CN109642937B - 超声波源的方位标定装置及重合图像的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种小型且在减少栅瓣的影响的同时能够一次进行较广的搜索范围的超声波的声源方位测定的超声波源的方位标定装置。超声波源的方位标定装置具有：照相机，其拍摄测定对象；阵列传感器，其测定从测定对象的方向发出的超声波的声压；运算单元，其基于通过阵列传感器获取的超声波的声压信息而制作声压图，并制作将声压图与通过照相机获取的拍摄图像重合而成的重合图像；以及显示单元，其显示重合图像，阵列传感器由至少一部分设置在同一平面的X轴上与Y轴上并合计9个以上且25个以下的表面安装型传感器构成。

Description

超声波源的方位标定装置及重合图像的分析方法

技术领域

本发明涉及小型且由栅瓣引起的错误判定较少的超声波源的方位标定装置、及使用该超声波源的方位标定装置进行的重合图像的分析方法。

背景技术

在炼铁厂中，例如需要及时检测配管的腐蚀孔的产生、及电气设备的劣化等，并进行修理等。为了检测它们，测定在从配管的腐蚀孔泄漏气体时、引起电气设备的电晕放电等时释放的声波。若欲测定可听区域的声波，则由于有时周围的噪音等的影响较大而使异常未被准确检测，所以为了检测各种设备的异常，通常测定超声波。

已知一种技术，以标定将包含超声波的声波、电磁波等为代表的波的到来方向为目的，使用多个传感器，根据通过各传感器得到的接收信号的时间差(相位差)来标定波源的方位。例如，如图1所示，若将两个传感器13的间隔设为d(mm)，将波的到来方向(用图中的粗箭头表示。)相对于传感器13的正面方向的角度设为θ，根据下述式(1)求出波到达两个传感器13的时间差t(秒)。通过利用该t，确定波的到来方向θ。

T＝dsinθ/(声速)…(1)

应用上述式(1)来实际标定波源方位的技术通常也被称为波束赋形法。在波束赋形法中，关于规定的波相对于传感器的正面方向的到来方向θ₀，使一个传感器信号延迟通过该角度(θ₀)计算的传播延迟时间大小(t₀)，并与另一传感器信号相加。若θ₀与波源方位一致，则各传感器中的波形的相位一致，波的重合变得最大，因此θ₀被视为是波源方位。在上述中，对传感器为两个的情况进行了说明，但对于三个以上的情况也能够通过同样的原理进行波源方位的标定。能够针对测定对象的全部方位进行该处理，根据其信号强度、信号分布求出波源方位。

作为公开利用这种波束赋形法的技术的文献，列举了以下的专利文献1。

另一方面，以往，已知一种超声波检测装置，其使用麦克风、接收元件等传感器来测定超声波的声压，由此检测配管的气体泄漏、电气设备的电晕放电等。通常这样的超声波检测装置使用一个传感器。

专利文献1：日本特开2014-137323号公报

非专利文献1：石田梨佳著“设备发出的超声波的可视化『超声波声音照相机』的开发”电气现场技术2015年3月号

在现有的超声波检测装置中，由于使用一个麦克风来进行超声波的测定，因此通过一次的测定能够测定超声波的区域取决于麦克风的指向性，不清楚超声波从哪个方位到来。因此，使用抛物线那样的集音器来提高麦克风的灵敏度/指向性。但是，该情况下，存在如下问题：虽然能够决定超声波的到来方向，但仅能够在点那样的范围内测定超声波。在使用这样的装置，来进行成为测定对象的设备的超声波测定时，必须在所希望的测定范围内使超声波检测装置屡次精细扫描，除测定作业变得繁杂之外，也存在易产生测量遗漏这样的问题。

因此，希望一种通过使用多个麦克风的上述的波束赋形法，扩大测定范围，而能够呈面地搜索超声波的声源的超声波检测装置。但是，在超声波测定中，由于下述的理由而难以应用波束赋形法。

若使用波束赋形法，则有时引起在与实际的声源方位不同的方位观测到较大的伪信号的、所谓的栅瓣。栅瓣是指在重合图像(后文详细叙述。)中，在声源不存在的部位出现记录了较高的声压的区域的现象。相对于成为测定对象的声波的波长的接收元件与接收元件的间隔相对地越大，越易引起栅瓣。为了完全防止栅瓣，以防止相位错开的波的重合的方式，满足下述式(2)是有效的。

d＜λ/2……(2)

上述式(2)中的d是接收元件的间隔(mm)，λ是检测的声波的波长(mm)。

若将波束赋形法用于超声波的声源搜索，则存在有时由上述的栅瓣引起的错误标定大幅出现，而难以标定实际的声源的方位这一问题。这是因为超声波与可听区域的声波相比，频率高且波长(λ)短，因此难以针对波长相对地减小接收元件的间隔。

例如，将在设备的异常检测时所使用的超声波的频带设为40kHz，将空气中的声速设为340m/秒并代入到上述式(2)中，则λ/2＝4.2(mm)，为了完全防止栅瓣，需要将麦克风的间隔设为小于4.2mm。为了使麦克风的间隔小于4.2mm，必然需要使麦克风自身的直径小于4.2mm，但现实上难以确保这种超小型的麦克风。

为了解决该问题，在非专利文献1中，构建将三个前端直径较小的超声波用麦克风打捆并尽量缩短麦克风间的距离的传感器部。然而，在该构造中，难以增加麦克风的个数，从波束赋形的观点出发，指向性较广，难以提高方位标定的精度。

在麦克风的间隔不满足上述式(2)的情况下，也存在如下问题，将使用多个麦克风来一次测定超声波的搜索范围越扩展，越易引起栅瓣。

像这样，在现有的技术中，若为了标定波长较短的超声波源的方位而利用使用了多个麦克风的波束赋形法，则存在无法抑制栅瓣的产生，难以准确地确定声源的方位这样的问题。

进一步，为了对频率较高的超声波进行信号处理，需要以高速对接收的超声波进行取样，但对于通常使用多个接收元件的波束赋形法而言，难以兼顾足够的信号处理结果的更新速度与高速的取样。

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而想到的，课题在于提供小型并在减少栅瓣的影响的同时能够一次测定较广的搜索范围的超声波且在实用上实现足够的方位标定精度与处理结果的更新速度的超声波源的方位标定装置、及使用该超声波源的方位标定装置而进行的重合图像的分析方法。

本发明的手段如下述那样。

[1]一种超声波源的方位标定装置，其具有：照相机，其拍摄测定对象；阵列传感器，其测定从测定对象的方向发出的超声波的声压；运算单元，其基于通过上述阵列传感器获取的超声波的声压信息而制作声压图，并制作将上述声压图与通过上述照相机获取的拍摄图像重合而成的重合图像；以及显示单元，其显示上述重合图像，上述阵列传感器由至少一部分设置在同一平面的X轴上与Y轴上并合计9个以上且25个以下的表面安装型传感器构成。

[2]根据上述[1]所述的超声波源的方位标定装置，其中，上述阵列传感器的搜索范围为在水平及垂直方向上分别比±90°窄的范围内。

[3]根据上述[1]或[2]所述的超声波源的方位标定装置，其中，上述表面安装型传感器与表面安装型传感器的间隔是作为测定对象的超声波的半波长以上，且是抑制在上述阵列传感器的搜索范围内产生栅瓣的间隔。

[4]根据上述[1]～[3]中的任一项所述的超声波源的方位标定装置，其中，上述阵列传感器除了在上述X轴上和上述Y轴上外，也在同一平面上的y＝x、及y＝-x上以成为X轴对称且Y轴对称的方式具备上述表面安装型传感器。

[5]根据上述[1]～[4]中的任一项所述的超声波源的方位标定装置，其中，以通过除以作为测定对象的超声波的波长而求出的无量纲化传感器间隔为0.90以下的方式，配置上述表面安装型传感器。

[6]一种重合图像的分析方法，其是在[1]～[5]中的任一项上述的超声波源的方位标定装置中得到的重合图像的分析方法，其中，确定在上述重合图像中观测到超过阈值的声压的高声压区域，描绘与上述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线中的任意三个端线相切且面积为最小的圆(A)，描绘与上述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线中的未与上述圆(A)相切的一个端线、和与上述圆(A)相切的三个端线中的两个端线相切且面积为最小的圆(B)，将上述圆(A)的中心与上述圆(B)的中心这两点推定为超声波源。

[7]一种重合图像的分析方法，其是在[1]～[5]中的任一项上述的超声波源的方位标定装置中得到的重合图像的分析方法，其中，确定在上述重合图像中观测到超过阈值的声压的高声压区域，描绘与上述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线相切的椭圆，将上述椭圆的两个焦点推定为超声波源。

根据本发明，由于小型所以便于搬运，能够减少栅瓣的影响并正确地确定超声波源，且能够在面状的宽广的视场内进行超声波测定。

附图说明

图1是与波束赋形法相关的说明图。

图2表示方位标定装置的整体结构的主视图、后视图、及侧视图。

图3是表示方位标定装置中的照相机的视场范围及阵列传感器的搜索范围、与测定对象的关系的说明图。

图4是表示阵列传感器中的各传感器的配置的俯视图。

图5是表示栅瓣边界方位与无量纲化传感器间隔的关系的图表。

图6是表示重合图像的一个例子的说明图。

图7是表示重合图像的分析方法的一个例子的说明图。

图8是表示重合图像的分析方法的另一个例子的说明图。

图9是通过实施例1得到的重合图像。

图10是通过实施例2得到的重合图像的放大图。

图11是通过实施例3得到的重合图像的分析图。

图12是通过实施例3得到的重合图像的分析图。

图13是通过实施例3得到的重合图像的另一分析图。

具体实施方式

图2是表示方位标定装置的整体结构的主视图、后视图、及侧视图。首先，使用图2，对本实施方式所涉及的超声波源的方位标定装置1(也有时简称为“方位标定装置”。)进行说明。

本实施方式所涉及的方位标定装置1具有照相机2、阵列传感器3、运算单元4、及显示单元5。在图2的例子中，如图2的(a)所示，在构成方位标定装置1的框体11的表面侧设置有照相机2和阵列传感器3，如

图2的(c)所示，在框体11的内侧设置有运算单元4，如图2的(b)所示，在框体11的背面侧设置有显示单元5。运算单元4也可以设置于框体11的外部。

照相机2拍摄测定对象，并将得到的拍摄图像输出至运算单元4。拍摄图像出于与利用波束赋形法得到的超声波的二维声压图重合的目的而使用。照相机2的倍率、视场的广度等能够与所希望的重合图像的大小等相应地适当进行调节。作为照相机2，能够使用市售的CCD照相机等。

阵列传感器3由多个超声波测定用的表面安装型传感器(之后记载为“传感器”。)13形成。阵列传感器3测定在阵列传感器3所朝向的方向上产生的超声波并获取声压信息。传感器13利用焊接等而被表面安装在印刷基板上，与通常的超声波麦克风相比较，大小小到一半左右，能够以高密度安装。

图3是表示方位标定装置中的照相机的视场范围及阵列传感器的搜索范围、与测定对象的关系的说明图。接着，使用图3，对阵列传感器3的搜索范围进行说明。阵列传感器3如用图的实线箭头所示那样，能够测定在水平(左右)方向上从+90°到-90°的范围内的超声波的声压。图3是从上方观察方位标定装置1的俯视图，但在从右侧(或者左侧)观察方位标定装置1的侧视图中也同样地，能够测定垂直(上下)方向的从+90°到-90°的范围内的超声波。关于阵列传感器3中的各个传感器13的配置、间隔等后文叙述，但关于多个传感器通过利用波束赋形法的原理能够测定超声波的到来方向、声压。与阵列传感器3的搜索范围及后述的照相机2的视场范围相关的角度以与方位标定装置的表面垂直的直线为基准进行计算。例如，在图3那样的俯视图中，将方位标定装置1与测定对象21之间的垂线设为0°，计算向左右扩展的视场范围(或者搜索范围)的角度作为水平方向的角度。另外，在侧视图中，通过同样的方法计算垂直方向的角度。左右(或者上下)的任意的角度可以是+，也可以是-。

运算单元4基于通过阵列传感器3得到的声压信息制作声压图，并制作将通过照相机2得到的拍摄图像与该声压图重合而成的重合图像。如上述那样，利用阵列传感器3的超声波的测定能够在±90°的范围内，但为了制作声压图，搜索照相机2的视场范围内的超声波源就足以。例如，通过图3的虚线箭头示出照相机2的视场范围，但若搜索该范围内的超声波源则能够制作声压图。由此，能够省略向不需要的方位的标定运算，能够降低运算单元4的运算的负荷，并且提高声压图的更新频率。作为阵列传感器3的搜索范围，为在水平及垂直方向上比±90°窄的范围即可，从抑制栅瓣的观点出发，优选为在水平及垂直方向上比±60°窄的范围，更加优选为比±30°窄的范围。另外，水平方向的搜索范围与垂直方向的搜索范围可以是分别不同的大小的范围。

运算单元4将制作出的重合图像输出至显示单元5，并使显示单元5显示重合图像。在重合图像中，针对每个拍摄图像中的位置进行与超声波的强度相应的颜色区分，而能够一目了然地判别拍摄图像中的位置与超声波的声压分布的对应关系。作为显示单元5，能够使用液晶显示器等。

图4是表示阵列传感器3中的各传感器13的配置的俯视图。接着，使用图4对阵列传感器3中的各传感器的配置进行说明。

如图4的(a)所示，阵列传感器3的各传感器13的至少一部分优选在X轴上与Y轴上配置成十字形。由此，能够进行二维面状的超声波的测定，且能够抑制栅瓣的产生，并且能够降低通过运算制作声压图时的超声波的到来方向的依存性。X轴与Y轴只要是位于同一平面上并呈直角的两个轴即可。特别是，优选将X轴设为与水平面平行，将Y轴设为与水平面垂直。传感器13也可以设置在除X轴上及Y轴上以外。

形成阵列传感器3的传感器13的数量优选为9个以上且25个以下。通过将传感器13的数量设为9个以上，而能够在平面内以实用上足够的稳定性进行超声波的方位标定。通过将传感器13的数量设为25个以下，而能够防止由针对每个传感器13所需的放大器、滤波电路所引起的装置的大型化，并且能够减轻运算单元4的计算负荷，能够抑制处理速度的延迟等。由此，能够不使用大规模的运算单元4并且能够在小型轻量装置中以实用上足够的速度进行重合图像的更新。为了不在测定精度中产生不均，优选将传感器13以上下对称且左右对称的方式配置。

运算单元4每隔固定时间进行拍摄图像与声压图的重合，更新重合图像。作为更新频率，例如优选每秒3次以上，更加优选每秒5次以上。若鉴于通过小型的运算单元4可实现的处理速度，则在每秒5次更新的情况下，优选将传感器13的数量设为13个，在每秒3次更新即可的情况下，可以将传感器13的数量增加至25个。

通过阵列传感器3测定的超声波的频带只要是比可听区域高的频率即可，例如，为20kHz左右以上即可，但优选以40kHz为中心，为35kHz以上且45kHz以下。通过将测定的超声波的频带设为35kHz以上，能够确保环境中的可听声相对于暗噪声的S/N比。通过将测定的超声波的频带设为45kHz以下，能够抑制成为测定对象的波长变得过短而使未出现栅瓣的视场范围变窄。

在阵列传感器3中，若将传感器13与传感器13的间隔过度扩展，则变得易产生栅瓣，难以准确地确定声源的方位。从抑制栅瓣的观点出发，优选传感器13间的间隔尽可能减小。为了减小传感器13的间隔，各传感器13优选使用小型。传感器13的大小例如是俯视时一边的长度(或者直径、长径)为4mm～6mm左右。

另一方面，若将传感器13与传感器13的间隔过度缩小，则由于阵列传感器3整体的水平方向及垂直方向的宽度变小，因此方位分辨率变差，在视场内多个声源接近地存在的情况下，难以区分这些声源而进行识别。

因此，为了实施方位标定装置的模拟，来抑制超声波源的搜索范围内的栅瓣的产生，研究了传感器13与传感器13的间隔(传感器间隔)的大小。此时，因为人的视场范围为在左右(水平)及上下(垂直)±60°，所以假设在进入到视场内但未进入到搜索范围的方位存在声源的状况，将声源设定为水平方向的-60°方位，从声源发出的超声波的频率为10kHz、25kHz、30kHz、及40kHz。另外，阵列传感器3的搜索范围为±30°。作为在声压图上出现的栅瓣，将成为产生的栅瓣的最大峰值强度的-3dB的方位设为栅瓣边界方位，若该栅瓣边界方位比搜索最大方位小(在搜索范围内检测到成为最大峰值强度的-3dB的方位)，则定义为出现栅瓣。上述的“-3dB”是一个例子，也可以将声压比最大峰值强度低规定值的方位设为栅瓣边界方位。

在评价传感器间隔时，使用了通过传感器间隔(mm)除以成为测定对象的超声波的波长(mm)而求出的无量纲化传感器间隔。具体地，无量纲化传感器间隔通过下述式(3)求出。

(无量纲化传感器间隔)＝(传感器间隔)/(超声波的波长)……(3)作为超声波的波长，可以采用测定的超声波的频带中的灵敏度最好的主要值(代表值)。

对于无量纲化传感器间隔，也是若增大其值，则易产生栅瓣，若减小其值，则方位分辨率降低。

图5是表示栅瓣边界方位与无量纲化传感器间隔的关系的图表。图5的纵轴是栅瓣边界方位[°]，横轴是无量纲传感器间隔。用将声源所在的方位(水平方向的-60°方位)设为0°时的水平方向的相对角度表示。栅瓣边界方位。根据图5，为了在与实用上最低限度所需的搜索范围相当的范围(±8°)中不出现栅瓣，将无量纲化传感器间隔设为0.90以下即可。为了不在更广的搜索范围内(±10°)出现栅瓣，优选将无量纲化传感器间隔设为0.85以下，为了抑制进一步更广的搜索范围内(±15°)的栅瓣的产生，优选将无量纲化传感器间隔设为0.75以下。

像上述那样，通过调节无量纲化传感器间隔，能够将栅瓣的产生抑制成在照相机视场内实用上没有问题的程度，且能够提高接近声源的分辨率。像这样通过调整无量纲化传感器间隔，即使在传感器间隔不满足式(2)的情况下，也能够在实用上足够的范围抑制栅瓣的产生，得到与满足式(2)的传感器的配置相比更高的方位分辨率。因此，优选传感器间隔是作为测定对象的超声波的半波长以上，且为将栅瓣的产生抑制成在阵列传感器的搜索范围内实用上没有问题的程度的传感器间隔。

例如，将40kHz的超声波设为测定对象的情况下的传感器间隔为约4～12mm左右。传感器间隔是相邻的传感器的中心部彼此之间的沿着X轴或Y轴的距离。

另外，从提高在测定对象21存在多个声源的情况下的测定精度的观点出发，传感器间的间隔优选全部统一成相同大小。

如上述那样，图4的(a)表示阵列传感器3中的各传感器13的配置的一个例子。在图4的(a)所示的例子中，在X轴上配置5个、在Y轴上配置5个，合计9个传感器13呈十字形配置。像这样，通过沿着两个轴配置传感器13，能够呈面状地捕捉来自阵列传感器3所朝向的方向的超声波，并且抑制栅瓣的产生。

另外，从即使存在多个声源也更加准确地求出声压的二维分布的观点出发，也可以增加传感器的数量，在XY平面上y＝x或者y＝-x上以成为X轴对称且Y轴对称的方式进一步配置传感器13。图4的(b)示出具体例。在图4的(b)所示的例子中，除X轴上及Y轴上的传感器13以外，也在y＝x及y＝-x上分别各配置两个，合计配置有四个传感器13。像这样，在除X轴、Y轴上以外设置传感器13的情况下，优选将传感器13的个数的优选值、传感器13的间隔的优选值、及传感器13的间隔统一这方面等如上所述。

在将传感器13的数量设为25个的情况下，只要在沿着X轴及Y轴的一边将5个传感器13配置成正方形即可。

在本实施方式中，通过调节传感器13与传感器13的间隔，即使在测定短波长的超声波的情况下，也能够抑制照相机视场内的栅瓣的产生。

接下来，对本实施方式所涉及的方位标定装置的使用方法进行说明。

首先，将方位标定装置1的照相机2与阵列传感器3朝向成为测定对象的配管设备、电气设备等。通过照相机2拍摄检查对象并且通过阵列传感器3进行超声波的测定。将拍摄图像与超声波的声压图重合而成的重合图像显示于方位标定装置的显示单元5。此时，方位标定装置1的表面与测定对象之间的直线距离可以与测定对象物的大小、产生的超声波的大小等相应地进行变更，例如，在炼铁厂内使用的情况下，最大16m左右即可。若距离大于16m，则有时超声波衰减而无法测定足够大小的声压。

在本实施方式中，由于使用小型的传感器13，并且将小型的传感器13的个数抑制成所需最小限度的个数，所以能够将方位标定装置1小型化。由此，使用者能够容易地搬运方位标定装置1，仅通过将方位标定装置1的照相机2、阵列传感器3朝向测定对象的方向，就能够简单地进行测定。进一步，通过抑制传感器13的个数，能够防止对运算单元4施加过大的运算负荷，从而能够充分确保重合图像的更新速度。

另外，拍摄时的照相机2的视场范围越广，越能够通过一次的测定进行广范围的异常检测。然而，若使视场范围过广，则因照相机2的分辨率等的关系而无法精细地确定声源位置、易引起视场内的栅瓣，所以视场范围优选为在上下及左右比±30°窄的范围内。此时，为了降低声压图的计算负荷、使重合图像的更新频率提高，而在运算单元4中对声压图进行运算的范围(超声波的搜索范围)也优选为在上下及左右比±30°窄的范围内。

若结束测定，则对显示于显示单元5的重合图像进行分析。在重合图像中，与超声波的声压的高低相应地进行颜色区分等，从而能够一目了然地判别每个位置的声压的大小。判断为在重合图像上声压最高的峰值部位的附近产生超声波源、即配管的裂缝、电气设备的不良等。在声压较高的区域以峰值部位为中心向其周围呈近似同心圆状扩展的情况下，能够推定为在圆的中心部附近存在超声波源。

另一方面，在声压较高的区域未变成近似同心圆状，或者声压较高的区域占据视场内较广的区域的情况下，推测在该区域内存在多个声源，难以确定在该区域内的哪里存在声源。特别是，在本实施方式的方位标定装置1中，由于为了抑制栅瓣的影响而将传感器间的间隔缩小，因此有时根据测定条件等得不到足够的方位分辨率。该情况下，若在视场内存在多个声源，则通过各个声源形成的高声压区域相合，高声压区域所占的面积变广，难以区分各个声源来进行识别。

图6是表示重合图像的一个例子的示意图。在图6所示的例子中，通过黑色的深浅示出声压的强度，越是黑色深的区域30，声压越强，随着趋向黑色逐渐变薄的区域32、区域34侧，声压逐渐变弱。实际上作为显示于显示单元5的重合图像，也能够使用彩色图像，而与声压的强弱相应地连续地进行不同的颜色区分。

在图6所示的例子中，遍及重合图像内的比较广的范围形成有声压较高的区域30，声压较高的区域30是椭圆形，未形成为近似同心圆状。在这样的例子中，推测在区域内存在多个声源，但难以确定在区域内的哪里有声源。

在本实施方式的重合图像的分析方法中，首先，设定声压的阈值，确定在重合图像内观测到超过该阈值的声压的区域(高声压区域)。

图7是表示重合图像的分析方法的一个例子的说明图。在图7中作为深黑色部用黑色虚线围起来的区域是高声压区域40，作为浅黑色部用黑色虚线围起来的区域是低声压区域42。

如图7所示，在高声压区域40未成为近似圆形的情况下，推测在高声压区域40之中存在多处超声波源。在本实施方式的重合图像的分析方法中，假设为在该高声压区域40之中存在两处超声波源。

首先，如图7所示，确定高声压区域40的上下端部位置及左右端部位置，描绘上端线、下端线、左端线、及右端线。接着，描绘与这些端线中的任意三个相切且面积为最小的圆(A)。在图7所示的例子中，将与上端线、左端线及下端线相切的左侧的圆设为圆(A)。另外，描绘和不与圆(A)相切的一个端线(在图7的例子中为右端线)、及与圆(A)相切的三个端线中的两个端线(在图7的例子中为上端线和下端线)相切且面积为最小的圆(B)。能够将上述圆(A)的中心与圆(B)的中心这两点推定为超声波源。

图8是表示重合图像的分析方法的另一个例子的说明图。在图8所示的例子中，在重合图像中描绘与左端线、右端线、上端线及下端线相切的椭圆，能够将该椭圆的两个焦点推定为超声波源。

通过上述的方法，在测定视场内，即使在接近的多个部位存在声源的情况下，也能够精确地推定声源的方位。

实施例

(实施例1)

使用本发明所涉及的方位标定装置，来进行超声波源的方位标定。作为构成阵列传感器的传感器，使用MA40H1S-R(株式会社村田制作所)，传感器的排列如图4的(a)那样，传感器间隔全部统一为5.6mm。检查对象为炼铁厂内的气体配管设备。将距测定对象的距离设为15.7m，成为测定对象的超声波的频率为40kHz。无量纲化传感器间隔通过5.6(mm)/8.5(mm)求出为约0.66。另外，照相机的视场范围及阵列传感器的搜索范围为在水平方向±25°、在垂直方向±15°内。

图9是通过实施例1得到的重合图像。在图9中，图中的深黑色部且是用黑色虚线围起来的部位是声压特别高的区域50，深黑色部的一部分且是用白色虚线围起来的部位是声压最高的峰值部。实际上，确认了在峰值部的附近产生配管的腐蚀孔，超声波源的方位标定成功。即使将距声源的距离进一步缩短至最短1m左右，也没有问题地能够标定超声波源的方位。

(实施例2)

分别使用图4的(a)所示的传感器配置(设为配置A。)的方位标定装置、和图4的(b)所示的传感器配置(设为配置B。)的方位标定装置，制作了重合图像。传感器的种类、传感器间隔等条件与实施例1相同。

图10是通过实施例2得到的重合图像的放大图。图10的(a)是通过配置A的方位标定装置得到的重合图像的放大图、图10的(b)是通过配置B的方位标定装置得到的重合图像的放大图。在图10的(a)所示的配置A的情况下，除在图面右上方观察的超声波源52以外，在图面右下方及左上方也看到了声压较高的虚像区域54。而在图10的(b)所示的配置B的情况下，未观察到上述虚像区域54，能够更加抑制栅瓣的产生。

(实施例3)

将本实施方式所涉及的方位标定装置朝向设置了两个点的模拟配管泄漏的测定对象，并获取到了重合图像。作为方位标定装置，使用了实施例2的配置B。

图11是通过实施例3得到的重合图像的分析图。在图11中，对得到的重合图像中的声压成为规定值以上的高声压区域60进行颜色区分而示出。在重合图像中，对存在模拟配管泄漏的位置62标注白圈，用白色虚线方形示出声压成为最大的位置64，用黑色虚线示出高温压区域60。

图12是通过实施例3得到的重合图像的分析图。在图12所示的例子中，按照本实施方式所涉及的重合图像的分析方法对高声压区域60描绘两个圆，将各自的中心部推定为超声波源。如图12所示，能够以一定的精度确定超声波源。

图13是通过实施例3得到的重合图像的另一分析图。在图13所示的例子中，按照本实施方式所涉及的重合图像的另一分析方法对高声压区域60描绘一个椭圆，将椭圆中的两个焦点推定为超声波源。如图13所示，能够以一定的精度确定超声波源。

附图标记说明

1…超声波源的方位标定装置；2…照相机；3…阵列传感器；4…运算单元；5…显示单元；11…框体；13…传感器；21…测定对象；30…区域；32…区域；34…区域；40…高声压区域；42…低声压区域；50…区域；52…超声波源；54…虚像区域；60…高声压区域；62…存在模拟配管泄漏的位置；64…声压变成最大的位置。

Claims (6)

1.一种超声波源的方位标定装置，其中，具有：

照相机，其拍摄测定对象；

阵列传感器，其测定从测定对象的方向发出的超声波的声压；

运算单元，其基于通过所述阵列传感器获取的超声波的声压信息而制作声压图，并制作将所述声压图与通过所述照相机获取的拍摄图像重合而成的重合图像；以及

显示单元，其显示所述重合图像，

所述阵列传感器由至少一部分设置在同一平面的X轴上与Y轴上的表面安装型传感器构成，

所述阵列传感器的搜索范围为在水平及垂直方向上分别比±90°窄的范围内且比±8°宽的范围内，

所述表面安装型传感器与表面安装型传感器的间隔是作为测定对象的超声波的半波长以上，

基于通过传感器间隔除以成为测定对象的超声波的波长而求出的无量纲化传感器间隔与栅瓣边界方位的关系，以抑制在所述阵列传感器的搜索范围内出现栅瓣的方式决定所述表面安装型传感器与表面安装型传感器的间隔，并配置所述表面安装型传感器。

2.根据权利要求1所述的超声波源的方位标定装置，其中，

所述阵列传感器由合计9个以上且25个以下的表面安装型传感器构成。

3.根据权利要求1或2所述的超声波源的方位标定装置，其中，

所述阵列传感器除了在所述X轴上和所述Y轴上外，也在同一平面上的y＝x、及y＝-x上以成为X轴对称且Y轴对称的方式具备所述表面安装型传感器。

4.根据权利要求1或2所述的超声波源的方位标定装置，其中，

以通过除以作为测定对象的超声波的波长而求出的无量纲化传感器间隔为0.90以下的方式，配置所述表面安装型传感器。

5.一种重合图像的分析方法，其是在权利要求1～4中的任一项所述的超声波源的方位标定装置中得到的重合图像的分析方法，其中，

确定在所述重合图像中观测到超过阈值的声压的高声压区域，

描绘与所述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线中的任意三个端线相切且面积为最小的圆A，

描绘与所述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线中的未与所述圆A相切的一个端线、和与所述圆A相切的三个端线中的两个端线相切且面积为最小的圆B，

将所述圆A的中心与所述圆B的中心这两点推定为超声波源。

6.一种重合图像的分析方法，其是在权利要求1～4中的任一项所述的超声波源的方位标定装置中得到的重合图像的分析方法，其中，

确定在所述重合图像中观测到超过阈值的声压的高声压区域，

描绘与所述高声压区域中的上端线、下端线、左端线及右端线相切的椭圆，

将所述椭圆的两个焦点推定为超声波源。

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