JPH0440647B2 - - Google Patents

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JPH0440647B2
JPH0440647B2 JP62292640A JP29264087A JPH0440647B2 JP H0440647 B2 JPH0440647 B2 JP H0440647B2 JP 62292640 A JP62292640 A JP 62292640A JP 29264087 A JP29264087 A JP 29264087A JP H0440647 B2 JPH0440647 B2 JP H0440647B2
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JP
Japan
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standing wave
sound field
small particles
medium
wave sound
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JPH01134216A (ja
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Hideto Mitome
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G01H3/10Amplitude; Power
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10KSOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K15/00Acoustics not otherwise provided for

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、3次元定在波音場を可視化する方法
に関するものである。
〔従来の技術〕
例えば、スペースシヤトルに乗せて宇宙で新材
料の創製を行つたりする場合には、定在波音場を
用いた試料の非接触保持技術が利用される。ま
た、溶融材料内のボイド(気泡)の定在波音場内
における挙動も新材料の品質管理のうえで重要な
情報である。さらに、例えば超音波洗浄器では、
洗浄の均一性の追求のうえで定在波音場を知るこ
とは極めて重要である。
これらの技術の一層の開発のためには、3次元
定在波音場の音圧分布の理解が必要になる。しか
しながら、従来、1次元的な音場については容易
にその音圧分布を知ることができるとしても、3
次元的な定在波音場を知るには極めて複雑な数値
計算等を必要とし、簡易にそれを知ることができ
なかつた。
即ち、1次元的な音場についての計算は比較的
容易であり、また「クントの実験」として従来か
ら知られている方法によれば、波長よりも十分に
細い水平のガラス管内における平面波音場を、そ
のなかに入れた粉体の運動により可視化すること
ができるが、3次元定在波音場についてはそれら
を適用することができない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、上記3次元定在波音場を簡単
な手段により容易に可視化する方法を提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段、作用〕
上記目的を達成するため、本発明の方法は、超
音波による3次元定在波音場を与える媒質中に、
その媒質と同じ密度の小粒子を多量に混入してお
き、上記定在波音場内において小粒子に作用する
音圧振幅の小さい方向への力により、小粒子を音
圧振幅最小の位置に落着かせ、この小粒子の分布
により3次元定在波音場の音圧分布を可視化する
ことを特徴とするものである。
さらに具体的に説明すると、一般に、体積Vの
小球に超音波を照射したとき、小球に作用する超
音波の放射圧による力Fは次式で表わされる
(W.L.Nyborg著、Ultrasound:its applications
in medicine and biology、F.J.Fry編(1978
年)。
F=VY〓KE−V(1−γ)〓PE ……(1) KE:運動エネルギーの時間平均 PE:ポテンシヤルエネルギーの時間平均 〓 :空間の勾配(グラデイエント)演算子 γ :小球と媒質の圧縮性の比 Y :小球の密度ρSと媒質の密度ρOの関数 Y=3・(ρS−PO)/2ρS+ρO) ……(2) ここで、もし、小球と媒質の密度が等しければ
(ρS=ρO)、Y=0となり、(1)式右辺の第1項は0
になる。
そして、一般に、γ<1であるから、結局、 F∝−〓PE となり、小球にはポテンシヤル・エネルギーの勾
配とは逆向きに力が作用し、即ち、音場内におい
て音圧振幅の小さい方向に力が作用することにな
る。
従つて、任意の3次元定在波音場内に媒質と同
じ密度の小粒子を多量に混入しておけば、小粒子
は最終的には音圧振幅最小の位置に落着くことに
なり、この小粒子の分布を観察すれば、音場内の
圧力分布を目視することができる。この場合に、
定在波音場を形成する超音波の周波数、反射面の
位置や形状を変化させると、共鳴状態の変化によ
り小粒子の分布が大きく変わり、その変化も直ち
に目視することができるので、共鳴状態を変化さ
せるような要因の検出にも利用することができ
る。
〔実施例〕
第1図は、本発明の可視化方法の実施に用いた
装置の構成を示すもので、直径が10cmの透明アク
リル樹脂製の円筒容器1内に媒質2としての塩水
を約50cmの深さに注入し、この媒質2中に直径が
0.5mm程度の多数のポリスチレン粒子3を浮遊さ
せた。媒質2は、塩分の濃度によつてポリスチレ
ン粒子3と密度を一致させた。円筒容器1の下面
には、円筒直径の約半分の波長の超音波(30kHz
前後)を送波する超音波送波器4を取付けてい
る。
このような装置を用い、上記超音波送波器4か
ら送波して、水面との間に定在波を形成し、3次
元定在波音場の音圧分布の可視化を試みた。
円筒内部は平面波ではなく複雑な圧力分布とな
るが、定在波の音圧振幅の分布に対応して、ポリ
スチレン粒子3が音圧振幅最小の位置に落着くた
め、円筒内の3次元的な圧力場を可視化すること
ができた。なお、小形のセンサを用いて圧力分布
を測ることにより、圧力の小さい部分に粒子が集
まつていることが確かめられた。
第2図ないし第4図は、上記超音波送波器4か
ら30.35kHz、31.19kHz及び31.79kHzの超音波を送
波した場合の可視化状態を示している。これらの
図から周波数を変えたときの共鳴状態の変化を直
ちに理解することができた。
〔発明の効果〕
このような本発明の可視化方法によれば、難し
い数値計算を行うことなく、極めて容易に3次元
定在波音場の音圧分布を可視化することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法の実施に用いた装置の構
成図、第2図はないし第4図は上記装置による可
視化の状態を示す説明図である。 1……円筒容器、2……媒質、3……ポリスチ
レン粒子、4……超音波送波器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 超音波による3次元定在波音場を与える媒質
    中に、その媒質と同じ密度の小粒子を多量に混入
    しておき、上記定在波音場内において小粒子に作
    用する音圧振幅の小さい方向への力により、小粒
    子を音圧振幅最小の位置に落着かせ、この小粒子
    の分布により3次元定在波音場の音圧分布を可視
    化することを特徴とする3次元定在波音場の可視
    化方法。
JP62292640A 1987-11-19 1987-11-19 3次元定在波音場の可視化方法 Granted JPH01134216A (ja)

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