超音波利用に関する特別資料

川の流れの観察・実験　No.１００


関係各位
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2011年02月19日
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　超音波システム研究所

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　超音波利用に関する特別資料の販売

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超音波システム研究所は、
　超音波システムに関する、オリジナル技術についての
　特別資料（一式　資料Ａ・Ｂ・Ｃ）を、ＵＳＢメモリーで販売します

＊＊＜＜資料Ａ＞＞＊＊

＜液循環のノウハウ＞資料

＜＜液循環のノウハウ＞＞
――　テキスト＆ヒント集　――
この資料は以下の内容です
１）「超音波」を有効に利用するための液循環に関する資料
２）「洗浄システム」を検討するための液循環に関する資料
３）「装置」を設計するための液循環に関する資料

＜ダイナミックシステムとして＞

１：超音波（水槽液循環）システムの解析と制御（６６頁）

２：液循環に関する資料（　６６頁　）

３：液循環に関する動画（　６００ＭＢｙｔｅ　）

４：超音波洗浄技術セミナー資料（　１０２頁　）

５：具体的な液循環システムの事例１（　６頁　）

６：具体的な液循環システムの事例２（　２０頁　）

７：超音波システムに関する特別資料１（　２５頁　）

注：超音波振動子の設置方法について一部説明を追加しています

参考
　http://www.green.dti.ne.jp/aabccdx/page054.html


＊＊＜＜資料Ｂ＞＞＊＊

＜超音波の伝搬測定と解析に関する＞資料

－－＜　この資料で超音波の測定器が簡単に自作できます　＞－－　

　超音波伝搬測定解析資料

＜資料の概略説明＞

　０）基本的な「原理・ノウハウ」の概要をまとめた資料（　９頁　）

　１）伝搬測定について（　４２頁　 ）
　　　　　測定用具の説明、測定ノウハウ、具体的な測定事例　他

　２）解析手法について（　６５ページ ）
　　　　　解析方法の説明、解析ソフトの説明、解析事例　
　　　　　２ｃｈのオシロスコープ　を利用した測定・解析　他

　３）伝搬測定使用ファイル（実際の測定データ　２５Ｍｂｙｔｅ　）
　　　　　注：解析ソフトはコンピュータの環境条件により実行できません

　４）超音波（測定・解析・制御）技術（　１８頁　）

　５）伝搬測定操作手順書（　６６頁 ）

　６）測定に関する動画（　６４０Ｍｂｙｔｅ　）


参考
　http://www.green.dti.ne.jp/aabccdx/page051051.html


＊＊＜＜資料Ｃ＞＞＊＊

＜新しい超音波洗浄＞資料

１：基本資料（９４頁）
　１）超音波洗浄において「超音波」を有効に利用するための説明資料
　２）「洗浄システム」を検討・提案するための超音波洗浄についての説明資料
　３）「洗浄装置」を設計するための設計についての説明資料
　４）実験データを解析するための時系列データ処理についての説明資料
　５）新しい洗浄方法の提案資料

２：超音波実験動画ファイル（５５０ＭＢｙｔｅ）　

３：超音波セミナーテキスト（超音波の応用　２７頁）

４：超音波セミナーテキスト（超音波の基礎　１２頁）

５：超音波測定抜粋資料（２１頁）　

参考
　http://www.green.dti.ne.jp/aabccdx/page016.html


上記資料（一式　資料Ａ・Ｂ・Ｃ）をＵＳＢメモリーで販売します
購入希望の方は、超音波システム研究所に連絡してください

価格　３７５００円　（消費税・送料含む）

連絡先　超音波システム研究所
URL：http://www.green.dti.ne.jp/aabccdx/

「攪拌・霧化・洗浄・表面改質・・・検査技術」

「攪拌・霧化・洗浄・表面改質・・・検査技術」


＊複数の異なる周波数の振動子を同時照射・制御技術
　＊超音波を利用した表面状態の計測・解析技術
　＊超音波とマイクロバブルによる表面改質技術

　上記の技術を組み合わせることで
　超音波を応用した攪拌・霧化・洗浄・改質・・・技術を開発しました

今回開発した技術の応用事例として、
　各種部品・材料の洗浄・改質・検査を伝搬する超音波技術により、
　効率良く実現させることが可能となりました。

タイムドメイン理論

http://www.timedomain.co.jp/index.html　より

「従来の理論技術を　　Frequency Domain，
　　　新しい考えを　　Time Domain
　と区別させていただいております。」

超音波の応用や振動の解析についても大変重要な事項だと思います

理由１：時系列の解析が有効である

理由２：効率の高い状態の表現として以下の状態を感じる

タイムドメイン：音場感が豊か。　雰囲気まで伝わる。
（水槽を含めた全体が安定して振動している）

タイムドメイン：音離れが良い。　スピーカーが鳴っているように思えない。
　空間から音が出る。
（超音波の振動子が振動しているように思えない。水槽全体から振動が出ている）

タイムドメイン：距離が離れても音は崩れない。
　離れても音量は余り変わらず遠くまで届く。
（大きな水槽でも音圧は変わらない。離れていても音圧が届く）

タイムドメイン：音量を下げても音は崩れずはっきり聞こえる。
　騒音の中でも聞き取れる。
（超音波の出力を下げても音圧は変わらない。　長時間安定している。）


現在、「タイムドメイン理論」を参考に
時系列データを統計処理することで
超音波の状態を検討しています
その結果として
新しい超音波の理解と応用につながっていると思います

間接容器（ステンレスパイプ）と定在波による「超音波制御技術」

間接容器（ステンレスパイプ）と定在波による「超音波制御技術」


超音波（定在波）の制御技術を応用して、
　間接容器を利用した、新しい超音波制御技術を開発しました。


＜モデルと現状のシステムとの関係性について＞
( 考察する場合の注意事項 )
１）先入観や経験は正しくないことがあると考える必要があります
２）モデルの本質を考えるためには、
圏論（注）を利用することが有効だと思います
　　（　　実際に応用化学や量子論などで積極的に利用されています　　）

注：圏論は、数学的構造とその間の関係を抽象的に扱う数学理論

間接容器と定在波による「超音波制御技術」

間接容器と定在波による「超音波制御技術」


超音波（定在波）の制御技術を応用して、
　間接容器を利用した、新しい超音波制御技術を開発しました。


今回開発した技術は、
超音波の定在波を利用して、
　間接容器の音響特性と組み合わせることで、
　超音波機器の発振周波数とは異なる、
　幅広い超音波の伝搬周波数の特性を利用可能にした技術です。

　４０ｋＨｚの超音波振動子を使用して、
　１００－２００ｋＨｚの超音波の効果が実現できます。

　なお、超音波システム研究所の「超音波機器の評価技術」により、
　具体的な効果を＜数値化・グラフ化＞することで確認しています。



＜システムの振動について＞

「　変化する特性を持った系の振動は広範で複雑である
　Ａ）変位に依存する剛性を持ったもの
　Ｂ）変位に依存する減衰を持ったもの
　Ｃ）時間に依存する剛性を持ったもの
　これらは問題の表面をかじったにすぎない、
　　もっと風変わりな現象もたくさある　」　

超音波の振動を検討する場合、特に忘れがちなのが

水槽や設置部全体の振動（Ａ）

洗浄液・洗浄物・洗浄治具の振動（Ｂ）

循環ポンプ・ヒータによる振動（Ｃ）　（ポンプの脈動、回転振動、熱応力　等）

上記の組み合わせによる複雑な振動が発生しています

これらが超音波の振動を減衰させないようにすること
が超音波の効率を高めるうえで大切です

適切に減衰させることで騒音を調整させることが騒音対策です

適切に減衰させ音響流を調整することが洗浄力の制御です

この観点でシステムをみると問題点をすぐに改良できます
（これが超音波システムの振動による各種調整に関するノウハウです）

Ａ・Ｂ・Ｃの振動を見ることが出来るようになるためには
注意深い観察の繰り返しと、設計・製作の経験が必要です

（経験から、かならず見れるようになります
　ポイントは全体を一定時間、変化する系の振動と感じることです）

表面状態の計測・解析技術

表面状態の計測・解析技術


超音波振動子と発振回路による
　全く新しい、オリジナル技術として、
　超音波の伝搬状態を利用した
　「表面状態の計測・解析技術」を開発いたしました。

今回開発した技術の応用事例として、
　各種部品・材料の表面を伝搬する超音波解析により、
　表面の特徴（応力、キズ、表面処理状態など）や
　性質（均一性、材質、製造方法、構造など）
　　を検出することが可能となりました。

＜データの統計解析に関する資料＞

＜統計的な考え方について＞
統計数理は以下のように考えられています
統計的な物の見方というのは、

１）我々がどのように自分が持っている知識や情報を
利用しようとするのかと言うことに関係する
（すなわち、主観的な発想に基づいている）

２）具体的な経験・知識に基づいた心の枠組みで考える
（すなわち、具体的である）

３）物事の量的な特性に対するいろいろな考え方が豊かになっていく展開
　 （すなわち、抽象的である）
まとめ

　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

＜モデルについて＞
モデルは対象に関する理解、予測、制御等を
効果的に進めることを目的として構築されます。

正確なモデルの構築は難しく、
常に対象の複雑さを適当に"丸めた"形の表現で検討を進めます。

その意味で、モデルの構成あるいは構築の過程は統計的思考が必要です。

新しい超音波システムの制御 （ジャグリング制御）

超音波技術＜音響流制御＞　ＮＯ．３８


超音波振動子の設置方法による、定在波の制御技術により、
　超音波（キャビテーション）と
　音響流を「適正に設定・制御」できます。
　その結果、
　目的に合わせた超音波の状態が実現できます。

40kHz 300W

＜＜超音波システム研究所＞＞

＊＊＊原理と方法について＊＊＊＊

新しい超音波システムの制御 （ジャグリング制御）

新しい超音波システムの制御を紹介します

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

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）

問い合わせは「　超音波システム研究所　」にお願いします



＜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　＞＞



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）



上記のシャノンの定理を超音波システムに応用（適用）します



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



注１）情報量基準を用いた時系列データの

　　　多変量自己回帰モデルによる解析

注２）新しい発想ですので、

　　　特許による制約等はありません、

　　　自由に応用発展させてください



　１７００リットル以上の水槽でも、

　１種類の周波数による３００ワット以下の

　１台の超音波振動子の出力で

　制御により安定した、強い均一な伝搬状態を実現しました
　（２０１１年２月）



　簡単な実験で確認してください、

　溶存酸素濃度の絶対値は問題でありません、



　バランスをとればどの様な状態

　（天候や水槽等の環境）でも

　水槽全体に超音波が広がります



　不思議なくらい再現性と安定性がありますので

　実験で確認することを提案します



制御により安定した強い均一な状態を実現します

特許申請は行いません

自由に発展させてください

簡単で大変有効です、現状の超音波システムへの応用（問題解決）も可能です

参考　http://www.green.dti.ne.jp/aabccdx/page036.html

超音波伝搬状態の測定

配管の表面を伝搬する超音波no.０８


超音波伝搬状態の測定

(超音波振動子、発振機の使用状態の調査・・）
　超音波振動子（1.6、2.5ＭＨｚ）と
　デジタルオシロスコープ（50、１００ＭＨｚ）を使用して
　統計処理（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

超音波伝搬状態と利用効率に対して、
　超音波利用の目的が適切かどうかを確認して
　改善・改良の検討を行うことが大切です

そのための、新しいパラメータとして
　「超音波伝搬状態と利用効率」という事項を考えました

　注：上記の測定は、超音波システム研究所独自の方法です(注２）
　　　　従来のポイントによる測定ではなく
　　　　時系列データ群としての解析を行うことで
　　　　複雑な伝搬状態に関する解析・検討を行うことが可能になりました

　注２：独自の測定により、超音波の新しい側面が見えてきました
　　　そのことを利用することで、
　　　　超音波の利用効率は目的に対して飛躍的に高くなります

　コメント
　　超音波の利用状況は大変効率が悪いと感じています
　　しかし、これまでの経験により、適切な対応で原因を改良すると(注３）
　　数倍から数十倍に超音波の利用エネルギーを高める
　　（あるいは使用エネルギーを数十分の一にする）ことが可能です

　　注３：簡単な対応（液循環や制御、水槽の設置方法　などを変更する）から
　　　　　システムの改良
　　　　　（間接水槽の利用、液循環構造の変更　超音波発振制御　など）
　　　　　といった幅広い改良・開発
　　
　　この効率的な利用が普及しない主要原因は次の４点だと感じています

　　　１：医療（超音波診断）や非破壊検査（超音波探傷）のような
　　　　　集中的な超音波研究が行われている

　　　２：モノに作用させるので、
　　　　　弾性波動伝搬（参考　地震の研究　等）に関する知識が必要である

　　　３：時間や環境変化の影響を考慮した解析
　　　　　（時系列データの統計処理）が必要である

　　　４：一般論（単純な音響理論など）で判断するメーカの関係者が多く、
　　　　　本当に個別に具体的に対象物の影響・・を確認して
　　　　　超音波の利用効率・利用状態と目的の関係性を
　　　　　明確にしていない傾向が強い

　　以上のことから、超音波システム研究所として超音波が本来持っている
　　有効性を積極的に広げていきたいと考え
　　コンサルティングを中心に設計・開発を行っていきます