JP2016166838A - Detector and detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、検出装置及び検出方法に関する。 The present invention relates to a detection apparatus and a detection method.
近年、振動を用いて対象物の欠陥の有無を検査することがある。例えば特許文献1では、振動を用いて水道配管の漏水を検出する方法の一例が記載されている。この例では、水道配管の延伸方向に沿って2つの振動検出部を配置する。各振動検出部は、振動センサ及びマイクを有する。振動センサは水道配管の振動を検出し、マイクは水道配管の内部の水中の音を検出する。そして特許文献1には、各振動検出部において、振動センサが検出した振動とマイクが検出した振動(音)の共通周波数成分を有する共通周波数成分信号を生成すると記載されている。さらに特許文献1には、各振動検出部の共通周波数成分信号を相互相関処理すると記載されている。特許文献1には、相互相関処理の結果に基づいて、水道配管の漏水を検出することができると記載されている。 In recent years, the presence or absence of defects in an object may be inspected using vibration. For example, Patent Document 1 describes an example of a method for detecting leakage of water pipes using vibration. In this example, two vibration detection units are arranged along the extending direction of the water pipe. Each vibration detection unit includes a vibration sensor and a microphone. The vibration sensor detects vibration of the water pipe, and the microphone detects sound in water inside the water pipe. Patent Document 1 describes that each vibration detection unit generates a common frequency component signal having a common frequency component of the vibration detected by the vibration sensor and the vibration (sound) detected by the microphone. Further, Patent Document 1 describes that the cross-correlation processing is performed on the common frequency component signal of each vibration detection unit. Patent Document 1 describes that leakage of water pipes can be detected based on the result of cross-correlation processing.
振動の検出では、特定の波長の振動を増幅して検出することが必要とされることがある。本発明者らは、振動の検出において、特定の波長の振動を増幅して検出する方法を検討した。 In vibration detection, it may be necessary to amplify and detect vibrations of a specific wavelength. The present inventors examined a method for amplifying and detecting vibrations of a specific wavelength in vibration detection.
本発明の目的は、振動の検出において、特定の波長の振動を増幅して検出するにある。 An object of the present invention is to amplify and detect vibrations of a specific wavelength in vibration detection.
本発明によれば、
対象物を伝搬する波長λの振動を増幅して検出する検出装置であって、
前記対象物に配置された第1振動検出手段と、
前記対象物に配置されており、前記第1振動検出手段から前記振動の伝搬方向に距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下(nは1以上の整数)離れて位置する第2振動検出手段と、
前記第1振動検出手段が検出した振動と前記第2振動検出手段が検出した振動を合成する振動合成手段と、
を備える検出装置が提供される。
According to the present invention,
A detection device that amplifies and detects vibration of wavelength λ propagating through an object,
First vibration detecting means disposed on the object;
It is arranged on the object and is located away from the first vibration detection means by a distance (n−1 / 4) λ or more (n + 1/4) λ or less (n is an integer of 1 or more) in the vibration propagation direction. Second vibration detecting means for
Vibration synthesizing means for synthesizing the vibration detected by the first vibration detecting means and the vibration detected by the second vibration detecting means;
Is provided.
本発明によれば、
対象物を伝搬する波長λの振動を増幅して検出する検出方法であって、
前記対象物に第1振動検出手段を配置し、
前記対象物に第2振動検出手段を配置し、前記第1振動検出手段から前記振動の伝搬方向に距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下(nは1以上の整数)離れて前記第2振動検出手段を位置させ、
前記第1振動検出手段が検出した振動と前記第2振動検出手段が検出した振動を合成する、検出方法が提供される。
According to the present invention,
A detection method for amplifying and detecting a vibration of wavelength λ propagating through an object,
Arranging a first vibration detecting means on the object;
A second vibration detection unit is disposed on the object, and a distance (n−1 / 4) λ or more (n + 1/4) λ or less (n is an integer of 1 or more) in the vibration propagation direction from the first vibration detection unit. ) Position the second vibration detecting means away from each other,
A detection method is provided in which the vibration detected by the first vibration detection means and the vibration detected by the second vibration detection means are combined.
本発明によれば、振動の検出において、特定の波長の振動を増幅して検出することができる。 According to the present invention, vibration of a specific wavelength can be amplified and detected in vibration detection.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings, the same reference numerals are given to the same components, and the description will be omitted as appropriate.
なお、以下に示す説明において、振動合成部300は、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。振動合成部300は、任意のコンピュータのCPU、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶メディア、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウエアとソフトウエアの任意の組合せによって実現される。そして、その実現方法、装置には様々な変形例がある。
In the following description, the
図1は、実施形態に係る検出装置の構成を示す図である。この検出装置は、対象物10を伝搬する波長λの振動(第1振動)を増幅して検出する。検出装置は、第1振動検出部100、第2振動検出部200、及び振動合成部300を備える。第1振動検出部100は、対象物10に配置されている。第2振動検出部200は、対象物10に配置されている。第2振動検出部200は、第1振動検出部100から上記した振動の伝搬方向に距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下(nは1以上の整数)離れて位置する。振動合成部300は、第1振動検出部100が検出した振動と第2振動検出部200が検出した振動を合成する。以下、詳細に説明する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a detection device according to the embodiment. This detection apparatus amplifies and detects a vibration (first vibration) having a wavelength λ propagating through the
対象物10は、例えば、振動部材の近傍に位置する(例えば、振動部材に接して位置し、又は振動部材から離れて位置する)基材(例えば、金属基材又は樹脂基材)である。より具体的には、対象物10は、例えば、上記した振動部材を内側の空間に有する筐体の一部である。この場合、上記した振動部材は、例えば、モータ(例えば、工作機械のモータ又はハードディスクのモータ)である。対象物10には、振動部材から振動が伝搬する。そして振動は、対象物10を伝搬する。本図に示す例において、上記した振動は、対象物10の厚さ方向(図中X方向)に振動する。そして上記した振動は、対象物10の厚さ方向に交わる方向(具体的には、対象物10の厚さ方向に直交する方向であり、図中Z方向)に伝搬する。この場合、対象物10を伝搬する振動には、例えば、上記した振動部材の振動の波長及び対象物10の共振周波数の振動を有する波長が含まれる。
The
本図に示す例において、第1振動検出部100は、対象物10に取り付けられている。詳細には、第1振動検出部100は、振動センサ110及び接合部材120を有している。振動センサ110は、対象物10の厚さ方向(図中X方向)の振動を電気信号に変換する。具体的には、振動センサ110は、例えば、圧電素子である。振動センサ110は、接合部材120を介して対象物10に固定されている。接合部材120は、例えば、接着剤である。なお、振動センサ110を対象物10に固定する方法は本図に示す例に限定されるものではない。例えば、振動センサ110は、治具又は磁石を介して対象物10に固定されていてもよい。
In the example shown in the figure, the first
第2振動検出部200は、対象物10に取り付けられている。第2振動検出部200は、振動センサ210及び接合部材220を有している。第2振動検出部200は、第1振動検出部100と同様の構成であり、振動センサ210及び接合部材220は、振動センサ110及び振動センサ110とそれぞれ同様の構成である。振動センサ210は、振動センサ110と同様にして、対象物10の厚さ方向(図中X方向)の振動を電気信号に変換する。
The second
第2振動検出部200は、第1振動検出部100から上記した振動の伝搬方向(図中Z方向)に距離d離れて位置している。距離dは、(n−Z1)λ≦d≦(n+Z2)λを満たしている。Z1及びZ2は、いずれも0以上の値である。Z1及びZ2は、互いに等しい値でもよいし、又は互いに異なる値であってもよい。Z1及びZ2は、いずれも小さい値であることが好ましい。具体的には、Z1及びZ2は、例えば、Z1=Z2=1/4であり、好ましくは例えばZ1=Z2=1/8であり、より好ましくは例えばZ1=Z2=0である。上記した場合、第1振動検出部100が検出する第1振動(波長λの振動)と第2振動検出部200が検出する第1振動(波長λの振動)は、ほぼ同位相となる。
The second
本図に示す例において、上記した距離dは、第1振動検出部100及び第2振動検出部200の中心間距離である。なお、振動センサ110及び振動センサ210それぞれの平面形状は、例えば円である。
In the example shown in this figure, the above-mentioned distance d is the distance between the centers of the first
振動合成部300は、第1振動検出部100が検出した振動を示す信号及び第2振動検出部200が検出した振動を示す信号を受信する。そして、振動合成部300は、これらの振動を合成する。上記したように、第1振動検出部100が検出する第1振動(波長λの振動)と第2振動検出部200が検出する第1振動(波長λの振動)は、ほぼ同位相である。このため、振動合成部300が生成した振動は、波の干渉によって波長λの成分が強いものになる。
The
波長λは、所望の波長にすることができる。例えば、波長λは、対象物10の共振周波又は当該共振周波数の整数倍の周波数の波長である。この場合、振動合成部300が生成する振動は、対象物10の共振周波数の振動又はその高調波の振動の成分が強いものになる。
The wavelength λ can be a desired wavelength. For example, the wavelength λ is a wavelength of the resonance frequency of the
図2は、図1に示した検出装置の動作の一例を説明するための図である。本図(a)は、第1振動検出部100が検出した振動の周波数スペクトルを示す図である。本図(b)は、振動合成部300が生成した振動の周波数スペクトルを示す図である。本図に示す例において、検出装置は、周波数3kHzの振動を増幅している。なお、振動の波長λは、λ=V/f(f:振動の周波数)の関係に基づいて、決定することができる。この場合、Vは、振動の伝搬速度であり、かつ対象物10(図1)に固有の値となる。
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the operation of the detection apparatus shown in FIG. This figure (a) is a figure which shows the frequency spectrum of the vibration which the 1st
図2(b)に示すように、振動合成部300では、周波数3kHzの振幅が強いものとなる。詳細には、図1を用いて説明したように、第1振動検出部100が検出する第1振動(波長λの振動)と第2振動検出部200が検出する第1振動(波長λの振動)は、ほぼ同位相となっている。このため、振動合成部300において第1振動検出部100が検出した振動と第2振動検出部200が検出した振動を合成すると、波長λ(図2に示す例では、周波数3kHzの波長)の振幅は互いに強め合うように干渉する。結果、図2(b)に示すように、振動合成部300では、3kHzの振幅が強いものとなる。
As shown in FIG. 2B, the
以上、本実施形態によれば、検出装置は、波長λの振動を増幅する。第1振動検出部100と第2振動検出部200は、振動の伝搬方向に互いに距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下離れて位置する。振動合成部300は、第1振動検出部100が検出した振動と第2振動検出部200が検出した振動を合成する。これにより、振動合成部300が生成する振動は、波長λの成分が強いものになる。
As described above, according to the present embodiment, the detection device amplifies the vibration of the wavelength λ. The first
図1に示した検出装置を作製した(実施例1)。具体的には、対象物10は、真鍮製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=4.65×103m/s)とした。振動センサ110及び振動センサ210は、いずれも圧電型振動センサとした。加振器にて対象物10に周波数f=3.00×103Hzの振動を加振した。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=1.55mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 1). Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例2)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、対象物10は、テフロン(登録商標)製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=1.52×103m/s)とした。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=0.507mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 2). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例3)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、対象物10は、チタニウム製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=6.10×103m/s)とした。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=2.03mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 3). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例4)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、対象物10は、ニッケル製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=5.64×103m/s)とした。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=1.88mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 4). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例5)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、対象物10は、ポリ塩化ビニル製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=2.39×103m/s)とした。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=0.797mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 5). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例6)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、対象物10は、銅製の基材(長さ3000mm×幅300mm×厚さ3.0mm、振動の伝搬速度V=4.65×103m/s)とした。第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=1.55mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 6). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置を作製した(実施例7)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=(3/4)λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=1.16mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 7). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the center-to-center distance d between the first
図1に示した検出装置を作製した(実施例8)。本実施例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、d=(9/10)λ(λ=V/f)とした。なお、本実施例では、距離dはd=1.40mである。
The detection apparatus shown in FIG. 1 was produced (Example 8). The detection apparatus according to the present embodiment has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the center distance d between the first
図1に示した検出装置とは異なる検出装置を作製した(比較例1)。本比較例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、第1振動検出部100のみを対象物10に配置した。一方、第2振動検出部200は対象物10に配置しなかった。
A detection device different from the detection device shown in FIG. 1 was produced (Comparative Example 1). The detection apparatus according to this comparative example has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, only the first
図1に示した検出装置とは異なる検出装置を作製した(比較例2)。本比較例に係る検出装置は、以下の点を除いて比較例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、振動センサ110は、静電容量型振動センサとした。なお、本比較例においては、第1振動検出部100は、接合部材120を有しない。振動センサ110は、対象物10から離間して配置させた。
A detection device different from the detection device shown in FIG. 1 was produced (Comparative Example 2). The detection device according to this comparative example has the same configuration as the detection device according to comparative example 1 except for the following points. Specifically, the
図1に示した検出装置とは異なる検出装置を作製した(比較例3)。本比較例に係る検出装置は、以下の点を除いて実施例1に係る検出装置と同様の構成である。具体的には、第1振動検出部100と第2振動検出部200の中心間距離dは、20cm(d<<λ(λ:1.55m))とした。
A detection device different from the detection device shown in FIG. 1 was produced (Comparative Example 3). The detection apparatus according to this comparative example has the same configuration as the detection apparatus according to the first embodiment except for the following points. Specifically, the center distance d between the first
実施例1〜8及び比較例1〜3それぞれにおいて、以下の評価を行った。なお、比較例1及び2については、下記の評価2及び3は行わなかった。 The following evaluation was performed in each of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3. For Comparative Examples 1 and 2, the following evaluations 2 and 3 were not performed.
第1振動検出部100が検出した振動を高速フーリエ変換した。この場合に得られた周波数スペクトルにおいて3.00×103Hzの振動加速度レベルを測定した(評価1)。
The vibration detected by the first
第2振動検出部200が検出した振動を高速フーリエ変換した。この場合に得られた周波数スペクトルにおいて3.00×103Hzの振動加速度レベルを測定した(評価2)。
The vibration detected by the second
振動合成部300が生成した振動を高速フーリエ変換した。この場合に得られた周波数スペクトルにおいて3.00×103Hzの振動加速度レベルを測定した(評価3)。
The vibration generated by the
評価3の測定結果に基づいて、Pa/Pbを算出した(評価4)。Paは、周波数スペクトルにおいて3.00×103Hzの振動加速度レベルを示す。Pbは、周波数スペクトルにおいて2.00×103Hzから4.00×103Hzまでの中の振動加速度レベルの最大値(3.00×103Hzの振動加速度レベルは除く。)である。 Based on the measurement result of evaluation 3, Pa / Pb was calculated (evaluation 4). Pa represents a vibration acceleration level of 3.00 × 10 3 Hz in the frequency spectrum. Pb is the maximum value of the vibration acceleration level in the frequency spectrum from 2.00 × 10 3 Hz to 4.00 × 10 3 Hz (excluding the vibration acceleration level of 3.00 × 10 3 Hz).
評価4において算出したPa/Pbが2.0以上であるか(≧2.0)、又は2.0未満であるか(<2.0)を判定した(評価5)。 It was determined whether Pa / Pb calculated in Evaluation 4 was 2.0 or more (≧ 2.0) or less than 2.0 (<2.0) (Evaluation 5).
表1は、実施例1〜8及び比較例1〜3それぞれの結果を示す。なお、表1において、評価1〜3の単位は、いずれもdBである。
表1に示すように、実施例1〜8では、いずれも、評価5において、Pa/Pb≧2.0となった。これに対して、比較例1〜3では、いずれも、評価5において、Pa/Pb<2.0となった。これより、実施例1〜8では、所望の周波数(f=3.00×103Hz)の振動の増幅が良好に実現されたといえる。 As shown in Table 1, in each of Examples 1 to 8, Pa / Pb ≧ 2.0 in Evaluation 5. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, in evaluation 5, Pa / Pb <2.0. Thus, in Examples 1 to 8, it can be said that the amplification of the vibration of the desired frequency (f = 3.00 × 10 3 Hz) was successfully realized.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.
10 対象物
100 第1振動検出部
110 振動センサ
120 接合部材
200 第2振動検出部
210 振動センサ
220 接合部材
300 振動合成部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記対象物に配置された第1振動検出手段と、
前記対象物に配置されており、前記第1振動検出手段から前記振動の伝搬方向に距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下(nは1以上の整数)離れて位置する第2振動検出手段と、
前記第1振動検出手段が検出した振動と前記第2振動検出手段が検出した振動を合成する振動合成手段と、
を備える検出装置。 A detection device that amplifies and detects vibration of wavelength λ propagating through an object,
First vibration detecting means disposed on the object;
It is arranged on the object and is located away from the first vibration detection means by a distance (n−1 / 4) λ or more (n + 1/4) λ or less (n is an integer of 1 or more) in the vibration propagation direction. Second vibration detecting means for
Vibration synthesizing means for synthesizing the vibration detected by the first vibration detecting means and the vibration detected by the second vibration detecting means;
A detection device comprising:
前記第2振動検出手段は、前記第1振動検出手段から前記伝搬方向に距離nλ離れて位置する検出装置。 The detection device according to claim 1,
The second vibration detection means is a detection device located at a distance nλ away from the first vibration detection means in the propagation direction.
前記波長λは、前記対象物の共振周波数又は前記共振周波数の整数倍の周波数の波長である検出装置。 The detection device according to claim 1 or 2,
The wavelength λ is a detection device that is a wavelength of a resonance frequency of the object or an integer multiple of the resonance frequency.
前記対象物に第1振動検出手段を配置し、
前記対象物に第2振動検出手段を配置し、前記第1振動検出手段から前記振動の伝搬方向に距離(n−1/4)λ以上(n+1/4)λ以下(nは1以上の整数)離れて前記第2振動検出手段を位置させ、
前記第1振動検出手段が検出した振動と前記第2振動検出手段が検出した振動を合成する、検出方法。 A detection method for amplifying and detecting a vibration of wavelength λ propagating through an object,
Arranging a first vibration detecting means on the object;
A second vibration detection unit is disposed on the object, and a distance (n−1 / 4) λ or more (n + 1/4) λ or less (n is an integer of 1 or more) in the vibration propagation direction from the first vibration detection unit. ) Position the second vibration detecting means away from each other,
A detection method for combining the vibration detected by the first vibration detection means and the vibration detected by the second vibration detection means.
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Citations (6)
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-
2015
- 2015-03-10 JP JP2015047626A patent/JP2016166838A/en active Pending
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