非同心円環アレイ型音源による無回折超音波ビームの放射方向可制御化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 15560355
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計測工学
• 研究機関: 鳥羽商船高等専門学校
• 研究代表者: 増山 裕之 鳥羽商船高等専門学校, 電子機械工学科, 助手 (90334052)
• 研究分担者: 水谷 孝一 筑波大学, 大学院・システム情報工学研究科, 教授 (50241790)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2004年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2003年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
• キーワード: トランスデューサアレイ / 円環アレイ / 無回折ビーム / 偏心 / ビーム走査 / 非接触測定 / 複素音場 / 可視化 / 超音波ビーム / 非回折ビーム / 方向可変 / ベッセルビーム / 空隙

研究概要

本研究では、非同心型円環アレイによる音源を構築することによって、無回折で伝搬する超音波ビームの形成を行ない、さらに、その放射方向を可制御とすることを目的としている。
まず、隣り合う要素間に空隙が存在する円環アレイに対して偏心を施すことによって、ビーム放射方向を変化させることが可能となることを確認した。数値解析により、アレイ要素数10の場合では、最大で約15度、音軸からずれた方向に、細い幅を保ったビームが放射可能であることが示された。また、アレイ要素数が少数の場合においても、音軸からずれた方向に、幅の細いビームが放射可能であることが示された。また、各要素における偏心率を変動させた場合に及ぼされる影響についても検証を行ない、実際に偏心される要素と、ビームの方向がずれる音源平面からの垂直距離との間の関連が見出された。
引き続き、効果的にビーム放射方向を変化させることが可能となる音源要素の配置について検討を実施し、偏心要素数を最小限にした場合においても、無回折で伝搬するビームの放射方向が可変であることが確認されるとともに、ビームの精密な平行走査法としての可能性が新たに見出された。また、放射されるビームの伝搬経路をより細やかに設定する手法を検討し、空間中でねじれた伝搬経路を持つ放射ビームを得る手法を見出した。
さらに、測定実験を行うための手段として、音源によって形成される音場を測定する手法についても、並行して検討を実施し、2種の干渉計を用いた光学的な手法に基づく、音場に対して非接触・非侵襲な測定装置を構築した。一般的な音源を用いた測定実験を実施し、放射音場の二次元複素分布の可視化において、数値的解析とよく一致した傾向を持った測定結果を得ることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Directional Trimming of Radiated Ultrasonic Beam Using Decentered Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 44
  • NAID: 10016583918
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Scanning of Acoustic Beam Using Decentering Operation for Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of VS Tech 2005, The First International Symposium on Advanced Technology of Vibration and Sound ページ: 73-77
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Directional Trimming of Radiated Ultrasonic Beam Using Decentered Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 44,6B(in press)
  • NAID: 10016583918
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Scanning of Acoustic Beam Using Decentering Operation for Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of The First International Symposium on Advanced Technology of Vibration and Sound ページ: 73-77
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Scanning of Acoustic Beam Using Decentering Operation for Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of VS Tech 2005, The First International Symposium on Advanced Technology of Vibration and Sound (印刷中)
• [雑誌論文] Directional Trimming of Radiated Ultrasonic Beam Using Decentered Annular Transducer Array (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 44(予定)(印刷中)
  • NAID: 10016583918
• [雑誌論文] Visualization of Ultrasonic Fields Using Michelson Interferometer (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Obuchi
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 25 ページ: 117-118
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 偏心円環トランスデューサアレイによる超音波ビームの放射方向トリミング (2004)
  • 著者名/発表者名: 増山裕之
  • 雑誌名: 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム論文集 25 ページ: 29-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Measurement of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interferometer (2004)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nemoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43 ページ: 6444-6447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Effect of Decentering Ratio of Elements in a Variable Radiation Direction Sound Source on Beam Profile (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Acoustical Science and Technology 25 ページ: 386-388
  • NAID: 110003102922
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Decentered Annular Transducer Array for Generating Direction-Variable Acoustic Beam (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of The 16th World Conference on Nondestructive Testing (CD-ROM)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 円環アレイによる放射方向可変型音源 (2004)
  • 著者名/発表者名: 増山裕之
  • 雑誌名: 超音波テクノ 16 ページ: 42-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Visualization of Ultrasonic Fields Using Michelson Interferometer (2004)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Obuchi, Satoshi Nakanishi, Koichi Mizutani, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics 25 ページ: 117-118
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Directional Trimming of Radiated Ultrasonic Beam by Decentered Annular Transducer Array (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics (in Japanese) 25 ページ: 29-30
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Measurement of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interferometer (2004)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nemoto, Koichi Mizutani, Tomohiro Ezure, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43,9A ページ: 6444-6447
  • NAID: 10013574752
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of decentering ratio of elements in a variable radiation direction sound source on beam profile (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Acoustical Science and Technology 25,5 ページ: 386-388
  • NAID: 110003102922
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Decentered Annular Transducer Array for Generating Direction-Variable Acoustic Beam (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of The 16th World Conference on Nondestructive Testing (CD-ROM)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Variable radiation direction sound source using annular array - Effect of decentering ratio fluctuation of array element on radiated beam - (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani
  • 雑誌名: Ultrasonic Technology (in Japanese) 16,3 ページ: 42-46
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of Decentering Ratio Fluctuation of Annular Array Element in Direction-Variable Type Sound Sources (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43,5B ページ: 2822-2826
  • NAID: 10013097325
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Correspondence between Individual Decentered Element and Alteration of Beam Direction in Annular Array Sound Source (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of The 18th International Congress on Acoustics (I) ページ: 671-674
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Measurement of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interferometer (2004)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nemoto
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43・9A ページ: 6444-6447
• [雑誌論文] Effect of Decentering Ratio of Elements in a Variable Radiation Direction Sound Source on Beam Profile (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Acoustical Science and Technology 25・5 ページ: 386-388
  • NAID: 110003102922
• [雑誌論文] 円環アレイによる放射方向可変型音源 (2004)
  • 著者名/発表者名: 増山裕之
  • 雑誌名: 超音波テクノ 16・3 ページ: 42-46
• [雑誌論文] Effect of Decentering Ratio Fluctuation of Annular Array Element in Direction-Variable Type Sound Sources (2004)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 43・5B ページ: 2822-2826
  • NAID: 10013097325
• [雑誌論文] Optical Measurement of Sound Fields with Diffraction-Effect Using Mach-Zehnder Interferometer (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ezure, Koichi Mizutani, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 42,12 ページ: 7599-7600
  • NAID: 10011841220
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical Measurement of Sound Fields Estimated from Multiple Interference Images Using Mach-Zehnder Interferometer (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ezure, Koichi Mizutani, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers (IEICE) Transaction on Electronics (Japanese Edition) C, (in Japanese) J86-C,12 ページ: 1324-1330
  • NAID: 110003172091
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Measurement of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interferometer (2003)
  • 著者名/発表者名: Manabu Nemoto, Koichi Mizutani, Tomohiro Ezure, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics (in Japanese) 24 ページ: 209-210
  • NAID: 10013574752
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effect of Decentering Ratio Fluctuation of Annular Array Element on Direction-Variable Beam (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of Symposium on Ultrasonic Electronics (in Japanese) 24 ページ: 17-18
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optical Computerized Tomography System for Visualization of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interference Images Detected by Charge Coupled Device (2003)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ezure, Koichi Mizutani, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of The Fifth World Congress on Ultrasonics ページ: 1245-1248
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Direction-Variable Type Sound Source by Annular Transducer Array (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Masuyama, Koichi Mizutani, Keinosuke Nagai
  • 雑誌名: Proceedings of VS Tech 2003 Symposium on New Technology of Vibration and Sound (in Japanese) ページ: 140-143
  • NAID: 110002499117
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Visualization of Ultrasonic Beam Using Michelson Interferometer (2003)
  • 著者名/発表者名: Koichi Mizutani, Manabu Nemoto, Tomohiro Ezure, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 42,5B ページ: 3072-3075
  • NAID: 10011097307
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Visualization of Ultrasonic Beam Using Mach-Zehnder Interferometer
  • 著者名/発表者名: Manabu Nemoto, Tomohiro Ezure, Satoshi Nakanishi, Koichi Mizutani, Hiroyuki Masuyama
  • 雑誌名: Proceedings of 32nd Meeting on Lightwave Sensing Technology (in Japanese) 2003.12 ページ: 197-202
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] 増山裕之: "円環アレイによる放射方向可変型音源"超音波テクノ. 16(予定)(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hiroyuki Masuyama: "Effect of decentering ratio of elements in a variable radiation direction sound source on beam profile"Acoustical Science and Technology. (予定)(印刷中).
• [文献書誌] Hiroyuki Masuyama: "Effect of Decentering Ratio Fluctuation of Annular Array Element in Direction-Variable Type Sound Sources"Japanese Journal of Applied Physics. 43(予定)(印刷中). (2004)
• [文献書誌] Hiroyuki Masuyama: "Correspondence between Individual Decentered Element and Alteration of Beam Direction in Annular Array Sound Source"Proceedings of 18th International Congress on Acoustics. 1. 671-674 (2004)
• [文献書誌] Tomohiro Ezure: "Optical Measurement of Sound Fields with Diffraction-Effect Using Mach-Zehnder Interferometer"Japanese Journal of Applied Physics. 42・12. 7599-7600 (2003)
• [文献書誌] 江連朝寛: "マッハツェンダ干渉計を用いる複数の光干渉像から推定する音場計測"電子情報通信学会論文誌. J86-C・12. 1324-1330 (2003)
• [文献書誌] 根本学: "マッハツェンダ干渉計を用いる超音波ビームの可視化"第32回光波センシング技術研究会講演論文集. 197-202 (2003)
• [文献書誌] 根本学: "マッハツェンダ干渉計を用いる複素音場の測定"第24回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集. 209-210 (2003)
• [文献書誌] 増山裕之: "円環アレイ要素の偏心率変動が放射方向可変ビームに及ぼす影響"第24回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集. 17-18 (2003)
• [文献書誌] Tomohiro Ezure: "Optical Computerized Tomography System for Visualization of Sound Fields Using Mach-Zehnder Interference Images Detected by Charge Coupled Device"Proceedings of The Fifth World Congress on Ultrasonics. 1245-1248 (2003)
• [文献書誌] 工藤功介: "少数の音響センサで実現する反射音利用の空間温度分布測定"VS Tech 2003 振動・音響新技術シンポジウム講演論文集. 144-147 (2003)
• [文献書誌] 増山裕之: "円環トランスデューサアレイによる放射方向可変型音源"VS Tech 2003 振動・音響新技術シンポジウム講演論文集. 140-143 (2003)
• [文献書誌] Koichi Mizutani: "Visualization of Ultrasonic Beam Using Michelson Interferometer"Japanese Journal of Applied Physics. 42・5B. 3072-3075 (2003)