複数の超音波振動子を制御するシステム技術

複数の振動子を使用する超音波システム

この動画のベースとなる技術を紹介します



＜＜　超音波のジャグリング制御　＞＞



  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　：　超音波出力の異なる周波数の数



 説明

 各種データの時系列変化の様子を解析して、

 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





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