JPH01134216A - 3次元定在波音場の可視化方法 - Google Patents
3次元定在波音場の可視化方法Info
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- JPH01134216A JPH01134216A JP62292640A JP29264087A JPH01134216A JP H01134216 A JPH01134216 A JP H01134216A JP 62292640 A JP62292640 A JP 62292640A JP 29264087 A JP29264087 A JP 29264087A JP H01134216 A JPH01134216 A JP H01134216A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/10—Amplitude; Power
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K15/00—Acoustics not otherwise provided for
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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lf視化する方法に関す
るものである。
るものである。
[従来の技術]
例えば、スペースシャトルに乗せて宇宙で新材料の創製
を行ったりする場合には、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
(%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。
を行ったりする場合には、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
(%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
ることができなかった。
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
ることができなかった。
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。
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。
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。
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 applica
tionsin medicine and biol
ogy、 Fl、Fry編(1978年)。
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 applica
tionsin medicine and biol
ogy、 Fl、Fry編(1978年)。
F’ = V Y W K E −V (1−γ) V
P F・・(1) K[:運動エネルギーの時間平均 PE :ポテンシャルエネルギーの時間平均V :空間
の勾配(グラデイエンド)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ρ0の関数ここて、
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。
P F・・(1) K[:運動エネルギーの時間平均 PE :ポテンシャルエネルギーの時間平均V :空間
の勾配(グラデイエンド)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ρ0の関数ここて、
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く1であるから、結局、F 0C−
W P F となり、小球にはポテンシャル−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@幅の
小さい方向に力が作用することになる。
W P F となり、小球にはポテンシャル−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@幅の
小さい方向に力が作用することになる。
従って、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jjA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、その変化を
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。
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jjA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、その変化を
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50crxの
深さに注入し、このfi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。a質2は、
塩分の濃度によってポリスチレン粒子3と密度を一致さ
せた0円筒容器l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姦4
を取付けている。
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50crxの
深さに注入し、このfi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。a質2は、
塩分の濃度によってポリスチレン粒子3と密度を一致さ
せた0円筒容器l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姦4
を取付けている。
このような装置を用い、上記超音波送波層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。
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。
円筒内部はモ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
な圧力基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
分に粒子が集まっていることが確かめられた。
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
な圧力基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
分に粒子が集まっていることが確かめられた。
第2図ないし第4図は、上記超督波送波器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。
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。
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。
第1図は本発明の方法の更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。 N1図 フ 87一
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。 N1図 フ 87一
Claims (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。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62292640A JPH01134216A (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 3次元定在波音場の可視化方法 |
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US07/494,391 USRE33771E (en) | 1987-11-19 | 1990-03-16 | Visualizing method for three dimensional standing wave sound field |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP62292640A JPH01134216A (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 3次元定在波音場の可視化方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01134216A true JPH01134216A (ja) | 1989-05-26 |
JPH0440647B2 JPH0440647B2 (ja) | 1992-07-03 |
Family
ID=17784403
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62292640A Granted JPH01134216A (ja) | 1987-11-19 | 1987-11-19 | 3次元定在波音場の可視化方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4878210A (ja) |
JP (1) | JPH01134216A (ja) |
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