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

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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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standing wave
sound field
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wave sound
dimensional
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Hideto Mitome
三留 秀人
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    • 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

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。

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。
[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。
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。
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 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。
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。
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。
〔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。
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。
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。
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。
[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

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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