討確認して採用することを推奨します
２種類のスイープ発振の組み合わせは、大きな可能性がありますが、
現状では不明な事項が多く、経験と学習を積み重ねながら
応用技術として検討・開発することが良いと思います）