2019年12月31日火曜日

超音波と表面弾性波(オリジナル超音波システムの開発技術) ultrasonic-labo

2019年12月8日日曜日

超音波と洗剤

超音波実験 ultrasonic-labo

超音波実験 ultrasonic-labo





--超音波の非線形現象を制御する技術による
 ナノレベルの攪拌・乳化・分散・粉砕技術--

超音波システム研究所は、
「超音波の非線形現象(音響流)を制御する技術」を利用した
 効果的な攪拌(乳化・分散・粉砕)技術を開発しました。

この技術は
 表面検査による間接容器、超音波水槽、その他事項具・・の
 超音波伝搬特徴(解析結果)を利用(評価)して
 超音波(キャビテーション・音響流)を制御します。

さらに、
 具体的な対象物の構造・材質・音響特性に合わせ、
 効果的な超音波(キャビテーション・音響流)伝搬状態を、
 ガラス容器・超音波・対象物・・の相互作用に合わせて、
 超音波の発振制御により実現します。

特に、
 音響流制御による、高調波のダイナミック特性により
 ナノレベルの対応が実現しています

金属粉末をナノサイズに分散する事例から応用発展させました。

超音波に対する
 定在波やキャビテーションの制御技術をはじめ
 間接容器に対する伝播制御技術・・・により
 適切なキャビテーションと音響流による攪拌を行います。

これまでは、各種溶剤の効果と超音波の効果が
 トレードオフの関係にあることが多かったのですが
 この技術により
 溶剤と超音波の効果を
 適切な相互作用により相乗効果を含めて
 大変効率的に利用(超音波制御)可能になりました。

オリジナルの超音波伝搬状態の測定・解析技術により、
 音響流の評価・・・・多数のノウハウ・・・を確認しています。


2019年11月27日水曜日

メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した実験動画 ultrasonic-labo





超音波システム研究所は、超音波伝搬状態に関する
測定・解析・評価に基づいた
超音波<洗浄・攪拌・・>システムの
解析・設計・製造技術を開発しました。


1:対象物(洗浄物・・)の音響特性測定・解析

2:音響特性に基づいた、水槽・振動子の設計
(必要に応じて
 複数の異なる周波数の超音波振動子の選択
 あるいは、
 メガヘルツの超音波発振制御プローブの採用・・)

3:対象物に対する超音波出力の最適化

4:超音波出力に合わせた、
  ファインバブルの液循環システムを設計

5:上記に基づいた、水槽・治工具の設計

6:ファインバブルと超音波を利用した製造
(ファインバブルと超音波によるエージング処理
  表面残留応力の緩和処理)

7:超音波テスター(音圧測定解析システム)による
 7-1:超音波振動子、水槽、治工具の確認
 7-2:超音波制御・出力、液循環制御、・・最適化
 7-3:洗浄液の非線形現象の確認
 7-4:洗浄物の超音波伝搬状態の確認

8:各種制御パラメータの微調整
 8-1:超音波出力
 8-2:超音波のON/OFF制御時間
 8-3:ファインバブル発生液循環システム
   *液循環量の設定
   *液循環のON/OFF制御時間

メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した実験動画 ultrasonic-labo

メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した実験動画 ultrasonic-labo

2019年11月22日金曜日

メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した実験データ ultrasonic-labo

メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した実験データ ultrasonic-labo





超音波システム研究所は、
 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
 「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を開発しました。

超音波テスターを利用したこれまでの
 計測・解析・結果(注)を時系列に整理することで
 目的に適した超音波の状態を示す
 新しい評価基準(パラメータ)になることを確認しました。

注:
 非線形特性
 応答特性
 ゆらぎの特性
 相互作用による影響

統計数理の考え方を参考に
 対象物の音響特性・表面弾性波を考慮した
 オリジナル測定・解析手法を開発することで
 振動現象に関する、詳細な各種効果の関係性について
 新しい理解を深めています。

その結果、
 超音波の伝搬状態と対象物の表面について
 新しい非線形パラメータが大変有効である事例を確認しています。

特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・
 良好な確認に基づいた、制御・改善・・・が実現しています。

<統計的な考え方について>
 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


<参考>
以下のプログラムを参考にして開発・作成した
 オリジナルソフト(解析システム)を
 オープンソースの統計解析システム 「 R 」 で
 解析を行っています

生体のゆらぎとリズム コンピュータ解析入門:和田孝雄/著:講談社

赤池モデルを臨床にいかす画期的な解説書。
1/fゆらぎ解析に必須かつ難解な赤池モデルと、臨床への応用を懇切丁寧に解説。
生体のダイナミクスに関心をもち臨床デ-タ解析に携わる医学者・工学者待望の書

内容(「MARC」データベースより)
〈CD-ROM付き〉生体のゆらぎとリズムの時系列解析への入門。
 第一線の研究者である著者が、経験した者だけが知る様々な困難点について、
 他に類例のないユニークな視点から細部の議論を展開する。

生体のゆらぎとリズム 和田孝雄著
添付されたプログラムの使用方法
*.exe 解析実行ファイル
*.for 解析プログラムファイル(フォートランのソースファイル)
*.dat 解析データファイル

インパルス応答(時間領域での伝達特性
        ラプラス変換するとS領域での伝達特性)
周波数伝達関数(周波数領域での伝達特性)
 AIRCV2.EXE ARV2.DAT 2変数のインパルス応答
AIRCV3.EXE ARV3.DAT 3変数のインパルス応答

多変量自己解析モデルによるフィードバック解析
 ARPCV2.EXE ARV2.DAT 2変数のパワー寄与率
ARPCV3.EXE ARV3.DAT 3変数のパワー寄与率


<<超音波の音圧測定・解析>>

1)多変量自己回帰モデルによる
 フィードバック解析により
 超音波伝搬状態の安定性・変化について解析評価します

2)インパルス応答特性・自己相関の解析により
 対象物の表面状態・・に関する解析評価を行います

3)パワー寄与率の解析により
 超音波(周波数・出力)、形状、材質、測定条件・・
 データの最適化に関する解析評価を行います

4)その他(表面弾性波の伝搬)の
 非線形(バイスペクトル)解析により
 対象物の振動モードに関する
 ダイナミック特性の解析評価を行います

この解析方法は、
 複雑な超音波振動のダイナミック特性を
 時系列データの解析手法により、
 超音波の測定データに適応させることで実現しています。

2019年11月21日木曜日

超音波実験 ultrasonic-labo





超音波システム研究所は、

シャノンのジャグリング定理を応用した「超音波制御」方法と


オリジナル超音波発振プローブの製造技術を組み合わせることで


複数の異なる周波数の超音波を目的(洗浄、加工、攪拌、検査、・・)


に合わせて制御する方法を開発しました。




この技術を、コンサルティング提案・実施対応しています。




超音波伝搬現象を 安定して効率よく利用するためには


超音波の伝搬特性として、発振機や振動子以外の条件に関する


検討や開発も必要です




発振波形や制御条件を検討することで


新しい超音波の効果を発見できます


新しい超音波現象を目的に合わせて利用することで


効率の高い超音波利用が実現します




特に、ナノレベルの超音波技術での実績が増えています






<制御について>




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、


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






<< シャノンのジャグリング定理の応用 >>




注:JUGGLING THEOREM proposed by Claude E. Shannon






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1の発振・出力時間


D : ベースとなる超音波2の運転時間


H : 基本サイクル(音響流の流れを数値化したパラメータ)


V : 低周波振動(液循環・揺動)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






ポイント(ノウハウ)は、非線形現象の発生状態を


 対象物による相互作用を考慮した


 測定解析評価に基づいて、コントロールすることです。


超音波実験 ultrasonic-labo





超音波システム研究所は、
 メガヘルツの超音波発振制御プローブを利用した
 超音波制御技術に関する実験動画を公開しています。


メガヘルツの超音波発振制御プローブ:概略仕様
 測定範囲 0.01Hz~100MHz
 発振範囲 0.1kHz~10MHz
 材質 ステンレス、LCP樹脂、シリコン、テフロン、ガラス・・・
 発振機器 例 ファンクションジェネレータ


超音波伝搬状態の変化を
 超音波テスターで測定・解析します。

超音波テスターの特徴(標準的な仕様の場合)

  *測定(解析)周波数の範囲
   仕様 0.1Hz から 10MHz
(最大 0.01Hz から 1GHz)
  *超音波発振
   仕様 1Hz から 100kHz
(最大 0.1Hz から 1MHz)
  *表面の振動計測が可能
  *24時間の連続測定が可能
  *任意の2点を同時測定
  *測定結果をグラフで表示
  *時系列データの解析ソフトを添付

超音波プローブによる測定・解析システムです。
 測定したデータについて、
 位置や状態と、弾性波動を考慮した解析で、
 各種の音響特性として検出し
 目的に合わせて、応用(制御)します。

超音波実験 ultrasonic-labo





超音波システム研究所は、
 多変量自己回帰モデルによるフィードバック解析技術を応用した、
 「超音波の伝搬状態を測定・解析・評価する技術」を開発しました。

超音波テスターを利用したこれまでの
 計測・解析・結果(注)を時系列に整理することで
 目的に適した超音波の状態を示す
 新しい評価基準(パラメータ)になることを確認しました。

注:
 非線形特性
 応答特性
 ゆらぎの特性
 相互作用による影響

統計数理の考え方を参考に
 対象物の音響特性・表面弾性波を考慮した
 オリジナル測定・解析手法を開発することで
 振動現象に関する、詳細な各種効果の関係性について
 新しい理解を深めています。

その結果、
 超音波の伝搬状態と対象物の表面について
 新しい非線形パラメータが大変有効である事例を確認しています。

特に、洗浄・加工・表面処理効果に関する評価事例・・
 良好な確認に基づいた、制御・改善・・・が実現しています。

<統計的な考え方について>
 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


<参考>
以下のプログラムを参考にして開発・作成した
 オリジナルソフト(解析システム)を
 オープンソースの統計解析システム 「 R 」 で
 解析を行っています

生体のゆらぎとリズム コンピュータ解析入門:和田孝雄/著:講談社

赤池モデルを臨床にいかす画期的な解説書。
1/fゆらぎ解析に必須かつ難解な赤池モデルと、臨床への応用を懇切丁寧に解説。
生体のダイナミクスに関心をもち臨床デ-タ解析に携わる医学者・工学者待望の書

内容(「MARC」データベースより)
〈CD-ROM付き〉生体のゆらぎとリズムの時系列解析への入門。
 第一線の研究者である著者が、経験した者だけが知る様々な困難点について、
 他に類例のないユニークな視点から細部の議論を展開する。

生体のゆらぎとリズム 和田孝雄著
添付されたプログラムの使用方法
*.exe 解析実行ファイル
*.for 解析プログラムファイル(フォートランのソースファイル)
*.dat 解析データファイル

インパルス応答(時間領域での伝達特性
        ラプラス変換するとS領域での伝達特性)
周波数伝達関数(周波数領域での伝達特性)
 AIRCV2.EXE ARV2.DAT 2変数のインパルス応答
AIRCV3.EXE ARV3.DAT 3変数のインパルス応答

多変量自己解析モデルによるフィードバック解析
 ARPCV2.EXE ARV2.DAT 2変数のパワー寄与率
ARPCV3.EXE ARV3.DAT 3変数のパワー寄与率


<<超音波の音圧測定・解析>>

1)多変量自己回帰モデルによる
 フィードバック解析により
 超音波伝搬状態の安定性・変化について解析評価します

2)インパルス応答特性・自己相関の解析により
 対象物の表面状態・・に関する解析評価を行います

3)パワー寄与率の解析により
 超音波(周波数・出力)、形状、材質、測定条件・・
 データの最適化に関する解析評価を行います

4)その他(表面弾性波の伝搬)の
 非線形(バイスペクトル)解析により
 対象物の振動モードに関する
 ダイナミック特性の解析評価を行います

この解析方法は、
 複雑な超音波振動のダイナミック特性を
 時系列データの解析手法により、
 超音波の測定データに適応させることで実現しています。

2019年10月17日木曜日

超音波システム研究に関する動画・スライド

超音波プローブを利用した「音響流」制御技術 ultrasonic-labo

2019年5月16日木曜日

表面弾性波の新しい評価方法(超音波技術) ultrasonic-labo

表面弾性波の新しい評価方法(超音波技術) ultrasonic-labo

オリジナル超音波プローブによる「流水式超音波技術」 ultrasonic-labo

超音波システム研究に関する動画・写真





<< 超音波の非線形現象 >>



超音波洗浄効果の高い装置は、キャビテーションを考慮した洗浄水槽を使用して

 音響流の効果を最適化した振動子・振動板を設置します。



普通の超音波洗浄機は、洗浄物により

 様々な、キャビテーション・音響流が発生します。



どうしても、目に見える、あるいは聞こえる範囲での状態評価に集中します。



ところが、ソ連の超音波に関する書籍

 「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、

 「超音波洗浄について、最も重要(効果的)な要因は、音響流である」

 と言うことが記載されています。



音響流に関して以下のような説明がありますが、

 測定・解析・評価については、はっきりしません。



一般概念

有限振幅の波が、気体または液体内を伝播するときは、音響流が発生する。



音響流は、

 波のパルスの粘性損失の結果、自由不均一場内で生じるか、

 または音場内の障害物(洗浄物・治具・液循環)の近傍か

 あるいは振動物体の近傍で、

慣性損失によって生じる物質の一方性定常流である。



音響流は、

 大多数の超音波加工工程、浄化、乾燥、乳化、燃焼、抽出・・・過程での

 重要な強化因子であり、媒体内の熱交換と物質交換を著しく促進する。



加工工程での音響流の作用効果は、それらの速度と寸法因子によって決まる。





こうなると、キャビテーションと音響流の議論になり、対応が難しくなります。



そこで、キャビテーション・音響流の影響として

 複雑な超音波の音圧変化を統計解析することを考えます。



簡単な実験として、

 超音波洗浄器で、液循環がある場合と無い場合の違いを調べます。



ここで、液循環量の変化に合わせて、超音波による音圧変化の様子を観察・測定します。



測定した、音圧データを検討・解析(自己相関・バイスペクトル)することで

 超音波における非線形現象をはっきり確認できます。



「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、

「流体が振動する現象は非線型理論の集積です」と指摘しています。



従って、超音波の音圧測定・解析・評価により、非線形現象を確認することは

 超音波の効果的な利用に発展できることになります。




超音波システム研究に関する動画・写真





<<< 超音波洗浄とキャビテーション  >>>



超音波洗浄セミナー終了後の質問で、

 以下のような経験を多数しています。



これまでに、超音波洗浄の原理として、

 キャビテーションに関する説明を受けてきましたが、

 洗浄経験から、ほとんど納得できませんでした。



セミナーの説明にある「非線形現象による音響流の効果」は

 詳しいことは理解できないのですが、

 洗浄現場の状況に対して非常に納得できます。



単純な洗浄成功事例を、キャビテーションで説明することは

 簡単に理解できるため、幅広い応用ができると思いがちです。



洗浄対象物(形状、材質、数量、・・)が異なる場合

 キャビテーションで単純化した洗浄方法を応用すると

 全く異なる超音波伝搬状態を目標にしているような危険にさらられます。



洗浄状態を改良しようとしても

 単純化した洗浄原理に基づいた対策が行われるため

 洗浄効果が表れないで、逆効果になっている事例を多数見ています。



単純な洗浄モデルで考えた場合

 洗浄対策も単純になる傾向があります。



洗浄の難しさは、簡単に洗浄できた経験者や

 超音波の複雑な音圧変化を測定確認していない人には理解できないでしょう。



30年ぐらい前の脱脂洗浄レベルに関しては

「超音波洗浄はキャビテーションの効果である」という表現も

 間違えだといえない状況だったと思います。



ナノレベルを問題にする、洗浄に関しては

 「超音波の重要(効果的)な要因は、音響流である」という考え方が必要です。



実際に、キャビテーションで洗浄していることは確信が持てないものです。

 

洗浄モデルで考えても分かりませんから

 洗浄器の実験で確認しましょう。



簡単な汚れ(例えばスプーンに油を塗る)で洗浄実験しましょう。



液循環のON/OFF制御や、スプーンの揺動操作・・により

洗浄液の流れによる

 洗浄効果・再付着に対する効果・・確認することができます。



これだけの実験でも、

 音響流の利用が重要だということが解ります。

(汚れの動きを詳しく観察することを繰り返すと

 複雑な音響流を見ることができるようになります)



洗浄関係者(特に、精密洗浄関係者)にとっては、

 「キャビテーションで洗浄する」と言うような表現は

 大変危険だということが分かります。



超音波洗浄の現実は

 洗浄物の特性を含め非常に難しい事象(非線形現象)なのです。


超音波システム研究に関する動画・写真

2019年4月28日日曜日

超音波出力の最適化技術 ultrasonic-labo





<<< 超音波洗浄とキャビテーション  >>>



超音波洗浄セミナー終了後の質問で、

 以下のような経験を多数しています。



これまでに、超音波洗浄の原理として、

 キャビテーションに関する説明を受けてきましたが、

 洗浄経験から、ほとんど納得できませんでした。



セミナーの説明にある「非線形現象による音響流の効果」は

 詳しいことは理解できないのですが、

 洗浄現場の状況に対して非常に納得できます。



単純な洗浄成功事例を、キャビテーションで説明することは

 簡単に理解できるため、幅広い応用ができると思いがちです。



洗浄対象物(形状、材質、数量、・・)が異なる場合

 キャビテーションで単純化した洗浄方法を応用すると

 全く異なる超音波伝搬状態を目標にしているような危険にさらられます。



洗浄状態を改良しようとしても

 単純化した洗浄原理に基づいた対策が行われるため

 洗浄効果が表れないで、逆効果になっている事例を多数見ています。



単純な洗浄モデルで考えた場合

 洗浄対策も単純になる傾向があります。



洗浄の難しさは、簡単に洗浄できた経験者や

 超音波の複雑な音圧変化を測定確認していない人には理解できないでしょう。



30年ぐらい前の脱脂洗浄レベルに関しては

「超音波洗浄はキャビテーションの効果である」という表現も

 間違えだといえない状況だったと思います。



ナノレベルを問題にする、洗浄に関しては

 「超音波の重要(効果的)な要因は、音響流である」という考え方が必要です。



実際に、キャビテーションで洗浄していることは確信が持てないものです。

 

洗浄モデルで考えても分かりませんから

 洗浄器の実験で確認しましょう。



簡単な汚れ(例えばスプーンに油を塗る)で洗浄実験しましょう。



液循環のON/OFF制御や、スプーンの揺動操作・・により

洗浄液の流れによる

 洗浄効果・再付着に対する効果・・確認することができます。



これだけの実験でも、

 音響流の利用が重要だということが解ります。

(汚れの動きを詳しく観察することを繰り返すと

 複雑な音響流を見ることができるようになります)



洗浄関係者(特に、精密洗浄関係者)にとっては、

 「キャビテーションで洗浄する」と言うような表現は

 大変危険だということが分かります。



超音波洗浄の現実は

 洗浄物の特性を含め非常に難しい事象(非線形現象)なのです。






2019年4月26日金曜日

超音波システム研究に関する動画





<< 超音波の非線形現象 >>



超音波洗浄効果の高い装置は、キャビテーションを考慮した洗浄水槽を使用して

 音響流の効果を最適化した振動子・振動板を設置します。



普通の超音波洗浄機は、洗浄物により

 様々な、キャビテーション・音響流が発生します。



どうしても、目に見える、あるいは聞こえる範囲での状態評価に集中します。



ところが、ソ連の超音波に関する書籍

 「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、

 「超音波洗浄について、最も重要(効果的)な要因は、音響流である」

 と言うことが記載されています。



音響流に関して以下のような説明がありますが、

 測定・解析・評価については、はっきりしません。



一般概念

有限振幅の波が、気体または液体内を伝播するときは、音響流が発生する。



音響流は、

 波のパルスの粘性損失の結果、自由不均一場内で生じるか、

 または音場内の障害物(洗浄物・治具・液循環)の近傍か

 あるいは振動物体の近傍で、

慣性損失によって生じる物質の一方性定常流である。



音響流は、

 大多数の超音波加工工程、浄化、乾燥、乳化、燃焼、抽出・・・過程での

 重要な強化因子であり、媒体内の熱交換と物質交換を著しく促進する。



加工工程での音響流の作用効果は、それらの速度と寸法因子によって決まる。





こうなると、キャビテーションと音響流の議論になり、対応が難しくなります。



そこで、キャビテーション・音響流の影響として

 複雑な超音波の音圧変化を統計解析することを考えます。



簡単な実験として、

 超音波洗浄器で、液循環がある場合と無い場合の違いを調べます。



ここで、液循環量の変化に合わせて、超音波による音圧変化の様子を観察・測定します。



測定した、音圧データを検討・解析(自己相関・バイスペクトル)することで

 超音波における非線形現象をはっきり確認できます。



「超音波工学と応用技術」ベ.ア.アグラナート/[他]共著には、

「流体が振動する現象は非線型理論の集積です」と指摘しています。



従って、超音波の音圧測定・解析・評価により、非線形現象を確認することは

 超音波の効果的な利用に発展できることになります。


2019年2月28日木曜日

超音波<乳化・分散>技術 (ナノテクノロジー)NO.1

粉体・粉末と超音波 (ナノテクノロジー)





超音波システム研究所は、
 *複数の異なる周波数の振動子の「同時照射」技術
 *間接容器の利用に関する「弾性波動」の応用技術
 *振動子の固定方法による「定在波の制御」技術
 *時系列データのフィードバック解析による「超音波測定・解析」技術
 *液循環に関する「ダイナミックシステム」の統計処理技術
 *超音波の「非線形現象に関する」制御技術
 *超音波とファインバブルによる「表面改質技術」
 *超音波の「音圧測定・解析」技術に基づいた発振制御技術
 *オリジナル超音波発振プローブの製造技術
 *超音波水槽・振動子の設計技術
 *超音波システムの開発技術
 *音響特性を評価する技術

 上記の技術を組み合わせることで
  対象物に合わせた、超音波分散技術(注)を開発しました。

注:超音波とファインバブルにより
  攪拌・分散・・とともに表面の応力緩和処理・・が行われます