超音波システム研究に関する動画・スライド

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＜超音波システム研究所 ultrasonic-labo＞

「シャノンの第一定理に関する経験談」





１） テーマ
　「シャノンの第一定理が、具体的に経験上で役に立つ」


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）としてとして
　　　　大変有効

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・不具合・・の原因解析




２） 基礎知識

　理論と歴史の流れ

＊ 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」

＊ 「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
　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

　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

　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






５） 設計思想への発展

オリジナルな理論を忠実に開発・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）にまで広がります

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


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（検討・考察）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）

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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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http://youtu.be/vZ0do-0bfvs

 

音と超音波の組み合わせを利用した超音波制御技術 ultrasonic-labo

音と超音波の組み合わせを利用した超音波制御技術　ultrasonic-labo

超音波システム研究に関する動画・スライド

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超音波実験 Ultrasonic experiment

超音波実験　Ultrasonic experiment

オリジナル超音波技術

超音波システム研究所は、
定在波の測定・解析・制御技術を応用して、
超音波伝播現象における「音響流」を測定・制御する技術を開発しました。
今回、この技術をさらに発展させて、
　対象物の状態（形状・材質・表面・・）による
　「音響流」を目的（洗浄、攪拌、反応、改質、・・）に合わせて
　　制御して利用する方法を開発しました




今回開発した技術は、
　複数の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する場合、
　高調波による超音波の伝搬状態を
　効果的に利用（制御）することが可能になります

　従って、（目的に対して）有効な超音波伝搬状態
　（パワースペクトルのダイナミック特性（注））が実現しやすくなります。

注：音響流に対する、超音波システム研究所のオリジナルパラメータです

　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、定在波の制御と組み合わせることにより、
　キャビテーションと加速度の効果を
　目的に合わせて
　幅広い範囲で制御する方法に発展しました。
　具体的には、
　　超音波の各種設定・治工具・・の条件が明確になりました。


　オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
　様々な事例について
　表面状態の「音響流による変化・・」による効果を多数確認しています。




■参考：技術の背景

（サイバネティクスはいかにしてうまれたか
　　ノーバート・ウィナー著　みすず書房　1956年　より）

　・・・・・・
　理想的には、単振動とは遠い過去から遠い未来まで時間的に
　不変に続いている運動である。
　ある意味でそれは永遠の姿の下に存在する。
　音を発したり、止めたりすることは、
　必然的にその振動数成分を変えることになる。
　この変化は、小さいかもしれないが、
　全く実在のものである。
　有限時間の間だけ継続する音符はある帯域にわたる多くの
　単振動に分解することができる。
　それらの単振動のどれか一つだけが存在するとみる事はできない。
　時間的に精密であることは
　音の高さがいくらかあいまいであることを意味し、
　また音の高さを精密にすれば必然的に時間的な区切りがつかなくなる。
　・・・・・・・

　・・・・・・・
　こうして、サイバネティクスの立場から見れば、
　世界は一種の有機体であり、そのある面を変化させるためには
　あらゆる面の同一性をすっかり破ってしまわなければならない
　というほどぴっちり結合されたものでもなければ、
　任意の一つのことが他のどんなこととも同じくらいやすやすと
　起こるというほどゆるく結ばれたものでもない。
　・・・・・・・




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超音波システム研究所
　 http://ultrasonic-labo.com/
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間接容器と定在波による音響流とキャビテーションのコントロール
http://ultrasonic-labo.com/?p=2462

液循環による超音波の非線形制御技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=1428

 

ポンプ利用（脱気と曝気）による超音波の非線形制御技術

超音波システム研究所は、

　目的に合わせた効果的な超音波のダイナミック制御を実現する、
　＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞に関して
　空気（気体）をバブリングすることで
　超音波の非線形現象をコントロールする技術を開発しました。





超音波液循環技術の説明

１）超音波専用水槽（オリジナル製造方法）を使用しています。
２）水槽の設置は
　　１：専用部材を使用
　　２：固有振動と超音波周波数・出力の最適化を行っています。
３）超音波振動子は専用部材を利用して設置しています
　　（専用部材により、定在波、キャビテーション、音響流の
　　　利用状態を制限できます）
４）脱気・マイクロバブル発生装置を使用します。
　　　（標準的な、溶存酸素濃度は５－６ｍｇ／ｌ）
５）水槽と超音波振動子は表面改質を行っています。

上記の設定とマイクロバブルの拡散性により
均一な洗浄液の状態が実現します。

均一な液中を超音波が伝搬することで
安定した超音波の状態が発生します。

この状態から
目的の超音波の効果（伝搬状態）を実現するために
液循環制御を行います
（水槽内全体に均一な音圧分布を実現して、
　超音波、脱気装置、液循環ポンプ、・・の運転制御がノウハウです）

目的の超音波状態確認は音圧測定解析（超音波テスター）で行います。




ポイントは
適切な超音波（周波数・出力）と液循環のバランスです
液循環の適切な流量・流速と超音波キャビテーションの設定により
超音波による音響流・加速度効果の状態をコントロールします。

脱気・マイクロバブルの効果で
均一に広がる超音波の伝搬状態を利用します。

液循環により、以下の自動対応が実現しています。

溶存気体は、水槽内に分布を発生させ
レンズ効果・・・の組み合わせにより、超音波が減衰します。

もうひとつは
適切な液循環による効率の良い超音波照射時は、
大量の空気・・が水槽内に取り入れられても
大きな気泡となって、水槽の液面から出ていきます。

しかし、超音波照射を行っていない状態で
オーバーフロー・・により
液面から空気を取り込み続けると、超音波は大きく減衰します。




この空気を入れる操作は必要です
多数の研究報告・・がありますが
液循環の無い水槽で、長時間超音波照射を行い続け
溶存気体の濃度が低下すると
音圧も低下して、キャビテーションの効果も小さくなります。
（説明としては、キャビテーション核の必要性が空気を入れる理由です
　液面が脱脂油や洗剤の泡・・・で覆われた場合も空気が遮断され
　同様な現象になります）

さらに、
超音波照射により、脱気は行われ
溶存気体の濃度は低下して、分布が発生します
単純な液循環では、この濃度分布は解消できません。

この濃度分布の解決がマイクロバブルの効果です。

脱気・マイクロバブル発生液循環が有効な理由です。

注：
オリジナル装置（超音波測定解析システム：超音波テスター）による
音圧測定解析を行い
効果の確認を行っています。




上記の液循環状態に対して
ポンプから空気（気体）をバブリングすることで
水槽底面の表面弾性波の効果を利用して
マイクロバブルの発生効率が高くなるとともに
ダイナミックな超音波の変化を実現します。

気体の流量・流速分布・・・を適切に設定することで
目的に合わせた、非線形現象を発生させることができます。


以下の動画は
超音波のダイナミック制御を実現させています




＜＜参考動画＞＞


https://youtu.be/8r9mLpX6zKI

https://youtu.be/sqWSP-eKs4s

https://youtu.be/RNqiJwr1a8E

https://youtu.be/w7TOWZsi_pw

https://youtu.be/xCh4MBgVXK4

https://youtu.be/Vwc3BBdRKVM

https://youtu.be/ixI6JzSaMZ0

https://youtu.be/fTRIrla9yCg

https://youtu.be/uu_Tv5rJmQ8

https://youtu.be/5cRoUCutDVM

https://youtu.be/Q1iFtELpyU8

https://youtu.be/cpxIOpjkxA8

https://youtu.be/FgyhetMsg6I

https://youtu.be/uLSnmF4IKR0

https://youtu.be/5YAk9-IE5zM

https://youtu.be/AnJR6Jt2y1g

https://youtu.be/BgpgdnWY1_0

https://youtu.be/D0jxYjKQzu4

＊＊＊




https://youtu.be/A6yXV2T6p7k

https://youtu.be/mAUrBAsW6Ec

https://youtu.be/mYKNCc0pgKc

https://youtu.be/qlMvz-yQJDQ

https://youtu.be/sz49tcRywPA

https://youtu.be/kO850ImJFOg

https://youtu.be/U06cWIGg7XQ

https://youtu.be/Ynou7z3bLx4

＊＊＊

https://youtu.be/ST72bMDGd3A

https://youtu.be/zFjU7jP98T4

https://youtu.be/NyEsMcBkyxg

https://youtu.be/woC69N1W4M8

https://youtu.be/Oan4tgLmv1E

https://youtu.be/JAgMFxDeqS8

https://youtu.be/AJf8lyevyys

https://youtu.be/4P9CovQSWa4

https://youtu.be/OoQIsuaR1xA

https://youtu.be/lAeHtQ_3l_Y

https://youtu.be/dJOutzFdYDI

https://youtu.be/j1zBHSd4AL4

https://youtu.be/WATS6kp22MQ

https://youtu.be/tXAOsxJ7oqs

https://youtu.be/pYfUnjbyr7Y

https://youtu.be/hSoPpZMQ_FU

https://youtu.be/l2MPEHZvK-M




音圧データの解析

https://youtu.be/7t8iElCnGMU

https://youtu.be/laPTqG_le3Q

https://youtu.be/0B61F730x34

https://youtu.be/tNVQpOlCsjo

https://youtu.be/Nx03K4clRnA





＜脱気・マイクロバブル発生液循環システム＞

https://youtu.be/cOd-it7wsXM

https://youtu.be/mYUE1FxeO4o

https://youtu.be/j9MTB3tlZgA

https://youtu.be/aCIXNAp9E8k

https://youtu.be/yNtO1tvpyYM

＊＊＊

https://youtu.be/wdfVAvxBK7A

https://youtu.be/Mdz4jCDnF9s

https://youtu.be/U0OwQcbJTVY

https://youtu.be/xdcVX7Q1LCQ

https://youtu.be/qrYaaamOHN4

https://youtu.be/Vfv8Uerfp0c

https://youtu.be/CcHqoM9FqnI

https://youtu.be/j5dXEfK06q8





上記の技術により
目的の超音波利用に合わせた
水槽の構造設計や液循環位置（ポンプへの吸い込み口、吐出口）は
非常に重要ですが
目的・サイズ・洗浄液・・によりトレードオフの関係が発生する場合があり、
一般的な設定はありません
（具体的な数値は、コンサルティング対応しています）

適切な設定が実現すると
マイクロバブルは超音波作用によりナノバブルに分散します
ナノバブルによる超音波の安定性は、マイクロバブルに比べて大きく
非線形現象の制御がより簡単になります
（具体的な制御は、音圧測定・・・コンサルティング対応しています
　洗剤の使用や撹拌・・では、
　通常の洗浄とは反対の設定を行う成功事例が多い傾向にあります）



＜超音波のダイナミック制御技術＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=2301

超音波のダイナミック制御技術を開発
http://ultrasonic-labo.com/?p=2015

オリジナル技術（液循環）
http://ultrasonic-labo.com/?p=7658

＜超音波のダイナミックシステム：液循環制御技術＞
http://ultrasonic-labo.com/?p=7425

超音波水槽の新しい液循環システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1271

現状の超音波装置を改善する方法
http://ultrasonic-labo.com/?p=1323

超音波制御装置（制御ＢＯＸ）
http://ultrasonic-labo.com/?p=4906

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
http://ultrasonic-labo.com/?p=1753

小型ポンプによる「音響流の制御技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=7500

脱気マイクロバブル発生液循環システム追加の出張サービス
http://ultrasonic-labo.com/?p=2906

超音波洗浄機の＜計測・解析・評価＞（出張）サービス
http://ultrasonic-labo.com/?p=1934

超音波測定解析の推奨システムを製造販売
http://ultrasonic-labo.com/?p=1972

「脱気・マイクロバブル発生装置」を利用した超音波システム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1996

超音波洗浄機の「流れとかたち・コンストラクタル法則」
http://ultrasonic-labo.com/?p=1779

超音波専用水槽の設計・製造技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1439

超音波とマイクロバブルによる表面改質（応力緩和）技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=5413

超音波による金属・樹脂表面の表面改質技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1004

超音波による「金属部品のエッジ処理」技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2894

超音波の「音響流」制御による「表面改質技術」
http://ultrasonic-labo.com/?p=2047

「超音波の非線形現象」を目的に合わせてコントロールする技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=2843

超音波資料
http://ultrasonic-labo.com/?p=1905

複数の異なる「超音波振動子」を同時に照射するシステム
http://ultrasonic-labo.com/?p=1224

３種類の異なる周波数の「超音波振動子」を利用する技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=3815

２種類の異なる「超音波振動子」を同時に照射するシステム
http://ultrasonic-labo.com/?p=2450

対象物の振動モードに合わせた、超音波制御技術
http://ultrasonic-labo.com/?p=1131

オリジナル技術リスト
http://ultrasonic-labo.com/?p=10177

上記の技術について
「超音波コンサルティング」対応します


詳細に興味のある方は
　超音波システム研究所にメールでお問い合わせください。
　脱気と曝気の組み合わせに関しては、沢山のノウハウがあります。

 

ガラス容器を利用した超音波制御技術

ガラス容器を利用した超音波制御技術

超音波システム

　７２ｋＨｚ　２２０Ｗ　

ガラス容器を利用した超音波技術です

超音波実験 （マイクロバブル ナノバブル）

超音波実験　（マイクロバブル　ナノバブル）