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同心円の干渉で超音波ビームを表現するソフトウエア『Ultrasonic Beam by Concentric Circles』公開

 昨年からのドタバタが少し落ち着いてきました。前から作って見たかったソフトウエアを作っています。その一つ『Ultrasonic Beam by Concentric Circles』を公開します。

Ultrasonic_beam_by_concentric_circl

 これは同心円の干渉で超音波ビームの成り立ちを説明しようというものです。ホイヘンスの原理によって点音源からの素元波の重ね合わせて生じる干渉によって超音波ビームを描いて見せるソフトウエアを公開しています(こちら)。このソフトウエア、それなりに評判は良いんです(例えばこちら)。

 私としては、超音波ビームの成り立ちをシンプルに同心円を描いて見えてくる干渉縞で表現する方が、原理的に考えやすいという意味で教育的だと考えています。特に『おもしろサイエンス 波の科学』(日刊工業新聞社)を書いて強く思うようになりました。

 このソフトウエアのアイデアは、以前から(元をたどれば17年前に作った初代の「超音波探傷入門」から)あったのですが、まとめ方、綺麗に見せるという点で工夫が必要で、公開できるまでのものはできていませんでした。

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Ultrasonic_beam_by_concentric_cir_2

 これは、起動したときに現れる初期画面です。振動子径(Transducer Diameter)1、波長(Wave Length)10の設定で、振動子のところで1ピッチで中心をずらして同心円を描いています。ほぼ同心円状に広がりながら、中心付近でわずかに干渉していることが確認できます。

Ultrasonic_beam_by_concentric_cir_3

 スライダーを動かして振動子径を10にしてみたところです。干渉によって線が描かれない白い部分がやや指向角が広いビームに見えてきます。

Ultrasonic_beam_by_concentric_cir_4

 さらに、振動子径を20まで大きくしてみます。

Ultrasonic_beam_by_concentric_cir_5

 今度は波長を短くしていきます。

Ultrasonic_beam_by_concentric_cir_6

 振動子径20、波長2の画面です。

 あえて振動子径と波長に単位はつけませんでした。D/λによって決まるのだということを表現したかったのです。

 ブログでの公開には容量制限がありますので、実行ファイルのみの公開です。

「ultrasonic_beam_by_concentric_circles..zip」をダウンロード

(1)WindowsPCで動作します。

(2)動作にはランタイムが必要な場合があります。こちらの記事の最後のところを参照してください。

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コメント

とても面白いですね。超音波アレイセンサで発生するグレーティングローブの原理も、パルス波と連続波の干渉の違いも、分かりやすく説明できそうですね。

投稿: 粉雪の魚 | 2015年8月22日 (土) 11時20分

粉雪の魚 さん

コメントありがとうございます。
あるところでこの方法で超音波ビームを説明したら、若い人は「面白い」と言ってくれたのですが、超音波探傷のベテランたちからは不評で「さっぱりわからん」と言われてしまいました。プチショックでした。
自分が教わってきた筋からはみ出すと最初から拒否反応を示すのはなんだかなとは思いますが、ただ、この説明は慎重にやらないと拒否反応を起こす可能性もあることは考慮に入れなければなりません。
でも、面白いですよね。フェーズドアレイの音場を原理的に考えるときには使えると思うのです。

投稿: SUBAL | 2015年8月22日 (土) 12時33分

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