Non-sinusoidal strong ultrasonic waves in MHz band by DPLUS

DPLUS MHz频段非正弦强超声波

• 批准号: 21KK0065
• 负责人: 森田 剛
• 金额: $ 12.23万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-10-07 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21KK0065/
• 关键词: 強力超音波; DPLUS; 非正弦波形; 非正弦波超音波; キャビテーション

基本モードと高次モードの共振周波数比を1:2に制御する手法について研究を実施している。本年度は、動的共振周波数制御法が可能なランジュバン振動により、共振型スムーズインパクト駆動機構(RSIDM)アクチュエータに応用した。この結果、基本モード共振周波数は 25.715 kHzから 24.76 kHz まで連続的に調整でき、このとき共振周波数比は1.953 から 2.028 に制御可能であった。提案手法を導入することで、この二つの共振モードは両者ともに400 秒間共振を維持し、R-SIDMの安定駆動が実現された。さらに、二重放物面反射機構による強力超音波出力デバイスDPLUSにおいて、二つの厚み共振周波数に対応した超音波発生用のマルチモーダルDPLUSを設計した。2つのハードタイプの圧電リングを超音波出力限として採用し、周波数の異なる明瞭な超音波を発生させることとした。圧電リングは外側と内側に分割し、それぞれ 1.1 mm と 2.05 mm の厚さとすることで、独立した厚みモードで駆動することができる。それぞれの出力超音波は、DPLUSの駆動原理に基づき、二重放物面反射を経て導波管内に集束される。出力パワーを高めるには、超音波周波数を導波路の共振周波数に一致させる必要がある。導波管のサイズは、長さ 7 mm、直径 3 mm の FEM シミュレーションによって決定し、それぞれの共振周波数は、それぞれ 1.07 および 2.09 MHz となった。この二つの振動モードについて、外部インダクタを1つの 圧電リングに接続することで共振周波数を微調整することを試みた。予備実験結果では、16 μH のインダクタを直列接続して、低周波モードの周波数が 1.07 MHz から 1.00 MHz に低下することを示した。

The fundamental and high-order resonance cycle ratio is 1:2, and the control method is implemented. This year, the resonance frequency control method of vibration is possible. The resonance mode control mechanism (RSIDM) is used. As a result, the fundamental resonance cycle number is 25.715 kHz from 24.76 kHz, and the continuous adjustment is possible, and the resonance cycle number ratio is 1.953 from 2.028. The proposed method is introduced into the resonance mode of the second phase, and the resonance mode of the second phase is maintained for 400 seconds. The stable motion of the R-SIDM is realized. In addition, the dual emission surface reflection mechanism is designed to generate high power ultrasonic waves with high resonance frequency and high resonance frequency. 2. Ultrasonic power generation is limited by frequency and frequency. The voltage drop is divided into two parts: the outer part and the inner part, and the thickness is 1.1 mm and 2.05 mm. The power of ultrasonic wave, the basic principle of DPLUS, the reflection of double emission object plane and the concentration in waveguide are discussed. The output is high, the frequency of ultrasonic wave is high, and the frequency of resonance wave of waveguide is high. The waveguide has a length of 7 mm and a diameter of 3 mm. The FEM determines the resonance frequency of the waveguide, which is 1.07 MHz and 2.09 MHz The vibration frequency of the two rings is adjusted, and the external vibration frequency is adjusted. The preliminary results show that the frequency of 16 μH is lower than that of 1.07 MHz and the frequency of low frequency is lower than that of 1.00 MHz.

项目成果

東京大学精密工学専攻 超音波デバイス研究室

东京大学精密工学部超声波装置研究室

Dynamic resonant frequency control system of ultrasonic transducer for non-sinusoidal waveform excitation

• DOI: 10.1016/j.sna.2021.113124
• 发表时间: 2021-12
• 期刊: Sensors and Actuators A: Physical
• 作者: Satori Hachisuka;Hiroki Yokozawa;Fangyi Wang;Susumu Miyake;J. Twiefel;Takeshi Morita

Multimode Excitation by a Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer (DPLUS) with hard type piezoelectric materials

采用硬质压电材料的双抛物面反射器超声波换能器 (DPLUS) 的多模激励

• 发表时间: 2021
• 作者: Kang Chen;Takasuke Irie;Takashi Iijima;Takashi Kasashima;Kota Yokoyama;Susumu Miyake and Takeshi Morita
• 通讯作者: Susumu Miyake and Takeshi Morita

Hard-Type Piezoelectric Materials Based Double-Parabolic-Reflectors Ultrasonic Transducer (DPLUS) for High-Power Ultrasound

用于高功率超声的基于硬质压电材料的双抛物面反射器超声换能器 (DPLUS)

• DOI: 10.1109/access.2022.3156609
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Access
• 影响因子: 3.9
• 作者: Chen Kang;Irie Takasuke;Iijima Takashi;Kasashima Takashi;Yokoyama Kota;Miyake Susumu;Morita Takeshi
• 通讯作者: Morita Takeshi

二周波超音波用のマルチモーダル二重放物面反射器トランスデューサ

用于双频超声的多模态双抛物面反射器换能器

• 发表时间: 2022
• 作者: 王方一;山田恭平;三宅奏;森田剛
• 通讯作者: 森田剛