JP2015224891A - Detection method using sound wave, and non-contact acoustic detection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、音波を用いた探知方法および非接触音響探知システムに関する。 The present invention relates to a detection method using a sound wave and a non-contact acoustic detection system.
近年、コンクリート構造物の劣化が問題になっており、その内部の診断が必要とされている。従来、コンクリート内部の診断手法として、超音波を利用する方法が種々提案されてきた。このほか、地中に埋設された物品を検出する目的で、地表面に音波を照射する方法が提案されている。 In recent years, deterioration of concrete structures has become a problem, and the inside diagnosis is required. Conventionally, various methods using ultrasonic waves have been proposed as diagnostic methods for the inside of concrete. In addition, for the purpose of detecting an article buried in the ground, a method of irradiating the ground surface with sound waves has been proposed.
特許文献１には、エアーシリンダを使用したハンマでコンクリート製品を軽打し、この時発生する音波の音圧レベルを騒音計で検出して良品か欠陥品かを判別する方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a method of discriminating a non-defective product or a defective product by lightly hitting a concrete product with a hammer using an air cylinder and detecting a sound pressure level of a sound wave generated at this time with a noise meter. .
特許文献２には、コンクリート構造物の内部に、鋼球を所定の高さから被検査対象物の表面に落下させることによって超音波を入射し、伝搬する超音波をこの構造物の表面に接触させた加速度計を用いて受信し、この受信した超音波の周波数スペクトルを分析することによってコンクリート構造物内部における空洞発生の有無を検査する方法が開示されている。 In Patent Document 2, an ultrasonic wave is incident on a concrete structure by dropping a steel ball from a predetermined height onto the surface of the object to be inspected, and the propagating ultrasonic wave contacts the surface of the structure. There is disclosed a method for inspecting the presence or absence of cavities in a concrete structure by receiving the received accelerometer and analyzing the frequency spectrum of the received ultrasonic waves.
しかし、これらの方法では検査対象物に接触して計測する必要があり種々の問題が生じる。 However, in these methods, it is necessary to perform measurement in contact with the inspection object, and various problems arise.
一方、検査対象物に接近する必要の無い非接触音響検査法として、特許文献３による方法や、本発明者らによる非特許文献１による方法も知られている。 On the other hand, as a non-contact acoustic inspection method that does not need to approach an inspection object, a method according to Patent Document 3 and a method according to Non-Patent Document 1 by the present inventors are also known.
これらの非接触音響検査法は、遠方から、音波あるいは超音波により非検査対象物を加振し、印加された対象物の振動を、遠方において光学的に検出する検査手法である。 These non-contact acoustic inspection methods are inspection methods in which a non-inspection object is vibrated from a distance with sound waves or ultrasonic waves, and vibration of the applied object is optically detected at a distance.
本発明者は鋭意研究開発を推し進め、被照射体の表面の状況によっては受光レベルが悪くなり、得られる振動速度のデータの信頼性に問題がある可能性があることを見出した。 The present inventor has eagerly pursued research and development, and has found that there is a possibility that the light reception level may be deteriorated depending on the state of the surface of the irradiated object, and there is a problem in the reliability of the vibration speed data obtained.
本発明は、残響および受光漏れ等による光学ノイズに起因する探知対象物（欠陥部等）の検出の信頼性の低下を抑制した、音波を用いた探知方法および非接触音響探知システムを提供することを目的とする。 The present invention provides a detection method using a sound wave and a non-contact acoustic detection system in which a decrease in reliability of detection of an object to be detected (defect portion or the like) due to optical noise due to reverberation, light reception leakage, or the like is suppressed. With the goal.
本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出し、本発明を完成させた。
本発明は次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）である。
（ｉ）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定箇所において振動速度を測定して、前記探知対象物の位置を判断する音波を用いた探知方法であって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させて、各測定箇所における振動速度を測定する工程と、
得られた振動速度を測定結果に基づいて、各測定箇所における周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル（Ｓｆ）を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求め、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係について特定範囲で積分値を求め、その積分値が最も小さい値であった測定箇所を最小ＰＳＤ部とする工程と、
下記式（Ｉ）に基づいて、前記最小ＰＳＤ部に対するその他の測定箇所の振動エネルギーの比である振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を求め、その値が閾値以下であった測定箇所を、前記探知対象物が存在しない部位と判断する工程と、
下記式（ＩＩ）に基づいて、前記振幅スペクトル（Ｓｆ）からスペクトルエントロピー（Ｈ）を求め、前工程において、前記探知対象物が存在しない部位と判断した測定箇所以外の測定箇所において、前記最小ＰＳＤ部よりも低いスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を、前記探知対象物が存在する部位と判断し、逆に、前記最小ＰＳＤ部以上のスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を、計測不良箇所と判断する工程と、
を備える探知方法。
（ｉｉ）さらに、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定箇所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（Ｘは１〜ｎの整数）とし、測定箇所Ｐxにおける振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を、前記計測不良箇所を除いて、実際のＰ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動エネルギー比の分布図を作成する工程を備える、上記（ｉ）に記載の探知方法。
（ｉｉｉ）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定箇所において振動速度を測定して、前記探知対象物の位置を判断する非接触音響探知システムであって、
前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
得られた振動速度の測定結果を用いて、前記探知対象物が存在する部位および存在しない部位ならびに前記計測不良箇所を特定する解析装置と、を有し、
上記（ｉ）または（ｉｉ）に記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
The inventor diligently studied and found a method for solving the above-mentioned problems, and completed the present invention.
The present invention includes the following (i) to (iii).
(I) Detection using a sound wave that irradiates a surface of an irradiation object including the detection target object, measures vibration velocity at a plurality of measurement points on the surface, and determines the position of the detection target object A method,
Irradiating a sound wave from a sound wave source, vibrating the surface of the irradiated object, and measuring a vibration speed at each measurement location;
After obtaining the amplitude spectrum (Sf) representing the relationship between the frequency and the vibration velocity at each measurement location based on the obtained vibration velocity, the relationship between the frequency and the vibration energy (PSD) is further obtained and obtained. Obtaining an integral value in a specific range for the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), and setting the measurement point where the integral value was the smallest value as the minimum PSD part;
Based on the following formula (I), a vibration energy ratio (VER (1)), which is a ratio of vibration energy of other measurement points to the minimum PSD part, is obtained, and the measurement point whose value is equal to or less than a threshold value is A step of determining that there is no object to be detected;
Based on the following formula (II), spectrum entropy (H) is obtained from the amplitude spectrum (Sf), and in the previous step, the minimum PSD is measured at a measurement location other than the measurement location where the detection target is not present. A measurement location showing a lower spectral entropy (H) than the portion is determined as a location where the detection object exists, and conversely, a measurement location showing a spectral entropy (H) higher than the minimum PSD portion is a measurement failure location A process of judging
A detection method comprising:
(Ii) Further, n measurement points (n ≧ 2) on the surface of the irradiated object are respectively P 1 , P 2 ... P x ..P n (X is an integer of 1 to n). , arranged vibrational energy ratio in the measurement point P x a (VER (1)), the measurement defective portion, except for the actual P 1, P 2 ··· P x ·· position and similarity relationship P n position The detection method as described in said (i) provided with the process of creating the distribution map of the vibration energy ratio shown.
(Iii) A non-contact acoustic detection system that irradiates a surface of an irradiated object including a detection target object with sound waves, measures vibration speeds at a plurality of measurement locations on the surface, and determines the position of the detection target object Because
An acoustic source that generates sound waves that can vibrate the surface of the irradiated object;
A measuring instrument for measuring the vibration velocity of the surface of the irradiated object;
Using the measurement result of the obtained vibration velocity, and having an analysis device that identifies the part where the detection target object exists and the part where it does not exist and the measurement failure part,
A non-contact acoustic detection system capable of performing the detection method according to (i) or (ii) above.
本発明によれば、光学ノイズに起因する探知対象物（欠陥部等）の検出の信頼性の低下を抑制した、音波を用いた探知方法および非接触音響探知システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the detection method using a sound wave and the non-contact acoustic detection system which suppressed the fall of the reliability of the detection of the detection target object (defect part etc.) resulting from optical noise can be provided.
本発明について説明する。
本発明は探知方法および非接触音響探知システムである。本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、被照射体の内部の探知対象物の位置を正確に把握することができる。被照射体としては、例えば、コンクリート構造物、地面（土、砂、石、アスファルト等）、木、液体、人体が挙げられる。具体的には、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、例えば、地面に埋められている地雷の位置を正確に把握することができる。この場合、地雷が探知対象物である。また、コンクリート構造物の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、人体の内部に存在する腫瘍等の位置を正確に把握することができる。この場合、腫瘍等が探知対象物である。また、各種製品等の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる（すなわち、非破壊検査することができる）。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、池、海、湖等の液面の近くに位置する探知対象物（周囲の液体と音響インピーダンスが異なる物体）の位置を正確に把握することができる。
The present invention will be described.
The present invention is a detection method and a non-contact acoustic detection system. According to the detection method of the present invention and the non-contact acoustic detection system of the present invention, the position of the detection target inside the irradiated body can be accurately grasped. Examples of the irradiated body include concrete structures, the ground (such as earth, sand, stone, and asphalt), wood, liquid, and human body. Specifically, according to the detection method of the present invention and the non-contact acoustic detection system of the present invention, for example, the position of a land mine buried in the ground can be accurately grasped. In this case, landmines are detection objects. Moreover, the position of the defect part inside a concrete structure can be grasped | ascertained correctly. In this case, the defective part is a detection target. In addition, the position of a tumor or the like existing inside the human body can be accurately grasped. In this case, a tumor or the like is a detection target. In addition, it is possible to accurately grasp the positions of defective portions inside various products (that is, nondestructive inspection can be performed). In this case, the defective part is a detection target. Further, it is possible to accurately grasp the position of a detection object (an object having an acoustic impedance different from that of the surrounding liquid) located near the liquid surface such as a pond, sea, or lake.
本発明の探知方法は、本発明の非接触音響探知システムによって実現することが好ましい。本発明の非接触音響探知システムは、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定箇所において振動速度を測定して、前記探知対象物の位置を判断する非接触音響探知システムであって、前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、得られた振動速度の測定結果を用いて、前記探知対象物が存在する部位および存在しない部位ならびに前記計測不良箇所を特定する解析装置とを有し、前記解析装置によって特定の情報処理を行うことができる。本発明の非接触音響探知システムとして、具体的には、例えば図１に示す装置が挙げられる。 The detection method of the present invention is preferably realized by the non-contact acoustic detection system of the present invention. The non-contact acoustic detection system of the present invention irradiates the surface of the irradiated object including the detection target object with sound waves, measures the vibration velocity at a plurality of measurement points on the surface, and determines the position of the detection target object. A non-contact acoustic detection system for determining, an acoustic transmission source that generates a sound wave that can vibrate the surface of the irradiated object, a measuring instrument that measures a vibration speed of the surface of the irradiated object, and the obtained vibration Using the measurement result of the speed, it has an analysis device that identifies a site where the detection target object exists, a site where the detection target object does not exist, and the measurement failure location, and can perform specific information processing by the analysis device. A specific example of the non-contact acoustic detection system of the present invention is the apparatus shown in FIG.
図１は、被照射体１の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源１１と、被照射体１の表面の振動速度を測定する計測器１３と、被照射体１の内部の探知対象物３の位置を特定するために用いる解析装置１５１を含むコンピュータ１５とを有する装置１０を示す概略図である。図１に示す装置１０は、さらに、任意波形発生装置１７およびアンプ１９を有しており、加えて、コンピュータ１５は制御装置１５２および表示部１５３を含んでおり、制御装置１５２によって任意波形発生装置１７を制御して、所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生することができる。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。表示部１５３には、後に説明する振動速度分布図等を表示することができる。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。 FIG. 1 shows an acoustic transmission source 11 that generates a sound wave that can vibrate the surface of the irradiated object 1, a measuring instrument 13 that measures the vibration speed of the surface of the irradiated object 1, and a detection target inside the irradiated object 1. It is the schematic which shows the apparatus 10 which has the computer 15 containing the analysis apparatus 151 used in order to pinpoint the position of the thing 3. FIG. The apparatus 10 shown in FIG. 1 further includes an arbitrary waveform generating device 17 and an amplifier 19, and the computer 15 further includes a control device 152 and a display unit 153. 17 can be controlled to generate a sound wave having a desired frequency from the sound source 11. Measurement can also be performed by synchronizing the control device 152 with the trigger signal generated by the arbitrary waveform generator 17. The display unit 153 can display a vibration velocity distribution diagram and the like described later. The display unit means a display screen or the like.
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、音響発信源１１はフラットスピーカである。本発明の非接触音響探知システムにおいて音響発信源の数やスピーカの角度等は特に限定されない。 In the non-contact acoustic detection system (apparatus 10) of the present invention shown in FIG. 1, the acoustic transmission source 11 is a flat speaker. In the non-contact acoustic detection system of the present invention, the number of acoustic transmission sources, the angle of the speaker, and the like are not particularly limited.
音響発信源はフラットスピーカの他、パラメトリックスピーカも好ましく用いることができ、また、具体的に、アメリカンテクノロジー社製のＬＲＡＤ（登録商標）を好ましく用いることができる。また、ラウドスピーカを用いることもできるが、この場合は、音響発信源と被照射体との距離を比較的近くする。その他に用いることができる音響発信源としては、パルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管が挙げられる。 As an acoustic transmission source, a parametric speaker can be preferably used in addition to a flat speaker, and specifically, LRAD (registered trademark) manufactured by American Technology can be preferably used. Moreover, although a loudspeaker can also be used, in this case, the distance between the acoustic transmission source and the irradiated object is relatively short. Other acoustic sources that can be used include a pulse laser, a high-pressure gas gun, and a shock tube.
また、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、所望の周波数（ω）に調整することができ、かつ、被照射体の表面をその振動速度が計測器によって測定できる程度に、表面に平行方向ではない方向（好ましくは、表面に垂直方向）へ振動させることができる音波であればよく、空気中で振動振幅が減衰し難い可聴帯域の音波（音響波）が好ましい。なお、超音波は用い難い。超音波は空気中で振動振幅の減衰が大きいからである。
また、被照射体の共振周波数帯が不明な場合には、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、ホワイトノイズであることが好ましい。全ての周波数を含んでいるからである。
In addition, the sound wave emitted from the acoustic transmission source to the irradiated object can be adjusted to a desired frequency (ω), and the surface of the irradiated object is measured so that the vibration speed can be measured by a measuring instrument. Any sound wave that can be vibrated in a direction other than a direction parallel to the surface (preferably, a direction perpendicular to the surface) is preferable, and sound waves (acoustic waves) in an audible band in which vibration amplitude is difficult to attenuate in air are preferable. Ultrasonic waves are difficult to use. This is because ultrasonic waves are greatly attenuated in vibration amplitude in air.
In addition, when the resonance frequency band of the irradiated object is unknown, the sound wave irradiated from the acoustic transmission source to the irradiated object is preferably white noise. This is because all frequencies are included.
音響発信源から被照射体へ音波を照射することで、被照射体の表面に９０ｄＢ以上の音圧を発生させることが好ましく、１００ｄＢ程度の音圧を発生させることがより好ましい。 It is preferable to generate a sound pressure of 90 dB or more on the surface of the irradiated body by irradiating the irradiated body with sound waves from the acoustic transmission source, and it is more preferable to generate a sound pressure of about 100 dB.
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、計測器１３はレーザドップラー振動計であることが好ましく、レーザ１３１を被照射体１に照射して、その表面の振動速度を測定することができる。得られた振動速度のデータは解析装置１５１で解析するために用いられる。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて計測器は、被照射体の表面の振動速度を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、例えばレーザ変位計を用いることができ、レーザドップラー振動計であることが好ましい。被照射体と計測器とが比較的離れていても、被照射体の表面の振動を正確に測定することができるからである。
また、１度に１点の振動計測が可能なシングルレーザタイプのレーザ振動計を用いることは可能であるが、スキャニングレーザタイプのレーザ振動計を用いることが好ましい。スキャニング振動計であるレーザドップラー振動計としては、具体的に、ポリテックジャパン社製のＰＳＶ４００−Ｈ４が挙げられる。このレーザドップラー振動計は解析装置の一部および制御装置を含むものである。
In the non-contact acoustic detection system (apparatus 10) of the present invention shown in FIG. 1, the measuring device 13 is preferably a laser Doppler vibrometer, and the irradiated object 1 is irradiated with a laser 131, and the vibration speed of the surface is measured. Can be measured. The obtained vibration velocity data is used for analysis by the analysis device 151.
In the non-contact acoustic detection system of the present invention, the measuring instrument is not particularly limited as long as it can measure the vibration velocity of the surface of the irradiated object in a non-contact manner. For example, a laser displacement meter can be used, and a laser Doppler can be used. A vibrometer is preferred. This is because the vibration of the surface of the irradiated object can be accurately measured even if the irradiated object and the measuring instrument are relatively separated from each other.
Further, although it is possible to use a single laser type laser vibrometer capable of measuring vibration at one point at a time, it is preferable to use a scanning laser type laser vibrometer. Specific examples of the laser Doppler vibrometer that is a scanning vibrometer include PSV400-H4 manufactured by Polytech Japan. This laser Doppler vibrometer includes a part of an analysis device and a control device.
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、解析装置１５１は、被照射体１における探知対象物３の位置を特定するための特定の情報処理を行うことができるものであれば特に限定されない。この特定の情報処理は本発明の探知方法が備えるものであり、後に詳細に説明する。 In the non-contact acoustic detection system (apparatus 10) of the present invention shown in FIG. 1, the analysis apparatus 151 can perform specific information processing for specifying the position of the detection target 3 in the irradiated object 1. If there is no particular limitation. This specific information processing is provided in the detection method of the present invention and will be described in detail later.
図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、任意波形発生装置１７は、制御装置１５２の指令によって所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させることができる装置である。例えば、ノイズ波やバースト波を発生可能な市販のファンクションジェネレータ等を用いることができる。送信する音波の波形は通常この任意波形発生装置により制御することができる。通常は簡単のために手動で制御するが、解析装置側から制御するようにシステムを構成することも可能である。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。
また、アンプ１９は特に限定されず、例えば、市販オーディオアンプ等を用いることができる。
In the non-contact acoustic detection system (apparatus 10) of the present invention shown in FIG. 1, the arbitrary waveform generator 17 is an apparatus that can generate a sound wave of a desired frequency from the acoustic transmission source 11 according to a command from the controller 152. . For example, a commercially available function generator that can generate noise waves and burst waves can be used. The waveform of the sound wave to be transmitted can usually be controlled by this arbitrary waveform generator. Normally, it is controlled manually for the sake of simplicity, but it is also possible to configure the system to control from the analysis device side. Measurement can also be performed by synchronizing the control device 152 with the trigger signal generated by the arbitrary waveform generator 17.
Moreover, the amplifier 19 is not specifically limited, For example, a commercially available audio amplifier etc. can be used.
本発明の非接触音響探知システムは、本発明の探知方法を実施することができる構成を備えている。 The non-contact acoustic detection system of the present invention has a configuration capable of implementing the detection method of the present invention.
次に、本発明の探知方法について説明する。
本発明の探知方法は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定箇所において振動速度を測定して、前記探知対象物の位置を判断する音波を用いた探知方法である。
そして、音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させて、各測定箇所における振動速度を測定する工程を備える。
この工程は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、音響発信源から被照射体へホワイトノイズを照射し、レーザドップラー振動計などの計測器を用いて、その表面の各測定箇所における振動速度を測定して行うことができる。振動速度は測定時間（時刻）との関係として得ることができる。
Next, the detection method of the present invention will be described.
The detection method of the present invention irradiates the surface of the irradiated object including the detection target object with sound waves, measures the vibration velocity at a plurality of measurement points on the surface, and determines the position of the detection target object. This is a detection method using.
And the process of irradiating a sound wave from a sound wave transmission source, vibrating the surface of the said to-be-irradiated body, and measuring the vibration speed in each measurement location is provided.
This process uses, for example, the above-described non-contact acoustic detection system of the present invention, irradiates the object to be irradiated with white noise, and uses a measuring instrument such as a laser Doppler vibrometer to measure each position on the surface. This can be done by measuring the vibration speed at. The vibration speed can be obtained as a relationship with the measurement time (time).
なお、ここでの計測結果についてゲート処理を施して、目的信号のみを抽出することが好ましい。ゲート処理とは、時間的、周波数的に計測したい信号を取り出す処理であり、本発明者が既に行った特願２０１２−２５８８８８号に記載の処理が例示される。 Note that it is preferable to perform gate processing on the measurement result here to extract only the target signal. The gate processing is processing for extracting a signal to be measured in terms of time and frequency, and examples thereof include processing described in Japanese Patent Application No. 2012-258888 already performed by the present inventor.
本発明の探知方法は、さらに、以下に説明する特定の情報処理を行う各工程を備える。 The detection method of the present invention further includes each step of performing specific information processing described below.
本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前工程によって得られた振動速度を測定結果に基づいて、各測定箇所における周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル（Ｓｆ）を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求め、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係について特定範囲で積分値を求め、その積分値が最も小さい値であった測定箇所を最小ＰＳＤ部とする工程を備える。 In the detection method of the present invention, as a process of performing specific information processing, an amplitude spectrum (Sf) representing the relationship between the frequency and the vibration speed at each measurement location is obtained based on the measurement result of the vibration speed obtained in the previous process. After the determination, the relationship between the frequency and vibration energy (PSD) was further determined, and the integral value was determined in a specific range for the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), and the integral value was the smallest value. A step of setting a measurement location as a minimum PSD portion;
この工程では、前工程によって得られた振動速度の測定結果をフーリエ変換して振幅スペクトル（Ｓｆ）を求め、さらに周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求める。
振動エネルギー（ＰＳＤ）は、振動速度の２乗に比例する値である。
In this step, the measurement result of the vibration velocity obtained in the previous step is Fourier-transformed to obtain an amplitude spectrum (Sf), and the relationship between the frequency and vibration energy (PSD) is obtained.
The vibration energy (PSD) is a value proportional to the square of the vibration speed.
また、レーザドップラー振動計などの計測器に共振周波数が存在する場合および多重反射による影響が無視できない場合には、一度、フーリエ変換後、周波数領域で指定範囲内のエネルギーを計算することが好ましい。 In addition, when a resonance frequency exists in a measuring instrument such as a laser Doppler vibrometer or when the influence of multiple reflection cannot be ignored, it is preferable to calculate energy within a specified range in the frequency domain once after Fourier transform.
次に、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係について、特定範囲で積分値を求める。
積分する範囲は特に限定されないが、計測器の共振周波数を含まない範囲で積分することが好ましい。例えばレーザドップラー振動計等の共振周波数のノイズが存在する場合、そのノイズを含まない範囲を積分する範囲としてもよい。具体的には、例えばレーザドップラー振動計等の共振周波数のノイズが１ｋＨｚ以下に存在する場合、１３５０Ｈｚ〜８０００Ｈｚの範囲を積分する範囲としてもよい。
Next, for the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), an integral value is obtained within a specific range.
Although the range to integrate is not specifically limited, It is preferable to integrate in the range which does not include the resonance frequency of a measuring device. For example, in the case where noise at a resonance frequency such as a laser Doppler vibrometer exists, a range not including the noise may be set as an integration range. Specifically, for example, when resonance frequency noise such as a laser Doppler vibrometer is present at 1 kHz or less, a range of 1350 Hz to 8000 Hz may be integrated.
このようにして、各測定箇所について、上記の積分値が得られる。そして、その積分値が最も小さい値であった測定箇所を、最小ＰＳＤ部とする。
最小ＰＳＤ部と判断された測定箇所は、探知対象物が存在しない箇所の１つと考えられる。
In this way, the above integrated value is obtained for each measurement location. And the measurement location where the integral value was the smallest is taken as the minimum PSD part.
The measurement location determined to be the minimum PSD portion is considered as one of the locations where no detection target exists.
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記最小ＰＳＤ部に対するその他の測定箇所の振動エネルギーの比である振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を求め、その値が閾値以下であった測定箇所を、前記探知対象物が存在しない部位と判断する工程を備える。 Next, the detection method of the present invention obtains a vibration energy ratio (VER (1)), which is a ratio of vibration energy of other measurement points to the minimum PSD part, as a step of performing specific information processing. A step of determining a measurement location that is equal to or less than a threshold value as a site where the detection target object does not exist;
振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））は、前記最小ＰＳＤ部に対するその他の測定箇所の振動エネルギーの比であり、次の式（Ｉ）から算出される。 The vibration energy ratio (VER (1)) is a ratio of vibration energy of other measurement points to the minimum PSD portion, and is calculated from the following equation (I).
すなわち、式（Ｉ）における分母（式（Ｉ）中の「ＰＳＤmin」）が、前記最小ＰＳＤ部における、周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係についての積分値（積分範囲：ｆ1〜ｆ2）である。そして、式（Ｉ）における分子（式（Ｉ）中の「ＰＳＤx」）が、前記最小ＰＳＤ部以外の測定箇所における、周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係についての積分値（積分範囲：ｆ1〜ｆ2）である。 That is, the denominator in the formula (I) (“PSD min ” in the formula (I)) is an integral value (integration range: f 1 to f in the relationship between the frequency and the vibration energy (PSD) in the minimum PSD section. 2 ). Then, the numerator in the formula (I) (“PSD x ” in the formula (I)) is an integrated value (integral range: integration range) regarding the relationship between the frequency and vibration energy (PSD) at the measurement location other than the minimum PSD portion. f 1 is a ~f 2).
そして、求められた振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））の値が閾値以下であるか否かを検討する。
閾値は、被照射体の材質等によって概ね決まる値である。例えば、後述する事前試験に記す方法で求めることができる。例えば、非照射体がコンクリートである場合、閾値は、３．６〜４ｄＢ程度である。
振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））の値が閾値以下であった測定箇所を、前記探知対象物が存在しない部位と判断することができる。
Then, it is examined whether or not the obtained vibration energy ratio (VER (1)) is equal to or less than a threshold value.
The threshold value is generally determined by the material of the irradiated object. For example, it can obtain | require by the method described in the preliminary test mentioned later. For example, when the non-irradiated body is concrete, the threshold is about 3.6 to 4 dB.
A measurement location where the value of the vibration energy ratio (VER (1)) is equal to or less than the threshold value can be determined as a location where the detection target does not exist.
次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記振幅スペクトル（Ｓｆ）からスペクトルエントロピー（Ｈ）を求め、前工程において、前記探知対象物が存在しない部位と判断した測定箇所以外の測定箇所において、前記最小ＰＳＤ部よりも低いスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を前記探知対象物が存在する部位と判断し、逆に、前記最小ＰＳＤ部以上のスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を計測不良箇所と判断する。 Next, in the detection method of the present invention, as a step of performing specific information processing, spectrum entropy (H) is obtained from the amplitude spectrum (Sf), and in the previous step, the measurement is determined as a region where the detection target does not exist At a measurement location other than the measurement location, a measurement location showing a lower spectral entropy (H) than the minimum PSD portion is determined as a location where the detection target exists, and conversely, a spectral entropy (H) equal to or higher than the minimum PSD portion. Is determined as a measurement failure location.
各測定箇所におけるスペクトルエントロピー（Ｈ）は、次の式（ＩＩ）より算出する。 The spectral entropy (H) at each measurement location is calculated from the following formula (II).
ここで、Ｓｆは振幅スペクトルである。また、スペクトルエントロピー（Ｈ）の周波数計算範囲は特に限定されないが、前述の、周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係について積分値を求める範囲と同一とすることが好ましい。 Here, Sf is an amplitude spectrum. Further, the frequency calculation range of the spectral entropy (H) is not particularly limited, but it is preferable to make the same as the above-described range for obtaining the integral value regarding the relationship between the frequency and the vibration energy (PSD).
次に、前工程において、前記探知対象物が存在しない部位と判断した測定箇所以外の測定箇所において、前記最小ＰＳＤ部よりも低いスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を、前記探知対象物が存在する部位と判断する。また、逆に、前記最小ＰＳＤ部以上のスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を計測不良箇所と判断する。 Next, in the previous step, at the measurement location other than the measurement location determined as the location where the detection target does not exist, the detection target is present at a measurement location that exhibits a lower spectral entropy (H) than the minimum PSD portion. It is determined that the part to be performed. Conversely, a measurement location that exhibits a spectral entropy (H) greater than or equal to the minimum PSD portion is determined as a measurement failure location.
上記のような一連の処理についての代表例を図２にフローチャートとして表す。図２は、コンクリート構造物内の欠陥部と健全部とを判断するフローチャートである。すなわち、探知対象物が欠陥部である。
図２に示すように、最初に、各計測点結果についてゲート処理（時間、周波数）を施し、目的信号のみを抽出する。次に振動エネルギーを計算する（レーザドップラー振動計に共振周波数が存在する場合には一度ＦＦＴ（フーリエ変換）後周波数領域で指定範囲内のエネルギーを計算することが好ましい。）。次に計測点中の最も低い値を示したエネルギーを健全部の基準とし、エネルギー比を計算する。計算されたエネルギー比を閾値により判定する。ここで閾値以下のものについては計測データ自体に問題はなく、かつ健全部であると判定する。閾値以上のものは欠陥部か、あるいは計測不良点である可能性があるため、次にスペクトルエントロピーを計算する。計測不良点は周波数スペクトルの白色性が高いため、スペクトルエントロピーの計算値も高い値を示すはずである。健全部のスペクトルエントロピーの最低値を基準とした閾値を用いることで、計測不良点が明確に判定可能になる。
A representative example of the series of processes as described above is shown as a flowchart in FIG. FIG. 2 is a flowchart for determining a defective portion and a healthy portion in a concrete structure. That is, the detection target object is a defective part.
As shown in FIG. 2, first, gate processing (time and frequency) is performed on each measurement point result, and only a target signal is extracted. Next, vibration energy is calculated (when a resonance frequency exists in the laser Doppler vibrometer, it is preferable to calculate the energy within the specified range in the frequency domain once after FFT (Fourier transform)). Next, the energy ratio is calculated by using the energy showing the lowest value in the measurement point as a reference for the healthy part. The calculated energy ratio is determined by a threshold value. Here, it is determined that there is no problem in the measurement data per se and the sound part is a healthy part. Since anything above the threshold may be a defective part or a measurement failure point, the spectral entropy is calculated next. Since the measurement defect point has high whiteness of the frequency spectrum, the calculated value of spectrum entropy should also show a high value. By using the threshold value based on the minimum value of the spectral entropy of the healthy part, it becomes possible to clearly determine the measurement failure point.
本発明の探知方法は、さらに、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定箇所を、各々、Ｐ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐn（Ｘは１〜ｎの整数）とし、測定箇所Ｐxにおける振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を、前記計測不良箇所を除いて、実際のＰ1、Ｐ2・・・Ｐx・・Ｐnの位置と相似関係の位置に配置して示す振動エネルギー比の分布図を作成する工程を備えることが好ましい。このような分布図を作成すると、探知対象物の位置を特定しやすい。
具体的な方法は、後述する実施例において説明する。
Detection method of the present invention, further, said measurement points n portions of the surface of the irradiated object (n ≧ 2), respectively, P 1, P 2 ··· P x ·· P n (X is 1~n integer), and the vibration energy ratio of the measurement point P x a (VER (1)), the measurement defective portion except for the actual P 1, P 2 position and similarity relationship · · · P x · · P n It is preferable to include a step of creating a vibration energy ratio distribution chart arranged and shown at the position. Creating such a distribution map makes it easy to specify the position of the object to be detected.
A specific method will be described in an example described later.
本発明者が、上記のようなスペクトルエントロピー（Ｈ）を用いた判定を含む本発明に至った経緯について記す。 The background that the present inventor has reached the present invention including the determination using the spectral entropy (H) as described above will be described.
本発明者が鋭意、研究開発を推し進めたところ、被照射体の表面の状況により受光レベルが悪くなり、得られる振動速度のデータの信頼性に問題がある可能性があることを見出した。特に、レーザドップラー振動計などの計測器と、被照射体との距離が長くなると（例えば５ｍ程度（往復で１０ｍ程度））となると、その傾向が強まる傾向があることを見出した。例えば、実際に５ｍの離隔において、小型のコンクリート試験片に音響加振を加えない状況で、レーザドップラー振動計で計測した場合の振動速度波形例を図３に示す。 As a result of diligent research and development by the inventor, the present inventors have found that there is a possibility that the light reception level is deteriorated depending on the surface condition of the irradiated object, and that there is a problem in the reliability of the obtained vibration speed data. In particular, it has been found that when the distance between the measuring instrument such as a laser Doppler vibrometer and the object to be irradiated becomes long (for example, about 5 m (about 10 m in a round trip)), the tendency tends to increase. For example, FIG. 3 shows an example of a vibration velocity waveform when measured with a laser Doppler vibrometer in a situation where acoustic excitation is not applied to a small concrete specimen at an actual distance of 5 m.
図３（ａ）は、受光漏れした点における振動速度波形の例であり、図３（ｂ）は、計測できた点における振動速度波形の例である。
小型のコンクリート試験片に音響加振を加えない状況であるため、レーザドップラー計測のノイズレベル（±５０〜１００μｍ／ｓ）程度のみが検出されるはずであるが、実際には図３（ａ）に示すように最大３００μｍ／ｓと大きい値を示す特異点が存在するときがある。この原因は受光漏れによる光学ノイズの混入であると思われ、このようなデータをそのまま使用すると欠陥判定に大きな影響を及ぼしてしまうことが考えられる。
FIG. 3A is an example of a vibration velocity waveform at a point where light is leaked, and FIG. 3B is an example of a vibration velocity waveform at a point where measurement is possible.
Since acoustic excitation is not applied to a small concrete test piece, only the noise level (± 50 to 100 μm / s) of laser Doppler measurement should be detected. As shown in FIG. 4, there is a case where there is a singular point having a maximum value of 300 μm / s. The cause of this is thought to be the mixing of optical noise due to leakage of received light. If such data is used as it is, it can be considered that the defect determination is greatly affected.
図４は、図３の振動速度波形のフーリエ変換結果（振幅スペクトル）である。図４（ａ）は図３（ａ）、図４（ｂ）は図３（ｂ）のフーリエ変換結果である。
図４のように、受光漏れした場合の光学ノイズは外部雑音により大きな振動振幅として検出される。一方で、この信号の周波数特性としては図４（ａ）に示すように白色雑音に近い特性である。そこで、スペクトルエントロピーを用いた判定を提案した。スペクトルエントロピー（Ｈ）は振幅スペクトルの白色性を表した特徴量であり、前述の式（ＩＩ）で計算することができる。スペクトルエントロピー（Ｈ）は、スペクトルが均一な白色信号では高い値となる。しかしながら、このスペクトルエントロピーのみでは受光漏れによる計測不良点と、計測された健全部との差が判定出来ないため、振動エネルギー比による評価と併せた検出アルゴリズムを提案した。
FIG. 4 is a Fourier transform result (amplitude spectrum) of the vibration velocity waveform of FIG. FIG. 4A shows the Fourier transform results of FIG. 3A and FIG. 4B shows the Fourier transform results of FIG.
As shown in FIG. 4, the optical noise when light is leaked is detected as a large vibration amplitude due to external noise. On the other hand, the frequency characteristic of this signal is a characteristic close to white noise as shown in FIG. Therefore, a decision using spectral entropy was proposed. Spectral entropy (H) is a feature quantity representing the whiteness of the amplitude spectrum, and can be calculated by the above-described equation (II). The spectral entropy (H) has a high value for a white signal having a uniform spectrum. However, since this spectral entropy alone cannot determine the difference between the measurement failure point due to light leakage and the measured healthy part, a detection algorithm combined with evaluation by vibration energy ratio was proposed.
＜事前試験＞
対象物がコンクリート構造物の場合における振動エネルギー比の閾値を求めるために、事前試験を行った。
以下に具体的に説明する。
<Preliminary test>
In order to determine the threshold value of the vibration energy ratio when the object is a concrete structure, a preliminary test was performed.
This will be specifically described below.
初めに、円筒形状であって内部に欠陥部を含むコンクリート製の供試体２０を４種類用意した。円筒断面の半径が１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍおよび３００ｍｍの４種類である。これらが内部に含む欠陥部の位置や大きさは、事前に把握されている。 First, four types of concrete specimens 20 having a cylindrical shape and including a defective portion therein were prepared. There are four types of cylinder cross-section radii of 100 mm, 150 mm, 200 mm and 300 mm. The positions and sizes of the defect portions included in these are known in advance.
次に、図５に示すように供試体２０を配置した後、長距離音響放射装置（ＬＲＡＤ）２２から供試体２０へ音波を照射して、供試体２０の表面に１００ｄＢの音圧を発生させた。そして、スキャニング振動計（ＳＬＤＶ）２４を用いて、その表面の複数個所について振動速度を測定した。 Next, after placing the specimen 20 as shown in FIG. 5, a sound wave of 100 dB is generated on the surface of the specimen 20 by irradiating the specimen 20 with sound waves from the long-range acoustic radiation device (LRAD) 22. It was. Then, using a scanning vibrometer (SLDV) 24, the vibration velocity was measured at a plurality of locations on the surface.
次に、各測定箇所における振動速度の測定結果（振動速度と時間との関係）をフーリエ変換し、測定箇所ごとの振幅スペクトル（Ｓｆ）を求めた。そして、得られた振幅スペクトル（Ｓｆ）に基づいて、周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求めた。振動エネルギー（ＰＳＤ）は、振動速度の２乗に比例する値である。 Next, the measurement result (relationship between vibration speed and time) of the vibration velocity at each measurement location was Fourier transformed to obtain an amplitude spectrum (Sf) for each measurement location. And the relationship between a frequency and vibration energy (PSD) was calculated | required based on the obtained amplitude spectrum (Sf). The vibration energy (PSD) is a value proportional to the square of the vibration speed.
次に、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係において、ｆ1＝１３５０Ｈｚからｆ2＝８１９２Ｈｚまでの範囲で積分値（以下「ＰＳＤ積分値」ともいう）を求めた。そして、次の式（ＩＩＩ）に基づいて振動エネルギー比（ＶＥＲ（３））を求めた。
ここでＰＳＤdefectは欠陥部の振動エネルギーであり、ＰＳＤhealthは健全部の振動エネルギーである。
Next, in the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), an integral value (hereinafter also referred to as “PSD integral value”) was obtained in a range from f 1 = 1350 Hz to f 2 = 8192 Hz. And vibration energy ratio (VER (3)) was calculated | required based on following Formula (III).
Here, PSD defect is the vibration energy of the defective portion, and PSD health is the vibration energy of the healthy portion.
次に、式（ＩＩＩ）の結果に基づいて、欠陥部の深さと振動エネルギー比（ＶＥＲ（３））との関係を求めた。結果を図６に示す。
図６より、欠陥部の深さと振動エネルギー比（ＶＥＲ（３））とは概ね反比例していることがわかる。また、特に、供試体２０の断面の半径が２００〜３００ｍｍである場合、４０〜１００ｍｍの広い範囲で、強い相関があることがわかる。
この事実は、振動エネルギー比（ＶＥＲ（３））により、欠陥部の深さが推定できる可能性があることを示している。
Next, based on the result of the formula (III), the relationship between the depth of the defect and the vibration energy ratio (VER (3)) was obtained. The results are shown in FIG.
FIG. 6 shows that the depth of the defect and the vibration energy ratio (VER (3)) are almost inversely proportional. In particular, when the radius of the cross section of the specimen 20 is 200 to 300 mm, it can be seen that there is a strong correlation in a wide range of 40 to 100 mm.
This fact indicates that there is a possibility that the depth of the defect portion can be estimated by the vibration energy ratio (VER (3)).
次に、供試体２０における健全部のうちの８か所におけるＰＳＤ積分値を用いて、次の式（ＩＶ）に基づく振動エネルギー比（ＶＥＲ（４））を求めた。
ここでは８か所で計測された健全部のＰＳＤ積分値について、全てを組み合わせて振動エネルギー比（ＶＥＲ（４））を求めた。結果を図７に示す。
Next, the vibration energy ratio (VER (4)) based on the following formula (IV) was obtained using PSD integrated values at eight locations in the healthy part of the specimen 20.
Here, the vibration energy ratio (VER (4)) was obtained by combining all the PSD integral values of the healthy part measured at eight locations. The results are shown in FIG.
図７より、健全部同士の振動エネルギー比（ＶＥＲ（４））は＋３．６ｄＢ〜−３．６ｄＢの範囲でバラつくことがわかった。これより、対象物がコンクリート構造物である場合、３．６ｄＢを欠陥判定の閾値として用いてよいと判断した。閾値を３．６ｄＢとすると、図６より、半径２００ｍｍでは８０ｍｍ程度の深さの欠陥部が検出できることがわかる。 From FIG. 7, it was found that the vibration energy ratio (VER (4)) between the healthy parts varies in the range of +3.6 dB to -3.6 dB. From this, when the target object is a concrete structure, it was determined that 3.6 dB may be used as a threshold value for defect determination. Assuming that the threshold is 3.6 dB, it can be seen from FIG. 6 that a defect portion having a depth of about 80 mm can be detected at a radius of 200 mm.
＜実試験＞
名古屋市にある浮きを有した鋼板桁橋の表面に音波を照射し、その表面の６３か所について振動速度を計測した。ここで、測定箇所には、１番から６３番までの番号を付した。
以下に具体的に説明する。
<Actual test>
The surface of a steel plate girder bridge with a float in Nagoya City was irradiated with sound waves, and the vibration velocity was measured at 63 locations on the surface. Here, numbers 1 to 63 were assigned to the measurement points.
This will be specifically described below.
図５に示した方法と同様の方法によって、長距離音響放射装置（ＬＲＡＤ）から鋼板桁橋の表面へ音波を照射し、その表面に１００ｄＢの音圧を発生させた。そして、スキャニング振動計（ＳＬＤＶ）を用いて、その表面の６３か所の各々について、振動速度を測定した。振動速度の測定結果の代表例を図８に示す。図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図８（ｄ）は、それぞれ、測定箇所の番号が、３２番、３５番、４３番および５３番の測定結果である。 A sound wave was applied to the surface of the steel plate girder bridge from a long-range acoustic emission device (LRAD) by a method similar to the method shown in FIG. 5, and a sound pressure of 100 dB was generated on the surface. Then, using a scanning vibrometer (SLDV), the vibration velocity was measured at each of 63 locations on the surface. A representative example of the measurement result of the vibration speed is shown in FIG. FIG. 8A, FIG. 8B, FIG. 8C, and FIG. 8D show the measurement results when the measurement location numbers are 32, 35, 43, and 53, respectively.
次に、各測定箇所（６３か所）の各々における振動速度の測定結果（図８）をフーリエ変換し、測定箇所ごとに、振幅スペクトル（Ｓｆ）を求めた。そして、振幅スペクトル（Ｓｆ）を測定箇所分（６３個）得た。このような振幅スペクトル（Ｓｆ）の代表例を図９に示す。図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）および図９（ｄ）は、それぞれ、測定箇所の番号が、３２番、３５番、４３番および５３番の振幅スペクトル（Ｓｆ）である。 Next, the measurement result (FIG. 8) of the vibration velocity at each measurement location (63 locations) was subjected to Fourier transform, and an amplitude spectrum (Sf) was obtained for each measurement location. And the amplitude spectrum (Sf) for the measurement location (63 pieces) was obtained. A typical example of such an amplitude spectrum (Sf) is shown in FIG. 9 (a), 9 (b), 9 (c), and 9 (d) show the amplitude spectra (Sf) of the measurement location numbers 32, 35, 43, and 53, respectively. It is.
次に、得られた振幅スペクトル（Ｓｆ）に基づいて、周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求めた。振動エネルギー（ＰＳＤ）は、振動速度の２乗に比例する値である。 Next, based on the obtained amplitude spectrum (Sf), the relationship between the frequency and vibration energy (PSD) was determined. The vibration energy (PSD) is a value proportional to the square of the vibration speed.
そして、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係において、ｆ1＝１３５０Ｈｚからｆ2＝８１９２Ｈｚまでの範囲で積分値（ＰＳＤ積分値）を求めた。
その結果、３２番のＰＳＤ積分値が最も小さくなったため、３２番を「最小ＰＳＤ部」と認定し、さらに健全部であると判断した。そして、他の測定箇所（６２か所）について、３２番と対比する振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を求めた。すなわち、前述井の式（Ｉ）における分母を３２番のものとし、他の各測定箇所におけるものを分子として、６２か所の各々における振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を求めた。
そして、図１０に示すように、振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））が閾値（３．６ｄＢ）以下となった個所を健全部であると判断した。この閾値は、前述の事前試験より求めた値である。
Then, in the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), an integral value (PSD integral value) was obtained in a range from f 1 = 1350 Hz to f 2 = 8192 Hz.
As a result, the PSD integrated value of No. 32 became the smallest, so that No. 32 was recognized as the “minimum PSD part” and further judged to be a healthy part. And the vibration energy ratio (VER (1)) compared with No. 32 was calculated | required about the other measurement location (62 places). That is, the vibration energy ratio (VER (1)) at each of the 62 locations was determined with the denominator in the well formula (I) being No. 32 and the numerator at each other measurement location.
Then, as shown in FIG. 10, it was determined that the part where the vibration energy ratio (VER (1)) was equal to or less than the threshold (3.6 dB) was a healthy part. This threshold is a value obtained from the above-described preliminary test.
次に、各測定箇所における前述の式（ＩＩ）に基づいてスペクトルエントロピーを計算した。なお、スペクトルエントロピー（Ｈ）の周波数計算範囲は１３５０〜８１９２Ｈｚとした。結果を図１１に示す。 Next, the spectral entropy was calculated based on the above-described formula (II) at each measurement location. The frequency calculation range of spectral entropy (H) was 1350-8192 Hz. The results are shown in FIG.
図１１に示すように、健全部である３２番のスペクトルエントロピー（Ｈ）は１１．５であった。そこで、スペクトルエントロピー（Ｈ）が１１．５未満であったもの（例えば３５番、４３番）を欠陥部と判断した。また、スペクトルエントロピー（Ｈ）が１１．５以上であったもの（例えば５３番）を計測不良箇所と判断した。 As shown in FIG. 11, the spectral entropy (H) of No. 32, which is a healthy part, was 11.5. Therefore, those having a spectral entropy (H) of less than 11.5 (for example, Nos. 35 and 43) were determined as defective portions. Further, a spectrum entropy (H) of 11.5 or more (for example, No. 53) was determined as a measurement failure location.
上記のような一連の判断によって、健全部、欠陥部および計測不良部を判断することができた。振動エネルギー比とスペクトルエントロピー（Ｈ）との関係図における健全部、欠陥部および計測不良部との位置をマッピングすると、図１２のようになる。 Through the series of determinations as described above, it was possible to determine the healthy part, the defective part, and the measurement defective part. When the positions of the healthy part, the defective part, and the defective measurement part in the relationship diagram between the vibration energy ratio and the spectral entropy (H) are mapped, the result is as shown in FIG.
また、判断結果に基づいて、振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））の分布図を描いた。すなわち、各測定箇所の実際の位置関係と同じになるように、振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を、その高低を濃淡で表して配置した分布図を描いた。健全部は黒色に近く、欠陥部は白書に近い色で表している。図１３に示す。 Further, based on the determination result, a distribution diagram of vibration energy ratio (VER (1)) was drawn. That is, a distribution diagram in which the vibration energy ratio (VER (1)) is arranged by expressing the height in shades so as to be the same as the actual positional relationship of each measurement point was drawn. The sound part is represented by a color close to black and the defective part is represented by a color close to white paper. As shown in FIG.
図１３（ａ）は比較例であり、全計測データを用いた場合の振動エネルギー比（ＶＥＲ）の分布を示している。また、図１３（ｂ）は振動エネルギーとスペクトルエントロピーにより計測不良点と判定された箇所を除外した場合の振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））の分布を示している。ここでは簡単のため、計測不良点と判定された箇所についてはエネルギー比を０ｄＢとして補間した。また、図中下部の白枠は打音点検により浮き箇所としてチョークでマーキングされていた箇所である。図１３（ａ）に比べると、図１３（ｂ）では欠陥箇所での応答が明瞭になっていることがわかる。 FIG. 13A is a comparative example, and shows a distribution of vibration energy ratio (VER) when all measurement data is used. FIG. 13B shows the distribution of the vibration energy ratio (VER (1)) in a case where a portion determined to be a measurement failure point by vibration energy and spectral entropy is excluded. Here, for the sake of simplicity, interpolation was performed with the energy ratio set to 0 dB for a portion determined to be a measurement failure point. In addition, the white frame at the bottom in the figure is a portion marked with chalk as a floating portion by the hammering inspection. Compared to FIG. 13A, it can be seen that the response at the defective portion is clearer in FIG. 13B.
１ 被照射体
３ 探知対象物
１０ 装置
１１ 音響発信源
１３ 計測器
１３１ レーザ
１５ コンピュータ
１５１ 解析装置
１５２ 制御装置
１５３ 表示部
１７ 任意波形発生装置
１９ アンプ
２０ 供試体
２２ 長距離音響放射装置
２４ スキャニング振動計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Irradiated object 3 Object to be detected 10 Apparatus 11 Sound transmission source 13 Measuring instrument 131 Laser 15 Computer 151 Analysis apparatus 152 Control apparatus 153 Display part 17 Arbitrary waveform generator 19 Amplifier 20 Specimen 22 Long-distance acoustic radiation apparatus 24 Scanning vibrometer
Claims (3)
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させて、各測定箇所における振動速度を測定する工程と、
得られた振動速度を測定結果に基づいて、各測定箇所における周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル（Ｓｆ）を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係を求め、得られた周波数と振動エネルギー（ＰＳＤ）との関係について特定範囲で積分値を求め、その積分値が最も小さい値であった測定箇所を最小ＰＳＤ部とする工程と、
下記式（Ｉ）に基づいて、前記最小ＰＳＤ部に対するその他の測定箇所の振動エネルギーの比である振動エネルギー比（ＶＥＲ（１））を求め、その値が閾値以下であった測定箇所を、前記探知対象物が存在しない部位と判断する工程と、
下記式（ＩＩ）に基づいて、前記振幅スペクトル（Ｓｆ）からスペクトルエントロピー（Ｈ）を求め、前工程において、前記探知対象物が存在しない部位と判断した測定箇所以外の測定箇所において、前記最小ＰＳＤ部よりも低いスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を、前記探知対象物が存在する部位と判断し、逆に、前記最小ＰＳＤ部以上のスペクトルエントロピー（Ｈ）を示す測定箇所を、計測不良箇所と判断する工程と、
を備える探知方法。
Irradiating a sound wave from a sound wave source, vibrating the surface of the irradiated object, and measuring a vibration speed at each measurement location;
After obtaining the amplitude spectrum (Sf) representing the relationship between the frequency and the vibration velocity at each measurement location based on the obtained vibration velocity, the relationship between the frequency and the vibration energy (PSD) is further obtained and obtained. Obtaining an integral value in a specific range for the relationship between the obtained frequency and vibration energy (PSD), and setting the measurement point where the integral value was the smallest value as the minimum PSD part;
Based on the following formula (I), a vibration energy ratio (VER (1)), which is a ratio of vibration energy of other measurement points to the minimum PSD part, is obtained, and the measurement point whose value is equal to or less than a threshold value is A step of determining that there is no object to be detected;
Based on the following formula (II), spectrum entropy (H) is obtained from the amplitude spectrum (Sf), and in the previous step, the minimum PSD is measured at a measurement location other than the measurement location where the detection target is not present. A measurement location showing a lower spectral entropy (H) than the portion is determined as a location where the detection object exists, and conversely, a measurement location showing a spectral entropy (H) higher than the minimum PSD portion is a measurement failure location A process of judging
A detection method comprising:
前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
得られた振動速度の測定結果を用いて、前記探知対象物が存在する部位および存在しない部位ならびに前記計測不良箇所を特定する解析装置と、を有し、
請求項１または２に記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。 A non-contact acoustic detection system that irradiates a surface of an irradiated object including a detection target object with sound waves, measures vibration velocity at a plurality of measurement points on the surface, and determines the position of the detection target object. ,
An acoustic source that generates sound waves that can vibrate the surface of the irradiated object;
A measuring instrument for measuring the vibration velocity of the surface of the irradiated object;
Using the measurement result of the obtained vibration velocity, and having an analysis device that identifies the part where the detection target object exists and the part where it does not exist and the measurement failure part,
A non-contact acoustic detection system capable of performing the detection method according to claim 1.
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107101813A (en) * | 2017-04-26 | 2017-08-29 | 河北工业大学 | A kind of frame-type circuit breaker mechanical breakdown degree assessment method based on vibration signal |
| JP2018096858A (en) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 学校法人桐蔭学園 | Method for non-contact acoustic probing and non-contact acoustic probing system |
| JP2019007920A (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact inspection system |
| JP2019196973A (en) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact acoustic analysis system and non-contact acoustic analysis method |
| JP2020190460A (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 学校法人桐蔭学園 | Noncontact acoustic analysis system |
| US11181439B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-11-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Structure evaluation system and structure evaluation method |
| CN115290754A (en) * | 2022-09-02 | 2022-11-04 | 天津大学 | Non-contact rapid detection method for concrete internal cavity defects |
| CN115493836A (en) * | 2022-11-15 | 2022-12-20 | 北谷电子有限公司 | Mechanical fault diagnosis method and system |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6081481A (en) * | 1987-04-17 | 2000-06-27 | Institute For Technology Development | Method for detecting buried objects by measuring seismic vibrations induced by acoustical coupling with a remote source of sound |
| JP2001264302A (en) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Murakami Yukitaka | Method and apparatus for inspecting concrete structure in non-contact state |
| JP2004069301A (en) * | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Kazuya Mori | Acoustic inspection method and acoustic inspection device |
| JP2013029343A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toin Gakuen | Detection method using sound wave, non-contact sound detection system, program used for the system, and record medium recording the program |
-
2014
- 2014-05-26 JP JP2014108148A patent/JP6396076B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6081481A (en) * | 1987-04-17 | 2000-06-27 | Institute For Technology Development | Method for detecting buried objects by measuring seismic vibrations induced by acoustical coupling with a remote source of sound |
| JP2001264302A (en) * | 2000-03-17 | 2001-09-26 | Murakami Yukitaka | Method and apparatus for inspecting concrete structure in non-contact state |
| JP2004069301A (en) * | 2002-08-01 | 2004-03-04 | Kazuya Mori | Acoustic inspection method and acoustic inspection device |
| JP2013029343A (en) * | 2011-07-27 | 2013-02-07 | Toin Gakuen | Detection method using sound wave, non-contact sound detection system, program used for the system, and record medium recording the program |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018096858A (en) * | 2016-12-14 | 2018-06-21 | 学校法人桐蔭学園 | Method for non-contact acoustic probing and non-contact acoustic probing system |
| CN107101813A (en) * | 2017-04-26 | 2017-08-29 | 河北工业大学 | A kind of frame-type circuit breaker mechanical breakdown degree assessment method based on vibration signal |
| JP2019007920A (en) * | 2017-06-28 | 2019-01-17 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact inspection system |
| JP7125699B2 (en) | 2017-06-28 | 2022-08-25 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact inspection system |
| US11639880B2 (en) | 2018-02-27 | 2023-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Structure evaluation system and structure evaluation method |
| US11181439B2 (en) | 2018-02-27 | 2021-11-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Structure evaluation system and structure evaluation method |
| JP7117729B2 (en) | 2018-05-09 | 2022-08-15 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact acoustic analysis system and non-contact acoustic analysis method |
| JP2019196973A (en) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact acoustic analysis system and non-contact acoustic analysis method |
| JP2020190460A (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | 学校法人桐蔭学園 | Noncontact acoustic analysis system |
| JP7243983B2 (en) | 2019-05-21 | 2023-03-22 | 学校法人桐蔭学園 | Non-contact acoustic analysis system |
| CN115290754A (en) * | 2022-09-02 | 2022-11-04 | 天津大学 | Non-contact rapid detection method for concrete internal cavity defects |
| CN115493836A (en) * | 2022-11-15 | 2022-12-20 | 北谷电子有限公司 | Mechanical fault diagnosis method and system |
| CN115493836B (en) * | 2022-11-15 | 2023-04-14 | 北谷电子有限公司 | Mechanical fault diagnosis method and system |
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