CN110573874B - 检测系统和检测方法 - Google Patents

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Abstract

检测系统(1)包括传感设备(10)和检测处理设备(20)，其中，该传感设备(10)具备：振动单元(11)，其安装于检查对象(100)，用于对检查对象(100)施加振动；驱动电路(12)，其用于向振动单元(11)提供用于驱动振动单元(11)的电信号；以及传感器(13)，其用于检测通过从振动单元(11)施加的振动使检查对象(100)产生的振动，该检测处理设备(20)用于从传感设备(10)接收与由传感器(13)检测出的检查对象(100)的振动有关的振动信息，并基于振动信息来检测检查对象(100)的状态变化。振动单元(11)具备线圈(112)、弹簧(113)以及磁体(114b)。

Description

检测系统和检测方法
技术领域
一般来说，本发明涉及一种检测系统和检测方法，更具体地说，涉及一种用于通过对检查对象施加振动来使检查对象振动并且通过对检查对象的振动进行分析来检测检查对象的状态变化的检测系统和检测方法。
背景技术
以往，为了检测建筑物的支柱、混凝土构造物等检查对象的状态变化而使检查对象振动，并对该检查对象的振动进行检测和分析。当检查对象发生故障、劣化等状态变化时，检查对象的振动的共振(固有)频率发生变化，因此，通过对检查对象的振动进行分析，能够检测检查对象的状态变化。
例如，专利文献1公开了一种具备振动器和传感器的频率测定装置，该振动器具有用于对检查对象施加冲击的由硬质材料形成的脉冲锤(impulse hammer)，该传感器用于检测通过由振动器施加的冲击使检查对象产生的振动。当由于连续劣化或故障等而检查对象的状态发生变化时，检查对象的质量、弹簧常数发生变化，因此检查对象的振动的共振频率发生变化。通过使用专利文献1所公开的频率测定装置，能够检测检查对象的振动的共振频率的变化，其结果是能够检测检查对象的状态变化。
然而，在如专利文献1所公开的那样使用具有脉冲锤的振动器来使检查对象振动的情况下，需要利用耐冲击性强的材料来形成振动器。这样的材料一般较重。并且，为了使检查对象充分地振动，需要对检查对象施加大的冲击，因此需要使脉冲锤本身又重又大。因此，存在导致装置的高重量化及大型化这样的问题。
另外，专利文献2公开了一种具备振动器和传感器的异常探测系统，该振动器具有由硬质材料形成的脉冲锤或压电元件(piezoelectric element)且用于使检查对象振动，该传感器用于检测通过由脉冲锤施加的冲击或压电元件的振动使检查对象产生的振动。在使用脉冲锤来使检查对象振动的情况下，产生与上述的专利文献1同样的问题。另一方面，在使用压电元件来使检查对象振动的情况下，为了使检查对象充分地振动，需要对压电元件施加高的输入电压。因此，存在异常探测系统所需要的电力量增大这样的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-157945号公报
专利文献2：日本特开2015-111091号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述以往的问题点完成的，其目的在于使如下的检测系统实现简单化、小规模化以及省电化，该检测系统对通过对检查对象施加振动而使检查对象产生的振动进行检测及分析，由此能够检测检查对象的状态变化。
用于解决问题的方案
通过下面的(1)～(7)的本发明来达成这样的目的。
(1)一种检测系统，用于检测检查对象的状态变化，所述检测系统的特征在于，
包括传感设备和检测处理设备，其中，
所述传感设备具备：振动单元，其安装于所述检查对象，用于对所述检查对象施加振动；驱动电路，其用于向所述振动单元提供用于驱动所述振动单元的电信号；以及传感器，其用于检测通过从所述振动单元施加的所述振动使所述检查对象产生的振动，
所述检测处理设备用于从所述传感设备接收与由所述传感器检测出的所述检查对象的所述振动有关的振动信息，并基于所述振动信息来检测所述检查对象的所述状态变化，
所述传感设备的所述振动单元具备：线圈，从所述驱动电路提供的所述电信号流过所述线圈；弹簧，其以能够振动的方式设置；以及磁体，其安装于所述弹簧，以与所述线圈分离的方式配置。
(2)根据上述(1)所记载的检测系统，所述检测处理设备根据所述振动信息来计算所述检查对象的所述振动的共振频率，基于所述共振频率的变化量来检测所述检查对象的所述状态变化。
(3)根据上述(2)所记载的检测系统，所述检测处理设备包括存储部，该存储部用于存储所述检查对象的所述振动的所述共振频率，
所述检测处理设备将计算出的所述检查对象的所述振动的所述共振频率与事先保存在所述存储部内的所述检查对象的所述振动的所述共振频率进行比较，由此计算所述共振频率的所述变化量，在所述共振频率的所述变化量为规定的阈值以上的情况下，检测出所述检查对象的所述状态变化。
(4)根据上述(1)至(3)中的任意的发明所记载的检测系统，所述驱动电路构成为将脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号作为所述电信号提供给所述振动单元。
(5)根据上述(1)至(4)中的任意的发明所记载的检测系统，所述传感器是安装于所述检查对象的加速度传感器或以与所述检查对象分离的方式配置的激光传感器。
(6)根据上述(1)至(5)中的任意的发明所记载的检测系统，所述检测系统包括多个所述传感设备，
所述检测处理设备从多个所述传感设备的各个所述传感设备接收与所述检查对象的所述振动有关的所述振动信息。
(7)一种检测方法，用于检测检查对象的状态变化，所述检测方法的特征在于，包括以下工序：
从驱动电路向安装于所述检查对象的振动单元提供电信号来驱动所述振动单元，由此对所述检查对象施加振动；
使用传感器来检测通过从所述振动单元施加的所述振动使所述检查对象产生的振动；以及
使用处理器，基于由所述传感器检测出的所述检查对象的所述振动来检测所述检查对象的所述状态变化，
其中，所述振动单元具备：线圈，从所述驱动电路提供的所述电信号流过所述线圈；弹簧，其以能够振动的方式设置；以及磁体，其安装于所述弹簧，以与所述线圈分离的方式配置。
发明的效果
在本发明的检测系统和检测方法中，使用VCM(Voice Coil Motor：音圈电动机)型的振动单元来作为用于使检查对象振动的振动器，该VCM型的振动单元具备：线圈，从驱动电路提供的电信号流过该线圈；弹簧，其以能够振动的方式设置；以及磁体，其安装于弹簧，以与线圈分离的方式配置。因此，不需要如使用脉冲锤的现有技术那样利用耐冲击性强的材料来构成振动单元(振动器)。并且，VCM型的振动单元能够以比较低的输入电压产生较大的振动，因此不需要如使用压电元件的现有技术那样对振动单元施加高的输入电压。因此，根据本发明，能够实现检测系统的简单化、小规模化以及省电化。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的检测系统的概念图。
图2是图1所示的振动单元的立体图。
图3是图1所示的振动单元的分解立体图。
图4是图1所示的振动单元的截面图。
图5是示出在对图1所示的振动单元提供了脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号的情况下使检查对象产生的振动的例子的图。
图6是示出在对图1所示的振动单元提供了脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号的情况下使检查对象产生的振动的其它例的图。
图7是用于说明由于图1所示的检查对象的质量的变化而使检查对象产生的振动的特性的变化的图。
图8是示出本发明的第二实施方式所涉及的检测系统的概念图。
图9是示出本发明的第三实施方式所涉及的检测系统的概念图。
图10是示出本发明的检测方法的流程图。
具体实施方式
下面，基于附图所示的优选的实施方式来说明本发明的检测系统和检测方法。首先，参照图1～图7来详细叙述本发明的第一实施方式所涉及的检测系统。
<检测系统的第一实施方式>
图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的检测系统的概念图。图2是图1所示的振动单元的立体图。图3是图1所示的振动单元的分解立体图。图4是图1所示的振动单元的截面图。图5是示出在对图1所示的振动单元提供了脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号的情况下使检查对象产生的振动的例子的图。图6是示出在对图1所示的振动单元提供了脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号的情况下使检查对象产生的振动的其它例的图。图7是用于说明由于图1所示的检查对象的质量的变化而使检查对象产生的振动的特性的变化的图。
图1所示的检测系统1包括：传感设备10，其用于对检查对象100施加振动，并检测通过该振动使检查对象100产生的振动；以及检测处理设备20，其用于基于从传感设备10接收到的与检查对象100的振动有关的振动信息来检测检查对象100的状态变化。
传感设备10具有对检查对象100施加振动并检测通过该振动使检查对象100产生的振动的功能。传感设备10具备：振动单元11，其安装于检查对象100，用于对检查对象100施加振动；驱动电路12，其用于向振动单元11提供用于驱动振动单元11的电信号；传感器13，其用于检测通过从振动单元11施加的振动使检查对象100产生的振动；以及通信部14，其用于与检测处理设备20进行通信。
振动单元11安装于检查对象100，用以根据从驱动电路12提供的电信号进行振动来对检查对象100施加振动。如图2～图4所示，振动单元11是小型(例如高度30mm×纵宽30mm×横宽30mm)的VCM(Voice Coil Motor：音圈电动机)型的振动单元，构成一个共振系统。
振动单元11具备：外壳111，其以能够安装于检查对象100的方式构成；线圈112，其被固定地设置于外壳111的底面，从驱动电路12提供的电信号流过该线圈112；弹簧113，其以能够相对于外壳111振动的方式设置；以及磁体组装体114，其安装于弹簧113，以与线圈112分离的方式配置。
外壳111是圆筒状的构件，具有将振动单元11固定成振动体并且收纳振动单元11的各组件的功能。外壳111具备盖111a、基座111b以及位于盖111a与基座111b之间的筒状部111c。
在基座111b的外周面形成有沿基座111b的半径方向延伸的三个延伸部，在三个延伸部的前端侧分别形成有贯通孔111d。使未图示的螺钉穿过基座111b的贯通孔111d后与形成于检查对象100的螺纹孔螺纹结合。由此，能够将基座111b固定于检查对象100，来将振动单元11安装(固定)于检查对象100。通过将振动单元11安装于检查对象100，能够使振动单元11的振动传递至检查对象100，从而使检查对象100振动。
线圈112具有圆筒形状，被固定地设置在基座111b上。线圈112的两端部(电信号提供端)与驱动电路12连接，从驱动电路12提供的电信号在线圈112内流动。另外，如图4所示，在振动单元11被组装好的状态下，线圈112位于弹簧113的中央开口部的内侧。
弹簧113具有将磁体组装体114以能够相对于线圈112振动的方式保持的功能。磁体114安装于弹簧113，当从驱动电路12提供的电信号在线圈112内流动时，产生使安装于弹簧113的磁体114沿图4中的上下方向移动的驱动力。此时，由于磁体组装体114被弹簧113以能够相对于线圈112振动的方式保持，因此磁体组装体114能够相对于线圈112振动。弹簧113只要能够将磁体组装体114以能够相对于线圈112振动的方式保持即可，不特别地进行限定，例如能够将板簧、螺旋弹簧、磁力弹簧等用作弹簧113。下面，为了便于说明，将弹簧113设为如图3和图4所示那样的板簧来进行说明。
弹簧113呈具有中央开口部的环形状，弹簧113的外周部被保持在基座111b与筒状部111c之间，包括中央开口部的弹簧113的中央部能够沿图4的上下方向相对于外壳111振动。磁体组装体114安装在弹簧113的中央部上，能够相对于线圈112振动。
如图4所示，磁体组装体114具有：磁体保持部114a，其具有朝向图4的下侧开口的圆筒形状；磁体114b，其固定于磁体保持部114a的中央下表面；以及磁轭114c，其安装于磁体114b的下表面。
如图4所示，在振动单元11被组装好的状态下，磁体114b和磁轭114c在线圈112的中央空洞部内以与线圈112分离的方式配置。当从驱动电路12对线圈112提供电信号时，产生使磁体组装体114(磁体114b)沿图4中的上下方向移动的驱动力。磁体组装体114被安装在以能够振动的方式设置的弹簧113上，因此磁体组装体114沿上下方向振动。
这样，当从驱动电路12对振动单元11的线圈112提供电信号且电信号在线圈112内流动时，振动单元11振动。表示如振动单元11那样的一个共振系统的动作原理的运动方程式能够用下述式(1)来表示。
[数1]
Figure BDA0002250435110000071
在此，m是质量[kg]，x(t)是磁体组装体114(振子)的位移量[m]，Kf是一个共振系统的推力常数[N/A]，i(t)是在线圈112内流动的电流[A]，Ksp是弹簧113的弹簧常数[N/m]，D是一个共振系统的衰减系数[N/(m/s)]。
另外，表示如振动单元11那样的一个共振系统的动作原理的电路方程式能够用下述式(2)来表示。
[数2]
Figure BDA0002250435110000081
在此，e(t)是施加于线圈112的电压[V]，R是线圈112的电阻[Ω]，L是线圈112的电感[H]，Ke是一个共振系统的反电动势常数[V/(m/s)]。
根据这样的运动方程式和电路方程式，如下述式(3)那样导出振动单元11的传递函数G(jω)，针对从驱动电路12提供的电信号表现出特定的响应。
[数3]
Figure BDA0002250435110000082
即，根据从驱动电路12向振动单元11提供的电信号(向一个共振系统的输入)的种类，振动单元11的振动(一个共振系统的输出)的特性发生变化。例如，在图5中示出如下情况时的检查对象100的振动的例子：使用由ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)树脂构成的构造物来作为检查对象100，针对安装于检查对象100的振动单元11，将脉冲信号、扫频信号以及随机信号分别提供给振动单元11来使振动单元11振动。本例中的检查对象100的共振频率fr为5kHz附近。
如图5所示可知，在将脉冲信号、扫频信号以及随机信号提供给振动单元11的情况下都是，在作为检查对象100的共振频率fr的5kHz附近，检查对象100的振动的振幅最大。因而，在图5所示的例子中，在将脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号提供给振动单元11的情况下，都能够检测出检查对象100的振动的共振频率fr。然而，在图5所示的例子中，在将脉冲信号提供给振动单元11的情况下，明显地，检查对象100的共振频率fr下的振幅是最大的。其结果表明，对于高精度地检测检查对象100的共振频率fr而言，向振动单元11提供脉冲信号是最适合的。
另一方面，在图6中示出如下情况时的检查对象100的振动的例子：使用由塑料构成的外壳来作为检查对象100，针对安装于检查对象100的振动单元11，将脉冲信号、扫频信号以及随机信号分别提供给振动单元11来使振动单元11振动。图6的例子中的检查对象100的质量和弹簧常数与图5的例子中的检查对象100的质量和弹簧常数不同。图6的例子中的检查对象100的共振频率fr为0.125kHz附近。
如图6所示，在将脉冲信号提供给振动单元11的情况下，在检查对象100的共振频率fr即0.125kHz附近以外的频带内振幅最大。另一方面，在将扫频信号或随机信号提供给振动单元11的情况下，在检查对象100的共振频率fr即0.125kHz附近振幅最大。因而，在图6所示的例子中，在将脉冲信号提供给振动单元11的情况下，无法高精度地检测出检查对象100的振动的共振频率fr。
这样，从驱动电路12向振动单元11提供的电信号的种类根据检查对象100的质量、弹簧常数而不同。如后述的那样，由于驱动电路12构成为将脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号提供给振动单元11，因此传感设备10能够检测各种检查对象100的振动的共振频率fr。
如上述那样，当安装于检查对象100的振动单元11振动时，对检查对象100施加振动。当从振动单元11向检查对象100施加振动时，激励出检查对象100的振动。当检查对象100振动时，在通过下述式(4)决定出的共振频率fr时，检查对象100大幅地振动。
[数4]
Figure BDA0002250435110000091
在此，m1是检查对象100的质量，m2是安装于检查对象100的振动单元11的质量，Ksp是检查对象100的弹簧常数。
如上述式(4)所示，检查对象100的共振频率fr取决于检查对象100的质量m1和弹簧常数Ksp，因此当由于时间经过、故障等原因而检查对象100的状态、即质量m1和弹簧常数Ksp发生变化时，检查对象100的共振频率fr也发生变化。
在图7中示出由于时间经过、故障等原因而检查对象100的质量从m1a增加到m1b时的检查对象100的共振频率fr的变化的例子。如图7所示，当检查对象100的质量m1从m1a增大到m1b时，检查对象100的振动的振幅最大的频率、即共振频率fr向低频侧偏移。相反地，当检查对象100的质量m1减小时，检查对象100的共振频率fr向高频侧偏移。同样地，当检查对象100的弹簧常数Ksp增加时，检查对象100的共振频率fr向高频侧偏移，当检查对象100的弹簧常数Ksp减小时，检查对象100的共振频率fr向低频侧偏移。
这样，通过检测检查对象100的共振频率fr的变化，能够检测检查对象100的质量m1和弹簧常数Ksp的变化、即检查对象100的状态变化。
作为由于时间经过、故障等原因而检查对象100的质量m1减小的例子，列举检查对象100是由铁等金属材料构成的金属构件的情况。当由于随着时间经过所产生的金属材料的腐蚀、风化等而检查对象100的一部分剥落时，检查对象100的质量m1减小。另一方面，作为由于时间经过、故障等原因而检查对象100的质量m1增加的例子，列举检查对象100被设置于室外的情况。在由于时间经过而在检查对象100上积存有尘埃、尘土、沙土、水等的情况下，检查对象100的质量m1增加。
作为由于时间经过、故障等原因而检查对象100的弹簧常数Ksp发生变化的例子，列举检查对象100是将多个部件连结而构成的构成物的情况。例如，在用于将多个部件连结的螺栓、螺钉松动的情况、部件间的梁发生了挠曲的情况下，检查对象100的弹簧常数Ksp发生变化。另外，在检查对象100是车辆的轮胎的轮辋的情况下，由于轮辋松动而检查对象100的弹簧常数Ksp发生变化。另外，在检查对象100是由混凝土构成的构造体且由于时间经过、冲击等原因而检查对象100产生了裂纹、破裂的情况下，检查对象100的弹簧常数Ksp也发生变化。
这样，通过检测检查对象100的共振频率fr的变化，能够检测检查对象100的质量m1和弹簧常数Ksp的变化、即检查对象100的状态变化。因此，本发明的检测系统1能够检测如上述那样的检查对象100的腐蚀、风化、在检查对象100上积存的积存物的增加、检查对象100的螺栓、螺钉的松动、梁的挠曲、轮辋的松动、检查对象100的裂纹、破裂的产生等各种现象。
返回到图1，驱动电路12具有将用于使振动单元11驱动(振动)的电信号提供给振动单元11的功能。驱动电路12构成为：根据经由通信部14从检测处理设备20接收到的控制数据，来对振动单元11提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号。
传感器13具有对通过从振动单元11施加的振动使检查对象100产生的振动进行检测的功能。与由传感器13检测出的检查对象100的振动有关的振动信息经由通信部14被发送到检测处理设备20。从传感器13发送到检测处理设备20的振动信息例如是检查对象100的振动(运动)的加速度等。通过对振动信息进行傅立叶变换等处理，能够获取检查对象100的振动的每个频率的振幅(能量)。
传感器13只要能够检测检查对象100的振动即可，不特别地进行限定，例如能够使用如下的加速度传感器或者激光传感器等作为传感器13，该加速度传感器安装于检查对象100，检测检查对象100的运动的加速度；该激光传感器以与检查对象100分离的方式设置，对检查对象100照射激光，基于从检查对象100反射的激光来检测检查对象100的运动。
通信部14具有如下功能：与检测处理设备20进行通信，从检测处理设备20接收控制数据，并且将与由传感器13检测出的检查对象100的振动有关的振动信息发送到检测处理设备20。在传感设备10与检测处理设备20以有线方式连接的情况下，通信部14通过有线通信来与检测处理设备20进行通信。在传感设备10与检测处理设备20没有以有线方式连接的情况下，使用NFC(Near Field Radio Communication：近场无线电通信)、Wi-Fi、Bluetooth(注册商标)等无线通信技术来与检测处理设备20进行通信。
此外，关于针对传感设备10的各组件的电力提供，可以由内置在传感设备10内的电池等内置电源来实现，也可以由设置在传感设备10外且通过电力提供线连接于传感设备10的外部电源来实现。
检测处理设备20具有如下功能：对传感设备10发送控制数据，并且从传感设备10接收与由传感器13检测出的检查对象100的振动有关的振动信息，基于接收到的振动信息来检测检查对象100的状态变化。
检测处理设备20可以作为单个设备来实施，也可以在台式计算机、膝上型计算机、笔记本式个人计算机、工作站、平板型计算机、移动电话、智能手机、PDA、可穿戴终端等任意的运算装置内来实施。
检测处理设备20具备：至少一个处理器21，该至少一个处理器21执行检测处理设备20的控制；存储器22，其保存有进行检测处理设备20的控制所需要的数据、程序、模块等；共振频率计算部23，其用于基于接收到的振动信息来计算检查对象100的振动的共振频率fr；存储部24，其用于保存检查对象100的振动的参照共振频率fref以及/或者由共振频率计算部23计算出的共振频率fr；相干性计算部25，其用于计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干性γ2；状态变化检测部26，其用于通过将由共振频率计算部23计算出的检查对象100的振动的共振频率fr与存储部24内的参照共振频率fref或存储部24内保存的以前的检查对象100的振动的共振频率fr进行比较，来检测检查对象100的状态变化；通信部27，其与传感设备10进行通信；以及数据总线28，其用于执行检测处理设备20的各组件间的数据的传输。
处理器21经由数据总线28而与各组件之间进行各种数据、各种指示的传输，从而执行检测处理设备20的控制。另外，处理器21通过使用检测处理设备20的各组件能够提供期望的功能。例如，处理器21通过使用共振频率计算部23，能够基于接收到的振动信息来计算检查对象100的振动的共振频率fr，通过使用相干性计算部25能够计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干性γ2，通过使用状态变化检测部26能够检测检查对象100的状态变化。
另外，处理器21以规定的间隔(例如，每小时、每天、每周、每月等)经由通信部27对传感设备10发送控制数据，来使传感设备10测定检查对象100的振动。从处理器21发送的控制数据用于确定传感设备10的驱动电路12对振动单元11提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的哪个信号。接收到控制数据的驱动电路12按照控制数据对振动单元11提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号，来驱动振动单元11。
处理器21是一个以上的微处理器、微计算机、微控制器、数字信号处理器(DSP)、中央运算处理装置(CPU)、存储器控制单元(MCU)、图像处理用运算处理装置(GPU)、状态机械、逻辑电路、面向特定用途的集成电路(ASIC)、或者它们的组合等基于计算机可读命令来执行信号操作等运算处理的运算单元。特别地，处理器21构成为取得存储器22内保存的计算机可读命令(例如数据、程序、模块等)来执行信号操作及控制。
存储器22是易失性存储介质(例如RAM、SRAM、DRAM)、非易失性存储介质(例如ROM、EPROM、EEPROM、快闪存储器、硬盘、光盘、CD-ROM、数字多用途光盘(DVD)、盒式磁带、磁带、磁盘)、或者包括它们的组合的装卸式或非装卸式的计算机可读介质。
共振频率计算部23具有基于经由通信部27从传感设备10接收到的振动信息来计算检查对象100的振动的共振频率fr的功能。具体地说，共振频率计算部23针对接收到的振动信息进行傅立叶变换等处理，来计算如图7所示那样的检查对象100的振动的每个频率的振幅(能量)。共振频率计算部23将具有最高的振幅(能量)的频率确定为检查对象100的振动的共振频率fr。
存储部24是用于保存检查对象100的振动的参照共振频率fref以及/或者由共振频率计算部23计算出的共振频率fr的任意的非易失性记录介质(例如硬盘、快闪存储器)。检查对象100的振动的参照共振频率fref是检查对象100处于正常状态时的检查对象100的振动的共振频率fr，在检测系统1运行之前测定出该参照共振频率fref并保存在存储部24内。另外，每当共振频率计算部23计算共振频率fr时，将由共振频率计算部23计算出的检查对象100的振动的共振频率fr作为累积数据保存在存储部24内。这样的累积数据能够用于按时间序列追踪检查对象100的状态变化，从而能够提供对于检查对象100的维护检查而言有用的信息。另外，也可以是，以规定的间隔(例如每小时、每天、每周、每月等)将这样的累积数据作为报告发送给检查对象100的管理者等。
存储部24还保存有事先获取到的与振动单元11的振动有关的振动信息。与振动单元11的振动有关的振动信息至少包括与驱动电路12向振动单元11提供了脉冲信号时的振动单元11的振动有关的振动信息、与提供了扫频信号时的振动单元11的振动有关的振动信息以及与提供了随机信号时的振动单元11的振动有关的振动信息。这样的与振动单元11的振动有关的振动信息是在利用后述的相干性计算部25计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干性γ2时使用的信息。
相干性计算部25具有如下功能：基于存储部24内保存的与传感设备10的振动单元11的振动有关的振动信息以及从传感设备10接收到的与检查对象100的振动有关的振动信息，来计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干性γ2。具体地说，相干性计算部25通过下述式(5)来计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干值。
[数5]
Figure BDA0002250435110000141
在此，Wxx是输入振动的功率谱、即振动单元11的振动的功率谱，是根据存储部24内保存的与传感设备10的振动单元11的振动有关的振动信息计算出的。Wyy是输出振动的功率谱、即检查对象100的振动的功率谱。Wxy是振动单元11的振动与检查对象100的振动的互谱(cross spectrum)。
如上述那样的相干性γ2表示输入振动与输出振动的关系的强弱。通过参照这样的相干性γ2的值，能够判别通过振动单元11的振动是否激励出检查对象100的共振。相干性γ2越接近1，则表示通过振动单元11的振动越高效地激励出检查对象100的共振，相干性γ2越小，则表示通过振动单元11的振动越是无法激励出检查对象100的共振。
这样的相干性γ2小于0.5意味着检查对象100没有充分地进行共振(振动)。像这样，通过参照由相干性计算部25计算出的相干性γ2，能够判别检查对象100是否充分地进行了振动。处理器21根据由相干性计算部25计算出的相干性γ2的值来变更控制数据。例如，在从驱动电路12向振动单元11提供了脉冲信号时相干性γ2小于0.5的情况下，处理器21判断为即使向振动单元11提供了脉冲信号也未能激励出振动单元11的共振。之后，处理器21变更控制数据以使驱动电路12向振动单元11提供扫频信号或随机信号，并经由通信部27将变更后的控制数据发送到驱动电路12。
状态变化检测部26具有如下功能：通过将由共振频率计算部23计算出的检查对象100的振动的共振频率fr与存储部24内的参照共振频率fref或存储部24内保存的以前的检查对象100的振动的共振频率fr进行比较，来检测检查对象100的状态变化。具体地说，状态变化检测部26计算由共振频率计算部23计算出的共振频率fr与存储部24内保存的参照共振频率fref或以前的共振频率fr之差，并判别计算出的差的绝对值、即共振频率fr的变化量是否为规定的阈值以上。规定的阈值是根据检查对象100的尺寸、结构材料、形状等因素适当决定的。
在判别为计算出的差的绝对值(共振频率fr的变化量)为规定的阈值以上的情况下，状态变化检测部26检测出检查对象100的状态变化。另一方面，在判别为计算出的差的绝对值(共振频率fr的变化量)小于规定的阈值的情况下，状态变化检测部26检测出不存在检查对象100的状态变化。之后，处理器21执行与状态变化检测部26的检测结果相应的处理。例如，在检测出检查对象100的状态变化的情况下，处理器21执行向检查对象100的管理者等的用户设备(台式计算机、膝上型计算机、笔记本式个人计算机、工作站、平板型计算机、移动电话、智能手机、PDA、可穿戴终端等)发送检测出检查对象100的状态变化的意思的消息的处理。由此，检查对象100的管理者等能够获知检查对象100的状态变化，从而能够采取准确的应对。
通信部27具有如下功能：与传感设备10进行通信，对传感设备10发送控制数据，并且从传感设备10接收与由传感设备10的传感器13检测出的检查对象100的振动有关的振动信息。通信部27还具有与检查对象100的管理者的用户设备进行通信的功能。检查对象100的管理者能够经由通信部27而与检测处理设备20进行通信，来变更检测处理设备20的各种设定(例如，要以什么样的间隔(每天、每周等)执行检测处理的设定等)。另外，检测处理设备20能够经由通信部27向检查对象100的管理者的用户设备发送上述的累积数据、消息。通信部27与上述的通信部14同样地利用各种有线通信和无线通信来与传感设备10及检查对象100的管理者的用户设备执行通信。另外，通信部27也可以利用各种有线通信和无线通信来与传感设备10及检查对象100的管理者的用户设备以外的各种外部设备进行通信。
此外，针对检测处理设备20的各组件的电力提供可以由内置在检测处理设备20内的电池等内置电源来实现，也可以由设置在检测处理设备20外且通过电力提供线连接于检测处理设备20的外部电源来实现。
这样，本发明的检测系统1使用VCM型的振动单元11以对检查对象100施加振动，该VCM型的振动单元11具备：线圈112，从驱动电路12提供的电信号流过该线圈112；弹簧113，其以能够振动的方式设置；以及磁体114b，其安装于弹簧113，以与线圈112分离的方式配置。因此，不需要如使用脉冲锤的现有技术那样利用耐冲击性强的材料来构成振动单元11。并且，VCM型的振动单元11能够以比较低的输入电压产生较大的振动，因此不需要如使用压电元件的现有技术那样对振动单元11施加高的输入电压。因此，根据本发明，能够实现检测系统1的简单化、小规模化以及省电化。
此外，在本实施方式中，将传感设备10和检测处理设备20设为被收纳在不同的外壳内的独立的设备来进行说明，但是本发明不限于此。例如，也可以是将提供与传感设备10相当的功能的单元以及提供与检测处理设备20相当的功能的单元收纳在一个外壳内来作为一个设备进行实施。
<检测系统的第二实施方式>
接着，参照图8来说明本发明的第二实施方式所涉及的检测系统。图8是示出本发明的第二实施方式所涉及的检测系统的概念图。下面，关于第二实施方式的检测系统，以与第一实施方式的检测系统的不同点为中心进行说明，省略关于相同的事项的说明。
在第二实施方式的检测系统1中，检测系统1包括多个传感设备10，检测处理设备20与多个传感设备10以能够经由网络30进行通信的方式连接，除此以外与第一实施方式的检测系统1相同。
本实施方式中的检测处理设备20可以是连接于网络30的单个设备，也可以在连接于网络30的服务器内来实施。
本实施方式的多个传感设备10安装于一个检查对象100。多个传感设备10与检测处理设备20以能够经由网络30进行通信的方式连接。
网络30是内部网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、因特网、这些网络的组合等广泛的网络。另外，网络30可以是专用网络，也可以是共享网络。共享网络是各个种类的网络之间的连接，相互之间使用各种协议(例如HTTP、TCP/IP、WAP)进行通信。并且，网络30也可以包括路由器、桥、服务器、运算设备、存储设备等各种网络设备。
检测处理设备20经由网络30从多个传感设备10接收检查对象100的振动的振动信息。由此，检测处理设备20不仅能够检测是否存在安装有各传感设备10的检查对象100的各个部位的状态变化，还能够检测是否存在检查对象100整体的状态变化。这种方式的检测系统1对于检查对象100是如桥、隧道那样的巨大的构造物的情况特别有用。
<检测系统的第三实施方式>
接着，参照图9来说明本发明的第三实施方式所涉及的检测系统。图9是示出本发明的第三实施方式所涉及的检测系统的概念图。下面，关于第三实施方式的检测系统，以与第二实施方式的检测系统的不同点为中心进行说明，省略关于相同的事项的说明。
在第三实施方式的检测系统1中，多个传感设备10分别安装于不同的多个检查对象100，除此以外与第二实施方式的检测系统1相同。
在本实施方式的检测系统1中，多个传感设备10分别安装于不同的多个检查对象100。这种方式对于比较小的多个检查对象100以相分离的方式配置的情况特别有用。
<检测方法>
接着，参照图10来说明本发明的检测方法。此外，本发明的检测方法能够使用上述的本发明的检测系统1和具有与本发明的检测系统1同等的功能的任意的系统来执行，下面设为使用检测系统1执行本发明的检测方法来进行说明。图10是示出本发明的检测方法的流程图。
本发明的检测方法S100以规定的间隔(例如每小时、每天、每周、每月等)被执行。在工序S101中，通过检测处理设备20的处理器21来生成控制数据，经由通信部27将所生成的控制数据发送到传感设备10。生成并发送的控制数据用以确定传感设备10中的驱动电路12向振动单元11提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的哪个信号。
在工序S102中，通过传感设备10的通信部14来接收控制数据并发送到驱动电路12。驱动电路12按照控制数据来向振动单元11提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号。接着，在工序S103中，利用从驱动电路12提供的电信号来驱动振动单元11，从而使振动单元11进行振动。当振动单元11振动时，振动单元11的振动被施加到检查对象100，从而检查对象100振动。
接着，在工序S104中，传感器13检测检查对象100的振动。在工序S105中，传感器13经由通信部14将与检测出的检查对象100的振动有关的振动信息发送到检测处理设备20。在工序S106中，检测处理设备20经由通信部27接收与检查对象100的振动有关的振动信息。
在工序S107中，检测处理设备20的处理器21使用相干性计算部25来计算传感设备10的振动单元11的振动与检查对象100的振动之间的相干性γ2。相干性γ2是基于存储部24内保存的与振动单元11的振动有关的振动信息以及接收到的与检查对象100的振动有关的振动信息计算出的。此外，此时使用的与振动单元11的振动有关的振动信息对应于将根据控制数据确定出的种类的电信号提供给振动单元11时的振动。例如，在根据控制数据确定出的电信号的种类是脉冲信号的情况下，在工序S107中使用存储部24内保存的振动单元11的振动信息中的与向振动单元11提供了脉冲信号时的振动单元11的振动对应的振动信息。
处理器21判别计算出的相干性γ2是否为0.5以上。在判别为计算出的相干性γ2小于0.5的情况下，处理器21判断为通过振动单元11的振动无法充分地激励出检查对象100的振动(共振)，处理转到工序S108。在工序S108中，利用处理器21来判断相干性γ2小于0.5的次数是否达到规定的次数。在此，规定的次数与驱动电路12能够向振动单元11提供的电信号的数量对应。例如，在驱动电路12构成为能够提供脉冲信号、扫频信号以及随机信号这三种信号的情况下，规定的次数为三次。
在工序S108中判别为相干性γ2小于0.5的次数未达到规定的次数的情况下，处理转到工序S109。在工序S109中，处理器21变更控制数据，来将从驱动电路12向振动单元11提供的电信号变更为不曾向振动单元11提供过的种类。例如，在已经向振动单元11提供过脉冲信号的情况下，将从驱动电路12向振动单元11提供的电信号变更为扫频信号或随机信号。之后，处理返回到S101。
另一方面，在工序S108中判别为相干性γ2小于0.5的次数已达到规定的次数的情况下，处理转到工序S110。相干性γ2小于0.5的次数已达到规定的次数意味着通过根据驱动电路12能够提供给振动单元11的电信号使振动单元11产生的振动无法充分地激励出检查对象100的振动(共振)。在该情况下，传感设备10发生了某些问题的可能性高。例如，假定可能是振动单元11已脱离检查对象100、振动单元11或传感器13发生了故障、没有向传感设备10提供足够的电力等问题。因此，在工序S110中，处理器21经由通信部27向检查对象100的管理者等的用户设备发送表示检测出错误的错误消息，并结束处理。通过将这样的错误消息发送到检查对象100的管理者等的用户设备，由此检查对象100的管理者等能够进行对传感设备10进行确认等适当的应对。
另一方面，在工序S107中判别为计算出的相干性γ2为0.5以上的情况下，处理转到工序S111。在工序S111中，处理器21使用共振频率计算部23，基于与检查对象100的振动有关的振动信息来计算检查对象100的振动的共振频率fr。将计算出的检查对象100的振动的共振频率fr作为当前的检查对象100的振动的共振频率fr保存于存储部24。
在工序S112中，处理器21使用状态变化检测部26，将由共振频率计算部23计算出的检查对象100的振动的共振频率fr与存储部24内的参照共振频率fref或存储部24内保存的以前的检查对象100的振动的共振频率fr进行比较，由此计算由共振频率计算部23计算出的共振频率fr与存储部24内保存的参照共振频率fref或以前的共振频率fr之差。
在工序S113中，判别由共振频率计算部23计算出的共振频率fr与存储部24内保存的参照共振频率fref或以前的共振频率fr之差的绝对值、即共振频率fr的变化量是否为规定的阈值以上。在工序S113中判别为计算出的差的绝对值(共振频率fr的变化量)小于规定的阈值的情况下，处理转到工序S114。在工序S114中，检测出不存在检查对象100的状态变化，通过处理器21来执行与检测结果相应的处理，从而处理结束。
另一方面，在工序S113中判别为计算出的差的绝对值(共振频率fr的变化量)为规定的阈值以上的情况下，处理转到工序S115。在工序S115中，检测出存在检查对象100的状态变化，通过处理器21来执行与检测结果相应的处理，从而处理结束。
以上基于图示的实施方式说明了本发明所涉及的检测系统1和检测方法S100，但是本发明不限定于此。本发明的各结构能够与能发挥同样的功能的任意的结构进行替换，或者能够对本发明的各结构添加任意的结构。
例如，图1所示的检测系统1的组件的数量、种类只是用于说明的例示，本发明并不限于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围内追加或组合任意的组件所得的方式、或者删除任意的组件所得的方式也在本发明的范围内。另外，检测系统1的各组件可以通过硬件来实现，也可以通过软件来实现，还可以通过它们的组合来实现。
另外，第一实施方式～第三实施方式所示的检测处理设备20的数量为一个，但是本发明不限于此。本发明的检测系统1也可以包括多个检测处理设备20。多个检测处理设备20可以分别与相同的传感设备10进行通信来检测检查对象100的状态变化，也可以分别与不同的传感设备10进行通信来检测检查对象100的状态变化。
另外，图10所示的检测方法S100的工序的数量、种类只是用于说明的例示，本发明并不限于此。在不脱离本发明的原理和意图的范围内为了任意的目的而追加或组合任意的工序所得的方式、或者删除任意的工序所得的方式也处于本发明的范围内。
产业上的可利用性
本发明的检测系统和检测方法使用VCM(Voice Coil Motor：音圈电动机)型的振动单元来作为用于使检查对象振动的振动器，该VCM型的振动单元具备：线圈，从驱动电路提供的电信号流过该线圈；弹簧，其以能够振动的方式设置；以及磁体，其安装于弹簧，以与线圈分离的方式配置。因此，不需要如使用脉冲锤的现有技术那样利用耐冲击性强的材料来构成振动单元(振动器)。并且，VCM型的振动单元能够以比较低的输入电压产生较大的振动，因此不需要如使用压电元件的现有技术那样对振动单元施加高的输入电压。因此，根据本发明，能够实现检测系统的简单化、小规模化以及省电化。因而，本发明具有产业上的可利用性。

Claims (9)

1.一种检测系统，用于检测检查对象的状态变化，所述检测系统的特征在于，
包括传感设备和检测处理设备，其中，
所述传感设备具备：振动单元，其安装于所述检查对象，用于对所述检查对象施加振动；驱动电路，其用于向所述振动单元提供用于驱动所述振动单元的电信号；以及传感器，其用于检测通过从所述振动单元施加的所述振动使所述检查对象产生的振动，
所述检测处理设备用于从所述传感设备接收与由所述传感器检测出的所述检查对象的所述振动有关的振动信息，并基于所述振动信息来检测所述检查对象的所述状态变化，
所述传感设备的所述振动单元具备：外壳，其以能够安装于所述检查对象的方式构成；线圈，其被固定地设置于所述外壳的底面，从所述驱动电路提供的所述电信号流过所述线圈；弹簧，其以能够相对于所述外壳振动的方式设置；以及磁体，其安装于所述弹簧，以与所述线圈分离的方式配置，
当从所述驱动电路对所述振动单元的所述线圈提供所述电信号时，所述磁体沿上下方向振动，
所述外壳具备盖、相对于所述检查对象固定且固定有所述线圈的基座以及位于所述盖与所述基座之间的筒状部，
所述弹簧是具有环形状的板簧，所述弹簧具备被保持在所述外壳的所述基座与所述筒状部之间的外周部以及安装有所述磁体并且包括中央开口部的中央部，
所述弹簧的所述中央部能够相对于所述外壳的所述基座振动，由此所述磁体能够相对于所述线圈振动。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，
所述检测处理设备根据所述振动信息来计算所述检查对象的所述振动的共振频率，基于所述共振频率的变化量来检测所述检查对象的所述状态变化。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，
所述检测处理设备包括存储部，该存储部用于存储所述检查对象的所述振动的所述共振频率，
所述检测处理设备将计算出的所述检查对象的所述振动的所述共振频率与事先保存在所述存储部内的所述检查对象的所述振动的所述共振频率进行比较，由此计算所述共振频率的所述变化量，在所述共振频率的所述变化量为规定的阈值以上的情况下，检测出所述检查对象的所述状态变化。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测系统，其特征在于，
所述驱动电路构成为将脉冲信号、扫频信号以及随机信号中的任意的信号作为所述电信号提供给所述振动单元。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测系统，其特征在于，
所述传感器是安装于所述检查对象的加速度传感器或以与所述检查对象分离的方式配置的激光传感器。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测系统，其特征在于，
所述检测系统包括多个所述传感设备，
所述检测处理设备从多个所述传感设备的各个所述传感设备接收与所述检查对象的所述振动有关的所述振动信息。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测系统，其特征在于，
包括所述振动单元和所述传感器的所述传感设备是被收纳在一个外壳内的一个设备。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的检测系统，其特征在于，
所述传感设备和所述检测处理设备是被收纳在一个外壳内的一个设备。
9.一种检测方法，用于检测检查对象的状态变化，所述检测方法的特征在于，包括以下工序：
从驱动电路向安装于所述检查对象的振动单元提供电信号来驱动所述振动单元，由此对所述检查对象施加振动；
使用传感器来检测通过从所述振动单元施加的所述振动使所述检查对象产生的振动；以及
使用处理器，基于由所述传感器检测出的所述检查对象的所述振动来检测所述检查对象的所述状态变化，
其中，所述振动单元具备：外壳，其以能够安装于所述检查对象的方式构成；线圈，其被固定地设置于所述外壳的底面，从所述驱动电路提供的所述电信号流过所述线圈；弹簧，其以能够相对于所述外壳振动的方式设置；以及磁体，其安装于所述弹簧，以与所述线圈分离的方式配置，
当从所述驱动电路对所述振动单元的所述线圈提供所述电信号时，所述磁体沿上下方向振动，
所述外壳具备盖、相对于所述检查对象固定且固定有所述线圈的基座以及位于所述盖与所述基座之间的筒状部，
所述弹簧是具有环形状的板簧，所述弹簧具备被保持在所述外壳的所述基座与所述筒状部之间的外周部以及安装有所述磁体并且包括中央开口部的中央部，
所述弹簧的所述中央部能够相对于所述外壳的所述基座振动，由此所述磁体能够相对于所述线圈振动。
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