JP2018155662A - 位置標定システム、位置標定方法及びコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】不感帯の影響を受けずに弾性波の計測範囲を拡大することができる位置標定システム、位置標定方法及びコンピュータプログラムを提供することである。
【解決手段】実施形態の位置標定システムは、複数のセンサと、時間計測部と、角度算出部と、位置標定部とを持つ。複数のセンサは、所定のセンサ間隔で配置される。時間計測部は、前記複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する。角度算出部は、前記時刻差に基づいて、前記弾性波が前記複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する。位置標定部は、前記入射角度に基づいて、前記弾性波の発生源を標定する。前記所定のセンサ間隔は、前記複数のセンサが配置されている構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、前記センサの周波数特性とに基づいた距離である。
【選択図】図９

Description

本発明の実施形態は、位置標定システム、位置標定方法及びコンピュータプログラムに関する。

近年、高度経済成長期に建設された橋梁等の構造物の老朽化に伴う問題が顕在化してきている。万が一にも構造物に事故が生じた場合の損害は計り知れないため、従来から構造物の状態を監視するための技術が提案されている。例えば、内部亀裂の発生、又は、内部亀裂の進展に伴い発生する弾性波を、高感度センサにより検出するＡＥ（Acoustic Emission:アコースティック・エミッション）方式により、構造物の損傷を検出する技術が提案されている。ＡＥは、材料の疲労亀裂の進展に伴い発生する弾性波である。ＡＥ方式では、圧電素子を利用したＡＥセンサにより弾性波をＡＥ信号（電圧信号）として検出する。ＡＥ信号は、材料の破断が生じる前の兆候として検出される。したがって、ＡＥ信号の発生頻度および信号強度は、材料の健全性を表す指標として有用である。そのため、ＡＥ方式によって構造物の劣化の予兆を検出する技術の研究が行われている。

ＡＥ信号を利用した損傷評価方法の一つとして、複数のセンサへの信号到達時刻差を用いた弾性波の発振源位置の標定がしばしば行われる。弾性波の発振源位置を特定することは、損傷個所の特定につながり、重要な意味を持つ。ＡＥ源位置の標定を行うためには、弾性波の伝搬速度を事前に知る必要があるが、空気中の音速と異なり、固体中を伝搬する弾性波の速度は内部構造に依存する上に、材料によっては異方性を有するものもあり、正確な速度を知ることは極めて困難である。このような課題を解決する手段として、音源による位置標定法が知られている。しかしながら、この方法では、到来する方向によって検出分解能が大きく変化してしまう。また、方向によっては完全に弾性波を検出できなくなる、所謂不感帯を生じてしまう。このように、従来の方法では、方向の検出可能な範囲が限られてしまうため、計測範囲が限られてしまう場合があった。

国際公開第２０１５／１１９４９８号

本発明が解決しようとする課題は、不感帯の影響を受けずに弾性波の計測範囲を拡大することができる位置標定システム、位置標定方法及びコンピュータプログラムを提供することである。

実施形態の位置標定システムは、複数のセンサと、時間計測部と、角度算出部と、位置標定部とを持つ。複数のセンサは、所定のセンサ間隔で配置される。時間計測部は、前記複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する。角度算出部は、前記時刻差に基づいて、前記弾性波が前記複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する。位置標定部は、前記入射角度に基づいて、前記弾性波の発生源を標定する。前記所定のセンサ間隔は、前記複数のセンサが配置されている構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、前記センサの周波数特性とに基づいた距離である。

従来の弾性波の発信源の位置標定の方法と、本実施形態における弾性波の発信源の位置標定の方法との概要を説明するための図。 ベクトルセンシングユニットにおけるベクトルセンシングの基本概念を説明するための図。 ベクトルセンシングユニットにおけるベクトルセンシングの基本概念を説明するための図。 ３つのセンサを配置した場合の不感帯の領域のイメージを示す図。 実施形態におけるベクトルセンシングユニット１０内のセンサの配置例を示す図。 本実施形態におけるベクトルセンシングユニット１０内のセンサの配置における検出範囲の一例を示す図。 本実施形態における検出分解能のシミュレーション結果を表す図。 本実施形態における位置標定システム１００のシステム構成を示す図。 ベクトルセンシングユニット１０の機能構成を表すブロック図。 時間計測部１５の一例を示す図。 サーバ２０の機能構成を表すブロック図。 サーバ２０の処理の流れを示すフローチャート。 本実施形態における効果を説明するための図。 ベクトルセンシングユニット１０の追加の配置を示す図。

以下、実施形態の位置標定システム、位置標定方法及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
（概要）
まず、概要について説明する。
図１は、従来の弾性波の発信源の位置標定の方法と、本実施形態における弾性波の発信源の位置標定の方法との概要を説明するための図である。図１（Ａ）は従来の弾性波の発信源の位置標定の方法を表す図であり、図１（Ｂ）は本実施形態における弾性波の発信源の位置標定の方法を表す図である。

図１（Ａ）に示すように従来の位置標定の方法では、複数のセンサ１−１〜センサ１−４で位置標定を行う対象を囲むように配置し、各センサ１−１〜センサ１−４への到達時刻差に基づいて弾性波の発信源の位置の標定が行われていた。従来の位置標定の方法では、センサ間の厳密な時刻同期が必要で、センサからセンサ信号を処理する信号処理部までは有線接続でなければならない。また、正確な伝搬速度の情報が必要であった。

それに対し、図１（Ｂ）に示すように本実施形態における位置標定の方法では、センサを近接配置したユニット（以下「ベクトルセンシングユニット」という。）１０−１〜１０−Ｎ（Ｎは２以上の整数）を用いて、弾性波の方向を検知し、複数のベクトルセンシングユニットそれぞれで検知した角度（例えば、θａ、θｂ）に基づいて弾性波の発信源の位置を標定する。

ここで、図２及び図３を用いて、本実施形態で使用するベクトルセンシングユニットにおけるベクトルセンシングの基本概念について説明する。図２及び図３は、ベクトルセンシングユニットにおけるベクトルセンシングの基本概念を説明するための図である。
まず、図２に示すように複数のセンサＳ_１と、センサＳ_２とを近接すると、センサＳ_１と、センサＳ_２とを結ぶ線分２に対して、弾性波３は任意の角度θを伴って各センサＳ_１及びセンサＳ_２に到達する。このとき、各センサＳ_１及びセンサＳ_２から弾性波の発信源までの距離をｌ、センサ間隔をｄ（＜＜ｌ）とする。

センサ間隔ｄは、ユニット（図２では、センサＳ_１と、センサＳ_２）を中心とする半径ｒ_ｍａｘの円内を計測範囲と想定する場合、ｄ＜＜ｒ_ｍａｘとなるように配置する必要がある。さらに、ユニットを中心とする半径ｒ_ｍｉｎ以上の範囲を計測範囲と設定することができ、その場合には、ｄ＜＜ｒ_ｍｉｎ＜＜ｒ_ｍａｘとすることで、ｒ_ｍｉｎ＜ｌ＜ｒ_ｍａｘより、ｄ＜＜ｌを担保することができる。

さらに、近接配置する複数のセンサには可能な限り同質の弾性波が入力されることが望ましいが、実際の弾性波は、その振動の周期ごとに内部摩擦等の影響によりエネルギーを失いながら伝搬していく。減衰の影響を受けないために、センサ間隔ｄは、想定される弾性波の波長λよりも小さい間隔であることが望ましい。すなわち、ｄ＜λとなるように、センサＳ_１と、センサＳ_２とを配置することで、各センサＳ_１及びセンサＳ_２へ入射する弾性波を同質と見做すことができるようになる。

弾性波の速度ｖは、材料固有の物性値に依存し、金属であれば３０００〜６０００ｍ／ｓ程度となることが知られている。また、自然発生する弾性波の信号は、一般に広い周波数範囲を含んでいるが、ノイズを除去するために、センサ自身の周波数特性及びセンサ信号を処理する電気回路においてバンドパスフィルタを構成することで、観測対象となる周波数を選択することができる。観測対象の周波数は、例えば金属であれば１５０ｋＨｚ、コンクリート構造物であれば３０ｋＨｚというように材料によって選択する。一例として、弾性波の速度ｖを３０００ｍ／ｓ、対象とする周波数ｆを１５０ｋＨｚとする場合、波長λはλ＝ｖ／ｆから、λ＝２０ｍｍとなり、ｄを２０ｍｍ以下になるように配置することで減衰の影響を最小限に抑えることができる。

２つのセンサＳ１及びＳ２に弾性波が到達する時間差ｔ１２は、弾性波の速度ｖを用いて、式１のように表すことができる。

また、式１を式２のように変形することによって入射角度θを求めることができる。

さらに、図３に示すように、３つのセンサＳ１、Ｓ２及びＳ３を配置すると、入射角度θは以下の式３〜式５のように求めることができ、弾性波３の伝搬速度ｖに依存せず、センサ間の時間差ｔ_１２及びｔ_１３の比のみによって、求めることが可能となる。

しかしながら、図３の場合、入射角度θによっては角度変化に伴う時間差の変化がほとんど得られない、いわゆる不感帯が存在する。図２のような単純な２つのセンサを考えると、時間差ｔ_１２は式１の通りであるが、式１を角度θで微分すると式６となる。

式６より、θ＝０、π付近から入射した場合ｄｔ_１２／ｄθ＝０、すなわち角度変化に対して時間差ｔ_１２は、ほとんど変化しないことを表している。以上の説明により、センサ間を結ぶ線分の延長線上の方向が不感帯であることがわかる。図４は、３つのセンサを配置した場合の不感帯の領域のイメージを示す図である。図４に示すように、３つのセンサＳ１、Ｓ２及びＳ３を、センサ間を結ぶ直線が直行するように配置した場合、それぞれのセンサＳ１、Ｓ２及びＳ３を結ぶ線分の延長線上の領域Ｒが不感帯となり、角度を正確に決定することができない。

（詳細）
概要に記載した問題に対して、本実施形態では、センサをさらに一つ増やして、選択的に使用することで不感帯を解消する。例えば、本実施形態では、各センサを結ぶ直線が平行にならないように配置することで、最少のセンサ数で不感帯を解消する。
図５は、本実施形態におけるベクトルセンシングユニット１０内のセンサの配置例を示す図である。図５に示すように、本実施形態におけるベクトルセンシングユニット１０内のセンサ１１−１〜１１−４は、正三角形の頂点３か所と、その重心位置１か所の計４か所に配置されている。このような配置とすることで、各センサを結ぶ線分、及び、各線分の延長線は、全て最低３０°以上の角度を持って交わっており、いずれかのセンサの組み合わせによって不感帯を解消できる。また、ベクトルセンシングユニット１０内のセンサ１１−１〜１１−４それぞれの配置間隔ｄは、弾性波の伝搬速度ｖ及び、センサの周波数特性と、センサから出力される電気信号を処理する電子回路の合成特性で決まる観測対象周波数ｆを用いて、ｄ＜ｖ／ｆの関係を満たす。

図６は、本実施形態におけるベクトルセンシングユニット１０内のセンサの配置における検出範囲の一例を示す図である。図６（Ａ）は、センサ１１−２、１１−３及び１１−４を使用した場合の検出範囲を示す図である。図６（Ａ）において、三角形の点線で囲まれる領域が検出範囲となる。図６（Ｂ）は、センサ１１−１、１１−２及び１１−４を使用した場合の検出範囲を示す図である。図６（Ｂ）において、三角形の点線で囲まれる領域が検出範囲となる。図６（Ｃ）は、センサ１１−１、１１−２及び１１−３を使用した場合の検出範囲を示す図である。図６（Ｃ）において、三角形の点線で囲まれる領域が検出範囲となる。
上記のように、ベクトルセンシングユニット１０内に配置されているセンサのうち３つのセンサを選択的に使用することで、３６０°に渡って不感帯の影響のない角度標定が可能となる。

図７は、本実施形態における検出分解能のシミュレーション結果を表す図である。図７において、横軸は角度分解能を表し、縦軸は必要な所要時間を表す。図７に示すシミュレーションでは、センサ間隔ｄを１０ｍｍ、弾性波の速度ｖを４０００ｍ／ｓ、入射角度θを３０°近傍としている。この場合、１°の角度で、およそ２０ナノ秒の変化が生じることが分かる。

図８は、本実施形態における位置標定システム１００のシステム構成を示す図である。位置標定システム１００は、複数のベクトルセンシングユニット１０−１〜１０−２と、サーバ２０とを備える。図８では、２つのベクトルセンシングユニット１０−１〜１０−２で、位置標定を行う例を示している。なお、以下の説明では、ベクトルセンシングユニット１０−１〜１０−Ｎについて特に区別しない場合にはベクトルセンシングユニット１０と記載する。位置標定システム１００は、３台以上のベクトルセンシングユニット１０を備えてもよい。なお、実施形態では、ベクトルセンシングユニット１０内のセンサとして、ＡＥセンサを例に説明するが、ＡＥセンサに代えて加速度センサが用いられてもよい。

ベクトルセンシングユニット１０は、劣化評価の対象となる構造物表面に接着剤等により接着される。ベクトルセンシングユニット１０は、無線伝送機能を有し、弾性波の到達時刻に関する情報（以下「到着時刻情報」という。）と、入射角度に関する情報（以下「入射角度情報」という。）とサーバ２０に送信する。
サーバ２０は、到着時刻情報からイベントを抽出する。イベントとは、構造物で起こったある弾性波発生事象を表す。構造物におけるクラックの発生などに伴い、１回のイベントが発生した場合、ベクトルセンシングユニット１０で略同時刻に弾性波が検出されることになる。同一イベントに該当する複数の入射角度情報と、各ベクトルセンシングユニット１０の座標情報とに基づいて、弾性波の発信源の位置標定を行う。なお、各ベクトルセンシングユニット１０の座標情報は、サーバ２０が予め記憶している。同一イベントとは、到達時刻が所定の時間窓の範囲内に存在するイベントを表す。

図８では、サーバ２０は、ベクトルセンシングユニット１０−１の座標位置Ｐａを起点として入射角度θａの方向に延びる直線３０と、ベクトルセンシングユニット１０−２の座標位置Ｐｂを起点として入射角度θｂの方向に延びる直線３１との交点を弾性波の発信源の標定位置とする。ただし、厳密には、角度情報には検出可能な時刻分解能に応じた角度誤差が含まれており、１つのベクトルセンシングユニット１０で検出される標定位置は直線上ではなく、扇状の幅を有する領域である。したがって、図８に示すように、実際には２つの扇状領域の交差部（図８の画像３２中の網掛け部）が弾性波の発信源の標定位置となる。この網掛け部の面積を標定の不確定性を示す指標として用いることもできる。

図９は、ベクトルセンシングユニット１０の機能構成を表すブロック図である。
ベクトルセンシングユニット１０は、複数のＡＥセンサ１１と、複数の電力増幅器１２と、複数のＢＰＦ１３と、複数のトリガ生成部１４と、時間計測部１５と、角度算出部１６と、無線伝送部１７とを備える。ベクトルセンシングユニット１０におけるＡＥセンサ１１は、図５に示すように各センサを結ぶ直線が平行にならないように配置される。各ＡＥセンサ１１には、電力増幅器１２が接続される。

ＡＥセンサ１１は、構造物から発生する弾性波を検出する。ＡＥセンサ１１は、圧電素子を有し、構造物から発生する弾性波を検出し、検出した弾性波を電圧信号（ＡＥ源信号）に変換する。ＡＥセンサ１１は、ＡＥ源信号を電力増幅器１２に出力する。
電力増幅器１２は、ＡＥセンサ１１から出力されたＡＥ源信号を増幅する。
ＢＰＦ１３は、測定帯域外のノイズを除去するバンドパスフィルタである。ＢＰＦ１３は、電力増幅器１２によって増幅されたＡＥ源信号から測定帯域外のノイズを除去する。
トリガ生成部１４は、信号の到達を検出しトリガを出力する。

時間計測部１５は、各ＡＥセンサ１１に弾性波が到達した時刻の時刻差を計測する。例えば、時間計測部１５は、４つのトリガ信号の論理和をスタートトリガと、４つのトリガ信号をそれぞれストップトリガ１〜ストップトリガ４とし、スタートトリガからストップトリガまでの時間を計測し、計測結果を時間情報として角度算出部１６に出力する。
角度算出部１６は、時間計測部１５から出力された時間情報に基づいて、各ＡＥセンサ１１に入射した弾性波の入射角度を算出する。
無線伝送部１７は、算出された弾性波の入射角度情報を無線によりサーバ２０に送信する。なお、無線伝送部１７は、入射角度情報にベクトルセンシングユニット１０を識別するための識別情報を付加してサーバ２０に送信する。

図１０は、時間計測部１５の一例を示す図である。
図１０に示すように、本実施形態では、時間計測部１５の一例として、Ｔｉｍｅ−Ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒを用いる。なお、時間計測部１５として、弾性波の到達時刻の時刻差を計測できる構成であればどのような構成であってもよい。図１０に示すように、Ｔｉｍｅ−Ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒでは、複数段の論理ゲートを通過したスタートパルスと、ストップパルスの論理和をとる方式がある。この方式は、出力の変化した遅延ゲート数と、ゲートあたりの遅延時間の積により、時間差を計測する方式である。ゲートあたりの遅延時間は例えば１０ｐｓ程度のオーダーであり、高精度の時間差計測が可能である。

図１１は、サーバ２０の機能構成を表すブロック図である。
サーバ２０は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、位置標定プログラムを実行する。位置標定プログラムの実行によって、サーバ２０は、通信部２１、制御部２２、角度情報記憶部２３、イベント抽出部２４、位置標定部２５、表示部２６を備える装置として機能する。なお、サーバ２０の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、位置標定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、位置標定プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。

通信部２１は、ベクトルセンシングユニット１０から送信された入射角度情報を受信する。
制御部２２は、サーバ２０の各機能部を制御する。例えば、制御部２２は、通信部２１によって受信された入射角度情報を角度情報記憶部２３に記憶させる。
角度情報記憶部２３は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。角度情報記憶部２３は、入射角度情報を記憶する。なお、角度情報記憶部２３は、メモリ等の揮発性メモリであってもよい。

イベント抽出部２４は、角度情報記憶部２３に記憶されている入射角度情報のうち単一のイベントで発生した入射角度情報を抽出する。
位置標定部２５は、抽出された入射角度情報に基づいて、位置標定を行い、弾性波の発生源の位置を特定する。
表示部２６は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の画像表示装置である。表示部２６は、位置標定部２５によって特定された弾性波の発生源の位置情報を表示する。表示部２６は、画像表示装置を通信装置１０に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部２６は、弾性波の発生源の位置情報を表示するための映像信号を生成し、自身に接続されている画像表示装置に映像信号を出力する。

図１２は、サーバ２０の処理の流れを示すフローチャートである。
通信部２１は、ベクトルセンシングユニット１０から送信された入射角度情報を受信する（ステップＳ１０１）。通信部２１は、受信した入射角度情報を制御部２２に出力する。制御部２２は、通信部２１から出力された入射角度情報を角度情報記憶部２３に記憶させる（ステップＳ１０２）。例えば、制御部２２は、入射角度情報を、ベクトルセンシングユニット１０の識別情報毎に角度情報記憶部２３に記憶させる。通信部２１及び制御部２２は、ステップＳ１０１及び１０２の処理を、ベクトルセンシングユニット１０から送信される度に繰り返し実行する。

イベント抽出部２４は、角度情報記憶部２３に記憶されている入射角度情報のうち単一のイベントで発生した入射角度情報を抽出する。イベント抽出部２４は、所定の時間窓を設け、到達時刻がその時間窓の範囲内に存在する全ての入射角度情報を単一のイベントにおける入射角度情報として抽出する（ステップＳ１０３）。イベント抽出部２４は、抽出した入射角度情報を位置標定部２５に出力する。位置標定部２５は、出力された入射角度情報に基づいて位置標定を行う（ステップＳ１０４）。例えば、位置標定部２５は、出力された入射角度情報が一つのベクトルセンシングユニット１０から送信された入射角度情報である場合には、入射角度情報の送信元のベクトルセンシングユニット１０の座標情報と、入射角度情報とに基づいて弾性波の発生源の位置する方向を標定する。また、位置標定部２５は、出力された入射角度情報が複数のベクトルセンシングユニット１０から送信された入射角度情報である場合には、図８で説明した方法で弾性波の発生源の位置を標定する。その後、位置標定部２５は、標定結果を表示部２６に出力する。表示部２６は、標定結果を表示する（ステップＳ１０５）。例えば、表示部２６は、弾性波の発生源の位置を座標で表示してもよいし、地図上で表示してもよいし、その他の方法で表示してもよい。

以上のように構成された位置標定システム１００によれば、複数のＡＥセンサ１１を備えるベクトルセンシングユニット１０を用いて、弾性波が各ＡＥセンサ１１へ到達した時刻の時刻差を計測し、計測した時刻差から弾性波の入射角度を算出し、算出した入射角度から弾性波の発生源を標定する。複数のＡＥセンサ１１は、各ＡＥセンサ１１を結ぶ直線が平行にならないように配置されている。これにより、不感帯の影響を受けずに広範囲（例えば、３６０°）を計測範囲とすることができる。さらに、複数のベクトルセンシングユニット１０を用いることによって、容易に計測範囲を拡大することができる。そのため、不感帯の影響を受けずに弾性波の計測範囲を拡大することが可能になる。

図１３は、本実施形態における効果を説明するための図である。図１３（Ａ）は、従来の位置標定の構成を示す図である。図１３（Ａ）に示すように、従来の位置標定の構成では、最低３つのセンサ１−１〜１−３で計測対象範囲を囲む必要があり、センサ間の厳密な時刻同期が必要であるため、有線による接続が必要であった。さらに、伝搬速度に関する正確な値が必要である。空気中の音速と異なり、固体中を伝搬する弾性波の速度は内部構造に依存するためばらつきが大きく、材料によっては異方性を備えるものが存在するなど、正確な音速の決定が困難な場合があった。

それに対して、図１３（Ｂ）に示す本実施形態における位置標定の構成では、２つ以上のベクトルセンシングユニット１０があれば平面の位置標定が可能であり、図１３（Ａ）に示す従来方式に比べて計測範囲を広くすることが可能となる。さらに、ベクトルセンシングユニット１０を増設するだけで計測範囲を拡大することができる。また、位置標定結果が伝搬速度に依存しないため、事前の速度情報が原理的に不要である。また、ベクトルセンシングユニット１０間の時刻精度が位置標定精度に依存しないため、時刻同期精度を大幅に緩和することができる。その結果必要時刻同期精度が緩和されることで、ベクトルセンシングユニット１０単位での無線化が容易になる。

以下、位置標定システム１００の変形例について説明する。
ベクトルセンシングユニット１０は、角度算出部１６を備えず、時刻差情報のみをサーバ２０に送信するように構成されてもよい。このように構成される場合、サーバ２０は、角度算出部をさらに備える。角度算出部の処理は、角度算出部１６と同様である。
サーバ２０は、各ベクトルセンシングユニット１０へ基準時刻信号を送信することによって、各ベクトルセンシングユニット１０を同期するように構成されてもよい。このように構成される場合、制御部２２は、通信部２１を制御して、基準時刻を含む基準時刻信号を各ベクトルセンシングユニット１０に送信する。各ベクトルセンシングユニット１０は、受信した基準時刻信号に基づいて、自ユニットの時刻を更新する。これにより、サーバ２０における入射角度情報の抽出を正確に行うことができる。また、別の方法としては、各ベクトルセンシングユニット１０から得られる点過程時系列データの相互相関を最大にするように、データ蓄積後に時刻補正を行うことも可能である。

図１４は、ベクトルセンシングユニット１０の追加の配置を示す図である。図１４（Ａ）は、位置標定システム１００がベクトルセンシングユニット１０を３つ備えた場合の配置例を示す図である。図１４（Ｂ）は、位置標定システム１００がベクトルセンシングユニット１０を４つ以上備える場合の配置候補の例を示す図である。図１３（Ｂ）に示す通り、少なくとも２つのベクトルセンシングユニット１０の計測範囲が重複する領域が劣化評価の対象領域となるため、図１４（Ｂ）に示すように、ベクトルセンシングユニット１０は略正三角形の頂点の位置に配置するとよい。略正三角形の一辺の長さは、弾性波の距離減衰特性から決定される距離であり、例えば１ｍとすることができる。劣化評価の対象領域を拡大する場合、既に設置されているベクトルセンシングユニット１０のうち、２つを結ぶ線分を一辺とする略正三角形の頂点の位置に新たにベクトルセンシングユニット１０を配置することで、最も効率よく劣化評価の対象領域を拡大することが可能である。略正三角形とは、おおむね正三角形であれば頂角が厳密に６０°である必要はなく、頂角が４５°〜７５°の範囲となるような三角形状に配置されていれば効果を得られる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、位置標定システムは、複数のセンサと、時間計測部と、角度算出部と、位置標定部とを持つ。複数のセンサは、構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、センサの周波数特性とに基づいた距離間隔で配置される。時間計測部は、複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する。角度算出部は、時刻差に基づいて、弾性波が複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する。位置標定部は、入射角度に基づいて、弾性波の発生源を標定する。このような構成を持つことにより、不感帯の影響を受けずに弾性波の計測範囲を拡大することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０（１０−１〜１０−Ｎ）…ベクトルセンシングユニット，１１…ＡＥセンサ，１２…電力増幅器，１３…ＢＰＦ，１４…トリガ生成部，１５…時間計測部，１６…角度算出部，１７…無線伝送部，２０…サーバ，２１…通信部，２２…制御部，２３…角度情報記憶部，２４…イベント抽出部，２５…位置標定部，２６…表示部

Claims (8)

1. 所定のセンサ間隔で配置された複数のセンサと、
   前記複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する時間計測部と、
   前記時刻差に基づいて、前記弾性波が前記複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する角度算出部と、
   前記入射角度に基づいて、前記弾性波の発生源を標定する位置標定部と、
   を備え、
   前記所定のセンサ間隔は、前記複数のセンサが配置されている構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、前記センサの周波数特性とに基づいた距離である位置標定システム。
2. 所定のセンサ間隔ｄは、前記弾性波の伝搬速度ｖと、センサの周波数特性と、前記センサから出力される電気信号を処理する電子回路の合成特性で決まる観測対象周波数ｆとすると、
   ｄ＜ｖ／ｆ
   の関係を満たす、請求項１に記載の位置標定システム。
3. 前記複数のセンサは、所定のレイアウトで配置した４個以上のセンサであり、
   前記所定のレイアウトは、前記複数のセンサ間を互いに結ぶ複数の線分が、いずれも平行にならないレイアウトである、請求項１又は２に記載の位置標定システム。
4. 少なくとも前記複数のセンサと、前記時間計測部とを備えるベクトルセンシングユニットを３つ以上備え、
   前記ベクトルセンシングユニットが略正三角形の頂点となる位置に配置される、請求項１から３のいずれか一項に記載の位置標定システム。
5. 検査対象範囲を拡大する場合、前記ベクトルセンシングユニットのうちの２つを結ぶ線分を一辺とする略正三角形の、残りの１つの頂点の位置に新たなベクトルセンシングユニットが設けられる、請求項４に記載の位置標定システム。
6. 前記ベクトルセンシングユニットに対し、無線で基準となる時刻に関する情報を送信する通信部をさらに備え、前記ベクトルセンシングユニットの時刻を修正させる、請求項４又は５に記載の位置標定システム。
7. 所定のセンサ間隔で配置された複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する時間計測ステップと、
   前記時刻差に基づいて、前記弾性波が前記複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する角度算出ステップと、
   前記入射角度に基づいて、前記弾性波の発生源を標定する位置標定ステップと、
   を有し、
   前記所定のセンサ間隔は、前記複数のセンサが配置されている構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、前記センサの周波数特性とに基づいた距離である位置標定方法。
8. 所定のセンサ間隔で配置された複数のセンサへ弾性波が到達した時刻差を計測する時間計測ステップと、
   前記時刻差に基づいて、前記弾性波が前記複数のセンサに対して入射した入射角度を算出する角度算出ステップと、
   前記入射角度に基づいて、前記弾性波の発生源を標定する位置標定ステップと、
   をコンピュータに実行させ、
   前記所定のセンサ間隔は、前記複数のセンサが配置されている構造物内部を伝搬する弾性波の音速と、前記センサの周波数特性とに基づいた距離であるコンピュータプログラム。

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