2021 Fiscal Year Annual Research Report
Measurement of sound pressure sensitivity of high-frequency microphone using multiple harmonics in intense ultrasonic beams
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18K04010
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
鎌倉 友男 電気通信大学, 産学官連携センター, 客員教授 (50109279)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 超音波 / セルラーポリプロピレン / 圧電性 / マイクロホン / 非線形高調波 / 音圧校正 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は高分子材セルラポリプロピレン（Cellular polypropylene，略してCPP）の圧電性に注目し，この新素材を用いて高周波の超音波の受信に特化したマイクロホンを試作した。また同時に，このマイクロホンの音圧感度を知る手段として，空気の非線形性を利用した「非線形高調波法（Nonlinear harmonic method ）」を提案し，この手法の確立に取り組んできた。非線形高調波法は，高音圧超音波ビームが伝搬する際に必然的に発生する高調波成分を有効利用するもので，高調波が観測できるまで，具体的には1MHz付近まで音圧感度の測定が可能となる。このことを実証するために，試作したCPPマイクロホンの音圧感度評価に非線形高調波法を適用した。その結果，従来の精密音場計測用コンデンサマイクロホンの感度限界150kHzであるのに対して，CPPマイクロホンはそれを遙かに越え，400kHzほどの高域まで受信可能であることを確認した。ただ，広帯域がゆえに受信感度が低いという課題が残る。この課題を克服するために，前年度に引き続き，受信回路用ICの入力インピーダンスをできるだけ高くし，CPPからの微小出力電圧を損失無く次段回路に伝える回路工夫を行った。この工夫でいままでよりも6～10dBの感度向上が計られた。一方，非線形高調波法では，任意の空間位置における音圧値が精度よく理論予測できる標準音源が必要となる。この標準音源として，異なる2つの正弦波信号，すなわち40kHzと63kHzの高音圧の超音波が放射できる超音波トランスデューサを選択し，このトランスデューサ127個を平板に稠密に配置した超音波エミッタを試作して非線形高調波法に適用した。この結果，単に40kHzを用いる従来型手法に比べて感度特性の測定周波数範囲の拡大が計られ，感度精度に対する評価知見も得られた。
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