JP2011099740A - Minute signal detection device and method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a minute signal detection device capable of having high S/N ratios. <P>SOLUTION: A water leakage detection device 1 intended for a sound being a kind of vibration includes: a water-leak-sound collecting plate 12; a first pickup sensor 13 for detecting a water leak sound and for output of a minute sound detection signal; a second pickup sensor 14 which is arranged near the first pickup sensor 13, detects the water leak sound with a sensitivity different from that of the first pickup sensor 13, and outputs a minute sound detection signal; a differential amplifier 15 for differentially amplifies the minute sound detection signal output by the first pickup sensor 13, and the minute sound detection signal output by the second pickup sensor 14; a filter circuit 16; and a pre-main amplifier 17. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、微小信号を検出する微小信号検出技術に関し、特に、ノイズを大幅に低減する技術に関する。   The present invention relates to a minute signal detection technique for detecting a minute signal, and particularly to a technique for greatly reducing noise.

様々な目的のために、従来から、微小信号を検出することが行われている。微小信号の場合、被検出物の特性より、センサを設置する場所には色々な制約（例えば、防水対策が必要、設置場所が小さい、手の届かない場所、被検出物が脆弱）が存在する。ここでは、微小信号として漏水音（微小音）を例にあげる。例えば、漏水検出装置は、漏水音を測定し水道管の漏水をチェックする際に使用するものである。具体的には、漏水検出装置は漏水音を振動として捉えるピックアップセンサを使用して、水道管から伝わる漏水音をリアルタイムで聴音することにより、または、水道管から伝わる漏水音をデジタル変換した後、スペクトル解析し、漏水の存在をチェックする。このとき、漏水音がノイズにかき消されて、漏水音の検出が難しくなることがある。つまり、漏水検出装置は、Ｓ／Ｎ比（Signal-Noise-ratio）が大きな問題となっている。   For various purposes, a minute signal is conventionally detected. In the case of a minute signal, there are various restrictions (for example, waterproof measures are required, the installation location is small, the place is out of reach, and the detected object is vulnerable) due to the characteristics of the detected object. . Here, a leakage sound (micro sound) is taken as an example of the micro signal. For example, the water leakage detection device is used when measuring water leakage sound and checking water pipe leakage. Specifically, the water leakage detection device uses a pickup sensor that captures the water leakage sound as vibration and listens to the water leakage sound transmitted from the water pipe in real time, or after digitally converting the water leakage sound transmitted from the water pipe, Spectral analysis and check for water leakage. At this time, the leaked sound is drowned out by noise, and it may be difficult to detect the leaked sound. In other words, the S / N ratio (Signal-Noise-ratio) is a big problem in the water leakage detection device.

ここで、ノイズとしては、例えば、電磁波等の電気的な要因によるノイズ、内部回路を要因とするノイズ、漏水音以外の振動を要因とするノイズ等、様々なものがある。これらノイズを低減するために、特定周波数のノイズを低減するフィルタ回路が組み込まれる。しかし、この場合でも、漏水音に近い周波数のコモンモードノイズおよびノンマルモードノイズ、ならびに、外乱である非周期的なノイズは低減できない。この非周期的なノイズは、例えば、道路下に延設された水道管の漏水音に影響を与える自動車の騒音や建設機械の騒音、および、センサ近傍で発生する突発的な大きなノイズである。   Here, there are various types of noise, such as noise caused by electrical factors such as electromagnetic waves, noise caused by internal circuits, noise caused by vibrations other than water leakage sound, and the like. In order to reduce these noises, a filter circuit that reduces noise at a specific frequency is incorporated. However, even in this case, it is not possible to reduce common mode noise and non-normal mode noise having a frequency close to water leakage sound, and non-periodic noise that is a disturbance. This non-periodic noise is, for example, automobile noise or construction machine noise that affects the leakage sound of a water pipe extending under a road, and sudden noise generated near a sensor.

この問題に対応すべく、例えば、非特許文献１に記載された技術が提案されている。
図６に示すように、従来の漏水検出装置９は、漏水音集音板９１と、ピックアップセンサ９２と、オペアンプ９３と、差動増幅アンプ９４と、フィルタ回路９５と、プリメインアンプ９６とを備える。以下の説明において、オペアンプ９３および差動増幅アンプ９４をまとめて、チャージアンプと言うこともある。なお、図示は省略したが、漏水検出装置９は、漏水音集音板９１が水道管（不図示）に当接するように取り付けられる。 In order to deal with this problem, for example, a technique described in Non-Patent Document 1 has been proposed.
As shown in FIG. 6, the conventional water leakage detection device 9 includes a water leakage sound collecting plate 91, a pickup sensor 92, an operational amplifier 93, a differential amplification amplifier 94, a filter circuit 95, and a pre-main amplifier 96. . In the following description, the operational amplifier 93 and the differential amplification amplifier 94 may be collectively referred to as a charge amplifier. Although not shown, the water leakage detection device 9 is attached such that the water leakage sound collecting plate 91 is in contact with a water pipe (not shown).

ピックアップセンサ９２は、漏水音集音板９１を介して、水道管から伝わる音を振動として捉える。そして、ピックアップセンサ９２は、オペアンプ９３と差動増幅アンプ９４とに、検出した音を信号として出力する。   The pickup sensor 92 captures the sound transmitted from the water pipe through the water leaking sound collecting plate 91 as vibration. The pickup sensor 92 outputs the detected sound as a signal to the operational amplifier 93 and the differential amplification amplifier 94.

オペアンプ９３は、ピックアップセンサ９２からの信号を反転させて、この信号を差動増幅アンプ９４に出力する。   The operational amplifier 93 inverts the signal from the pickup sensor 92 and outputs this signal to the differential amplification amplifier 94.

差動増幅アンプ９４は、ピックアップセンサ９２からの信号と、オペアンプ９３からの信号とが、逆相信号として入力される。そして、差動増幅アンプ９４は、この逆相信号を差動増幅して、フィルタ回路９５に出力する。   The differential amplifier 94 receives the signal from the pickup sensor 92 and the signal from the operational amplifier 93 as a reverse phase signal. The differential amplifier 94 differentially amplifies the negative phase signal and outputs it to the filter circuit 95.

ここで、配線上にのる電気的ノイズの影響を低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させる為、漏水検出装置９では、漏水音集音板９１と、ピックアップセンサ９２と、オペアンプ９３と、差動増幅アンプ９４とを一体化することが多い。これにより、漏水検出装置９は、フィルタ回路９５に到達する信号レベルを高レベル化し、配線上にのる電気的ノイズの影響を低減している。   Here, in order to reduce the influence of electrical noise on the wiring and improve the S / N ratio, the water leakage detection device 9 includes a water leakage sound collecting plate 91, a pickup sensor 92, an operational amplifier 93, and a difference. The dynamic amplification amplifier 94 is often integrated. As a result, the water leakage detection device 9 increases the signal level reaching the filter circuit 95 and reduces the influence of electrical noise on the wiring.

以下、漏水検出装置９によるノイズ低減の原理を説明する。
漏水検出装置９は、ピックアップセンサ９２からの信号を、図７（ａ）の下段「Ｖ２」のようにオペアンプ９３で反転させて、差動増幅アンプ９４で差動増幅する。つまり、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、漏水検出装置９は、この逆相信号を差動増幅アンプ９４で加算して増幅したことになる。 Hereinafter, the principle of noise reduction by the water leakage detection device 9 will be described.
The water leakage detection device 9 inverts the signal from the pickup sensor 92 by the operational amplifier 93 as shown in the lower stage “V2” of FIG. That is, as shown in FIGS. 7B and 7C, the water leakage detection device 9 adds and amplifies the negative phase signal by the differential amplifier 94.

一方、漏水検出装置９は、オペアンプ９３以降で発生したノイズ（図６の符号Ａ参照）がオペアンプ９３を通過しないことから、このノイズが反転しない（図８（ａ）の下段「Ｖ２」参照）。このため、漏水検出装置９は、このノイズが同相信号として差動増幅アンプ９４に入力するので、差動増幅アンプ９４の出力がゼロとなる。このようにして、漏水検出装置９は、ノイズを低減する（図８（ｂ），図８（ｃ）参照）。   On the other hand, in the water leakage detection device 9, since noise generated after the operational amplifier 93 (see symbol A in FIG. 6) does not pass through the operational amplifier 93, this noise is not inverted (see “V2” in the lower stage of FIG. 8A). . For this reason, since the water leak detection device 9 inputs this noise to the differential amplification amplifier 94 as an in-phase signal, the output of the differential amplification amplifier 94 becomes zero. In this way, the water leakage detection device 9 reduces noise (see FIGS. 8B and 8C).

計測原理論３、http://www.eonet.ne.jp/~hidarite/me2/keisokugenri03.htmlMeasurement Theory 3 、 http: //www.eonet.ne.jp/~hidarite/me2/keisokugenri03.html

しかし、従来の漏水検出装置９では、ピックアップセンサ９２からオペアンプ９３までの間で発生したノイズ（図６の符号Ｂ参照）が、信号成分と同様にオペアンプ９３で反転する。従って、従来の漏水検出装置９は、信号成分と同様に逆相信号となったノイズを低減できずに、これが原因となり漏水音を検出できない場合がある。特に、従来の漏水検出装置９は、ピックアップセンサ９２の出力直後でノイズが発生し易く、これが大きな問題となっている。仮に、従来の漏水検出装置９において、ピックアップセンサ９２からオペアンプ９３までの間で発生したノイズも低減し、Ｓ／Ｎ比を向上させることができれば、ピックアップセンサ９２（センサ部）のみを分離することが可能となる。これにより、センサ部を小型化および軽量化できるので、従来では取り付け困難な測定場所にもセンサ部を取り付け可能となり、より一層応用範囲が広がる。   However, in the conventional water leakage detection device 9, noise generated between the pickup sensor 92 and the operational amplifier 93 (see symbol B in FIG. 6) is inverted by the operational amplifier 93 in the same manner as the signal component. Therefore, the conventional water leakage detection device 9 cannot reduce noise that has become a reverse phase signal in the same manner as the signal component, and may not be able to detect the water leakage sound due to this. In particular, the conventional water leakage detection device 9 is likely to generate noise immediately after the output of the pickup sensor 92, which is a big problem. If the conventional water leakage detection device 9 can reduce noise generated between the pickup sensor 92 and the operational amplifier 93 and improve the S / N ratio, only the pickup sensor 92 (sensor unit) is separated. Is possible. As a result, the sensor unit can be reduced in size and weight, so that the sensor unit can be attached to a measurement place that has conventionally been difficult to attach, and the application range is further expanded.

そこで、本発明は、前記した問題点に鑑みて考案されたものであり、Ｓ／Ｎ比が良好な微小信号検出技術を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been devised in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a minute signal detection technique with a good S / N ratio.

前記した課題を解決するため、本願第１発明に係る微小信号検出装置は、被検出物に接続して、微小信号を検出する微小信号検出装置において、前記微小信号を検出して微小信号検出信号を出力する第１の微小信号センサと、前記第１の微小信号センサと同一の回路構成で、かつ、前記第１の微小信号センサの近傍に配置されると共に、前記第１の微小信号センサと異なる感度で前記微小信号を検出して微小信号検出信号を出力する第２の微小信号センサと、前記第１の微小信号センサが出力した微小信号検出信号と、前記第２の微小信号センサが出力した微小信号検出信号とを差動増幅する差動増幅器と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a minute signal detection device according to the first invention of the present application is a minute signal detection device that detects a minute signal by connecting to an object to be detected. And the first minute signal sensor, the first minute signal sensor having the same circuit configuration as that of the first minute signal sensor, and disposed in the vicinity of the first minute signal sensor. A second minute signal sensor that detects the minute signal with different sensitivities and outputs a minute signal detection signal, a minute signal detection signal that is output from the first minute signal sensor, and an output that is output from the second minute signal sensor. And a differential amplifier that differentially amplifies the minute signal detection signal.

かかる構成によれば、微小信号出装置は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとの感度が互いに異なることから、同じ微小信号を検出した場合でも、それぞれの微小信号検出信号のレベルが異なる。また、微小信号検出装置は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとが互いに近傍に配置されることから、それぞれの微小信号検出信号に、同じレベルのノイズが混入する。さらに、微小信号検出装置は、第１の微小信号センサおよび第２の微小信号センサが同一の回路構成であることから、それ自体のレベルノイズも同じである。従って、微小信号検出装置は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとの微小信号検出信号の差分を取ることで、ノイズを大幅に低減することができる。   According to such a configuration, since the sensitivity of the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are different from each other in the minute signal output device, even if the same minute signal is detected, each minute signal detection signal The level is different. In the minute signal detection device, since the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are arranged in the vicinity of each other, the same level of noise is mixed in each minute signal detection signal. Furthermore, since the first minute signal sensor and the second minute signal sensor have the same circuit configuration in the minute signal detection device, the level noise of the device itself is the same. Therefore, the minute signal detection device can significantly reduce noise by taking the difference between the minute signal detection signals of the first minute signal sensor and the second minute signal sensor.

なお、被検出物に接続するとは、微小信号を検出できるように微小信号検出装置を被検出物に接触させること、または、微小信号を伝える媒体（例えば、水または空気）に微小信号検出装置が触れる状態とすることをいう。
また、被検出物は、微小信号の検出対象となる物または生物であり、例えば、水道管等の物、動物、および、人体が含まれる。
また、微小信号は、例えば、被検出物で発生する微小なレベルの信号であり、漏水音等の微小音が含まれる。 Note that the connection to the object to be detected means that the minute signal detection device is brought into contact with the object to be detected so that the minute signal can be detected, or the minute signal detection device is attached to a medium (for example, water or air) that transmits the minute signal. A state of touching.
The detected object is an object or an organism that is a detection target of a minute signal, and includes, for example, an object such as a water pipe, an animal, and a human body.
The minute signal is, for example, a minute level signal generated in the object to be detected, and includes minute sounds such as water leakage sound.

また、本願第２発明に係る微小信号検出装置は、前記第１の微小信号センサおよび前記第２の微小信号センサが、同一の振動板に隣接して設けられたことを特徴とする。
かかる構成によれば、微小信号検出装置は、振動板によって微小信号を採取し易くできる。 The minute signal detection device according to the second invention of the present application is characterized in that the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are provided adjacent to the same diaphragm.
According to this configuration, the minute signal detection device can easily collect the minute signal by the diaphragm.

前記した課題を解決するため、本願第３発明に係る微小信号検出方法は、被検出物に微小信号検出装置を接続して、微小信号を検出する微小信号検出方法において、同一の回路構成で、かつ、異なる感度で、かつ、同一の振動板に隣接して設けられた第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとが、前記微小信号を検出して微小信号検出信号をそれぞれ出力する第１工程と、前記第１の微小信号センサが出力した微小信号検出信号と、前記第２の微小信号センサが出力した微小信号検出信号とを差動増幅器により差動増幅する第２工程と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a minute signal detection method according to the third invention of the present application is the same as the minute signal detection method for detecting a minute signal by connecting a minute signal detection device to an object to be detected. In addition, the first minute signal sensor and the second minute signal sensor provided with different sensitivities and adjacent to the same diaphragm detect the minute signal and output the minute signal detection signal, respectively. A first step; a second step of differentially amplifying the minute signal detection signal output from the first minute signal sensor and the minute signal detection signal output from the second minute signal sensor by a differential amplifier; It is characterized by providing.

かかる方法によれば、微小信号検出方法は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとの感度が互いに異なることから、同じ微小信号を検出した場合でも、それぞれの微小信号検出信号のレベルが異なる。また、微小信号検出方法は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとが互いに近傍に配置されることから、それぞれの微小信号検出信号に、同じレベルのノイズが混入する。さらに、微小信号検出方法は、第１の微小信号センサおよび第２の微小信号センサが同一の回路構成であることから、それ自体のレベルノイズも同じである。従って、微小信号検出方法は、第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとの微小信号検出信号の差分を取ることで、ノイズを大幅に低減することができる。   According to such a method, in the minute signal detection method, since the sensitivity of the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are different from each other, even when the same minute signal is detected, The level is different. In the minute signal detection method, since the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are arranged in the vicinity of each other, the same level of noise is mixed in each minute signal detection signal. Further, in the minute signal detection method, since the first minute signal sensor and the second minute signal sensor have the same circuit configuration, their own level noise is also the same. Therefore, the minute signal detection method can greatly reduce noise by taking the difference between the minute signal detection signals of the first minute signal sensor and the second minute signal sensor.

本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
本願第１，３発明によれば、微小信号検出信号からノイズを大幅に低減できるので、Ｓ／Ｎ比が良好になる。これによって、本願第１，３発明では、検出した微小信号に対して、適切な判定を行うことができる。 According to the present invention, the following excellent effects can be obtained.
According to the first and third inventions of the present application, noise can be greatly reduced from the minute signal detection signal, and the S / N ratio is improved. Accordingly, in the first and third inventions of the present application, it is possible to make an appropriate determination with respect to the detected minute signal.

本発明の実施形態に係る漏水検出装置の概略を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the water leak detection apparatus concerning the embodiment of the present invention. 図１の漏水検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the water leak detection apparatus of FIG. 図１の漏水検出装置によるノイズ低減の原理を説明する図であり、（ａ）は２個のピックアップセンサの出力であり、（ｂ）は２個のピックアップセンサの出力を重ねたものであり、（ｂ）は２個のピックアップセンサの差分である。It is a figure explaining the principle of the noise reduction by the water leak detection apparatus of FIG. 1, (a) is the output of two pick-up sensors, (b) is what overlapped the output of two pick-up sensors, (B) is the difference between the two pickup sensors. 本発明の実施例において、ノイズ低減の結果を測定したグラフである。In the Example of this invention, it is the graph which measured the result of noise reduction. 本発明の実施例において、ノイズ低減の結果を測定したグラフである。In the Example of this invention, it is the graph which measured the result of noise reduction. 従来の漏水検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional water leak detection apparatus. 図６の漏水検出装置による信号の増幅を説明する図であり、（ａ）は差動増幅アンプへの入力（上段の「Ｖ１」はオペアンプを通らない信号、下段の「Ｖ２」はオペアンプを通る信号）であり、（ｂ）は差動増幅アンプの動きを信号の加算で示したものであり、（ｃ）は差動増幅アンプの出力である。FIG. 7 is a diagram for explaining signal amplification by the water leakage detection device of FIG. 6, where (a) is an input to a differential amplifier (the upper “V1” is a signal that does not pass through an operational amplifier, and the lower “V2” is through an operational amplifier. (B) shows the movement of the differential amplification amplifier by signal addition, and (c) shows the output of the differential amplification amplifier. 図６の漏水検出装置によるノイズ低減を説明する図であり、（ａ）はオペアンプへの入力であり、（ｂ）はオペアンプによる反転であり、（ｃ）は差動増幅アンプの出力である。FIG. 7 is a diagram for explaining noise reduction by the water leakage detection device of FIG. 6, where (a) is an input to the operational amplifier, (b) is an inversion by the operational amplifier, and (c) is an output of the differential amplifier.

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する同一の部材には同一の符号を付し、説明を省略した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each embodiment, the same member having the same function is denoted by the same reference numeral, and the description thereof is omitted.

［漏水検出装置の概略］
本実施形態では、微小信号検出装置の一例として、被検出物としての水道管Ｘに当接して漏水音を検出する漏水検出装置１を説明する（図１参照）。なお、図１では、水道管Ｘを一点鎖線で図示し、漏水検出装置１でケース１１に隠れる部分を破線で図示した。また、図１では、説明を簡易にするために、漏水検出装置１の差動増幅アンプ等の図示を省略した。 [Outline of water leakage detection device]
In the present embodiment, a water leakage detection device 1 that detects a water leakage sound by contacting a water pipe X as an object to be detected will be described as an example of a minute signal detection device (see FIG. 1). In addition, in FIG. 1, the water pipe X was shown with the dashed-dotted line, and the part hidden in the case 11 with the water leak detection apparatus 1 was shown with the broken line. Further, in FIG. 1, the illustration of the differential amplification amplifier and the like of the water leakage detection device 1 is omitted for easy explanation.

図１に示すように、漏水検出装置１は、水道管Ｘの亀裂Ｘａで発生する漏水音を検出するため、センサ部１Ａと信号処理部１Ｂとが分離した構造となっている（分離構造）。   As shown in FIG. 1, the water leakage detection device 1 has a structure in which the sensor unit 1 </ b> A and the signal processing unit 1 </ b> B are separated in order to detect a water leakage sound generated at the crack Xa of the water pipe X (separation structure). .

センサ部１Ａは、漏水音集音板１２と、漏水音集音板１２に装着された２個のピックアップセンサ１３，１４とを備える。また、センサ部１Ａは、２個のピックアップセンサ１３，１４をケース１１に収納している。そして、センサ部１Ａは、漏水音集音板１２の磁石１２ａを利用して、漏水音集音板１２の設置面に対向する接触面が、水道管Ｘに密接するように固定される。   The sensor unit 1 </ b> A includes a water leaking sound collecting plate 12 and two pickup sensors 13 and 14 attached to the water leaking sound collecting plate 12. The sensor unit 1 </ b> A houses two pickup sensors 13 and 14 in the case 11. And the sensor part 1A is fixed so that the contact surface facing the installation surface of the water leaking sound collecting plate 12 is in close contact with the water pipe X using the magnet 12a of the water leaking sound collecting plate 12.

信号処理部１Ｂは、センサ部１Ａからの信号を処理するため、差動増幅アンプ１５、フィルタ回路１６、および、プリメインアンプ１７等を備える（図２参照）。また、センサ部１Ａと信号処理部１Ｂとは、例えば、１ｍ程度の配線ケーブル１８で繋がれている。   The signal processing unit 1B includes a differential amplification amplifier 15, a filter circuit 16, a pre-main amplifier 17, and the like in order to process a signal from the sensor unit 1A (see FIG. 2). The sensor unit 1A and the signal processing unit 1B are connected by a wiring cable 18 of about 1 m, for example.

ここで、漏水検出装置１を用いて、漏水音を検出する方法を説明する。
まず、漏水検出方法では、漏水音集音板１２を、水道管Ｘに当接させて固定する。また、漏水検出方法では、２個のピックアップセンサ１３，１４で音を検出して微小音検出信号を出力する（第１工程）。そして、漏水検出方法では、第１のピックアップセンサ１３が出力した微小音検出信号と、第２のピックアップセンサ１４が出力した微小音検出信号とを差動増幅する（第２工程）。 Here, a method for detecting a water leakage sound using the water leakage detection device 1 will be described.
First, in the water leakage detection method, the water leakage sound collecting plate 12 is brought into contact with the water pipe X and fixed. In the water leakage detection method, sound is detected by the two pickup sensors 13 and 14 and a minute sound detection signal is output (first step). In the water leakage detection method, the minute sound detection signal output from the first pickup sensor 13 and the minute sound detection signal output from the second pickup sensor 14 are differentially amplified (second step).

これによって、漏水検出装置１において、２個のピックアップセンサ１３，１４が検出した微小音検出信号は、配線ケーブル１８を通して信号処理部１Ｂに入力される。信号処理部１Ｂに入力された微小音検出信号は、漏水音より大きなノイズが混在していることが多い。このため、信号処理部１Ｂは、このノイズを低減して漏水音を顕在化し、増幅した微小音検出信号を漏水音分析装置２に出力する。   Thereby, in the water leakage detection device 1, the minute sound detection signals detected by the two pickup sensors 13 and 14 are input to the signal processing unit 1 </ b> B through the wiring cable 18. In many cases, the noise detection signal input to the signal processing unit 1B contains noise larger than the water leakage sound. For this reason, the signal processing unit 1 </ b> B reduces the noise to make the leakage sound obvious, and outputs the amplified minute sound detection signal to the leakage sound analyzer 2.

その後、漏水音分析装置２は、例えば、入力された微小音検出信号のスペクトル解析を行い、水道管Ｘで漏水が発生しているか否かを判定する。なお、漏水音分析装置２は、一般的なものであるため、その詳細な説明を省略する。   Thereafter, the water leakage sound analyzer 2 performs, for example, spectrum analysis of the input minute sound detection signal to determine whether or not water leakage has occurred in the water pipe X. In addition, since the water leak sound analyzer 2 is a general thing, the detailed description is abbreviate | omitted.

［漏水検出装置の構成］
以下、図２を参照し、漏水検出装置１の構成について説明する。図２に示すように、漏水検出装置１は、センサ部１Ａと、信号処理部１Ｂと、センサ部１Ａおよび信号処理部１Ｂを繋ぐ配線ケーブル１８（図１参照）とを備える。 [Configuration of water leakage detection device]
Hereinafter, the configuration of the water leakage detection device 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the water leakage detection device 1 includes a sensor unit 1A, a signal processing unit 1B, and a wiring cable 18 (see FIG. 1) that connects the sensor unit 1A and the signal processing unit 1B.

センサ部１Ａは、ケース１１と、漏水音集音板（振動板）１２と、第１のピックアップセンサ（第１の微小信号センサ）１３と、第２のピックアップセンサ（第２の微小信号センサ）１４を備える。   The sensor unit 1A includes a case 11, a water leakage sound collecting plate (diaphragm) 12, a first pickup sensor (first minute signal sensor) 13, and a second pickup sensor (second minute signal sensor). 14.

信号処理部１Ｂは、差動増幅アンプ（差動増幅器）１５と、フィルタ回路１６と、プリメインアンプ１７とを備える、なお、信号処理部１Ｂの出力は、ケーブルを介して漏水音分析装置２の入力となる。   The signal processing unit 1B includes a differential amplification amplifier (differential amplifier) 15, a filter circuit 16, and a pre-main amplifier 17. The output of the signal processing unit 1B is output from the water leakage sound analyzer 2 via a cable. Input.

第１のピックアップセンサ１３は、漏水音集音板１２を介して、水道管Ｘから伝わる音を検出する。そして、第１のピックアップセンサ１３は、検出した音を微小音検出信号として、差動増幅アンプ１５に出力する。ここで、第１のピックアップセンサ１３は、プラス側の出力が差動増幅アンプ１５のプラス側に接続され、マイナス側の出力が接地される。なお、微小音検出信号が請求項に記載の微小信号検出信号に相当する。   The first pickup sensor 13 detects the sound transmitted from the water pipe X via the water leakage sound collecting plate 12. Then, the first pickup sensor 13 outputs the detected sound to the differential amplifier 15 as a minute sound detection signal. Here, in the first pickup sensor 13, the plus output is connected to the plus side of the differential amplifier 15, and the minus output is grounded. The minute sound detection signal corresponds to the minute signal detection signal recited in the claims.

第２のピックアップセンサ１４は、漏水音集音板１２を介して、第１のピックアップセンサ１３が検出した音と同じ音を検出する。そして、第２のピックアップセンサ１４は、検出した音を微小音検出信号として、差動増幅アンプ１５に出力する。ここで、第２のピックアップセンサ１４は、プラス側の出力が差動増幅アンプ１５のマイナス側に接続され、マイナス側の出力が接地される。なお、ピックアップセンサ１３，１４は、ノイズを効果的に低減するために、所定の関係を有するところ、この詳細は後記する。   The second pickup sensor 14 detects the same sound as the sound detected by the first pickup sensor 13 via the water leakage sound collecting plate 12. Then, the second pickup sensor 14 outputs the detected sound to the differential amplifier 15 as a minute sound detection signal. Here, in the second pickup sensor 14, the plus output is connected to the minus side of the differential amplifier 15, and the minus output is grounded. The pickup sensors 13 and 14 have a predetermined relationship in order to effectively reduce noise, and details thereof will be described later.

差動増幅アンプ１５は、第１のピックアップセンサ１３が出力した微小音検出信号と、第２のピックアップセンサ１４が出力した微小音検出信号とを差動増幅する。そして、差動増幅アンプ１５は、差動増幅した微小音検出信号を、フィルタ回路１６に出力する。   The differential amplifier 15 differentially amplifies the minute sound detection signal output from the first pickup sensor 13 and the minute sound detection signal output from the second pickup sensor 14. The differential amplifier 15 then outputs the differentially amplified minute sound detection signal to the filter circuit 16.

フィルタ回路１６は、例えば、差動増幅アンプ１５からの微小音検出信号について、特定周波数成分（ノイズ成分）をカットする。そして、フィルタ回路１６は、特定周波数成分をカットした微小音検出信号をプリメインアンプ１７に出力する。ここで、フィルタ回路１６としては、例えば、ローパスフィルタ、バンドパスフィルタまたはハイパスフィルタがあり、漏水音等のノイズの周波数に応じてどのフィルタを用いるか適宜選択できる。なお、フィルタ回路１６は、一般的なものであるため、その詳細な説明を省略する。   For example, the filter circuit 16 cuts a specific frequency component (noise component) of the minute sound detection signal from the differential amplifier 15. Then, the filter circuit 16 outputs a minute sound detection signal from which the specific frequency component is cut to the pre-amplifier 17. Here, as the filter circuit 16, for example, there is a low-pass filter, a band-pass filter, or a high-pass filter, and it is possible to appropriately select which filter is used according to the frequency of noise such as water leakage sound. Since the filter circuit 16 is a general one, its detailed description is omitted.

プリメインアンプ１７は、例えば、フィルタ回路１６からの微小音検出信号を、所定のレベルまで増幅する。そして、プリメインアンプ１７は、増幅した微小音検出信号を、ケーブルを介して、漏水音分析装置２に出力する。なお、プリメインアンプ１７は、一般的なものであるため、その詳細な説明を省略する。   For example, the pre-main amplifier 17 amplifies the minute sound detection signal from the filter circuit 16 to a predetermined level. Then, the pre-main amplifier 17 outputs the amplified minute sound detection signal to the water leakage sound analyzer 2 via the cable. Since the pre-main amplifier 17 is a general one, its detailed description is omitted.

＜ピックアップセンサ１３，１４の関係＞
ピックアップセンサ１３，１４は、ノイズを効果的に低減するために、幾つかの関係を有する。以下、ピックアップセンサ１３，１４の関係について、説明する。 <Relationship between pickup sensors 13 and 14>
The pickup sensors 13 and 14 have several relationships in order to effectively reduce noise. Hereinafter, the relationship between the pickup sensors 13 and 14 will be described.

まず、ピックアップセンサ１３，１４の位置関係について説明する。ピックアップセンサ１３，１４は、互いに近傍に配置された場合、ピックアップセンサ１３，１４の出力に同じノイズが混入すると、そのノイズレベルが等しくなる。一方、ピックアップセンサ１３，１４は、互いに離して配置された場合、ピックアップセンサ１３，１４の出力に同じノイズが混入しても、そのノイズレベルが異なる可能性がある。従って、ピックアップセンサ１３，１４は、ノイズレベルを等しくするため、互いに近傍に配置する必要がある。ここで、ピックアップセンサ１３，１４は、可能な限り近くに配置することが好ましいが、例えば、互いの距離が１センチメートル以下となるように配置してもよい。   First, the positional relationship between the pickup sensors 13 and 14 will be described. When the pickup sensors 13 and 14 are arranged in the vicinity of each other, the same noise level is mixed if the same noise is mixed in the outputs of the pickup sensors 13 and 14. On the other hand, when the pickup sensors 13 and 14 are arranged apart from each other, even if the same noise is mixed in the outputs of the pickup sensors 13 and 14, the noise levels may be different. Therefore, the pickup sensors 13 and 14 need to be arranged close to each other in order to make the noise level equal. Here, it is preferable to arrange the pickup sensors 13 and 14 as close as possible, but for example, the pickup sensors 13 and 14 may be arranged so that the distance between them is 1 centimeter or less.

次に、ピックアップセンサ１３，１４の回路構成の関係について説明する。ピックアップセンサ１３，１４は、その回路構成を同一とした場合、それ自体のノイズレベルが等しくなる。一方、ピックアップセンサ１３，１４は、その回路構成が異なる場合、それ自体のノイズレベルが異なる可能性がある。従って、ピックアップセンサ１３，１４は、それ自体のノイズレベルを等しくするため、同一の回路構成にする必要がある。   Next, the relationship of the circuit configuration of the pickup sensors 13 and 14 will be described. If the pickup sensors 13 and 14 have the same circuit configuration, their own noise levels are equal. On the other hand, when the pickup sensors 13 and 14 have different circuit configurations, their own noise levels may be different. Accordingly, the pickup sensors 13 and 14 need to have the same circuit configuration in order to equalize their own noise levels.

さらに、ピックアップセンサ１３，１４の感度の関係について説明する。漏水検出装置１では、差動増幅アンプ１５がピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号を差動増幅する。このため、ピックアップセンサ１３，１４は、その感度が同一であると、差動増幅した後、微小音検出信号の信号成分が残らなくなる。従って、ピックアップセンサ１３，１４は、互いの感度が異なる必要がある。ここで、ピックアップセンサ１３，１４は、例えば、数デシベル（５デシベル）〜数十デシベル（２０デシベル）程度、その感度が異なる。なお、ピックアップセンサ１３，１４は、感度の異なる範囲が制限されるものではない。   Furthermore, the relationship between the sensitivity of the pickup sensors 13 and 14 will be described. In the water leakage detection device 1, the differential amplifier 15 differentially amplifies the minute sound detection signals of the pickup sensors 13 and 14. For this reason, if the pickup sensors 13 and 14 have the same sensitivity, no signal component of the minute sound detection signal remains after differential amplification. Therefore, the pickup sensors 13 and 14 need to have different sensitivities. Here, the pickup sensors 13 and 14 have different sensitivities, for example, about several decibels (5 decibels) to several tens decibels (20 decibels). Note that the pickup sensors 13 and 14 are not limited to different ranges of sensitivity.

＜ノイズ低減の原理＞
以下、図３を参照し、漏水検出装置１によるノイズ低減の原理について説明する（適宜図２参照）。なお、図３（ａ）では、「Ｖ１」のグラフ（上段）が、第１のピックアップセンサ１３の微小音検出信号のレベル（電圧）であり、「Ｖ２」のグラフ（下段）が、第２のピックアップセンサ１４の微小音検出信号のレベル（電圧）である。また、図３（ａ），図３（ｂ）では、ピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号に含まれるノイズ成分を斜線で図示した。 <Principle of noise reduction>
Hereinafter, the principle of noise reduction by the water leakage detection device 1 will be described with reference to FIG. 3 (see FIG. 2 as appropriate). In FIG. 3A, the “V1” graph (upper) is the level (voltage) of the minute sound detection signal of the first pickup sensor 13, and the “V2” graph (lower) is the second. This is the level (voltage) of the minute sound detection signal of the pickup sensor 14. 3A and 3B, the noise components included in the minute sound detection signals of the pickup sensors 13 and 14 are indicated by hatching.

図３（ａ）に示すように、ピックアップセンサ１３，１４は、微小音検出信号をそれぞれ出力する。ここで、ピックアップセンサ１３，１４は、互いの感度が異なることから、微小音検出信号の最大レベル（最大電圧）が異なる。また、ピックアップセンサ１３，１４は、微小音検出信号に含まれるノイズレベルが同一となる。   As shown in FIG. 3A, the pickup sensors 13 and 14 each output a minute sound detection signal. Here, since the pickup sensors 13 and 14 have different sensitivities, the maximum level (maximum voltage) of the minute sound detection signal is different. In addition, the pickup sensors 13 and 14 have the same noise level included in the minute sound detection signal.

図３（ｂ）に示すように、第１のピックアップセンサ１３の微小音検出信号と、第２のピックアップセンサ１４の微小音検出信号との差分Ｄを求めると、ピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号からノイズ成分を大幅に低減できる。つまり、図３（ｃ）に示すように、この差分Ｄは、微小音検出信号の信号成分のみが残ることになる。なお、図３（ｃ）では、説明のために、ピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号との差分Ｄをそのまま図示したが、必要に応じてピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号を増幅しても、差分Ｄを増幅してもよいことは言うまでもない。   As shown in FIG. 3B, when the difference D between the minute sound detection signal of the first pickup sensor 13 and the minute sound detection signal of the second pickup sensor 14 is obtained, the minute sound of the pickup sensors 13 and 14 is obtained. Noise components can be greatly reduced from the detection signal. That is, as shown in FIG. 3C, only the signal component of the minute sound detection signal remains in the difference D. In FIG. 3C, for the sake of explanation, the difference D from the minute sound detection signal of the pickup sensors 13 and 14 is shown as it is, but if necessary, the minute sound detection signal of the pickup sensors 13 and 14 is amplified. Of course, the difference D may be amplified.

以上をまとめると、漏水検出装置１は、ピックアップセンサ１３，１４の感度が互いに異なることから、同じ漏水音を検出した場合でも、微小音検出信号のレベルが互いに異なる。また、漏水検出装置１は、ピックアップセンサ１３，１４が互いに近傍に配置され、かつ、同一の回路構成であることから、微小音検出信号に含まれるレベルノイズが同一となる。このため、漏水検出装置１は、ピックアップセンサ１３，１４の微小音検出信号の差分を取ることで、微小音検出信号からノイズを大幅に低減でき、Ｓ／Ｎ比を良好にできる。さらに、漏水検出装置１は、微小音に近い周波数で発生するノイズや、自動車の走行音等を要因とする非周期的なノイズも、大幅に低減することができる。   In summary, since the sensitivity of the pickup sensors 13 and 14 is different from each other in the water leakage detection device 1, the levels of the minute sound detection signals are different from each other even when the same water leakage sound is detected. Further, in the water leakage detection device 1, since the pickup sensors 13 and 14 are disposed in the vicinity of each other and have the same circuit configuration, the level noise included in the minute sound detection signal is the same. For this reason, the water leak detection device 1 can significantly reduce noise from the minute sound detection signal and improve the S / N ratio by taking the difference between the minute sound detection signals of the pickup sensors 13 and 14. Furthermore, the water leakage detection device 1 can significantly reduce noise generated at a frequency close to a minute sound and non-periodic noise caused by driving sound of an automobile.

また、漏水検出装置１は、従来のノイズ対策を不要にでき、このノイズ対策によるコストアップを回避できる。このノイズ対策としては、例えば、ピックアップセンサ１３，１４の接続にシールド処理を行うこと、または、ピックアップセンサ１３，１４にオペアンプ等を隣接して配置することがあげられる。   Further, the water leakage detection device 1 can eliminate the conventional noise countermeasures, and can avoid an increase in cost due to the noise countermeasures. As measures against this noise, for example, a shield process is performed on the connection between the pickup sensors 13 and 14, or an operational amplifier or the like is disposed adjacent to the pickup sensors 13 and 14.

また、図１のような分離構造を採用する場合、漏水検出装置１は、センサ部１Ａにチャージアンプを付加する必要がなくなるので、センサ部１Ａをより小型、かつ、軽量にすることが可能となる。これによって、漏水検出装置１は、水道管Ｘへのセンサ部１Ａの固定が簡単となり、従来では取り付け困難であった場所にもセンサ部１Ａを取り付けることができる。   Further, when the separation structure as shown in FIG. 1 is adopted, the water leakage detection device 1 does not need to add a charge amplifier to the sensor unit 1A, so that the sensor unit 1A can be made smaller and lighter. Become. As a result, the water leakage detection device 1 can easily fix the sensor unit 1A to the water pipe X, and the sensor unit 1A can be attached to a place that has been difficult to attach in the past.

なお、本実施形態では、ピックアップセンサ１３，１４を一例として説明したが、本発明は、これに限定されない。本発明では、例えば、感度が異なる２個のセンサを一体化してもよい。また、本発明では、例えば、感度が可変のセンサを用いる場合、２個のセンサの間で、互いの感度を異なるように設定してもよい。   In the present embodiment, the pickup sensors 13 and 14 have been described as examples. However, the present invention is not limited to this. In the present invention, for example, two sensors having different sensitivities may be integrated. In the present invention, for example, when a sensor with variable sensitivity is used, the sensitivity of the two sensors may be set to be different from each other.

以下、図４および図５を参照し、本発明の実施例について説明する（適宜図２参照）。
図２と同様に、感度が異なる２個のピックアップセンサ１３，１４を漏水音集音板１２に隣接して配置し、ピックアップセンサ１３，１４をそれぞれ差動増幅アンプ１５に接続した漏水検出装置１を準備した。そして、この実施例では、漏水検出装置１の付近でノイズを発生させ、ピックアップセンサ１３，１４がそれぞれ出力する微小音検出信号と、差動増幅アンプ１５が出力する微小音検出信号とを測定し、その結果を図４および図５に示した。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 (see FIG. 2 as appropriate).
As in FIG. 2, the water leakage detection device 1 in which two pickup sensors 13 and 14 having different sensitivities are arranged adjacent to the water leakage sound collecting plate 12 and each of the pickup sensors 13 and 14 is connected to the differential amplifier 15. Prepared. In this embodiment, noise is generated in the vicinity of the water leakage detection device 1, and the minute sound detection signals output from the pickup sensors 13 and 14 and the minute sound detection signal output from the differential amplifier 15 are measured. The results are shown in FIG. 4 and FIG.

なお、図４および図５では、第１のピックアップセンサ１３の微小音検出信号をＣＨ２として図示し、第２のピックアップセンサ１４の微小音検出信号をＣＨ１として図示し、差動増幅アンプ１５が差動増幅した微小音検出信号をＣＨ３として図示した。また、図４および図５の縦軸はレベル（電圧）であり、横軸は時間である。   4 and 5, the minute sound detection signal of the first pickup sensor 13 is illustrated as CH2, the minute sound detection signal of the second pickup sensor 14 is illustrated as CH1, and the differential amplifier 15 is different. The dynamically amplified minute sound detection signal is shown as CH3. Moreover, the vertical axis | shaft of FIG. 4 and FIG. 5 is a level (voltage), and a horizontal axis is time.

図４および図５に示すように、ＣＨ１およびＣＨ２には、同一のノイズが含まれている。一方、ＣＨ３には、ＣＨ１およびＣＨ２のようなノイズは、観測されていない。つまり、漏水検出装置１は、前記したノイズ低減の原理によりノイズを大幅に低減でき、従来技術に比べて、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。   As shown in FIGS. 4 and 5, CH1 and CH2 contain the same noise. On the other hand, noise such as CH1 and CH2 is not observed in CH3. That is, the water leakage detection device 1 can greatly reduce noise based on the above-described principle of noise reduction, and can greatly improve the S / N ratio as compared with the prior art.

本発明に係る微小信号検出装置は、漏水検出装置１での漏水音の検出のみならず、被検出物が小さく、センサ部１Ａの小型化が重要な要素となる生体関連およびバイオ関連の微小信号の検出にも用いることができる。   The minute signal detection device according to the present invention is not only the detection of the water leakage sound by the water leakage detection device 1, but also the living body-related and bio-related minute signals whose detection object is small and miniaturization of the sensor unit 1A is an important factor. It can also be used for detection.

１ 漏水検出装置（微小信号検出装置）
１Ａ センサ部
１Ｂ 信号処理部
１１ ケース
１２ 漏水音集音板（振動板）
１２ａ 磁石
１３ 第１のピックアップセンサ（第１の微小信号センサ）
１４ 第２のピックアップセンサ（第２の微小信号センサ）
１５ 差動増幅アンプ（差動増幅器）
１６ フィルタ回路
１７ プリメインアンプ
１８ 配線ケーブル
２ 漏水音分析装置
９ 漏水検出装置
９１ 漏水音集音板
９２ ピックアップセンサ
９３ オペアンプ
９４ 差動増幅アンプ
９５ フィルタ回路
９６ プリメインアンプ
Ｎ１〜Ｎ３ ノイズ
Ｘ 水道管（被検出物）
Ｘａ 亀裂 1 Water leakage detection device (micro signal detection device)
1A Sensor unit 1B Signal processing unit 11 Case 12 Water leakage sound collecting plate (vibration plate)
12a Magnet 13 First pickup sensor (first minute signal sensor)
14 Second pickup sensor (second minute signal sensor)
15 Differential amplifier (differential amplifier)
16 Filter circuit 17 Pre-main amplifier 18 Wiring cable 2 Water leak sound analyzer 9 Water leak detector 91 Water leak sound collector 92 Pickup sensor 93 Operational amplifier 94 Differential amplifier 95 Filter circuit 96 Pre-main amplifier N1 to N3 Noise X Water pipe (detected object)
Xa crack

Claims (3)

被検出物に接続して、微小信号を検出する微小信号検出装置において、
前記微小信号を検出して微小信号検出信号を出力する第１の微小信号センサと、
前記第１の微小信号センサと同一の回路構成で、かつ、前記第１の微小信号センサの近傍に配置されると共に、前記第１の微小信号センサと異なる感度で前記微小信号を検出して微小信号検出信号を出力する第２の微小信号センサと、
前記第１の微小信号センサが出力した微小信号検出信号と、前記第２の微小信号センサが出力した微小信号検出信号とを差動増幅する差動増幅器と、
を備えることを特徴とする微小信号検出装置。 In a minute signal detection apparatus that detects a minute signal by connecting to an object to be detected,
A first minute signal sensor that detects the minute signal and outputs a minute signal detection signal;
The circuit has the same circuit configuration as that of the first minute signal sensor and is arranged in the vicinity of the first minute signal sensor, and detects the minute signal with a sensitivity different from that of the first minute signal sensor. A second minute signal sensor that outputs a signal detection signal;
A differential amplifier that differentially amplifies the minute signal detection signal output from the first minute signal sensor and the minute signal detection signal output from the second minute signal sensor;
A minute signal detection device comprising: 前記第１の微小信号センサおよび前記第２の微小信号センサは、同一の振動板に隣接して設けられたことを特徴とする請求項１に記載の微小信号検出装置。   2. The minute signal detection device according to claim 1, wherein the first minute signal sensor and the second minute signal sensor are provided adjacent to the same diaphragm. 被検出物に微小信号検出装置を接続して、微小信号を検出する微小信号検出方法において、
同一の回路構成で、かつ、異なる感度で、かつ、同一の振動板に隣接して設けられた第１の微小信号センサと第２の微小信号センサとが、前記微小信号を検出して微小信号検出信号をそれぞれ出力する第１工程と、
前記第１の微小信号センサが出力した微小信号検出信号と、前記第２の微小信号センサが出力した微小信号検出信号とを差動増幅器により差動増幅する第２工程と、
を備えることを特徴とする微小信号検出方法。 In a minute signal detection method for detecting a minute signal by connecting a minute signal detection device to an object to be detected,
A first minute signal sensor and a second minute signal sensor provided with the same circuit configuration, different sensitivities, and adjacent to the same diaphragm detect the minute signal and detect the minute signal. A first step of outputting each detection signal;
A second step of differentially amplifying the minute signal detection signal output from the first minute signal sensor and the minute signal detection signal output from the second minute signal sensor by a differential amplifier;
A method for detecting a minute signal, comprising:

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