Non-sinusoidal strong ultrasonic waves in MHz band by DPLUS

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21KK0065
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 20:Mechanical dynamics, robotics, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: MORITA Takeshi 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (60344735)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三宅 奏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (40910956) ; 今城 哉裕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (10866635) ; 畑中 信一 宇都宮大学, 大学教育推進機構, 特任准教授 (40334578)
• Project Period (FY): 2021-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: 集束超音波 / 非正弦波形 / MHz帯強力超音波

Outline of Final Research Achievements

Powerful ultrasound technology is widely applied in various research fields. However, typical ultrasound is utilized as a single frequency of several tens of kHz. For applications such as cavitation generation and ultrasonic levitation, a sinusoidal waveform is not always optimal because these applications utilize nonlinearity of the target medium. On the other hand, we proposed DPLUS, which uses a double parabolic reflection surface to generate focused ultrasound in the several MHz band. In order to utilize this DPLUS, we design the resonance frequency ratio of the two resonance modes to be 1:2 and generate non-sinusoidal waves such as sawtooth waves and trapezoidal waves by superimposing with phase control.

Free Research Field

強力超音波

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

従来の強力超音波技術では、数10kHzの周波数帯における共振振動を使って正弦波形を利用することが常識であった。これに対して、本研究では、MHz帯域の新型振動子を利用して、二つの共振振動波形を重ね合わせることを提案した。圧電素子の厚さや外部電気素子の接続により共振周波数比を1:2にする技術によって非正弦波形を実現した本研究成果は、新しい科学技術に貢献することが期待されるものであり、当該研究分野において有意義なものである。