シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法
各種データの時系列変化の様子を解析・評価して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
超音波伝搬現象の「サイクル」と、「影響範囲」を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
自然なシステムの状態に適した制御となり、効率の高い超音波システムとなります
＜＜ 超音波のジャグリング制御 ＞＞
制御できると超音波システムは 大変便利な道具（装置）になります
超音波照射による現象を 安定して効率よく利用するためには
超音波発振機や振動子以外の条件（注）に関する 検討や開発も必要です
注：水槽、洗浄液、装置の固定方法、治工具、液循環・・・
水槽や液循環・・・の影響も大きいのですが
現在使用中の超音波を効率用利用するための
単純ですが大きな改善が可能な
アイデアと方法を紹介します
（ 具体例や実績は多数あります
２０ｃｃ－４０００リットルまで対応実績があります ）
＊＊ 超音波システムの制御 ＊＊
この制御は簡単で、非常に効率が高いので是非利用してください
省エネルギーにもなります、広く普及させたいと考えています 特許申請は行いません
（インターネットで公開し類似の特許が登録されないようにしています）
詳細については「 超音波システム研究所 」にお問い合わせください
単純ですが、個別の要因（水槽、伝搬対象物、・・）により適切な設定が必要です
新しい超音波システムの制御
＜＜ シャノンのジャグリング定理の応用 ＞＞
注：JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon
of the Massachusetts Institute of Technology
is schematically represented for the three-ball cascade.
（ http://www2.bc.edu/~lewbel/jugweb/science-1.html より）
シャノンのジャグリング定理
( F + D ) ＊ H = ( V + D ) ＊ N
F ： ボールの滞空時間（Flight time）
D ： 手中にある時間（Dwelling time）
H ： 手の数（Hands）
V ： 手が空っぽの時間（Vacant time）
N ： ボールの数（Number of balls）
＜＜ 応用 ＞＞
Ｆ ： 超音波の発振・出力時間
Ｄ ： 循環ポンプの運転時間
H ： 基本サイクル（キャビテーション・加速度のピークの発生する）
V ： 脱気装置の運転時間
N ： 超音波（発振）周波数の異なる振動子の数
説明
各種データの時系列変化の様子を解析（応答特性・・・）して、
時間で移動するボールのジャグリング状態に相当する
サイクルと影響範囲を見つけます
この関係性からボールＮ個のジャグリング状態を設定して制御を行うと、
自然なシステムの状態に適した制御となり、
効率の高い超音波システムとなります
Ｆ・Ｄ・Ｖの関係は時間の経過とともにトレードオフの関係になります、
そのために各種の運転として他の条件を停止させた状態で
運転する方法が必要になります
これまでにも、結果としては適切と思える状態が発生することがありましたが
数時間、数日、数ヶ月後には適切でなくなり、
再調整することがありました
このような経験の中から適切なモデルを検討していましたが、
ジャグリングモデルは大変良く適合するとともに、
高い効率と安定性を示しました
超音波の目的（キャビテーションの効果、加速度の効果、 等）に対して、
装置の運転時間の調整で対応（最適化）することが可能です
但し、一般的な時間を提示できないのはシステムの系として
水槽やポンプの構造による影響が大きいため、
そこに合わせる（音響特性を考慮した最適化の）必要があるためです
参考動画
http://youtu.be/z9U_zAqYbME http://youtu.be/4qllXYFuqBM
http://youtu.be/OVWyXfQY2Uk http://youtu.be/83dDoHXLu5Y
http://youtu.be/az0kxOEKVHE http://youtu.be/WGXBGfy3W1w
http://youtu.be/h6YM0HD7W8o http://youtu.be/lyjmlQLUP48
参考として、単純な応用例
３００リットルの水槽で３０リットル毎分の循環ポンプと脱気装置の場合
超音波１ ——
超音波２ —— ——
脱気装置 — — —
循環ポンプ — — — ．．．．
超音波出力：２分 １００-２００ワット、 脱気装置 １分、 循環ポンプ １分
ポイント
システムを「時間で移動するボールのジャグリング状態」として
捉えることが重要です
トレードオフの関係にあるパラメータを
適切にバランス運転することを可能にします
通信の理論を考えたシャノンが
ジャグリングの理論を考えた理由もそこにあるように思います
各種の運転・停止時間の設定により
キャビテーションと加速度の効果を 調整することが可能です
オリジナルの音圧測定解析装置：超音波テスターにより
応答特性の確認を行い、提案・実施しています
特に、複数の同じタイプの超音波振動子を
一つの水槽に入れて利用している場合
この制御を行うことで 洗浄・攪拌・改質・・・・の効果を大きく改善できます
現状の超音波装置の対策としては 最も効果的で実用的です
但し、装置の振動系の測定解析を行う必要があります
装置の振動系の問題がある場合には 測定解析に時間がかかります
興味のある方はメールでお問い合わせください
＜ダイナミック特性を利用した制御＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=1299
超音波伝搬状態の最適化技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1010
物の動きを読む数理（音圧・液温・Ｄｏ濃度）
http://ultrasonic-labo.com/?p=1074
振動子の設置方法による、超音波制御事例
