CN111385724A - 侦测系统及侦测方法 - Google Patents

Abstract

一种侦测系统及侦测方法，于管路的其中一端口上配置音源装置，而于另一端口上配置讯号接收器，再将该音源装置的特定频率的声音导入该管路中，以产生共振声波，并借由电脑模拟该讯号接收器于接收该共振声波后所产生的讯号，以作为参考资讯，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件形成假想缺陷的特征的资料，故当该管路具有真实缺陷时，将该音源装置的特定频率的声音导入该管路中，以令该讯号接收器接收该共振声波而获取第二资料，再将该第一与第二资料进行比对，即可得知该真实缺陷特征。

Description

侦测系统及侦测方法

技术领域

本揭露有关一种侦测系统及方法，尤指一种应用声波的侦测系统及方法。

背景技术

目前生活或工业所需的管路密布复杂，如35000公里长的天然气管路或4060公里成的输油管密布全台湾地区，且全球至少有350万公里油气管路，其多数寿命已超过40年，故若老旧管路劣化及腐蚀会造成意外事故。

近年来，工业管路的相关工安事故主要来自于外力损伤所形成的表面缺陷或来自于材料劣化，再加上环境腐蚀因素，因而逐渐造成裂纹或壁结构减薄，导致破孔或裂缝的情况，故若能即时有效侦测管路的破孔或裂缝，即能避免意外事故发生。

传统侦测方式中，因当管路破裂时，突然释放的压力会被动地产生共振声波，故可于管路的任一处侦测该共振声波，以判断破裂处。然而，此种被动产生的共振声波，其强度不够，且容易受噪音杂讯干扰，因而仪器难以有效侦测到该共振声波，甚至因管路内部的压力过小而常无法激发出该共振声波，致使仪器无法侦测到该共振声波。另外，现有接收被动式共振声波的方式仅限用于液体管路，而不适用气体管路(如天然气管路)。

因此，遂有业者采用的方式，以改善现有接收被动式共振声波的方式的缺点。现有主动发射声波的方式中，将如图1所示的声音发射器1朝一管路10的内部提供全域频宽(即0～∞赫兹的频率)的声音，以当频宽中的频率与该管路10内液体的共振频率相同时，可激发出该管路10内的共振声波，并于该管路10上配置多个讯号接收器1a，以侦测该管路10上形成缺陷的位置。

然而，现有方式中，对于长距离的管路而言，该声音发射器需发出的声音能量极大，因而极为耗能，且所需的设备也极大。

此外，现有方式中，所需侦测的频率范围过多，即全域频宽，致使讯号资料的分析处理量极多，故不仅影响判断速度，致使无法即时得知缺陷的位置，且因侦测准确度不佳(如位置判断误差约±50公尺以上)而需大面积开挖路面，造成用路者的不便。

另外，现有方式中，需于该管路的多处位置上配置该讯号接收器，以借由调控该声音发射器所发出的声音能量，使该管路的各处均能接收到声波，甚至于弯折处也能接收到声波，故需使用大量的讯号接收器，且需开挖多处路面以安装该些讯号接收器，因而造成侦测作业的成本提高。

因此，如何克服现有技术的种种缺点，实为目前各界亟欲解决的技术问题。

发明内容

鉴于上述现有技术的种种缺失，本揭露提供一种侦测系统及侦测方法，能大幅提高侦测缺陷的能力。

本发明的侦测系统，用于侦测目标物件的缺陷，且该目标物件具有容置空间、连通该容置空间的第一端口及第二端口，该侦测系统包括：音源装置，其设于该第一端口上，以提供声音经由该第一端口输入该容置空间中而产生共振声波；资料库，其储存参考资讯，该参考资讯来自于模拟该讯号接收器于接收该共振声波后所产生的讯号，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件形成假想缺陷的特征的资料，其中，该假想缺陷的特征与该共振声波的特性相互对应；其中，该讯号接收器用以接收该共振声波而获取一目标资讯，并传递该目标资讯予该资料库，且该目标资讯包含该共振声波于该目标物件具有真实缺陷时的特性的第二资料，以通过该目标资讯与该参考资讯的比对，以由该第一资料所对应的假想缺陷的特征得知该第二资料所对应的真实缺陷的特征。

本揭露还提供一种侦测方法，包括：提供一具有容置空间的目标物件，且该目标物件具有连通该容置空间的第一端口与第二端口，并于该第一端口上配置音源装置，而于该第二端口上配置讯号接收器；令该音源装置将声音经由该第一端口输入该容置空间中，以产生共振声波；模拟该讯号接收器于接收该共振声波后所产生的讯号，以作为参考资讯，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件形成假想缺陷的特征的资料，其中，该假想缺陷的特征与该共振声波的特性相互对应；当该目标物件产生真实缺陷时，该讯号接收器于该第二端口接收该共振声波时会获取一目标资讯，其中，该目标资讯包含该共振声波于该目标物件产生该真实缺陷时的特性的第二资料；以及将该目标资讯与该参考资讯进行比对作业，以借由该第一资料所对应的假想缺陷的特征得知该第二资料所对应的真实缺陷的特征。

前述的侦测系统及侦测方法中，该目标物件的容置空间容置气体或流体。

前述的侦测系统及侦测方法中，该目标物件为管体或槽体，甚至其它适当结构体，且不论该容置空间为封闭式或开放式。

前述的侦测系统及侦测方法中，该音源装置提供不同频率的声音。

前述的侦测系统及侦测方法中，该音源装置提供不同音量的声音。

前述的侦测系统及侦测方法中，该共振声波于该容置空间中呈驻波状态。

前述的侦测系统及侦测方法中，该共振声波的特性为频率变化量或强度。

前述的侦测系统及侦测方法中，该第一资料(其来源)来自该音源装置所提供的多个模拟频率的声音，且该第二资料(其来源)来自该音源装置所提供的目标频宽段的声音，而该目标频宽段的范围为该些模拟频率中的任二者的区间。

前述的侦测系统及侦测方法中，该参考资讯以电脑程序方式模拟而得者或以机构配置方式模拟而得者。

前述的侦测系统及侦测方法中，该目标资讯的第二资料为该讯号接收器于前、后时间点所侦测得的频率的差值。

前述的侦测系统及侦测方法中，该假想缺陷的特征为位置及/或尺寸，以于进行该比对作业时，所得知该真实缺陷的特征为位置及/或尺寸。

由上可知，本揭露的侦测系统及侦测方法，主要借由该音源装置主动将声音导入该目标物件内，且该声音的频率范围能使该声音于该容置空间中的水、空气(或其它流体)中形成声场驻波，以激发出共振声波，因而当共振频率改变时，即可判断缺陷发生，并可利用该比对作业判断该真实缺陷的特征。

附图说明

图1为本揭露的侦测系统的设备配置示意图。

图2为图1的目标物件的另一样态。

图2A至图2E为图2的目标物件的其它不同样态的上视平面图。

图3为本揭露的侦测系统的音源装置所产生的声波撷取图。

图4A为本揭露的侦测系统的资料库的建置过程的选择模拟程序的方式。

图4B为本揭露的侦测系统的资料库的建置过程。

图4B-1至图4B-2为本揭露的对待测管体的频率资料撷取结果。

图4C-1为本揭露的侦测系统的资料库的参考资讯的第一资料的第二样态的显示方式。

图4C-2为图4C-1的另一形式。

图5为本揭露的侦测系统于实际侦测时选择所用的目标频宽段的示意图。

图6为本揭露的侦测方法的流程示意图。

图7为本揭露的侦测方法的目标资讯的显示方式。

图7A为本揭露的侦测方法于比对作业后所得的比对结果的曲线示意图。

图7B为图7A的另一样态。

符号说明

1 声音发射器

1a,21 讯号接收器

10 管路

2 侦测系统

2a 电脑主机

2b 传输线

20 音源装置

22 资料库

3,3’,3a-3e 目标物件

31,31a 第一端口

32,32a 第二端口

A 波峰所在处

B1 正常曲线

B2 变化曲线

C1 第一曲线

C2 第二曲线

D1,D2 缺陷处

E1,E2 频率变化量

f,f₁,f₂,f₃ 频率

f₁’,f₂’,f₃’ 上限频率

f₁”,f₂”,f₃” 下限频率

H 音量变化量

k 目标点

L 斜线

L1 虚线

L2 实线

L3 节点线

L4 下方曲线

L5 上方曲线

L6 中间曲线

P 落点

S 容置空间

t1,t2,t3,t4 目标频宽段

θ 夹角

S60～S63 步骤。

具体实施方式

以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「第一」、「第二」及「一」等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当视为本发明可实施的范畴。以下借由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

图1为本揭露的侦测系统2的设备配置示意图。如图1所示，该侦测系统2包括：一音源装置20、一讯号接收器21以及一资料库22。

于本实施例中，所述的侦测系统2用于侦测一目标物件3的缺陷，且该目标物件3具有一容置空间S、连通该容置空间S的第一端口31与第二端口32。例如，该目标物件3为管体(如图2所示)、腔体(如图2所示的目标物件3’)或其组合，其容置空间S为封闭式或开放式且用以容置气体或流体。具体地，该管体型目标物件3a,3b,3c,3d,3e可依需求采用直管、弯管或其组合，如各种弯曲角度(如图2A至图2D所示的30°、60°、90°、180°或其它等夹角θ)的弯管或如图2E所示的组合管，且该腔体型目标物件3’可为化学槽、气室或其它具局限空间腔体、或其他结构体等。

所述的音源装置20设于该第一端口31上，以提供声音经由该第一端口31输入该容置空间S中而产生共振声波。

于本实施例中，该音源装置20为声音发射器，如喇叭、无线型(蓝牙)声音发射器、有线型超音波发射器等，其能提供不同频率的声音及/或提供不同音量的声音。

此外，该共振声波于该容置空间S中呈驻波状态，如图3所示的实际量测原始管路的声波撷取图(讯号接收器21于第二端口32接收讯号)，图3为容置空间S于未产生任何缺陷或破裂前(正常状态)的频率与声压的关系图，其波峰所在处A为驻波频率，且图3所示的dBV为声音系统中声压的单位，其由20log(V_t/V₀)的公式演算而得，其中，V_t为电压测量值，V₀为指定的参考电压，而dBV的定义为以电压1伏特为基准的dB值，即V₀等于1伏特(V)。

如图1所示，所述的资料库22储存参考资讯，该参考资讯来自于模拟该讯号接收器21于接收该共振声波的前及于接收该共振声波之后所产生的讯号，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件3形成至少一假想缺陷的特征(如位置及/或尺寸)的相关资料，其中，该第一资料包含共振声波于正常状态(无假想缺陷)或变化状态(有假想缺陷)下各频率扫频后的声压或振幅的频率变化，该假想缺陷定义为该目标物件3的本体上所假设的如破洞、破孔、裂缝等连通该容置空间S的非预期开口状，且该假想缺陷的特征会影响该共振声波的特性，致使两者相互对应，即每一种假想缺陷的特征会产生一笔第一资料。具体地，该参考资讯的第一资料与该假想缺陷的特征之间的对应关联性可定义如下表所示：

	第一资料的第一样态	第一资料的第二样态
			假想缺陷	无对应假想缺陷的特征	有对应假想缺陷的特征

具体地，针对各个不同的管路(如图1、图2A至图2E所示的目标物件3,3a～3e)或槽体(如图2所示的目标物件3’)于侦测之前，需建立一资料库22。例如，该资料库22储存该参考资讯，该参考资讯包含各种管路布设或各种槽体于产生不同尺寸与位置的缺陷或破孔后(变化状态，第一资料的第二样态)的驻波频率、及该些管路布设或槽体于未产生任何缺陷或破裂前(即正常状态，第一资料的第一样态)的对应驻波频率的频率差变化频谱资料，其中，于频率差变化频谱资料中，每一笔代表一个案例(或模式)于各驻波频率的频率变化。

进一步，图3(驻波音场资料)为初始建置该资料库22时需进行的实际扫频作业，图3为该容置空间S于未产生任何缺陷或破裂前(正常状态)的频率与声压的关系图，其目的在于定义该侦测系统2的驻波频率，且图3中的波峰所在处A为该侦测系统1的驻波频率，以依据诊断所需的频宽段可一直扫频(不限定在低频段)，如2KHz，5KHz，甚至到超音波段20KHz以上均可如此定义。于建置该资料库22的过程中，如后述的图4A，可借由模拟方式得到各种管路频率资料，此为比对现场管路(或图3的实际驻波频率)所作验证比对调整。

该资料库22包含图3、图4A之外，还包含管路或槽体具有假想缺陷或假想破孔的频率资料(第一资料的第二样态)，如图4B所示的正常状态下(无缺陷)于某一位置(如自该第一端口31延伸50公尺的位置)的曲线图，图4B为采用模拟方式取得；图4C-1为模拟于各位置下，假想破孔前后的频率变化图、及图4C-2为模拟于同位置下，假想破孔前后且不同孔径的频率变化图。

于本实施例中，如图1所示，该资料库22配置于一如电脑主机2a、云端伺服器或其它电子装置中。在实际量测破管之前，该资料库22需先进行建立阶段。

此外，该参考资讯以电脑程序方式模拟而得，如图1所示，其将欲测试的管路或槽室的配置资讯(如虚拟模型)汇入该电脑主机2a中，以模拟该欲测试的管路或槽室于正常状态时的共振声波的特性、或于产生假想缺陷时的共振声波的特性及其相关资料(如该假想缺陷的特征)，如图4A、图4B、图4C-1至图4C-2。或者，该参考资讯也可以机构配置配合量测仪器的方式模拟而得，如图2E所示，其仿照现场管路或槽室的配置组建或搭设另一相同管路或相同槽室，以模拟该现场管路或槽室于正常状态时的共振声波的特性、或于产生假想缺陷时的共振声波的特性及其相关资料(如假想缺陷的特征)。例如，可采用真实破管方式(产生不同破管位置或大小)，以建立实际缺陷时的共振声波的特性及其相关资料，借此建立资料库22与参考资讯。

另外，参照图4A，由于电脑程序的种类繁多，故为了选择较佳的电脑程序，可将各种电脑程序(如第一模拟程序、第二模拟程序...第N模拟程序)所演算出的各种参考资讯与该机构配置(仿照现场管路)配合量测仪器所测得的参考资讯进行比对，以选择较匹配者作为模拟程序，而确保该电脑程序的模拟准确性。具体地，于各种模式(即欲测试的管路或槽室的各种样态，如图1至图2E所示，且将各种样态编列为图4A所示的编号1～45)下，相同声音分贝量所得的共振声波的特性几乎相符合，约95％以上吻合度。例如，该机构配置的仿照现场管路配合量测仪器于该第二端口32所测得的频率(如图4A所示的模式1,2,3,4,5,6,7,25,26,27,28,36,37,38,43,44,45的落点P)，若叠合于某一个电脑程序(如第一模拟程序)的虚拟管路于该第二端口32所演算出的频率(如图4A所示的斜线L)上，则可选择该电脑程序(如第一模拟程序)作为该电脑主机2a的模拟程序，以用于后续进行该资料库22的建置参考资讯的相关作业。

另外，该共振声波的特性为强度或频率变化量(frequency shift)。具体地，当该音源装置20提供不同输出频率的声音时，该第一与第二端口31,32之间的路径上的各位置所产生的声音强度(或声压)会不相同，如图4B所示的资料库22的部分内容，其于模拟正常状态下(无缺陷)于某一位置(如自该第一端口31延伸50公尺的位置或是在第二端口32处)接收回波频率的曲线图、或以列表方式呈现(如下两列表所示)。图4B与表一、表二均属于资料库20的演算过程的一部分且属于第一资料的第一样态，其并无对应的假想缺陷的特征的相关资料，借此可用以建立该资料库22的参考资讯的第一资料的第一样态。

表一：

表二：

或者，于该目标物件3具有相同尺寸的假想缺陷的条件下，当该假想缺陷位于不同位置时，图4B所示的曲线图会发生变化或位移，即在驻波音场下，破孔会导致频率变化(频率变化可能为频率上升或下降的情形)，故于该容置空间S的各处所模拟出的频率会产生变化，且将此处改变后的频率(破孔后)与原本的频率(破孔前)两者的差值作为频率变化量，以得到管路上的各位置的频率变化量的曲线图。

资料库22进一步建构具有假想缺陷或假想破孔的频率资料(第一资料的第二样态)，图4C-1、图4C-2为第一资料的第二样态。所述的频率变化量，其曲线图如图4C-1所示的横轴单位为频率(赫兹)及纵轴单位为频率变化量(ΔHz)，图4C-1为采用模拟方式且图4C-1上的曲线上的各点为代表于该频率下，假想破孔前频率与假想破孔后频率之间的频率变化量，如图4C-1所示的虚线L1(其代表当该假想缺陷与该第一端口31之间的路径长度为1公尺时，横轴的频率代表第一端口31发射出的各频率，先量测未有假想缺陷时，第二端口32所接收的回波频率；再量测有假想缺陷下，第二端口32所接收的回波频率，且将两曲线相减后得到该虚线L1)、实线L2(代表当该假想缺陷与该第一端口31之间的路径长度为3公尺时所演算的结果)及节点线L3(代表当该假想缺陷与该第一端口31之间的路径长度为4.9公尺时所演算的结果)。具体地，横轴的频率是第一端口31打出的各频率0～2000赫兹，曲线各点为第二端口32所接收的回波频率，在破孔前后的频率变化量。该频率变化量的计算方式，以虚线L1为例，资料点(1500赫兹，4赫兹)代表第一端口31发射出1500赫兹，当第一端口31相距1公尺处产生一假想缺陷时，第二端口32所接收的回波频率将产生4赫兹的频率变化量。

同理地，如图4C-2所示，其横轴的单位为频率(赫兹Hz)，纵轴单位为频率变化量(ΔHz)，图4C-2采用模拟方式且图上曲线上的各点代表该频率下，假想破孔前频率与假想破孔后频率之间的频率变化量，横轴的频率是第一端口31打出的各频率0～2000赫兹；曲线各点为第二端口32所接收的回波频率，在破孔前后的频率变化量。于该目标物件3具有相同位置(如该假想缺陷与该第一端口31之间的路径长度为4.9公尺)的假想缺陷的条件下，当该假想缺陷具有不同尺寸时，也会得到频率变化量，故能得到该假想缺陷的尺寸的曲线图，如图4C-2所示的下方曲线L4(先量测未有假想缺陷时，横轴的频率代表第一端口31发射出的各频率，记录第二端口32所接收的回波频率；再量测具有假想破孔于孔径0.5㎜下，第一端口31发射出的各频率，记录第二端口32所接收的另一组回波频率，再将两曲线相减后得到该下方曲线L4)、上方曲线L5(代表假想破孔的孔径1㎜)、中间曲线L6(代表假想破孔的孔径2㎜)。

图4C-1、图4C-2为属于该资料库20的演算完成的一部分，图4C-1为模拟于各位置下，假想破孔前后的频率变化图；及图4C-2为模拟于同位置下，假想破孔前后且不同孔径的频率变化图。于此阶段，为建立完成该资料库22的参考资讯的第一资料的第二样态。

应可理解地，该资料库22的参考资讯的第一资料的第一样态属于正常状态，因而不会产生频率变化量，故可将图4B与表一、表二的内容作为该参考资讯的第一资料的第一样态的相关资料。

上述资料库22建构完后，进入现场实际管路量测，借以找出实际破孔位置与尺寸大小。图4B-1、图4B-2为实际量测待测管路的结果并且其目的在于撷取频率变化量(ΔHz)。图4B-1、图4B-2为属于目标资讯的第二资料范畴，图4B-1、图4B-2为正常状态(破孔前)与变化状态(有实际破孔)下，同一位置实际量测频率与声压的关系图，为采用图3的方式，于正常状态(实际破孔前)下进行扫频会得到一正常曲线B1，而于变化状态(实际破孔后状态)下进行扫频会得到一变化曲线B2，且该正常曲线B1与该变化曲线B2会发生偏移(如图4B-2所示的峰值所在处的频率变化量E1约为5赫兹，正常曲线B1区域波峰为1225赫兹，变化曲线B2区域波峰为1220赫兹)，故以特定音频(如峰值所在处的1225赫兹)侦测时，该正常曲线B1与该变化曲线B2之间会产生音量变化(如图4B-1所示的音量变化量H)，且以该同一音量变化推估的正常曲线B1与该变化曲线B2之间的频率变化量E2约为5赫兹(如图4B-2所示，在声压0.46dBV的水平线中，正常曲线B1的频率为1230赫兹，变化曲线B2的频率为1225赫兹)，因而可知两频率变化量E1,E2大致相等(即E1≒E2)。因此，该特定音频(1225赫兹)的频率变化量E1,E2为5赫兹，并可利用声波强度来推估频率变化。图4B-1、图4B-2为属于针对待测管路实际量测过程，目的在于取得频率变化量(ΔHz)。有关决定频率变化量的方式繁多，并不限于上述，特此述明。

借由图4B-1、图4B-2取得待测管路的频率变化量(ΔHz)关系后(目标资讯的第二资料)，频率变化量(ΔHz)可整理为图7的目标点k图，各目标点k为实际破孔前后的频率变化量。开始进行比对作业时，将图4B-1、图4B-2的频率变化量(ΔHz)与资料库22的图4C-1、图4C-2(第一资料的第二样态)进行比对。实际比对作业如图7A、图7B，可借由目标点k和曲线叠合，找到破孔的位置与尺寸，下方将进行详述。

如图1、图2所示，所述的讯号接收器21设于该第二端口32上，以接收该共振声波而获取一目标资讯，并以人工方式(如自行输入至电脑主机2a)或自动方式(如图2所示的传输线2b或如图2’所示的无线传输)传递该目标资讯予该资料库22，其中，该目标资讯包含当该目标物件3具有真实缺陷时，该共振声波的特性的第二资料，且该第二资料为真实量测状况(如前、后时间点所得的频率的差值，其基于该讯号接收器21于该第二端口32所接受的回波频率)，使该第二资料将反映出容置空间S的真实缺陷、实际破孔位置与尺寸。

因此，当该目标资讯的第二资料(对该容置空间S的真实现场量测内容等相关资料)与该参考资讯的第一资料(第一样态与第二样态)进行比对作业时，能借由该假想缺陷或预设真实缺陷的特征得知该真实缺陷的特征，其中，该真实缺陷定义为该目标物件3的本体上的如破洞、破孔、裂缝等连通该容置空间S的非预期开口状。

经过该资料库22的建立过程，例如：管路或槽体未破裂前原始的频率资料，如图3(实际量测未有缺陷管路时，驻波音场资料)、图4A(借由模拟方式得到管路频率资料)及图4B(借由模拟方式得到共振声波的强度与频率的关系)所示；以及管路或槽体有实际缺陷或实际破孔的频率资料，如图4C-1(各位置下，模拟假想破孔前后的频率变化图)、图4C-2(同位置下，模拟假想破孔前后且不同孔径的频率变化图)。

于建立该资料库22后，将挑选出特定共振音频，如图5所示，当于后续进行实际侦测缺陷的作业时，作业员将特定音频打入管路或槽体中，音波在管路或槽体内部会形成驻波，并且由该讯号接收器21接收频率与振幅讯号，以利用简易演算方式获取该第二资料(详如后述)。

于本实施例中，关于选出特定共振音频的过程中，该参考资讯中的该共振声波的特性(其来源)来自于该音源装置20所提供的多个模拟频率(如图4B所示的0～2000赫兹的频率)的声音，且该目标资讯中的该共振声波的特性(其来源)来自于该音源装置20所提供的目标频宽段t1,t2,t3(如图5所示)的声音，而该目标频宽段t1,t2,t3为基于该些模拟频率中的任二者的区间作界定，目标频宽段t1,t2,t3涵盖共振频率f₁,f₂,f₃。具体地，选择声压变化剧烈之处的至少一频率(如图4B所示的曲线中的九个频率f，频率f具有区间较高声压)作为基准，再以该基准的略高(上限)频率f₁’,f₂’,f₃’与略低(下限)频率f₁”,f₂”,f₃”之间的区间作为该目标频宽段t1,t2,t3，如图5所示。

此外，由于该声压变化剧烈之处能明显反映该共振声波的特性，故选用此处的相邻处的频率作为该目标频宽段t1,t2,t3的范围，以于该侦测系统2运作时，只需令该音源装置20发出至少一目标频宽段t1,t2,t3内的至少一频率(如图4B所示的频率f或如图5所示的频率f₁,f₂,f₃)，即可使该电脑主机2a获取能有效比对该参考资讯的目标资讯，而无需令该音源装置20发出该参考资讯内的所有模拟频率。

图6为本揭露的侦测缺陷的方法的流程图。于本实施例中，为采用该侦测系统2实际侦测该目标物件3是否具有缺陷及该缺陷的相关特征。

首先，于步骤S60中，依据图2E的管路配置，将该目标物件3e的第一端口31a上设置该音源装置20，而于该第二端口32a上设置该讯号接收器21。应可理解地，所采用的目标物件的样态并不限于上述。

接着，于步骤S61中，建置该资料库22的参考资讯。具体地，于步骤S610中，令该音源装置20将特定音频的声音(如图5所示的目标频宽段t1,t2,t3)经由该第一端口31a输入该容置空间S中，以产生共振声波。于步骤S611中，以电脑程序模拟(以数值或理论计算)该讯号接收器21于接收该共振声波后所产生的讯号，以建立参考资讯，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件3e形成假想缺陷的位置(或尺寸)的资料，如该管路的最佳侦测特性频宽变化资料，其中，该假想缺陷的位置(或尺寸)与该第一资料的第二样态(或该共振声波的特性)为相互对应，且该第一资料除了包含该目标物件3e于形成该假想缺陷之后(属于该第二样态)所模拟出的相关内容，更可包含该目标物件3e于形成该假想缺陷之前(属于该第一样态)所模拟出的相关内容。于步骤S611将产出如图3(实际量测未有缺陷管路时，驻波音场资料)、图4A(借由模拟方式得到管路频率资料)及图4B(模拟方式得到共振声波的强度与频率的关系)所示；以及管路或槽体有假想缺陷或假想破孔的频率资料，如图4C-1(各位置下，模拟方式得到假想破孔前后的频率变化图)、图4C-2(同位置下，模拟方式得到假想破孔前后且不同孔径的频率变化图)，此步骤S611等同该资料库22建立阶段。

于本实施例中，可依据实际扫频结果(即模拟全域频宽)，筛选特定音频与音量，以用于该参考资讯，如图4B所示的频率f及0～80分贝的声量。进一步，可依物件长度或物件型式(如图2A至图2E所示的目标物件3a-3e)选择最佳的侦测频率范围，如图5所示的目标频宽段t1,t2,t3。

接着，于步骤S62中，当作业员进行定期检测时，作业员实际侦测该目标物件3e是否具有缺陷。具体地，于步骤S620中，选择频率变化较明显的频段，即至少一目标频宽段t1,t2,t3内的至少一频段(如图4B所示的频率f或如图5所示的频率f₁,f₂,f₃)，再于步骤S621中，令该音源装置20主动发出所选择的目标频宽段t1,t2,t3内的频段(如图4B所示的频率f或如图5所示的频率f₁,f₂,f₃)的声音，将其经由该第一端口31a输入该容置空间S中。

于本实施例中，作业员可依该讯号接收器21能实际侦测到的频率讯号，选定最佳的发射声波频段与能量，如图4B所示的频率f或如图5所示的频率f₁,f₂,f₃的声音，以令该音源装置20打入该目标物件3e，使该讯号接收器21接收声音资料。

之后，于步骤S63中，分析处理该讯号接收器21所接收的声音资料。具体地，该讯号接收器21于该第二端口32a接收该共振声波时会获取一目标资讯，该目标资讯包含该共振声波的特性的第二资料(对待测物的实际量测结果)，以将该讯号接收器21的目标资讯的第二资料与该资料库22的参考资讯的第一资料进行比对作业，使该第二资料反映出该容置空间S的真实缺陷、实际破孔位置与尺寸。此步骤S63的实施例为借由图4B-1、图4B-2取得待测管路的频率变化量(ΔHz)关系后(目标资讯的第二资料)，频率变化量(ΔHz)可整理为图7的目标点k图，各目标点k为实际破孔前后的频率变化量。开始进行比对作业时，将图4B-1、图4B-2的频率变化量(ΔHz)与资料库22的图4C-1、图4C-2(第一资料的第二样态)进行比对。实际比对作业如图7A、图7B，可借由目标点k和曲线叠合，找到破孔的位置与尺寸。

具体地，若该目标物件3e没有缺陷时(声波强度没有强弱变化)，该讯号接收器21于任何时间所接收的接收讯号(频率)没有变化。例如，三天前所测得的频率与今天后所测得的频率相同，作业员无需进行比对作业。应可理解地，若将此内容传输至该资料库22中，其会大致等同于该资料库22的参考资讯的第一资料中的该目标物件3e于形成该假想缺陷之前(正常状态或没有假想缺陷)所模拟出的相关内容(如第一样态的内容)，即该共振声波于管路的各位置处未产生频率变化。

另一方面，若该目标物件3e具有真实缺陷时(声波强度产生强弱变化及频率偏移现象如图4B-1、图4B-2，图4B-1、图4B-2为待测管路的实际破孔前后量测其频率变化曲线)，当令该音源装置20将如该目标频宽段t4内的至少一频段于该容置空间S时，该讯号接收器21于前后时间点所接收的接收讯号(频率)会产生变化，此时，将该讯号接收器21所实际侦测到的频率讯号进行简易演算，以获取该目标资讯的第二资料(目标点k)，如图7所示。例如，该讯号接收器21于三天前所侦测得的频率(如1200赫兹)与今天所侦测得的频率(如1193.2赫兹)不相同，遂将两者相减，以获得一个目标点k(如频率变化量6.8赫兹)，以供作为该目标资讯的第二资料的内容，再将该内容传输至该资料库22中进行比对，该内容会大致等同于该资料库22的参考资讯的第一资料中的第二样态(该目标物件3e于形成该假想缺陷之后所模拟出的相关内容)。因此，借由该资料库22的参考资讯的第一资料中的第二样态所对应的假想缺陷的位置(如图4C-1、图7A及图7B所示的频率变化图)及/或尺寸(如图4C-2所示的频率变化图)，可得知此时(今天)该目标物件3e的真实缺陷的位置及/或尺寸，如下关于该参考资讯与该目标资讯的汇整表单所示的定义。

具体地，有关上表的第一资料与第二资料比对过程如图7A所示的频率变化图，图7A为该资料库22的参考资讯的第一资料(第二样态)与该目标资讯的第二资料的目标点k作叠合的关系图，其显示该资料库22的参考资讯的第一资料中的第二样态的内容(即该目标物件3e于形成该假想缺陷之后所模拟出的第一曲线C1与第二曲线C2)，且该第一曲线C1对应该假想缺陷的位置为70公尺(已知假想缺陷的特征，第一资料的第二样态)，而该第二曲线C2对应该假想缺陷的位置为1.5公尺(已知假想缺陷的特征，第一资料的第二样态)，故当该讯号接收器21的目标资讯的第二资料的目标点k(因该音源装置20只打入该目标频宽段t1,t2,t3内的至少一频率f,f₁,f₂,f₃，故该第二资料不会出现曲线，目标点k为实际破孔前后的频率变化量，也就是管路正常情况下目标频宽段t1,t2,t3的回波频率，减去实际破孔情况下目标频宽段t1,t2,t3的回波频率)叠合该第二曲线C2时，则代表该真实缺陷的位置为1.5公尺，即图2E所示的缺陷处D1与该第一端口31a之间的路径长度为1.5公尺，第二资料的目标点k叠合在第一资料的第二样态的第二曲线C2上，借此确定真实缺陷的位置。同理可知，当该讯号接收器21的目标资讯的第二资料的目标点k叠合该第一曲线C1时，如图7B所示，则代表该真实缺陷的位置为70公尺，即图2E所示的缺陷处D2与该第一端口31a之间的路径长度(弯曲路径长)为70公尺，第二资料的目标点k叠合在第一资料的第二样态的第一曲线C1上，借此确定真实缺陷的位置。

应可理解地，若于比对作业中，以该资料库22所储存的第一资料的第二样态对应该假想缺陷的尺寸(另一种已知假想缺陷的特征)的模拟内容物作为比对基础，如图4C-2所示，则第二资料的目标点k与图4C-2叠合后能得到该真实缺陷的尺寸。

因此，本揭露的侦测方法中，在该目标物件3,3’,3a-3e(如管路或腔体)内所产生的多个共振声波的频率(以数值模拟或其它方式求出)的附近决定出该目标频宽段，以令该音源装置20主动提供较小范围频宽段的声波(依管路的布设复杂程度及缺陷位置或大小，决定该目标频宽段的数量)，以强化并产生该目标物件3,3’,3a-3e(如管路)的共振声波的频率。

此外，该目标频宽段t1,t2,t3,t4的能量(强度)与频宽为依各频率明显度(如图4B所示的分贝变化量大的频率f)而决定，故该音源装置20能选择多个小分贝声压的目标频宽段t1,t2,t3,t4作为输入声音，因而能大幅节省该侦测系统2的设备成本，且借由至少两种频率的输入声音进行侦测作业，因而能交叉比对(如图7A及图7B所示的不同目标频宽段t1,t2,t3,t4经侦测后而简易演算出的目标点k大致位于同一曲线上)及多重验证(如图7A及图7B所示的同一目标频宽段t1经侦测后而简易演算出的四个目标点k均位于同一曲线上)侦测的可靠性以提高侦测准确度(如位置判断误差约±5公尺以下)，因而能减少路面开挖的面积(如判断误差低及使用单一讯号接收器)。应可理解，该参考资讯的模拟资料越多，该比对作业的侦测准确度越好。

另外，作业员利用该参考资讯的第一资料的第二样态(如共振声波的频率或音量变化)与该假想缺陷的特征的关系(以数值模拟或其它方式求出的曲线图)，以推测出该目标资讯的第二资料所对应的真实缺陷的特征(如破孔的位置及/或尺寸)。

另外，由于管路布设的现场通常会长期使用，因而需定期检测，故可将同一区域的管路的侦测结果(含误差值)汇整为历史纪录，例如将该目标资讯的第二资料的内容物(如目标点k)及其对应的真实缺陷的特征进行汇整，以作为该参考资讯的第一资料的第二样态(即历史纪录)，使日后进行侦测时，可参考该历史纪录进行比对作业(即点对点的叠合)，以更准确推测判断该真实缺陷的特征。

综上所述，本揭露的侦测系统及侦测方法，借由主动将该音源装置的目标频宽段的声音导入该目标物件内，以于该空置空间中的水、空气(或其他流体)中形成声场驻波而形成共振声波，因而当共振频率改变时，即可判断缺陷发生，并可利用如频率变化量型态的第一资料判断该真实缺陷的位置及/或尺寸，故不仅能节省能源、降低软体复杂度及减少设备成本(如采用低分贝音源及单一讯号接收器)，且能大幅提高侦测缺陷的能力。

上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (14)

1.一种侦测系统，用于侦测目标物件的缺陷，且该目标物件具有容置空间、连通该容置空间的第一端口及第二端口，其特征在于，该侦测系统包括：

音源装置，其设于该第一端口上，以提供声音经由该第一端口输入该容置空间中而产生共振声波；

讯号接收器，其设于该第二端口上；以及

资料库，其储存参考资讯，该参考资讯来自于模拟该讯号接收器于接收该共振声波后所产生的讯号，且该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件形成假想缺陷的特征的资料，其中，该假想缺陷的特征与该共振声波的特性相互对应；

其中，该讯号接收器用以接收该共振声波而获取一目标资讯，并传递该目标资讯予该资料库，且该目标资讯包含该共振声波于该目标物件具有真实缺陷时的特性的第二资料，以通过该目标资讯与该参考资讯的比对，以由该第一资料所对应的假想缺陷的特征得知该第二资料所对应的真实缺陷的特征。

2.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该目标物件的容置空间容置气体或流体。

3.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该音源装置提供不同频率的声音。

4.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该音源装置提供不同音量的声音。

5.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该共振声波于该容置空间中呈驻波状态。

6.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该共振声波的特性为频率变化量或强度。

7.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该参考资讯中的该共振声波的特性来自该音源装置所提供的多个模拟频率的声音，且该目标资讯中的该共振声波的特性来自该音源装置所提供的目标频宽段的声音，而该目标频宽段的范围为该多个模拟频率中的任二者的区间。

8.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该参考资讯以电脑程序方式模拟而得者或以机构配置方式模拟而得者。

9.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该目标资讯的第二资料为该讯号接收器于前、后时间点所侦测得的频率的差值。

10.根据权利要求1所述的侦测系统，其特征在于，该假想缺陷的特征为位置及/或尺寸，以于进行该比对作业时，所得知该真实缺陷的特征为位置及/或尺寸。

11.一种侦测方法，其特征在于，包括：

提供一具有容置空间的目标物件，其中，该目标物件具有连通该容置空间的第一端口与第二端口，并于该第一端口上配置音源装置及于该第二端口上配置讯号接收器；

令该音源装置将声音经由该第一端口输入该容置空间中，以产生共振声波；

模拟该讯号接收器于接收该共振声波后所产生的讯号，以作为参考资讯，其中，该参考资讯包含该共振声波的特性的第一资料及该目标物件形成假想缺陷的特征的资料，且该假想缺陷的特征与该共振声波的特性相互对应；

当该目标物件产生真实缺陷时，该讯号接收器于该第二端口接收该共振声波时会获取一目标资讯，其中，该目标资讯包含该共振声波于该目标物件产生该真实缺陷时的特性的第二资料；以及

将该目标资讯与该参考资讯进行比对作业，以借由该第一资料所对应的假想缺陷的特征得知该第二资料所对应的真实缺陷的特征。

12.根据权利要求11所述的侦测方法，其特征在于，该共振声波于该容置空间中呈驻波状态。

13.根据权利要求11所述的侦测方法，其特征在于，该第一资料来自该音源装置所提供的多个模拟频率的声音，且该第二资料来自该音源装置所提供的目标频宽段的声音，而该目标频宽段的范围为该多个模拟频率中的任二者的区间。

14.根据权利要求11所述的侦测方法，其特征在于，该假想缺陷的特征为位置及/或尺寸，以于进行该比对作业时，所得知该真实缺陷的特征为位置及/或尺寸。

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