JP2008008815A - Signal detecting device, signal detecting method, and signal detecting program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To determine whether an AE signal is included in a signal detected by an optical fiber AE sensor. <P>SOLUTION: A FFT part 130 carries out FFT with respect to signal data acquired by an optical fiber AE sensor 10. A power spectrum intensity calculating part 150 calculates the intensity of the power spectrum of each frequency width by calculating the sum of the power spectrum with respect to a prescribed frequency width. A feature quantity deciding part 170 decides a frequency corresponding to the peak power spectrum intensity of top n as feature quantity. A signal recognizing part 180 is configured so as to determine whether the AE signal exists by using the feature quantity decided by the feature quantity deciding part 170. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、センサによって検出された信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを検出する信号検出装置、信号検出方法および信号検出プログラムに関し、特に、S/N比が低い場合にも雑音以外の信号の有無を精度良く識別することができる信号検出装置、信号検出方法および信号検出プログラムに関するものである。   The present invention relates to a signal detection apparatus, a signal detection method, and a signal detection program for detecting whether or not a signal detected by a sensor includes a signal other than noise, and in particular, even when the S / N ratio is low, other than noise. The present invention relates to a signal detection apparatus, a signal detection method, and a signal detection program that can accurately identify the presence or absence of a signal.

火力発電所では、稼動中の高温機器の異常兆候を早期に検知し、状態を監視する技術の導入が望まれている。この一環として、アコースティック・エミッション(Acoustic Emission 以降AE)法による異常兆候・診断技術が検討されている。AEは固体材料の破壊や変形に伴って弾性エネルギが解放され、音波(AE波)を生じる現象である(例えば、非特許文献1参照。)。   In thermal power plants, it is desired to introduce technology to detect abnormal signs of operating high-temperature equipment early and monitor the condition. As part of this, abnormal signs and diagnostic techniques using the Acoustic Emission (AE) method are being studied. AE is a phenomenon in which elastic energy is released with the destruction and deformation of a solid material and a sound wave (AE wave) is generated (for example, see Non-Patent Document 1).

従来、大型構造物の欠陥検査には超音波やX線による探傷法が用いられてきたが、広範囲の検査には大規模な装置や検査時間・労力を必要とした。これに対しAE法は欠陥の発生・成長を時系列的に監視でき、センサを複数個配置することにより、いつ、どこで、どのようにして、どの程度損傷したのかを定量的に評価可能である。しかし、一般に用いられている圧電素子によるAEセンサ(以下、圧電素子AEセンサ)は、耐用温度が約200℃までと低いため、高温機器に対して、センサを直接接触させてAEを観測することはできない。   Conventionally, a flaw detection method using ultrasonic waves or X-rays has been used for defect inspection of large structures. However, a wide range of inspections requires a large-scale apparatus, inspection time and labor. On the other hand, the AE method can monitor the occurrence and growth of defects in time series, and by arranging multiple sensors, it is possible to quantitatively evaluate when, where, how and how much damage has occurred. . However, since AE sensors using piezoelectric elements (hereinafter referred to as piezoelectric element AE sensors) that are generally used have a low service temperature of about 200 ° C., AE is observed by directly contacting the sensor with high-temperature equipment. I can't.

近年、光ファイバによるひずみセンサが開発され、AE測定へも適用が検討されている。光ファイバは石英ガラスでできているため、高温環境での使用が期待できる。また、圧電素子AEセンサで問題となる環境電気ノイズの影響を受けないという利点もある。例えば、非特許文献2および3には600℃まで使用可能な高温用AEセンサが記載されている。   In recent years, strain sensors using optical fibers have been developed, and their application to AE measurement is being studied. Since the optical fiber is made of quartz glass, it can be expected to be used in a high temperature environment. In addition, there is an advantage that it is not affected by environmental electrical noise which is a problem in the piezoelectric element AE sensor. For example, Non-Patent Documents 2 and 3 describe high-temperature AE sensors that can be used up to 600 ° C.

AE特別研究委員会教育WG、「アコースティック・エミッションI」、日本非破壊検査協会、1995AE Special Research Committee Education WG, “Acoustic Emission I”, Japan Nondestructive Inspection Association, 1995 P. Chivavibul、福富広幸、緒方隆志、高橋真、松村文雄、町島祐一、「光ファイバ型センサを用いたAE法に基づく状態監視技術の開発」、電力中央研究所研究報告、Q04014、2005P. Chivavibul, Hiroyuki Fukutomi, Takashi Ogata, Makoto Takahashi, Fumio Matsumura, Yuichi Machishima, “Development of condition monitoring technology based on AE method using optical fiber sensor”, Research Report of Central Research Institute of Electric Power, Q04014, 2005 P. Chivavibul, H. Fukutomi, S. Takahashi and Y. Machijima, “Development of Heat-resistant Optical Fiber AE Sensor”,Progress in Acoustic Emission XV, 2004P. Chivavibul, H. Fukutomi, S. Takahashi and Y. Machijima, “Development of Heat-resistant Optical Fiber AE Sensor”, Progress in Acoustic Emission XV, 2004

しかしながら、光ファイバAEセンサには、S/N比が低いため、圧電素子AEセンサに比べてノイズが非常に大きいという問題がある。図15に光ファイバAEセンサと圧電素子AEセンサによる信号波形を示す。圧電素子AEセンサは、その厚みや材質によって共振周波数が決まっており、たとえば金属用(100kHz以上)やコンクリート(100kHz以下)など、対象とするAEの周波数帯域に合わせた共振周波数のセンサを選択することで、微小振幅の信号が検出できる。その反面、周波数的に大きく変調された信号になっており、複合要因によるAE信号を検出するには、同じ位置に複数のセンサを配置する必要がある。   However, since the optical fiber AE sensor has a low S / N ratio, there is a problem that noise is very large compared to the piezoelectric element AE sensor. FIG. 15 shows signal waveforms obtained by the optical fiber AE sensor and the piezoelectric element AE sensor. The resonance frequency of the piezoelectric element AE sensor is determined by its thickness and material. For example, for a metal (100 kHz or more) or concrete (100 kHz or less), a sensor having a resonance frequency that matches the frequency band of the target AE is selected. Thus, a signal with a small amplitude can be detected. On the other hand, the signal is greatly modulated in frequency, and in order to detect an AE signal due to a composite factor, it is necessary to arrange a plurality of sensors at the same position.

一方、光ファイバAEセンサは、周波数特性がフラットで、さまざまな周波数のAE信号を取ることができる反面、非常にノイズが大きい。そのため、測定した波形がノイズだけなのか、AE信号を含むのかを判別することが難しい。   On the other hand, the optical fiber AE sensor has a flat frequency characteristic and can take AE signals of various frequencies, but it is very noisy. Therefore, it is difficult to determine whether the measured waveform is only noise or includes an AE signal.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、光ファイバAEセンサのようにS/N比が低い場合にも雑音以外の信号の有無を精度良く識別することができる信号検出装置、信号検出方法および信号検出プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and accurately identifies the presence / absence of signals other than noise even when the S / N ratio is low as in an optical fiber AE sensor. An object of the present invention is to provide a signal detection device, a signal detection method, and a signal detection program capable of performing the above.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明に係る信号検出装置は、センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換手段と、前記離散フーリエ変換手段により得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出手段と、前記パワースペクトル強度算出手段により所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別手段と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a signal detection device according to the invention of claim 1 includes discrete Fourier transform means for performing discrete Fourier transform on a signal detected by a sensor, and the discrete Fourier transform means. The power spectrum intensity calculating means for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each predetermined frequency width with respect to the power spectrum obtained by the above, and calculated for each predetermined frequency width by the power spectrum intensity calculating means. A signal presence / absence identification for identifying whether or not a signal other than noise is included in the signal, using a predetermined number of power spectrum intensities of the power spectrum intensities and frequencies corresponding to the power spectrum intensities as features. Means.

また、請求項2の発明に係る信号検出装置は、請求項1の発明において、前記信号有無識別手段は、パターン識別によって前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別することを特徴とする   According to a second aspect of the present invention, there is provided the signal detection device according to the first aspect, wherein the signal presence / absence identifying means identifies whether the signal includes a signal other than noise by pattern identification. Be

また、請求項3の発明に係る信号検出装置は、請求項2の発明において、前記信号有無識別手段は、サポートベクターマシンによって前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the signal detection device according to the second aspect, the signal presence / absence identifying means identifies whether the signal includes a signal other than noise by a support vector machine. Features.

また、請求項4の発明に係る信号検出装置は、請求項1、2または3の発明において、前記信号は、光ファイバAEセンサにより検出された信号であることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the signal detection device according to the first, second, or third aspect, the signal is a signal detected by an optical fiber AE sensor.

また、請求項5の発明に係る信号検出方法は、センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換ステップと、前記離散フーリエ変換ステップにより得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出ステップと、前記パワースペクトル強度算出ステップにより所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別ステップと、を含んだことを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a signal detection method comprising: a discrete Fourier transform step for performing a discrete Fourier transform on a signal detected by a sensor; and a predetermined spectrum for a power spectrum obtained by the discrete Fourier transform step. A power spectrum intensity calculating step for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each frequency width, and a power spectrum intensity calculated for each predetermined frequency width by the power spectrum intensity calculating step from a larger one to a predetermined one A signal presence / absence identifying step for identifying whether or not a signal other than noise is included in the signal, using a number of power spectrum intensities and a frequency corresponding to each of the power spectrum intensities as feature amounts. .

また、請求項6の発明に係る信号検出プログラムは、センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換手順と、前記離散フーリエ変換手順により得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出手順と、前記パワースペクトル強度算出手順により所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。   A signal detection program according to a sixth aspect of the invention includes a discrete Fourier transform procedure for performing a discrete Fourier transform on a signal detected by a sensor, and a predetermined spectrum for a power spectrum obtained by the discrete Fourier transform procedure. A power spectrum intensity calculation procedure for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each frequency width, and a power spectrum intensity calculated for each predetermined frequency width by the power spectrum intensity calculation procedure from a larger one to a predetermined one A signal presence / absence identifying procedure for identifying whether or not a signal other than noise is included in the signal, using a number of power spectrum intensities and frequencies corresponding to the power spectrum intensities as feature quantities, And

請求項1、5および6の発明によれば、センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行い、得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出し、所定の周波数幅ごとに算出したパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度およびパワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別するよう構成したので、S/N比が低い場合にも雑音以外の信号の有無を精度良く識別することができるという効果を奏する。   According to the first, fifth and sixth aspects of the invention, the discrete Fourier transform is performed on the signal detected by the sensor, and the power spectrum is summed for each predetermined frequency width with respect to the obtained power spectrum. Spectral intensity is calculated, and a signal other than noise is included in the signal, with the frequency corresponding to a predetermined number of power spectral intensities and the frequency corresponding to each of the power spectral intensities calculated from each of the power spectral intensities calculated for each predetermined frequency width as a feature quantity. Since it is configured to identify whether or not it is included, even if the S / N ratio is low, there is an effect that the presence or absence of signals other than noise can be accurately identified.

また、請求項2の発明によれば、パターン識別によって信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別するよう構成したので、雑音以外の信号の有無を精度良く識別することができるという効果を奏する。   Further, according to the invention of claim 2, since it is configured to identify whether or not a signal other than noise is included in the signal by pattern identification, it is possible to accurately identify the presence or absence of a signal other than noise. Play.

また、請求項3の発明によれば、サポートベクターマシンによって信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別するよう構成したので、雑音以外の信号の有無を精度良く識別することができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 3, since it is configured to identify whether or not a signal other than noise is included in the signal by the support vector machine, the presence or absence of a signal other than noise can be accurately identified. There is an effect.

また、請求項4の発明によれば、信号は光ファイバAEセンサにより検出された信号であるよう構成したので、雑音以外のAE信号の有無を精度良く識別することができるという効果を奏する。   According to the invention of claim 4, since the signal is configured to be a signal detected by the optical fiber AE sensor, there is an effect that the presence / absence of an AE signal other than noise can be accurately identified.

以下に添付図面を参照して、この発明に係る信号検出装置、信号検出方法および信号検出プログラムの好適な実施例を詳細に説明する。   Exemplary embodiments of a signal detection device, a signal detection method, and a signal detection program according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.

まず、本実施例に係る信号検出装置によって信号から抽出される特徴量について図1〜図3を用いて説明する。図1は、AE信号を特徴づけるパラメータを示す図である。同図に示すように、AE信号を特徴づける主要なパラメータとしては、次の3つがある。   First, feature amounts extracted from a signal by the signal detection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing parameters characterizing the AE signal. As shown in the figure, there are the following three main parameters characterizing the AE signal.

・最大振幅
信号中の最大の振幅レベル。き裂によるAEの場合は割れの大きさを反映し、センサ取付位置によって変化する。
・ピーク周波数
信号を周波数解析した際に最大のパワースペクトルを示す周波数。AEの種別を反映し、計測対象の材質や形状によっても変化する。
・持続時間
信号が検出しきい値を越えてから、一定レベル以下まで減衰するまでの時間。AEの種別を反映し、割れの大きさによっても変化する。
The maximum amplitude level in the maximum amplitude signal. In the case of AE caused by a crack, it reflects the size of the crack and changes depending on the sensor mounting position.
A frequency that shows the maximum power spectrum when the peak frequency signal is analyzed. Reflects the type of AE and varies depending on the material and shape of the measurement target.
The time from when the duration signal exceeds the detection threshold until it decays below a certain level. Reflects the type of AE and varies depending on the size of the crack.

ここで、パラメータ抽出のトリガとする検出しきい値の設定方法は、ノイズを避けるため、計測環境においてしきい値を少しずつ下げながら収録を行い、ノイズが連続的に収録されるところより少し上に設定するのが一般的である。圧電素子AEセンサは、ノイズが小さいため問題はないが、光ファイバAEセンサの場合は、ノイズが大きいためしきい値を高く設定することになり、従来の持続時間の定義を適用することは難しい。   Here, the detection threshold setting method used as a parameter extraction trigger is to record noise while gradually reducing the threshold value in the measurement environment to avoid noise. It is common to set to. The piezoelectric element AE sensor has no problem because the noise is small, but in the case of the optical fiber AE sensor, the threshold value is set high because the noise is large, and it is difficult to apply the conventional definition of duration. .

また、理想的なAE信号波形には、トリガ前後の最大振幅が異なる(背景ノイズの場合、トリガ前後の振幅があまり変わらないが、AE信号が発生していれば大きく異なる)、 ピーク周波数が異なる(背景ノイズとAE信号を比較した場合、ピーク周波数に違いが生じる)などの特徴があるが、光ファイバAEセンサから得られる実際の波形では、S/N比が低いため信号とノイズの振幅レベルがあまり変わらない、ノイズが大きく検出しきい値を設定するのが難しいためしきい値を高く設定した場合信号波形の初期位置がトリガ部分とは限らない、などの問題がある。これらの問題より、最大振幅も有効な特徴とはいえない。また、トリガの前後を比較するという手法も取りにくい。   Also, the ideal AE signal waveform has different maximum amplitudes before and after the trigger (in the case of background noise, the amplitude before and after the trigger does not change much, but greatly varies if an AE signal is generated), and the peak frequency is different. (When the background noise and the AE signal are compared, there is a difference in the peak frequency), but the actual waveform obtained from the optical fiber AE sensor has a low S / N ratio, so the amplitude level of the signal and the noise However, there is a problem that the initial position of the signal waveform is not always the trigger part when the threshold value is set high because the detection threshold value is high due to large noise and difficult to set. Because of these problems, the maximum amplitude is not an effective feature. Also, it is difficult to take a method of comparing before and after the trigger.

そこで、本実施例では、AEが発生していれば信号が必ず存在しているトリガ後において、信号波形のピーク周波数に着目することとした。ただし、パワースペクトルが最大となる一つのピークの周波数だけでは信号波形の違いを表すことは難しいため、パワースペクトル分布の複数のピークに対して、周波数とパワースペクトル値を取ることとした。なお、図2に特徴パラメータの問題点を示す。   Therefore, in this embodiment, attention is paid to the peak frequency of the signal waveform after the trigger in which the signal always exists if AE occurs. However, since it is difficult to represent the difference in signal waveform only with the frequency of one peak at which the power spectrum is maximum, the frequency and power spectrum values are taken for a plurality of peaks in the power spectrum distribution. FIG. 2 shows the problem of the characteristic parameter.

図3は、本実施例に係る信号検出装置が信号から抽出する特徴量を説明するための説明図である。信号波形を周波数解析して得られるパワースペクトル分布に対して、単純にパワースペクトルの大きい順に値を取ると、通常はピークがブロードであるため、単一のピーク周波数周辺の値を多く取ってしまう。これでは、単一のピーク周波数を取る場合と、結果が変わらなくなる可能性がある。したがって、信号波形の違いを表すための特徴としては、離れた位置のピークの方が望ましいと考えられる。そこで、本実施例に係る信号検出装置では、周波数を一定間隔で分けて周波数帯を定義し、その周波数帯に対するパワースペクトル強度をとり、大きい順から、周波数帯位置とその強度を複数取って特徴量とすることとした。   FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the feature amount extracted from the signal by the signal detection apparatus according to the present embodiment. For the power spectrum distribution obtained by frequency analysis of the signal waveform, if the values are simply taken in descending order of the power spectrum, the peaks are usually broad, so many values around a single peak frequency are taken. . In this case, the result may be the same as when a single peak frequency is taken. Therefore, it is considered that a peak at a distant position is desirable as a feature for representing a difference in signal waveform. Therefore, in the signal detection apparatus according to the present embodiment, the frequency band is defined by dividing the frequency at regular intervals, the power spectrum intensity for the frequency band is taken, and a plurality of frequency band positions and their strengths are taken in descending order. The amount was decided.

すなわち、まず、トリガ後の波形部分についてFFTを行い、パワースペクトルを算出する。Parsevalの定理より、パワースペクトルの和は周波数帯の時間関数の2乗の積分となるので、一定の周波数帯ごとにパワースペクトルの和をとって、周波数帯ごとの強度を求める。そして、そのパワースペクトルの和が大きい順に、周波数帯位置とそのパワースペクトルの和を複数取って特徴量とする。   That is, first, FFT is performed on the waveform portion after the trigger to calculate a power spectrum. According to Parseval's theorem, since the sum of the power spectrum is the integral of the square of the time function of the frequency band, the power spectrum is summed for each fixed frequency band to obtain the intensity for each frequency band. Then, a plurality of frequency band positions and the sum of the power spectra are taken as the feature amount in descending order of the sum of the power spectra.

このように、本実施例では、一定の周波数帯ごとにパワースペクトルの和をとって、周波数帯ごとの強度を求め、そのパワースペクトルの和が大きい順に、周波数帯位置とそのパワースペクトルの和を複数取って特徴量とし、これらの特徴量を用いてAE信号の有無を識別することによって、AE信号の有無を精度良く識別することができる。   Thus, in this embodiment, the power spectrum is summed for each fixed frequency band to obtain the intensity for each frequency band, and the frequency band position and the sum of the power spectrum are calculated in descending order of the sum of the power spectrum. The presence or absence of the AE signal can be accurately identified by using a plurality of features as feature amounts and identifying the presence or absence of the AE signal using these feature amounts.

次に、本実施例に係るAE信号検出装置の構成について説明する。図4は、本実施例に係るAE信号検出装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このAE信号検出装置100は、信号読込部110と、信号データ記憶部120と、FFT部130と、パワースペクトル記憶部140と、パワースペクトル強度算出部150と、パワースペクトル強度記憶部160と、特徴量決定部170と、信号識別部180とを有する。   Next, the configuration of the AE signal detection apparatus according to the present embodiment will be described. FIG. 4 is a functional block diagram illustrating the configuration of the AE signal detection apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the AE signal detection apparatus 100 includes a signal reading unit 110, a signal data storage unit 120, an FFT unit 130, a power spectrum storage unit 140, a power spectrum intensity calculation unit 150, and a power spectrum. An intensity storage unit 160, a feature amount determination unit 170, and a signal identification unit 180 are included.

信号読込部110は、光ファイバAEセンサ10を用いてAE信号を計測するマッハツェンダー方式の光ファイバ型レーザ干渉計20の出力信号からサンプリングされてデータ収録装置30に収録されたデータを読み込んで信号データ記憶部120に格納する処理部であり、信号データ記憶部120は、光ファイバAEセンサ10が検出した信号のサンプリングデータを記憶する記憶部である。なお、データ収録装置30には、所定のしきい値を超えたことをトリガとして信号データが収録される。   The signal reading unit 110 reads the data sampled from the output signal of the Mach-Zehnder optical fiber laser interferometer 20 that measures the AE signal using the optical fiber AE sensor 10 and recorded in the data recording device 30. The signal data storage unit 120 is a storage unit that stores sampling data of signals detected by the optical fiber AE sensor 10. The data recording device 30 records signal data triggered by exceeding a predetermined threshold value.

ここで、光ファイバAEセンサ10の原理、光ファイバ型レーザ干渉計20およびAE信号計測時のノイズについて説明する。屈折率nの媒体中において、光源から見て観測点が移動する場合の光のドップラー効果による周波数の変化Δfは式(1)で記述される。

Figure 2008008815
Here, the principle of the optical fiber AE sensor 10, the optical fiber type laser interferometer 20, and noise during AE signal measurement will be described. In a medium with a refractive index n, the frequency change Δf due to the Doppler effect of light when the observation point moves as viewed from the light source is described by Equation (1).
Figure 2008008815

ここで、C0は光の速度、f0は光の周波数、Lは光源と観測点の距離、tは時間である。光ファイバをループ状に巻くと式(1)中のdL/dtは以下のように表される。

Figure 2008008815
Here, C 0 is the speed of light, f 0 is the frequency of light, L is the distance between the light source and the observation point, and t is time. When the optical fiber is wound in a loop shape, dL / dt in the equation (1) is expressed as follows.
Figure 2008008815

ここでεxおよびεyはそれぞれx、y方向のひずみ速度である。Nはループを構成する光ファイバの長さ、光ファイバ中を伝播する光の波長、および光ファイバ間の接着の状態から決定する係数である。πは円周率、aはループ直径である。 Here, ε x and ε y are strain rates in the x and y directions, respectively. N is a coefficient determined from the length of the optical fiber constituting the loop, the wavelength of light propagating through the optical fiber, and the state of adhesion between the optical fibers. π is the circumference, and a is the loop diameter.

式(1)および式(2)から図5に示すループセンサのような一様ひずみ場の平面多重円形導波路における周波数の変化Δfの理論式が導出される。

Figure 2008008815
From Equation (1) and Equation (2), a theoretical formula for the frequency change Δf in a plane multiple circular waveguide with a uniform strain field such as the loop sensor shown in FIG. 5 is derived.
Figure 2008008815

ここでa1およびa2はそれぞれループの内径および外径である。式(3)からループが受けたひずみ速度変化により、ファイバ中を伝播する光に周波数シフトが生じ、Δfを検出することで、ひずみ速度変化を検出できる。巻き数を増やしNを大きくすることにより、Δfを大きくし、高感度化することができる。 Here, a 1 and a 2 are the inner diameter and outer diameter of the loop, respectively. A frequency shift occurs in the light propagating in the fiber due to the strain rate change received by the loop from Equation (3), and the strain rate change can be detected by detecting Δf. By increasing the number of turns and increasing N, Δf can be increased and sensitivity can be increased.

図6は、光ファイバ型レーザ干渉計20の光学回路を示す図である。光源からの光は信号光と参照光に分割される。光ファイバが弾性波によるひずみを受けると、通過する信号光に周波数シフトが生じる。光ファイバ型レーザ干渉計20は、音響光学素子(AOM)で周波数を80MHzシフトさせた参照光と信号光を重ね合わせて、干渉光の強度変化をフォトダイオードで電気信号に変換した後、周波数検出回路で周波数変化を電圧変化として検出する。そして、内蔵周波数フィルタにより、10Hz−250kHzの周波数成分を検出する。   FIG. 6 is a diagram showing an optical circuit of the optical fiber type laser interferometer 20. Light from the light source is divided into signal light and reference light. When the optical fiber is distorted by the elastic wave, a frequency shift occurs in the signal light passing therethrough. The optical fiber type laser interferometer 20 superimposes the reference light and the signal light whose frequency is shifted by 80 MHz with an acousto-optic device (AOM), converts the intensity change of the interference light into an electric signal with a photodiode, and then detects the frequency. The circuit detects a frequency change as a voltage change. And a frequency component of 10 Hz-250 kHz is detected by the built-in frequency filter.

なお、ループセンサは測定対象表面に真空グリスを用いて固定する。また、ポリイミド被覆ファイバをループ状に成型し、カプトンフィルムで挟み込んだ構造を有する50巻のセンサ(内径5mm、外径21mm)が用いられている。   The loop sensor is fixed to the surface to be measured using vacuum grease. Further, a 50-volume sensor (inner diameter: 5 mm, outer diameter: 21 mm) having a structure in which a polyimide-coated fiber is formed in a loop shape and sandwiched between Kapton films is used.

光ファイバ型レーザ干渉計20が計測するAE信号は、通常10kHz〜数MHzの周波数帯の超音波である。人間の可聴音は20Hz〜20kHz程度であるので、AE信号は、それに比べて高い周波数成分を有している。   The AE signal measured by the optical fiber type laser interferometer 20 is usually an ultrasonic wave in a frequency band of 10 kHz to several MHz. Since human audible sound is about 20 Hz to 20 kHz, the AE signal has a higher frequency component.

AE信号波形としてよく知られているものは、立ち上がりが鋭く、徐々に減衰する突発型波形であり、き裂の発生・成長に伴って検出される。これとは別に、摩擦や材料の塑性変形などに伴って連続型の信号が検出される。この信号は、多くの突発型波形が連続して生じた結果、分離できなくなったものである。図7に突発型と連続型のAE信号波形を示す。   A well-known AE signal waveform is a sudden waveform with a sharp rise and gradually decaying, and is detected as cracks are generated and grown. Apart from this, a continuous signal is detected in accordance with friction or plastic deformation of the material. This signal cannot be separated as a result of the continuous occurrence of many sudden waveforms. FIG. 7 shows sudden and continuous AE signal waveforms.

また、光ファイバAE計測時に生じるノイズは、大きく分けて3つある。一つ目は装置内部のノイズであり、計測システムを構成する、光ファイバ型レーザ干渉計20やAE波形収録装置などに固有のノイズである。   In addition, there are roughly three types of noise generated during measurement of the optical fiber AE. The first is noise inside the apparatus, which is inherent to the optical fiber type laser interferometer 20 and the AE waveform recording apparatus constituting the measurement system.

圧電素子センサが、振動を検知したときだけ圧電効果によって電圧を生じ、それを増幅して検出するのに対して、光ファイバAEセンサ10は、光ファイバ型レーザ干渉計20で常時光を干渉させて、その光量変化をフォトダイオードで検出している。このとき、レーザ光源のゆらぎや、光の分割・結合に用いるコネクタ部での戻り光、わずかな光路長のちがいなどにより、何も振動を受けていなくても出力がゼロにならない。このため、光ファイバAEセンサ10は、圧電素子センサに比べてノイズが大きくなる。   While the piezoelectric element sensor generates a voltage due to the piezoelectric effect only when vibration is detected and amplifies it, the optical fiber AE sensor 10 causes the optical fiber type laser interferometer 20 to constantly interfere with light. The change in the amount of light is detected by a photodiode. At this time, the output does not become zero even if there is no vibration due to fluctuations in the laser light source, return light at the connector used for splitting / coupling light, slight difference in optical path length, and the like. For this reason, the optical fiber AE sensor 10 has a larger noise than the piezoelectric element sensor.

二つ目は音響的ノイズであり、被測定物を伝播する弾性波のうち、AE以外のものを指す。最も代表的な機械的振動は周波数が低いためハイパスフィルタで除去される。一方、摩擦や流体に起因するものは、着目するAEと周波数成分が近い場合があり、除去が困難である。   The second is acoustic noise, which indicates acoustic waves propagating through the object to be measured other than AE. The most typical mechanical vibration is removed by a high-pass filter because of its low frequency. On the other hand, what is caused by friction or fluid may be close to the focused AE and frequency components, and is difficult to remove.

三つ目は電気的ノイズであり、電源ラインやケーブルから混入する。光ファイバAEセンサ10では、センサ部が直接電磁ノイズを受信するといったことはないものの、コネクタ部分や装置同士の接続に用いる同軸ケーブルなどは電気的ノイズの原因となる。また、周囲で放電や高電圧機器のON/OFFなどの瞬時的な電圧変化があると、ケーブルやコネクタがスパイク上の信号を直接受信する。なお、ノイズカットトランスを用いると、電源ラインから混入するノイズは大幅にカットすることが可能である。   The third is electrical noise, which is mixed in from power lines and cables. In the optical fiber AE sensor 10, although the sensor unit does not directly receive electromagnetic noise, a coaxial cable or the like used for connection between the connector portion and the device causes electrical noise. In addition, when there is an instantaneous voltage change such as discharge or ON / OFF of a high voltage device in the surroundings, the cable or connector directly receives the signal on the spike. If a noise cut transformer is used, noise mixed from the power supply line can be significantly cut.

図4に戻って、FFT部130は、信号データ記憶部120に記憶された信号データを読み出してFFT(Fast Fourier Transform)を行う処理部であり、FFTにより得られたパワースペクトルをパワースペクトル記憶部140に格納する。パワースペクトル記憶部140は、パワースペクトルを記憶する記憶部である。   Returning to FIG. 4, the FFT unit 130 is a processing unit that reads out the signal data stored in the signal data storage unit 120 and performs FFT (Fast Fourier Transform), and converts the power spectrum obtained by the FFT into a power spectrum storage unit. Stored in 140. The power spectrum storage unit 140 is a storage unit that stores a power spectrum.

パワースペクトル強度算出部150は、パワースペクトル記憶部140からパワースペクトルを読み出して所定の周波数幅に対してパワースペクトルの和をとり、周波数幅ごとのパワースペクトル強度を算出する処理部であり、算出したパワースペクトル強度をパワースペクトル強度記憶部160に格納する。パワースペクトル強度記憶部160は、周波数幅ごとのパワースペクトル強度を記憶する記憶部である。   The power spectrum intensity calculation unit 150 is a processing unit that reads the power spectrum from the power spectrum storage unit 140, calculates the sum of the power spectrum for a predetermined frequency width, and calculates the power spectrum intensity for each frequency width. The power spectrum intensity is stored in the power spectrum intensity storage unit 160. The power spectrum intensity storage unit 160 is a storage unit that stores the power spectrum intensity for each frequency width.

特徴量決定部170は、パワースペクトル強度記憶部160からパワースペクトル強度を読み出して上位n個のピークのパワースペクトル強度および対応する周波数を信号の特徴量として決定する処理部である。   The feature quantity determination unit 170 is a processing unit that reads the power spectrum intensity from the power spectrum intensity storage unit 160 and determines the power spectrum intensity of the top n peaks and the corresponding frequency as the signal feature quantity.

信号識別部180は、光ファイバAEセンサ10を用いて検出した信号にAE信号が含まれるか否かを特徴量決定部170によって決定された特徴量およびサポートベクターマシン(Support Vector Machine:以下SVM)を用いて識別する処理部である。   The signal identification unit 180 determines whether or not an AE signal is included in a signal detected using the optical fiber AE sensor 10 and the feature amount determined by the feature amount determination unit 170 and a support vector machine (hereinafter referred to as SVM). It is a processing part identified using.

図8は、SVMの概念を説明するための説明図である。図中の丸印が特徴空間上に表された一つのデータパターンを意味し、白丸と黒丸はそれぞれAE信号のパターンとノイズのパターンを表している。SVMは、「サポートベクター」と呼ばれる分類の難しそうなデータパターン(図8中の点線上の丸印)を見つけ出し、その中心に識別関数を決定する。そして、この識別関数を用いて、データパターンがAE信号かノイズかを判別する。なお、SVMの詳細については、文献(V. N. Vapnik: The Nature of Statistical Learning Theory, Springer, 1995.)に記載されている。   FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining the concept of SVM. Circles in the figure represent one data pattern represented on the feature space, and white circles and black circles represent an AE signal pattern and a noise pattern, respectively. The SVM finds a difficult-to-classify data pattern (a circle on the dotted line in FIG. 8) called a “support vector” and determines the discriminant function at the center. Then, using this discrimination function, it is determined whether the data pattern is an AE signal or noise. The details of SVM are described in the literature (V. N. Vapnik: The Nature of Statistical Learning Theory, Springer, 1995.).

次に、本実施例に係るAE信号検出装置100の処理手順について説明する。図9は、本実施例に係るAE信号検出装置100の処理手順を示すフローチャートである。同図に示すように、このAE信号検出装置100は、信号読込部110が、光ファイバ型レーザ干渉計20によって検出されてデータ収録装置30に収録された信号データを読み込み(ステップS1)、信号データ記憶部120に格納する。   Next, a processing procedure of the AE signal detection apparatus 100 according to the present embodiment will be described. FIG. 9 is a flowchart illustrating the processing procedure of the AE signal detection apparatus 100 according to the present embodiment. As shown in the figure, in the AE signal detection device 100, the signal reading unit 110 reads the signal data detected by the optical fiber type laser interferometer 20 and recorded in the data recording device 30 (step S1). Store in the data storage unit 120.

そして、FFT部130が、信号データ記憶部120から信号データを読み出してFFTを実行し、パワースペクトルをパワースペクトル記憶部140に格納する(ステップS2)。   Then, the FFT unit 130 reads the signal data from the signal data storage unit 120, executes the FFT, and stores the power spectrum in the power spectrum storage unit 140 (step S2).

そして、パワースペクトル強度算出部150がパワースペクトル記憶部140からパワースペクトルを読み出して所定の周波数幅ごとのパワースペクトル強度を算出し(ステップS3)、算出したパワースペクトル強度をパワースペクトル強度記憶部160に格納する。   Then, the power spectrum intensity calculation unit 150 reads the power spectrum from the power spectrum storage unit 140, calculates the power spectrum intensity for each predetermined frequency width (step S3), and stores the calculated power spectrum intensity in the power spectrum intensity storage unit 160. Store.

そして、特徴量決定部170がパワースペクトル強度記憶部160からパワースペクトル強度を読み出し、大きいほうからn個のパワースペクトル強度および対応する周波数を特徴量として決定する(ステップS4)。そして、信号識別部180が光ファイバ型レーザ干渉計20によって検出された信号にAE信号が含まれるか否かをn個の特徴量を用いて識別する(ステップS5)。   Then, the feature amount determination unit 170 reads the power spectrum intensity from the power spectrum intensity storage unit 160, and determines n power spectrum intensities and corresponding frequencies from the larger one as the feature amount (step S4). Then, the signal identification unit 180 identifies whether or not the AE signal is included in the signal detected by the optical fiber type laser interferometer 20 using n feature values (step S5).

このように、大きいほうからn個のパワースペクトル強度および対応する周波数を特徴量とすることによって、AE信号の有無を精度良く検出することができる。   As described above, the presence / absence of the AE signal can be accurately detected by using the n largest power spectrum intensities and corresponding frequencies as the feature amounts.

次に、本実施例に係るAE信号検出装置100の評価結果について説明する。評価用としてAE信号とノイズが混在した信号波形とノイズのみの信号波形のデータを取得するために、大きさ・速度・発生位置・タイミングなどの入力条件を制御でき、再現性があるAE源に対して、光ファイバAEセンサ10による検出波形を取得した。図10に評価実験の模式図を示す。   Next, the evaluation result of the AE signal detection apparatus 100 according to the present embodiment will be described. In order to obtain the data of the signal waveform with mixed AE signal and noise and the signal waveform of only noise for evaluation, input conditions such as size, speed, generation position and timing can be controlled, and the AE source has reproducibility. On the other hand, the detection waveform by the optical fiber AE sensor 10 was acquired. FIG. 10 shows a schematic diagram of the evaluation experiment.

計測はSUS平板(100×100×1mm)中央に光ファイバAEセンサ10を固定して行い、端部付近においてAE源を導入した。また、評価実験は、意図して入れた外乱(ノイズ)はなく、すべての波形には、主に装置内部のノイズである、光ファイバ型レーザ干渉計20の影響による背景ノイズがのっている状態で行った。   Measurement was performed by fixing the optical fiber AE sensor 10 at the center of a SUS flat plate (100 × 100 × 1 mm), and an AE source was introduced near the end. In the evaluation experiment, there was no disturbance (noise) that was intentionally entered, and background noise due to the influence of the optical fiber type laser interferometer 20, which is mainly noise inside the apparatus, is included in all waveforms. Went in state.

なお、AE源には以下を用い、検出しきい値は60mVに設定した。
(1)スクラッチによるAE
端部付近においてダイヤモンド圧子によるスクラッチ痕の導入を行うことにより生成
(2)金属針の衝突によるAE
端部付近において、先端の曲率半径2mmの金属棒を、約50mmの高さから落として衝突させることにより生成
The following was used for the AE source, and the detection threshold was set to 60 mV.
(1) AE by scratch
Generated by introducing scratch marks with a diamond indenter near the edge
(2) AE due to metal needle collision
In the vicinity of the end, a metal rod with a radius of curvature of 2 mm at the tip is dropped from a height of about 50 mm and collided.

また、背景ノイズのみの波形は、さまざまな状態のノイズ波形を得る意味で、検出しきい値が80mVのものと、40mVのものの2種類を収録した。そして、すべて合わせてAE信号波形50例、ノイズ波形15例のデータを得た。AE信号データの内訳は、(1)40例、(2)10例である。なお、すべての波形は、次の観測パラメータで収録されている。   In addition, two types of waveforms with only the background noise were recorded, with the detection threshold being 80 mV and 40 mV, in order to obtain noise waveforms in various states. All the data of 50 examples of AE signal waveforms and 15 examples of noise waveforms were obtained. The breakdown of the AE signal data is (1) 40 examples and (2) 10 examples. All waveforms are recorded with the following observation parameters.

・サンプリングレート:1e−7sec
・サンプル数:10000
・プリトリガ:1/2(トリガ位置が波形全体の中央)
・信号の単位:ボルト
・ Sampling rate: 1e-7sec
-Number of samples: 10,000
-Pre-trigger: 1/2 (trigger position is the center of the entire waveform)
・ Signal unit: Volts

また、SVMの計算には、LIBSVM(http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm/)を使用した。SVMのパラメータCは、学習データの分類誤りが極力少なくなるようにするため、1000とした。   In addition, LIBSVM (http://www.csie.ntu.edu.tw/˜cjlin/libsvm/) was used for calculation of SVM. The SVM parameter C is set to 1000 in order to minimize learning data classification errors.

また、評価としては、一つ抜き交差検定法(Leave-one-out method:以下LOO)で精度比較を行った。LOOは、データ数nのパターン集合Tから一つのパターンxiを除いておき、(T−xi)で学習を行い、除いておいたxiでテストするという手順をi=1...nについて行い、n回の平均値を推定精度とするものである。 Moreover, as an evaluation, accuracy comparison was performed by a single cross-validation method (hereinafter referred to as LOO). LOO removes one pattern x i from the pattern set T of the number of data n, performs learning with (T−x i ), and tests with the removed x i i = 1. . . This is performed for n, and the average value of n times is used as the estimation accuracy.

また、FFTの計算はMATLABの関数を用いて、次の条件で行った。
・サンプル数:5000(500μsec分、周波数分解能:2kHz)
・窓関数:矩形窓
なお、それぞれの特徴量は、平均0、分散1になるように規格化した。
Moreover, the calculation of FFT was performed on the following conditions using the function of MATLAB.
-Number of samples: 5000 (for 500 μsec, frequency resolution: 2 kHz)
Window function: rectangular window Note that each feature is normalized so that it has an average of 0 and a variance of 1.

実験は、次の3つの条件を変化させて行った。
(1)周波数幅
FFTで得られたスペクトルデータをまとめる幅。ここでは2kHz幅、4kHz幅、10kHz幅、20kHz幅とした。
(2)ピーク数
まとめたスペクトルデータの使用数。ここでは上位1個から上位10個までとした。
(3)基本周波数成分の除去
低周波のノイズの影響を減らすため、基本周波数成分(2kHz)を除去した場合としない場合を分けた。除去した場合は、基本周波数成分以外のスペクトルデータを周波数幅ごとにまとめた。
The experiment was performed by changing the following three conditions.
(1) A width for collecting spectral data obtained by the frequency width FFT. Here, the width is 2 kHz, 4 kHz, 10 kHz, and 20 kHz.
(2) Number of peaks The number of spectral data used. Here, the top one is set to the top ten.
(3) Removal of fundamental frequency component In order to reduce the influence of low frequency noise, the case where the fundamental frequency component (2 kHz) was removed was separated from the case where it was not removed. When removed, the spectral data other than the fundamental frequency components were collected for each frequency width.

基本周波数成分を除去した場合と除去しない場合の判別精度を図11および図12に示す。縦軸が判別精度、横軸がピーク数の変化、それぞれのグラフが各周波数幅に対応する。   FIG. 11 and FIG. 12 show the discrimination accuracy when the fundamental frequency component is removed and when it is not removed. The vertical axis represents the discrimination accuracy, the horizontal axis represents the change in the number of peaks, and each graph corresponds to each frequency width.

図11から、基本周波数を除去して、周波数幅を4kHzにしたときに上位3,4,5,10個のピークを用いると100%の判別精度を得られることがわかる。最も特徴数が少なくなるのは、上位3個のピークを使ったときで、特徴数は、上位の周波数幅とスペクトル強度が3つずつの計6つとなる。LOOにおいて、判別に使われているパターン(サポートベクター)の数は4から5個で、どの場合においても完全に線形判別が可能であった。この条件で、すべての波形パターンを学習させたときのサポートベクターの数は4個となった。このとき、サポートベクターとなった波形は、スクラッチによるAE:3例、背景ノイズ:1例であった。   From FIG. 11, it can be seen that 100% discrimination accuracy can be obtained by using the upper 3, 4, 5, and 10 peaks when the fundamental frequency is removed and the frequency width is 4 kHz. The number of features is the smallest when the top three peaks are used, and the number of features is six, with the top frequency width and three spectral intensities in total. In LOO, the number of patterns (support vectors) used for discrimination is 4 to 5, and in any case, complete linear discrimination is possible. Under this condition, the number of support vectors when learning all waveform patterns was four. At this time, the waveform that became the support vector was AE by scratch: 3 examples, and background noise: 1 example.

図13は、光ファイバAEセンサ10で得られた波形とその特徴量の例を示す図である。同図(a)は、AE信号を含まない場合を示し、同図(b)は、AE信号を含む場合を示す。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a waveform obtained by the optical fiber AE sensor 10 and a feature amount thereof. FIG. 4A shows a case where no AE signal is included, and FIG. 4B shows a case where an AE signal is included.

同図(a)と同図(b)を比較すると、波形からはAE信号が含まれるか否かを識別することは困難であるが、特徴量からはAE信号が含まれるか否かを識別することが容易であることがわかる。   Comparing FIG. 6A and FIG. 6B, it is difficult to identify whether or not an AE signal is included from the waveform, but whether or not an AE signal is included from the feature amount. It turns out that it is easy to do.

上述してきたように、本実施例では、FFT部130が光ファイバAEセンサ10で得られた信号データに対してFFTを行い、パワースペクトル強度算出部150が所定の周波数幅に対してパワースペクトルの和をとって周波数幅ごとのパワースペクトル強度を算出し、特徴量決定部170が上位n個のピークのパワースペクトル強度と対応する周波数を特徴量として決定し、信号識別部180が特徴量決定部170により決定された特徴量を用いてAE信号の有無を識別することとしたので、精度良くAE信号の有無を識別することができる。   As described above, in this embodiment, the FFT unit 130 performs FFT on the signal data obtained by the optical fiber AE sensor 10, and the power spectrum intensity calculation unit 150 performs power spectrum analysis for a predetermined frequency width. The sum is calculated to calculate the power spectrum intensity for each frequency width, the feature quantity determining unit 170 determines the frequency corresponding to the power spectrum intensity of the top n peaks as the feature quantity, and the signal identifying unit 180 is the feature quantity determining unit. Since the presence / absence of the AE signal is identified using the feature amount determined in 170, the presence / absence of the AE signal can be accurately identified.

なお、本実施例では、AE信号検出装置について説明したが、AE信号検出装置が有する構成をソフトウェアによって実現することで、同様の機能を有するAE信号検出プログラムを得ることができる。そこで、このAE信号検出プログラムを実行するコンピュータについて説明する。   In this embodiment, the AE signal detection apparatus has been described. However, an AE signal detection program having the same function can be obtained by realizing the configuration of the AE signal detection apparatus with software. A computer that executes this AE signal detection program will be described.

図14は、本実施例に係るAE信号検出プログラムを実行するコンピュータの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このコンピュータ200は、RAM210と、CPU220と、HDD230と、LANインタフェース240と、入出力インタフェース250と、DVDドライブ260とを有する。   FIG. 14 is a functional block diagram illustrating the configuration of a computer that executes an AE signal detection program according to the present embodiment. As shown in the figure, the computer 200 includes a RAM 210, a CPU 220, an HDD 230, a LAN interface 240, an input / output interface 250, and a DVD drive 260.

RAM210は、プログラムやプログラムの実行途中結果などを記憶するメモリであり、CPU220は、RAM210からプログラムを読み出して実行する中央処理装置である。   The RAM 210 is a memory that stores a program and a program execution result, and the CPU 220 is a central processing unit that reads the program from the RAM 210 and executes the program.

HDD230は、プログラムやデータを格納するディスク装置であり、LANインタフェース240は、コンピュータ200をLAN経由で他のコンピュータに接続するためのインタフェースである。   The HDD 230 is a disk device that stores programs and data, and the LAN interface 240 is an interface for connecting the computer 200 to other computers via the LAN.

入出力インタフェース250は、マウスやキーボードなどの入力装置および表示装置を接続するためのインタフェースであり、DVDドライブ260は、DVDの読み書きを行う装置である。   The input / output interface 250 is an interface for connecting an input device such as a mouse or a keyboard and a display device, and the DVD drive 260 is a device for reading / writing a DVD.

そして、このコンピュータ200において実行されるAE信号検出プログラム211は、DVDに記憶され、DVDドライブ260によってDVDから読み出されてコンピュータ200にインストールされる。   The AE signal detection program 211 executed in the computer 200 is stored in the DVD, read from the DVD by the DVD drive 260, and installed in the computer 200.

あるいは、このAE信号検出プログラム211は、LANインタフェース240を介して接続された他のコンピュータシステムのデータベースなどに記憶され、これらのデータベースから読み出されてコンピュータ200にインストールされる。   Alternatively, the AE signal detection program 211 is stored in a database or the like of another computer system connected via the LAN interface 240, read from these databases, and installed in the computer 200.

そして、インストールされたAE信号検出プログラム211は、HDD230に記憶され、RAM210に読み出されてCPU220によってAE信号検出プロセス221として実行される。   The installed AE signal detection program 211 is stored in the HDD 230, read into the RAM 210, and executed by the CPU 220 as the AE signal detection process 221.

また、本実施例では、光ファイバAEセンサによって検出された信号にAE信号が含まれるか否かを識別する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノイズに埋もれている任意の信号の有無を識別する場合に同様に適用することができる。   In the present embodiment, the case where the signal detected by the optical fiber AE sensor identifies whether or not the AE signal is included has been described. However, the present invention is not limited to this and is buried in noise. The present invention can be similarly applied when the presence or absence of an arbitrary signal is identified.

以上のように、本発明に係る信号検出装置、信号検出方法および信号検出プログラムは、プラント機器など異常監視に有用であり、特に、含まれるノイズが大きい場合に適している。   As described above, the signal detection device, the signal detection method, and the signal detection program according to the present invention are useful for monitoring abnormalities such as plant equipment, and are particularly suitable when the contained noise is large.

AE信号を特徴づけるパラメータを示す図である。It is a figure which shows the parameter which characterizes AE signal. 特徴パラメータの問題点を示す図である。It is a figure which shows the problem of a characteristic parameter. 本実施例に係る信号検出装置が信号から抽出する特徴量を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the feature-value extracted from the signal by the signal detection apparatus which concerns on a present Example. 本実施例に係るAE信号検出装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the AE signal detection apparatus which concerns on a present Example. ループセンサを示す図である。It is a figure which shows a loop sensor. 光ファイバ型レーザ干渉計の光学回路を示す図である。It is a figure which shows the optical circuit of an optical fiber type laser interferometer. 突発型と連続型のAE信号波形を示す図である。It is a figure which shows a sudden type and a continuous type AE signal waveform. SVMの概念を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the concept of SVM. 本実施例に係るAE信号検出装置の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the AE signal detection apparatus which concerns on a present Example. 評価実験の模式図である。It is a schematic diagram of an evaluation experiment. 基本周波数成分を除去した場合の判別精度を示す図である。It is a figure which shows the discrimination | determination precision at the time of removing a fundamental frequency component. 基本周波数成分を除去しない場合の判別精度を示す図である。It is a figure which shows the discrimination | determination precision when not removing a fundamental frequency component. 光ファイバAEセンサで得られた波形とその特徴量の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the waveform obtained with the optical fiber AE sensor, and its feature-value. 本実施例に係るAE信号検出プログラムを実行するコンピュータの構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the computer which performs the AE signal detection program which concerns on a present Example. 光ファイバAEセンサと圧電素子AEセンサによる信号波形を示す図である。It is a figure which shows the signal waveform by an optical fiber AE sensor and a piezoelectric element AE sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10 光ファイバAEセンサ
20 光ファイバ型レーザ干渉計
30 データ収録装置
100 AE信号検出装置
110 信号読込部
120 信号データ記憶部
130 FFT部
140 パワースペクトル記憶部
150 パワースペクトル強度算出部
160 パワースペクトル強度記憶部
170 特徴量決定部
180 信号識別部
200 コンピュータ
210 RAM
211 AE信号検出プログラム
220 CPU
221 AE信号検出プロセス
230 HDD
240 LANインタフェース
250 入出力インタフェース
260 DVDドライブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical fiber AE sensor 20 Optical fiber type laser interferometer 30 Data recording device 100 AE signal detection device 110 Signal reading part 120 Signal data storage part 130 FFT part 140 Power spectrum storage part 150 Power spectrum intensity calculation part 160 Power spectrum intensity storage part 170 Feature Determining Unit 180 Signal Identification Unit 200 Computer 210 RAM
211 AE signal detection program 220 CPU
221 AE signal detection process 230 HDD
240 LAN interface 250 I / O interface 260 DVD drive

Claims (6)

センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換手段と、
前記離散フーリエ変換手段により得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出手段と、
前記パワースペクトル強度算出手段により所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別手段と、
を備えたことを特徴とする信号検出装置。
Discrete Fourier transform means for performing discrete Fourier transform on the signal detected by the sensor;
Power spectrum intensity calculating means for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each predetermined frequency width with respect to the power spectrum obtained by the discrete Fourier transform means;
The power spectrum intensity calculating means calculates a predetermined number of power spectrum intensities out of the power spectrum intensities calculated for each predetermined frequency width and the frequency corresponding to each of the power spectrum intensities as feature quantities, and adds noise to the signal. Signal presence / absence identifying means for identifying whether or not a signal other than
A signal detection apparatus comprising:
前記信号有無識別手段は、パターン識別によって前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別することを特徴とする請求項1に記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the signal presence / absence identifying unit identifies whether or not a signal other than noise is included in the signal by pattern identification. 前記信号有無識別手段は、サポートベクターマシンによって前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別することを特徴とする請求項2に記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 2, wherein the signal presence / absence identifying unit identifies whether a signal other than noise is included in the signal by a support vector machine. 前記信号は、光ファイバAEセンサにより検出された信号であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の信号検出装置。   The signal detection apparatus according to claim 1, wherein the signal is a signal detected by an optical fiber AE sensor. センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換ステップと、
前記離散フーリエ変換ステップにより得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出ステップと、
前記パワースペクトル強度算出ステップにより所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別ステップと、
を含んだことを特徴とする信号検出方法。
A discrete Fourier transform step for performing a discrete Fourier transform on the signal detected by the sensor;
A power spectrum intensity calculating step for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each predetermined frequency width with respect to the power spectrum obtained by the discrete Fourier transform step;
A noise is added to the signal by using a predetermined number of power spectrum intensities and frequencies corresponding to the power spectrum intensities among the power spectrum intensities calculated for each predetermined frequency width in the power spectrum intensity calculating step as features. A signal presence / absence identifying step for identifying whether or not a signal other than
The signal detection method characterized by including.
センサによって検出された信号に対して離散フーリエ変換を行う離散フーリエ変換手順と、
前記離散フーリエ変換手順により得られたパワースペクトラムに対して所定の周波数幅ごとにパワースペクトルの和をとってパワースペクトル強度を算出するパワースペクトル強度算出手順と、
前記パワースペクトル強度算出手順により所定の周波数幅ごとに算出されたパワースペクトル強度のうち大きいほうから所定の数のパワースペクトル強度および該パワースペクトル強度にそれぞれ対応する周波数を特徴量として、前記信号に雑音以外の信号が含まれるか否かを識別する信号有無識別手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする信号検出プログラム。
A discrete Fourier transform procedure for performing a discrete Fourier transform on the signal detected by the sensor;
A power spectrum intensity calculation procedure for calculating the power spectrum intensity by taking the sum of the power spectrum for each predetermined frequency width with respect to the power spectrum obtained by the discrete Fourier transform procedure;
Among the power spectrum intensities calculated for each predetermined frequency width by the power spectrum intensity calculation procedure, a predetermined number of power spectrum intensities and frequencies corresponding to the power spectrum intensities are used as feature quantities, and noise is included in the signal. A signal presence / absence identification procedure for identifying whether or not a signal other than
A signal detection program for causing a computer to execute.
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