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
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- standing wave
- sound field
- small particles
- medium
- wave sound
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
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-
- 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
Landscapes
- 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。
に関するものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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 |
| US07/258,763 US4878210A (en) | 1987-11-19 | 1988-10-17 | Visualizing method for three dimensional standing wave sound field |
| 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 |
|---|---|---|---|
| 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 JPH01134216A (ja) | 1989-05-26 |
| JPH0440647B2 true 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) |
Families Citing this family (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5397848A (en) * | 1991-04-25 | 1995-03-14 | Allergan, Inc. | Enhancing the hydrophilicity of silicone polymers |
| US8691145B2 (en) | 2009-11-16 | 2014-04-08 | Flodesign Sonics, Inc. | Ultrasound and acoustophoresis for water purification |
| US9421553B2 (en) | 2010-08-23 | 2016-08-23 | Flodesign Sonics, Inc. | High-volume fast separation of multi-phase components in fluid suspensions |
| JP5750059B2 (ja) | 2012-01-18 | 2015-07-15 | 株式会社ジーシー | 歯列矯正用マウスピース用包装容器 |
| US10967298B2 (en) | 2012-03-15 | 2021-04-06 | Flodesign Sonics, Inc. | Driver and control for variable impedence load |
| US9752114B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-09-05 | Flodesign Sonics, Inc | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US9752113B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-09-05 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US10322949B2 (en) | 2012-03-15 | 2019-06-18 | Flodesign Sonics, Inc. | Transducer and reflector configurations for an acoustophoretic device |
| US9272234B2 (en) | 2012-03-15 | 2016-03-01 | Flodesign Sonics, Inc. | Separation of multi-component fluid through ultrasonic acoustophoresis |
| US9796956B2 (en) | 2013-11-06 | 2017-10-24 | Flodesign Sonics, Inc. | Multi-stage acoustophoresis device |
| US9950282B2 (en) | 2012-03-15 | 2018-04-24 | Flodesign Sonics, Inc. | Electronic configuration and control for acoustic standing wave generation |
| US9745548B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US10689609B2 (en) | 2012-03-15 | 2020-06-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic bioreactor processes |
| US9688958B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-06-27 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic bioreactor processes |
| US10370635B2 (en) | 2012-03-15 | 2019-08-06 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic separation of T cells |
| US9422328B2 (en) | 2012-03-15 | 2016-08-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic bioreactor processes |
| US10953436B2 (en) | 2012-03-15 | 2021-03-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic device with piezoelectric transducer array |
| US9783775B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-10-10 | Flodesign Sonics, Inc. | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US9567559B2 (en) | 2012-03-15 | 2017-02-14 | Flodesign Sonics, Inc. | Bioreactor using acoustic standing waves |
| US10704021B2 (en) | 2012-03-15 | 2020-07-07 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic perfusion devices |
| US9458450B2 (en) | 2012-03-15 | 2016-10-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic separation technology using multi-dimensional standing waves |
| US11324873B2 (en) | 2012-04-20 | 2022-05-10 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustic blood separation processes and devices |
| US10737953B2 (en) | 2012-04-20 | 2020-08-11 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic method for use in bioreactors |
| CA2918036C (en) * | 2013-07-12 | 2018-04-24 | Thomas J. Kennedy, Iii | Acoustic bioreactor processes |
| US9745569B2 (en) | 2013-09-13 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | System for generating high concentration factors for low cell density suspensions |
| WO2015105955A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-07-16 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoresis device with dual acoustophoretic chamber |
| US9744483B2 (en) | 2014-07-02 | 2017-08-29 | Flodesign Sonics, Inc. | Large scale acoustic separation device |
| KR102210343B1 (ko) | 2014-10-24 | 2021-02-02 | 라이프 테크놀로지스 코포레이션 | 음향 침강식 액체-액체 샘플 정제 시스템 |
| US10106770B2 (en) | 2015-03-24 | 2018-10-23 | Flodesign Sonics, Inc. | Methods and apparatus for particle aggregation using acoustic standing waves |
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| WO2016176663A1 (en) | 2015-04-29 | 2016-11-03 | Flodesign Sonics, Inc. | Acoustophoretic device for angled wave particle deflection |
| US11021699B2 (en) | 2015-04-29 | 2021-06-01 | FioDesign Sonics, Inc. | Separation using angled acoustic waves |
| US11377651B2 (en) | 2016-10-19 | 2022-07-05 | Flodesign Sonics, Inc. | Cell therapy processes utilizing acoustophoresis |
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| US11459540B2 (en) | 2015-07-28 | 2022-10-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Expanded bed affinity selection |
| US11474085B2 (en) | 2015-07-28 | 2022-10-18 | Flodesign Sonics, Inc. | Expanded bed affinity selection |
| US10710006B2 (en) | 2016-04-25 | 2020-07-14 | Flodesign Sonics, Inc. | Piezoelectric transducer for generation of an acoustic standing wave |
| CN109715124B (zh) | 2016-05-03 | 2022-04-22 | 弗洛设计声能学公司 | 利用声泳的治疗细胞洗涤、浓缩和分离 |
| US11214789B2 (en) | 2016-05-03 | 2022-01-04 | Flodesign Sonics, Inc. | Concentration and washing of particles with acoustics |
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| WO2018075830A1 (en) | 2016-10-19 | 2018-04-26 | Flodesign Sonics, Inc. | Affinity cell extraction by acoustics |
| CN107958497A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-04-24 | 中山市新立防雷器材有限公司 | 应用于高速公路的车辆分控收费系统及其控制方法 |
| KR102439221B1 (ko) | 2017-12-14 | 2022-09-01 | 프로디자인 소닉스, 인크. | 음향 트랜스듀서 구동기 및 제어기 |
| CN119468270B (zh) * | 2024-10-26 | 2025-08-19 | 深圳市锦华节能环保厨具有限公司 | 一种用于智能商用uv烟罩的烟气处理控制方法及系统 |
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| US4523682A (en) * | 1982-05-19 | 1985-06-18 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Acoustic particle separation |
| US4759775A (en) * | 1986-02-21 | 1988-07-26 | Utah Bioresearch, Inc. | Methods and apparatus for moving and separating materials exhibiting different physical properties |
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- 1987-11-19 JP JP62292640A patent/JPH01134216A/ja active Granted
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1988
- 1988-10-17 US US07/258,763 patent/US4878210A/en not_active Ceased
-
1990
- 1990-03-16 US US07/494,391 patent/USRE33771E/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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|---|---|
| US4878210A (en) | 1989-10-31 |
| JPH01134216A (ja) | 1989-05-26 |
| USRE33771E (en) | 1991-12-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |