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超音波による衝撃波の可視化|株式会社ノビテック

液中の超音波による衝撃波の可視化

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液中の超音波による衝撃波の可視化

超音波による衝撃波の可視化

  

液体中の衝撃波をハイスピードカメラと可視化用レーザ照明Caviluxを用いて可視化しました。Caviluxを用いることで衝撃波の波面が鮮明に捉えられています。

レーザー照明Cavilux

衝撃波は非常に速く、特に液体中では1,500m/sにも及びます。通常のハイスピードカメラでは露光時間(シャッタースピード)が速くても数百ナノ秒のため、衝撃波の波面がブレてしまい、現象の解明が難しくなります。本撮影では、可視化用レーザ照明Caviluxを用いることで、波面を鮮明に捉えることに成功しました。合わせて、連続光源との違いも紹介します。

超音波とは

超音波は、通常人が聞き取れる音の上限とされる16~20キロヘルツよりも高い周波数をもつ弾性波です。 水深測定・魚群探知・金属加工・医学診断・殺菌などに用いられます。医療分野では、体の内部の臓器の像を撮ったり、血の流れを調べたりする目的に広く使われています。最近では、これだけでなく、超音波のエネルギーを患部に集めて、がんなどを治療することにも用いられるようになりました。衝撃波は、爆発に伴う圧縮波のように、音速よりも速く伝わる強烈な圧力変化です。超音波を当てた際に発生する衝撃波の影響を知るうえで、ハイスピードカメラを用いての可視化が重要となります。本撮影においては、カメラのみならず、照明も短パルスで照射する必要がありましたので、連続光源とパルス光源での比較撮影を行いました。

使用機材

可視化用レーザ照明CAVILUX Smart

CaviluxSmart

撮影条件

・出力:400W
・波長:640nm
・パルス幅:20n秒

結果説明

 

撮影協力:東北大学 梅村・吉澤研究室様

超音波による衝撃波のシャドウグラフの画像です。左の画像は照明に連続光光源を用いました。高速度カメラの露光時間は250nsですが、この時間で衝撃波面は約0.375mm進むため、衝撃波波面がなまって映っています。

右はCAVILUX Smartを使った画像です。カメラのシャッターは250ns開いていますが、露光時間はcaviluxのパルス幅で決まります。今回は20nsで撮影を行ったので、衝撃波面は0.03mmしか進行しません。そのため、従来に比べ衝撃波面がよりシャープに捉えられています。Caviluxは高速度カメラのシャッタタイミングと同期して短パルスを光らせる照明です。そのため、caviluxのパルス幅が実質的にカメラの露光時間に相当します。

ノビテックでは爆発現象の可視化に適したハイスピードカメラのラインナップ各種を取り揃えております。各種デモやオンラインでのご相談も承っておりますので、こちらよりお気軽にご相談ください。

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