2022 Fiscal Year Annual Research Report
水中超音波により生じる気泡の音響信号を用いた気泡の発生量及び運動状態の計測制御
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20K04525
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
内田 武吉 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (70455434)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 高出力超音波 / 音響キャビテーション / 超音波パワー / 広帯域雑音 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、音響キャビテーションにより発生する気泡の個数や運動状態を気泡から生じる音響信号を用いて定量的に計測制御する技術を開発し、音響信号が気泡の定量計測の指標になることを目的としている。音響キャビテーションは、水中に高出力超音波を照射した時にマイクロサイズ以下の気泡が発生する現象であり、気泡から生じる衝撃波を利用して産業分野の加工部品や医療分野の治具の洗浄に用いられている。一方、気泡から生じる衝撃波は、加工部品や治具を破壊する作用も有するため、気泡の計測制御が課題であった。我々は、気泡の計測制御には、気泡の発生量を定量的に評価する指標が必要であると考え、気泡から生じる音響信号を利用することを検討している。気泡の音響信号は、高調波、分調波、広帯域雑音など数種類存在するが、本研究では広帯域雑音を評価指標として検討を行った。広帯域雑音は、気泡の発生時に生じる音響信号であるため、気泡の個数の評価に応用できる可能性がある。
令和4年度は、前年度に構築した低周波数用の超音波パワー測定装置を用いて、水槽内の超音波パワーを一定に制御し、その後広帯域雑音と超音波洗浄装置の洗浄能力との関係について検討した。超音波の洗浄能力は、医療分野で用いられている金属片の表面に塗布した微粒子の除去率を用いた。水槽の端から端まで金属片を設置し、その各位置の金属片の広帯域雑音を測定し、除去率との関係を評価した。結果として、広帯域雑音と金属片の表面に塗布した微粒子の除去率の間には正の相関があった。この結果から、気泡の個数を反映していると考えられる広帯域雑音は、超音波洗浄の効率を測定するための評価指標として利用できる可能性がある。
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