超音波と電波の干渉について

質問

当方、物理の初心者なのでご容赦願います。

超音波センサ（周波数300ｋＨｚ）を搭載する機器を運転していたところ、距離が変化しても出力が変化しないという誤動作が発生しました。周囲環境を調べたところ、この誤動作が起きるエリアについて同周波数域の電波が発生している事がわかりました。
これは、同周波数帯の音波と電磁波が干渉しているために、受信側の超音波センサがうまく動作していないということがわかりました。

ここで質問なのですが、この場合どのような原理で電磁波が音波と干渉しているのでしょうか？どちらもヘルツを単位とするとしても、音波は、縦波の空気の振動ですし、電磁波は磁界と電界による波だと考えています。したがって、同周波数帯であっても、干渉して影響がでるということが理解できません。
付属の質問として、仮に干渉する物だとする場合、周波数帯をずらせば問題なく動作するでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.8

lumiheart

現代で周波数300ｋＨｚの電波が存在するのか？
https://www.stack-elec.co.jp/?p=276
いにしえの昭和時代ならともかくとして

波長１ｋｍも有るぞ？
超音波センサとアンプの間の距離が１ｋｍあるならともかくとして
１／４波長としても２５０ｍも有るぞ？

所謂、電磁波アレルギーも実は低周波問題だったりする
https://www.noe.co.jp/technology/27/27news5.html
http://www.soumu.go.jp/kouchoi/knowledge/faq/main2.q14.f_qanda_16.html
http://www.sciencecomlabo.jp/safety/electromagnetic_wave.html
高周波でなくて低周波の影響の方が大きい

これらは人体への健康問題ですが、
実は人体に影響する前に電子機器への影響の方が大きい

分かりやすい事例で気温とか４０℃有っても人体は馴れちゃうと平気
しかし電子機器は高温環境に馴れることは無い

同様に振動もそう言える
人体にさほど感じない程度の振動でもハンダにはストレスになってぶっ飛ぶ
本件もそっち系じゃあないかな？
基板の何処かが共鳴して振動してない？

回答No.7

ohkawa3

＞この誤動作が起きるエリアについて同周波数域の電波が発生している事がわかりました。
大変失礼とは存じますが、どのような方法で300kHz前後の電磁波（電波）の発生を検証なさったのでしょうか？
超音波は、空気の密度の粗密波であり、電磁波は、電界と磁界の相互作用でエネルギーが伝搬する現象であって、全く異なる物理現象であり、相互干渉は原理的におきません。
とはいっても、300kHz前後の電圧が回路に印加されたり、電流が流れたりすれば、電気的又は磁気的な吸引・反発力が発生して、音波が発生する可能性はあります。音波が発生すれば、干渉する可能性はあります。
この場合、電磁気的な力によって振動が発生する可能性がある部分を、振動しないように強固に固定するか、音波を放射しないようにケースで覆うなどの対策が効くと思います。

＞周波数帯をずらせば問題なく動作するでしょうか
超音波を使うセンサの周波数特性次第のように思います。超音波センサの周波数特性が、300kHz近傍だけの狭帯域特性であり、300kHzから離れた周波数では感度が大きく低下するのであれば、電磁波発生源の周波数をずらせば干渉を低減できると思います。超音波センサの周波数特性が、広帯域であれば、電磁波発生源の周波数をずらすことによる改善は難しいでしょう。

定性的な答えしかできないことをご勘弁ください。

回答No.6

hahaha8635

周波数ずらさんでも
シールド線や金属の箱に入れれば

回答No.5

OKWavezz

音波と電磁波は干渉しません
センサーが電気的に電磁波の干渉を受けたのでしょう

回答No.4

tiltilmitil

超音波のセンサーっておそらくは空気の振動を電気的信号に変換する小型マイクロホンのような物でしょうから、その変換された信号が同じ周波数で電波の方も同じだから受信してしまうのでは。

回答No.3

nowane4649

同一周波数帯の電波による電磁誘導によって受信回路に生じた電気ノイズがセンサーからの信号より大きくなっているのが原因と言えます。

原因が単純にノイズ＞信号となっているのか、回路のどこかで飽和が起きているのかを切り分ける必要があります。
飽和が起きていないなら、周波数をずらし、受信信号にフィルターをかければなんとかなると思います。
逆に飽和してしまった場合は、いくらフィルターをかけても無意味となります。

第一に考えるべきは受信センサーおよび回路を適切に設置された金属製の箱に入れ、シールドを行うことです。
超音波受信部は開口が必要ですが、影響がない程度でなるべく目の細かい金属メッシュで開口部に電磁気的な蓋をします。
これによりノイズの起電力そのものを削減します。回路が飽和している場合でも、ノイズそのものの削減であるので効果が期待できます。

次いで、電波と超音波の周波数をずらしたうえで、電波周波数の感度をなくすようにします。
大抵は、周波数をずらせば、大丈夫ですが、回路によっては広帯域に受信感度がある状態のもののあるので、周波数フィルターを追加しないといけない場合もあり得ます。

ノイズでの誤動作だと、「こんなとこが効いてるのか」といった予想外が結構あるので、対応は事例ごとに変わり、これだといえるものはありません。

回答No.2

mpascal

＞音波センサの周波数を電磁波の周波数から外したとしてもやはり動作が正常に戻ることはないでしょうか

それは不明ですね。

回答No.1

mpascal

単に電磁波が電気的に干渉しているのでは？

補足

ご回答ありがとうございます。
仮に、単に電磁波が電気的に干渉している場合についてお聞きしたいのですが、この場合、干渉を避けるために、超音波センサの周波数を電磁波の周波数から外したとしてもやはり動作が正常に戻ることはないでしょうか？