超音波（定在波）の制御技術 no.３３
超音波振動子の設置方法による、定在波の制御技術を応用しています
ガラス容器の特性と超音波（キャビテーション）の関係を
適正に設定することで、
目的に合わせた超音波（定在波）の制御状態が実現できます
＜＜超音波システム研究所＞＞
超音波システム研究所 Ultra Sonic wave System Institute no.２３９
「シャノンの第一定理に関する経験談」
「シャノンの第一定理に関する経験談」
１） テーマ
多くの技術者に必要であり、今後役に立つ事柄、あるいは、ＩＴ関連の基礎知識として
「シャノンの第一定理が、具体的に経験上で役に立つ」
と言う話をしたいと思います
１－１）基本システムの考察（注１）に関するモデル作成として役に立つ
１－２）データとノイズに関する基礎事項として役に立つ
（ルーチンワーク的な開発業務の中では必要性を理解しにくいと思いますが、
オリジナリティの高い新製品の研究開発の立場で考えると、
研究の視点（注２）として大変有効だと思います
注１：例 システム開発に関するオブジェクト（アルゴリズム 等）の整合性・体系化
注２：例 機械振動・電気ノイズ・プログラムバグの原因解析 ）
２） 基礎知識
理論と歴史の流れを説明します
＊ サイバネティクス（フィードバック）から情報の単位としてビットが基準になるまで
＊ 「シャノンの通信モデル」
（情報源） －＞ 送信機（符号化） －＞ 通信路（外乱・ノイズ含む） －＞
受信機（複合化） －＞ （目的位置）
＊ 情報容量：Ｈ＝ｌｏｇ ｎ（ハートレイ １９２８年）
ｎ：１つの系で区別される状態の数（単純化で２にする）
対数の底は、情報を測定する単位の選択とする（Ｊ．Ｗ．テューキー）
すなわち、ビットは２者択一の概念に基づくもので、２つから１つの選択では１ビット、
４つから１つでは２ビット
＊ シャノンによる情報量の（確率概念による）定義
事前確率がわかっているとき、１つの通報を記憶するのに必要で最小な情報容量が、
その情報のもつ情報量である（シャノン １９４８年）
通報：情報源が発するもの
情報：通報に含まれる
（情報量：情報源が発する通報の集合量の確率統計的あつかいによる数学的な公式による量）
ポイント：信号の持つ意味の取り扱いをしない
３） 基礎知識の理解
「基礎知識を深めると重要な定理や法則が理解できる」展開を説明します
＊ 「シャノンの第一定理」
情報とテントロピーの関係（情報が増えるとエントロピーは減少する）
エントロピー：無記憶情報源のシンボル当たりの平均情報量（情報量＊確率の総和）
無記憶情報源＜－＞マルコフ情報源
（その情報以前の有限個（ｍ）の情報に影響される情報源：ｍ重マルコフ情報源）
情報と確率過程の関係－＞エルゴード的－＞確立の再定義－＞統計処理－＞・・
４） 理解から応用（創造）
経験と実例を説明します
４－１）論理は用意されていない ？である：データとノイズの関係の話
４－２）考えなければならない：どこから？ 何を考えるか？
経路とノイズとデータの特定
（例 ロボットの動作、デジタル解析のデータ：デジタルアナライザー、
プログラム言語のコンパイラー、システムの取り扱い方法）
ロボットの動作データ（注１ 機械・電気・ソフト）と動作測定によるデータの検討に関する
通信モデルの利用（通信モデルに対する第一定理の保証）
注１：機械（特性） 伸び・たわみ・疲労・・・
電気（信号） 電気的な性質・応答特性・・・
ソフト 制御のアルゴリズム・データ構造・チューニング処理・・・
４－３）論理モデルをつくる：現象との違いを考察する
解析事例（振動解析 プログラムのバグ解析 人間と言う要因の検討）
振動と言う現象（全体）と測定（ポイント）によるデータの論理的考察
時間的変化に対する、条件の設定と統計やシュミレーション等の解析方法の考察
４－４）論理モデルの限界と現象を考察する
調整事例（自動**データ作成、モータ制御：学習機能のプログラム検証）
**文字のデータと＊＊装置の構造による制御データとソフトウェアの変換処理に関して、
*の回転や*の速度変化による文字データを制御構造データに
置き換えることを可能にする手順とモデルによる実例の紹介）
（Ｘ／Ｙ／Ｚ／回転／速度／加速度とパラメータを増やすと
トータルノイズが大きくなってしまう－＞第一定理）
４－５）その現象に対するオリジナルな論理を作成する
新規開発事例（材質、特性、一般理論の組み合わせと現象：総合力）
理論やデータでは突破できない（注：基礎知識の理解は必要である）
感触やイメージが必要である
注：プログラムはタイプして、モノには触れて感じて見るなど
＊＊装置の場合、筆記用具の性質と機械構造の関係にたいする考察
自動車用ロボットの場合、部品の目的に対する様々な性質の考察
プログラム言語の場合、言語と異なる種類の言語の考察や、メタ設計による設計のコンセプトを検証する
ポンプの場合、ポンプの原理に関する基本的な論理考察
（ポンプは完成度が高い部品であると考えてしまいがちなので）
他 リアルタイム処理に対する工夫、画像処理の学習機能の応用、、、、
５） 設計思想への発展
オリジナルな理論を忠実に設計し、一つの製品（システム）にまとめあげることは、
その理論（人）による思想（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）にまで広がっていきます
そして思想からモデル（システム）の修正や変更が行われ、繰り返す中で発展していくように思います
（極端な例として、「ｆｏｒ文は嫌いだから使用しない」
これも思想と捕らえることが出来ます：形から入る方法もあるという例です）
このような観点でモノを見ると、良い製品、良い設計にふれることの大切さが理解できると思います
私は、これが設計する力だと思います
６） まとめ
＊ 応用できれば知識は技術力として役に立つ
＊ プログラム言語や環境の知識も応用できるところまで高めなければいけない
＊ そのためには、クリアすべき基礎知識がある
結局、好きな部分は基礎知識がわかるまで学習する必要がある
（あるいは、実際に製品に組み込みと、理解不足の部分が問題になり苦労して身につけることになる）
最終的には、
設計思想を形成し深めていくことが本質だと思います
（そのために観察することと工夫することの重要性をまとめにします
数式や統計処理は有効ですが、
各処理のそれぞれの段階も技術的説明を行う必要があることの重要性を
考えてもらいたいと考えています）
水槽内に３種類の超音波振動子を設置しています
水槽内に３種類の超音波振動子を設置しています
超音波１： ２８ｋHz ３００W
超音波２： ４０ｋHz ３００W
超音波３： ７２ｋHz ３００W
超音波によるキャビテーションを制御しています
水槽に振動子を張り付けたステンレス部材で超音波振動を測定しています
水槽と液循環と超音波の複雑な関係（反射・屈折・透過・・）を
適切に設定して
高い音圧レベルとキャビテーションの安定した状態を実現させた様子が確認できます
ノウハウ：水槽内の液循環の調整により
超音波キャビテーションを制御しています
超音波の伝搬状態を解析する技術が重要です
＜超音波＞
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「超音波の非線形現象」を利用する技術を開発
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超音波システム研究所は、
バイスペクトル解析による、「超音波の（高調波に関する）非線形現象」
を利用する技術を応用した新しい制御技術を開発しました。
今回開発した技術により
超音波の伝搬周波数について
音圧レベル・主要周波数・・・を
音響流との組み合わせにより
目的に合わせて最適化することが可能になりました。
高調波による超音波の伝搬状態を検出・把握することで
目視や音圧レベルだけでは再現性・・・が難しい状態についても
十分な対応が可能になります
従って、適切・あるいは有効な周波数の組み合わせ・・
による超音波のダイナミック特性を制御・確認できます
これは、洗浄・表面改質・化学反応の促進・・・に対して
効果的な伝搬状態を検出・確認出来る、ということで大変有効です
さらに、定在波の制御により、キャビテーションと加速度の効果を
目的に合わせて変化させる状態について、詳細な分析が可能になります
オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
各種部品・・・の、表面状態に関する効果的な事例を多数確認しています。
■参考動画
これは、新しい超音波解析技術であり、
超音波のダイナミック特性による一般的な効果を含め
新素材の開発、攪拌、分散、洗浄、化学反応実験・・・
に、各種操作の解析技術として、
利用・発展できると考えています。
なお、今回の方法ならびに技術ノウハウをコンサルティング事業として、
展開することを計画しています。
【本件に関するお問合せ先】
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超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
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＜樹脂部品＞の超音波改質no.2
この超音波技術（ Ultrasonic Cavitation Control ）により、
樹脂部品の表面改質技術として提案させていただいています。
＜＜超音波システム研究所＞＞
■ホームページＵＲＬ
http://ultrasonic-labo.com/
超音波を利用した「攪拌・洗浄・改質技術」
超音波による＜乳化・分散＞を利用した
＜＜攪拌・洗浄・改質技術＞＞を開発しました。
これまでに、開発した
超音波制御技術と計測・解析技術により
対象となる粉末に合わせた
対象物・治工具の超音波伝搬状態を最適化することで、
ナノレベルの粉末処理を実現・確認しています。
対象物の特徴・材質・数量・治工具・・・により
個別の具体的な技術になります。
この技術は、洗浄液の乱流現象に関するカオスについて
音圧変化のデータを、
定在波との関係について解析・検討する中で応用開発しました。
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超音波システム研究所
ホームページ http://ultrasonic-labo.com/
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超音波実験 Ultrasonic experiment no.36
装置：型番「ＵＳＷ－２８・７２S」＜推奨＞
（２８ｋHz ７２ｋHz の超音波振動子を制御するタイプ）
Equipment: Part number "USW－28.72S" ＜recommendation＞
(type which controls an ultrasonic transducer (28 kHz and 72 kHz))
水槽サイズ Tank size ： ８００＊５００＊４５０ｍｍ
出力 Output ： ２１０－３５０Ｗ
超音波の応用技術を研究しています
The applied technology of an ultrasonic wave is studied
