JP2020038119A - Ultrasonic wave measuring apparatus and ultrasonic wave measuring method - Google Patents

Ultrasonic wave measuring apparatus and ultrasonic wave measuring method Download PDF

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Abstract

To determine whether there is a liquid even when a reception signal has a small difference in amplitude according to whether there is the liquid.SOLUTION: An ultrasonic wave measuring apparatus comprises: a transmitting probe 11 which transmits an ultrasonic wave to a plate-like part; a receiving probe 12 which receives an ultrasonic wave from the plate-like part and converts the same into an electric signal; a reception unit 14 which receives as a reception signal the electric signal obtained by the receiving probe 12; and a liquid presence/absence determination unit 154 which determines whether there is a liquid in contact with the plate-like part based upon the number of reception signals received by the reception unit 14 and duration of the reception signals.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、超音波を用いて板状部に接する液体の有無の判定を行う超音波測定装置及び超音波測定方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic measurement device and an ultrasonic measurement method for determining the presence or absence of a liquid in contact with a plate-shaped portion using ultrasonic waves.

近年、老朽化した各種の機器に対して、適切な維持管理が求められている。例えば、配電設備の一つである柱上開閉器は、電柱の上部に設置されており、構造としては密封された金属箱である。この柱上開閉器は、長期間使用すると、パッキン又は外枠の腐食等によって内部に雨水が浸入する。そして、柱上開閉器の滞水が限度を超えると停電等の事故に繋がるため、外部から浸水の有無を簡易に判定できる技術が求められている。
ここで、目視又は打音では浸水の有無を測定できない機器に対する上記判定としては、電磁波を用いた方法が挙げられる。しかしながら、柱上開閉器に対する上記判定は、金属箱の内部に対する判定であるため、電磁波を用いることは困難であり、超音波を用いた技術が期待されている。
In recent years, appropriate maintenance has been required for various aging devices. For example, a pole switch, which is one type of power distribution equipment, is installed above a power pole and is a sealed metal box as a structure. If this pole-mounted switch is used for a long period of time, rainwater will enter inside due to corrosion of the packing or the outer frame or the like. Then, if the water retention of the pole switch exceeds the limit, an accident such as a power failure may be caused. Therefore, there is a need for a technology that can easily determine the presence or absence of flooding from outside.
Here, a method using an electromagnetic wave may be used as the above-described determination for a device for which the presence or absence of inundation cannot be measured visually or by tapping sound. However, since the above determination for the pole switch is for the inside of the metal box, it is difficult to use electromagnetic waves, and a technique using ultrasonic waves is expected.

超音波を用い、金属箱の内部における浸水の有無を判定する技術は、例えば特許文献1に開示されている。この特許文献1に開示された技術では、超音波の送受信を送信用の超音波探触子と受信用の超音波探触子とで行い、その際の受信信号の振幅を用いて浸水の有無を判定している。   A technique for determining the presence or absence of water in a metal box using ultrasonic waves is disclosed in, for example, Patent Document 1. In the technology disclosed in Patent Document 1, transmission and reception of ultrasonic waves are performed by a transmission ultrasonic probe and a reception ultrasonic probe, and the presence or absence of water intrusion is determined using the amplitude of a reception signal at that time. Is determined.

国際公開2017/149658号International Publication No. 2017/149658

一方、浸水が有る場合と無い場合とで受信信号の振幅の差が小さい場合がある。そのため、受信信号の振幅のみを用いた浸水の有無判定では、浸水の有無が判定できない場合がある。   On the other hand, the difference between the amplitudes of the received signals may be small when water is present and when water is not present. Therefore, in the presence / absence determination of the inundation using only the amplitude of the received signal, the presence / absence of the inundation may not be determined.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、液体が有る場合と無い場合とで受信信号の振幅の差が小さい場合でも、液体の有無を判定可能な超音波測定装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and has an ultrasonic measurement apparatus capable of determining the presence or absence of a liquid even when the difference in amplitude of a received signal is small between the presence and absence of a liquid. It is intended to provide.

この発明に係る超音波測定装置は、板状部に超音波を送信する送信探触子と、板状部から超音波を受信して電気信号に変換する受信探触子と、受信探触子により得られた電気信号を受信信号として受信する受信部と、受信部により受信された受信信号の数及び当該受信信号の継続時間に基づいて、板状部に接する液体の有無を判定する液体有無判定部とを備えたことを特徴とする。   An ultrasonic measurement device according to the present invention includes a transmission probe that transmits an ultrasonic wave to a plate-shaped portion, a reception probe that receives an ultrasonic wave from the plate-shaped portion and converts the ultrasonic wave into an electric signal, and a reception probe. A receiving unit that receives the electric signal obtained by the receiving unit as a received signal, and the presence or absence of a liquid that determines the presence or absence of a liquid in contact with the plate-shaped portion based on the number of received signals received by the receiving unit and the duration of the received signal A determination unit.

この発明によれば、上記のように構成したので、液体が有る場合と無い場合とで受信信号の振幅の差が小さい場合でも、液体の有無を判定可能である。   According to the present invention, since the configuration is as described above, it is possible to determine the presence / absence of liquid even when the difference between the amplitudes of the received signals is small when liquid is present and when liquid is not present.

この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an ultrasonic measurement device according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1における信号処理部の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a signal processing unit according to the first embodiment of the present invention. この発明の実施の形態1における信号処理部のハードウェア構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of a signal processing unit according to Embodiment 1 of the present invention. 図4A〜図4Cは、この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置で受信される受信信号と水の有無及び水深との関係の一例を示す概念図である。4A to 4C are conceptual diagrams illustrating an example of a relationship between a reception signal received by the ultrasonic measurement device according to Embodiment 1 of the present invention, presence / absence of water, and water depth. 図5A、図5Bは、この発明の実施の形態1における送信探触子の応答特性の一例を示す図である。5A and 5B are diagrams illustrating an example of response characteristics of the transmission probe according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1における送信探触子により送信された超音波の分散特性の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of dispersion characteristics of ultrasonic waves transmitted by the transmission probe according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置のシミュレーション条件を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating simulation conditions of the ultrasonic measurement device according to the first embodiment of the present invention. 図8A〜図8Gは、この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置のシミュレーションで得られた受信信号を示す図である。8A to 8G are diagrams showing received signals obtained by simulation of the ultrasonic measurement device according to Embodiment 1 of the present invention. 図8に示す受信信号の振幅と水深との関係を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a relationship between the amplitude of the received signal shown in FIG. 8 and the water depth. この発明の実施の形態1における信号処理部の動作例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an operation example of a signal processing unit according to Embodiment 1 of the present invention. 図11A、図11Bは、この発明の実施の形態1における液体有無判定部による受信信号のカウント方法の一例を示す図である。11A and 11B are diagrams illustrating an example of a method of counting a reception signal by the liquid presence / absence determination unit according to Embodiment 1 of the present invention. 図12A、図12Bは、この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置で受信される受信信号の継続時間が基準値より短い場合と長い場合の例を示す図である。FIG. 12A and FIG. 12B are diagrams illustrating an example of a case where the duration of a received signal received by the ultrasonic measurement device according to Embodiment 1 of the present invention is shorter and longer than a reference value. 図13A〜図13Hは、この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置で受信される受信信号及び尾引き部分での周波数スペクトルと水深との関係の一例を示す図である。FIGS. 13A to 13H are diagrams illustrating an example of a relationship between a reception signal received by the ultrasonic measurement apparatus according to the first embodiment of the present invention, a frequency spectrum at a tail portion, and water depth. 図13に示す受信信号のピーク周波数と水深との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between a peak frequency of a reception signal illustrated in FIG. 13 and a water depth. この発明の実施の形態1に係る超音波測定装置において、水は有るが、水面からの反射波が受信されない場合の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a case where there is water but a reflected wave from the water surface is not received in the ultrasonic measurement device according to Embodiment 1 of the present invention.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る超音波測定装置1の構成例を示す図である。
超音波測定装置1は、超音波を用いて、金属箱2の内部における水10の有無の判定を行う。図1に示す超音波測定装置1では、上記水10の有無の判定に加え、水深の推定も行う。なお図1では、金属箱2の内部を図示し、金属箱2が浸水している場合を示し、dは水深を表している。以下では、液体が水10である場合を示すが、その他の液体でもよい。また以下では、超音波測定装置1の測定対象が金属箱2である場合を示すが、これに限らず、測定対象は、箱等のように液体を留めておくことが可能な形状であり、且つ、当該液体が接する部分に板状部が存在する物体であればよい。
この超音波測定装置1は、図1に示すように、送信探触子11、受信探触子12、送信部13、受信部14及び信号処理部15を備えている。また図1に示す超音波測定装置1では、送信部13、受信部14及び信号処理部15が、送受信器16に内包されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an ultrasonic measurement device 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
The ultrasonic measurement device 1 determines the presence or absence of the water 10 inside the metal box 2 using ultrasonic waves. The ultrasonic measuring device 1 shown in FIG. 1 also estimates the water depth in addition to the determination of the presence or absence of the water 10. In FIG. 1, the inside of the metal box 2 is illustrated, where the metal box 2 is submerged, and d indicates the water depth. Hereinafter, the case where the liquid is water 10 is shown, but other liquids may be used. Also, in the following, a case where the measurement target of the ultrasonic measurement device 1 is the metal box 2 is shown. However, the present invention is not limited to this. In addition, any object may be used as long as the object has a plate-shaped portion in a portion where the liquid contacts.
As shown in FIG. 1, the ultrasonic measurement device 1 includes a transmission probe 11, a reception probe 12, a transmission unit 13, a reception unit 14, and a signal processing unit 15. Further, in the ultrasonic measurement device 1 shown in FIG. 1, the transmission unit 13, the reception unit 14, and the signal processing unit 15 are included in the transceiver 16.

送信探触子11は、金属箱2の底面(板状部)に取付けられ、超音波を金属箱2の底面の内部に送信する超音波探触子である。送信探触子11により送信される超音波は、継続時間が有限なパルス波である。
受信探触子12は、金属箱2の底面に送信探触子11と間隙を設けて取付けられ、超音波を金属箱2の底面から受信して電気信号に変換する超音波探触子である。
The transmission probe 11 is an ultrasonic probe which is attached to the bottom surface (plate portion) of the metal box 2 and transmits ultrasonic waves to the inside of the bottom surface of the metal box 2. The ultrasonic wave transmitted by the transmission probe 11 is a pulse wave having a finite duration.
The receiving probe 12 is an ultrasonic probe which is attached to the bottom surface of the metal box 2 with a gap provided with the transmitting probe 11 and receives ultrasonic waves from the bottom surface of the metal box 2 and converts them into electric signals. .

送信部13は、信号処理部15からの制御信号に応じた励振信号(電気信号)を発生して送信探触子11に出力し、送信探触子11を励振する。
受信部14は、受信探触子12により得られた電気信号を受信信号として受信する。この際、受信部14は、必要に応じて受信信号を増幅してもよい。
The transmission unit 13 generates an excitation signal (electric signal) according to the control signal from the signal processing unit 15 and outputs the excitation signal (electric signal) to the transmission probe 11 to excite the transmission probe 11.
The receiving unit 14 receives an electric signal obtained by the reception probe 12 as a reception signal. At this time, the receiving unit 14 may amplify the received signal as needed.

信号処理部15は、送信部13を制御し、また、受信部14により受信された受信信号に基づいて、金属箱2の内部における水10の有無の判定及び水深の推定を行う。この信号処理部15は、図2に示すように、制御部151、格納部152、読出部153、液体有無判定部154、液体深さ推定部155及び表示部156を有している。   The signal processing unit 15 controls the transmission unit 13, and determines the presence / absence of the water 10 inside the metal box 2 and estimates the water depth based on the reception signal received by the reception unit 14. As shown in FIG. 2, the signal processing unit 15 includes a control unit 151, a storage unit 152, a reading unit 153, a liquid presence / absence determining unit 154, a liquid depth estimating unit 155, and a display unit 156.

制御部151は、制御信号を生成して送信部13に出力する。
格納部152は、受信部14により受信された受信信号を格納する。また、格納部152は、液体有無判定部154による判定結果を示す情報及び液体深さ推定部155による推定結果を示す情報も適宜格納する。
読出部153は、格納部152に格納されている受信信号を読出す。
The control unit 151 generates a control signal and outputs the control signal to the transmission unit 13.
Storage section 152 stores the received signal received by receiving section 14. The storage unit 152 also appropriately stores information indicating the determination result by the liquid presence / absence determination unit 154 and information indicating the estimation result by the liquid depth estimation unit 155.
Reading section 153 reads the received signal stored in storage section 152.

液体有無判定部154は、読出部153により読出された受信信号に基づいて、金属箱2の内部における水10の有無を判定する。この液体有無判定部154は、上記受信信号の数が複数であると判定した場合に、水10が有ると判定する。また、液体有無判定部154は、上記受信信号の数が複数ではないと判定した場合であって、当該受信信号の継続時間が基準値より長いと判定した場合に、水10が有ると判定する。また、液体有無判定部154は、上記受信信号の継続時間が基準値より長くはないと判定した場合であって、当該受信信号の振幅が閾値より小さいと判定した場合に、水10が有ると判定する。一方、液体有無判定部154は、上記受信信号の振幅が閾値より小さくはないと判定した場合には、水10が無いと判定する。   The liquid presence / absence determining unit 154 determines the presence / absence of water 10 inside the metal box 2 based on the reception signal read by the reading unit 153. The liquid presence determination unit 154 determines that there is water 10 when determining that the number of the reception signals is plural. In addition, the liquid presence / absence determination unit 154 determines that there is water 10 when it is determined that the number of the received signals is not plural and when it is determined that the duration of the received signal is longer than the reference value. . In addition, the liquid presence / absence determining unit 154 determines that the duration of the received signal is not longer than the reference value, and determines that the water 10 is present when it determines that the amplitude of the received signal is smaller than the threshold value. judge. On the other hand, when determining that the amplitude of the received signal is not smaller than the threshold, the liquid presence determination unit 154 determines that there is no water 10.

液体深さ推定部155は、読出部153により読出された受信信号に基づいて、金属箱2の内部における水深を推定する。この液体深さ推定部155は、液体有無判定部154により上記受信信号の数が複数であると判定されて水10が有ると判定された場合に、当該受信信号の時間差から水深を推定する。また、液体深さ推定部155は、液体有無判定部154により上記受信信号の数が複数ではないと判定され且つ水10が有ると判定された場合に、当該受信信号の周波数スペクトルから水深を推定する。   The liquid depth estimating unit 155 estimates the water depth inside the metal box 2 based on the reception signal read by the reading unit 153. The liquid depth estimating unit 155 estimates the water depth from the time difference between the received signals when the liquid presence / absence determining unit 154 determines that the number of the received signals is plural and determines that there is water 10. In addition, the liquid depth estimating unit 155 estimates the water depth from the frequency spectrum of the received signal when the liquid presence / absence determining unit 154 determines that the number of the received signals is not plural and determines that there is water 10. I do.

なお、液体深さ推定部155は、上記のように、金属箱2の内部における水深を推定する。一方、金属箱2の内部の形状が既知であれば、金属箱2の内部における水深から金属箱2の内部における水量も推定可能である。よって、信号処理部15は、液体深さ推定部155により推定された水深に基づいて、金属箱2の内部における水量を推定する機能(液体量推定部)を有していてもよい。   The liquid depth estimating unit 155 estimates the water depth inside the metal box 2 as described above. On the other hand, if the shape inside the metal box 2 is known, the amount of water inside the metal box 2 can be estimated from the water depth inside the metal box 2. Therefore, the signal processing unit 15 may have a function of estimating the amount of water inside the metal box 2 based on the water depth estimated by the liquid depth estimating unit 155 (liquid amount estimating unit).

表示部156は、読出部153により読出された受信信号、液体有無判定部154による判定結果を示す情報及び液体深さ推定部155による推定結果を示す情報を表示する。
なおここでは、表示部156が超音波測定装置1の内部に設けられた場合を示している。しかしながら、これに限らず、表示部156は超音波測定装置1の外部に設けられていてもよい。
Display unit 156 displays the received signal read by reading unit 153, information indicating the result of determination by liquid presence / absence determining unit 154, and information indicating the result of estimation by liquid depth estimating unit 155.
Here, the case where the display unit 156 is provided inside the ultrasonic measurement device 1 is shown. However, the invention is not limited thereto, and the display unit 156 may be provided outside the ultrasonic measurement device 1.

なお、図2では、超音波測定装置1が液体深さ推定部155を備えた場合を示している。しかしながら、これに限らず、超音波測定装置1は液体深さ推定部155を備えていなくてもよい。以下では、超音波測定装置1が液体深さ推定部155を備えていることを前提として説明を行う。   FIG. 2 illustrates a case where the ultrasonic measurement device 1 includes the liquid depth estimating unit 155. However, the present invention is not limited to this, and the ultrasonic measurement device 1 may not include the liquid depth estimating unit 155. Hereinafter, the description will be given on the assumption that the ultrasonic measurement device 1 includes the liquid depth estimation unit 155.

次に、信号処理部15のハードウェア構成例について、図3を参照しながら説明する。
信号処理部15は、例えば、パーソナルコンピュータ又はワークステーション等のCPU(Central Processing Unit)内蔵のコンピュータを用いて実現可能である。また、信号処理部15は、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)又はFPGA(Field−Programmable Gate Array)等のLSI(Large Scale Integrated circuit)を用いて実現されてもよい。
Next, an example of a hardware configuration of the signal processing unit 15 will be described with reference to FIG.
The signal processing unit 15 can be realized using, for example, a computer with a built-in CPU (Central Processing Unit) such as a personal computer or a workstation. In addition, the signal processing unit 15 may be an LSI (Large-Scale) that uses an LSI such as a Digital Signal Processor (DSP), an Application Specific Integrated Circuit (ASIC), or an LSI (Field-Programmable Gate Array) such as an FPGA (Field-Programmable Gate Array).

図3の例では、信号処理部15の実現手段として、CPUを含むプロセッサ501、ROM(Read Only Memory)502、RAM(Random Access Memory)503、記録媒体504、送受信インタフェース回路505、表示インタフェース回路506及び表示器507が設けられている。また、プロセッサ501、ROM502、RAM503、記録媒体504、送受信インタフェース回路505、表示インタフェース回路506及び表示器507は、バス回路等の信号路508を介して相互に接続されている。   In the example of FIG. 3, a processor 501 including a CPU, a ROM (Read Only Memory) 502, a RAM (Random Access Memory) 503, a recording medium 504, a transmission / reception interface circuit 505, a display interface circuit 506 are implemented as means for realizing the signal processing unit 15. And a display 507 are provided. In addition, the processor 501, the ROM 502, the RAM 503, the recording medium 504, the transmission / reception interface circuit 505, the display interface circuit 506, and the display 507 are mutually connected via a signal path 508 such as a bus circuit.

プロセッサ501は、制御部151、読出部153、液体有無判定部154及び液体深さ推定部155を実現するものであり、RAM503を作業用メモリとして使用してROM502から読出された超音波測定用のコンピュータプログラムを実行する。記録媒体504は、格納部152を実現するものであり、例えば、SDRAM(Synchronous DRAM)等の揮発性メモリ、HDD(ハードディスクドライブ)又はSSD(ソリッドステートドライブ)を用いて構成される。送受信インタフェース回路505は、送信部13との間での信号伝達及び受信部14との間での信号伝達に使用される回路である。表示インタフェース回路506は、表示器507との間での信号伝達に使用される回路である。   The processor 501 implements a control unit 151, a reading unit 153, a liquid presence / absence determining unit 154, and a liquid depth estimating unit 155, and uses the RAM 503 as a working memory for ultrasonic measurement read from the ROM 502. Run a computer program. The recording medium 504 realizes the storage unit 152 and is configured using, for example, a volatile memory such as an SDRAM (Synchronous DRAM), an HDD (Hard Disk Drive), or an SSD (Solid State Drive). The transmission / reception interface circuit 505 is a circuit used for signal transmission with the transmission unit 13 and signal transmission with the reception unit 14. The display interface circuit 506 is a circuit used for signal transmission with the display 507.

表示器507は、表示部156を実現するものである。なお、表示器507における表示方法は特に限定されず、数値を数字で表示してもよいし、LEDランプの明るさで表示してもよい。   The display 507 realizes the display unit 156. Note that the display method on the display 507 is not particularly limited, and a numerical value may be displayed by a number or by the brightness of an LED lamp.

次に、実施の形態1に係る超音波測定装置1の動作原理について説明する。
実施の形態1に係る超音波測定装置1では、図1に示すように、送信探触子11が金属箱2の底面の内部に超音波を送信する。これにより、金属箱2の底面の内部で、超音波(板波)が伝搬する。この超音波は、継続時間が有限なパルス波である。その後、受信探触子12によりこの超音波が受信される。ここで、超音波が金属箱2の底面の内部だけを伝搬する経路を第1経路(図1の符号101で示される経路)とする。
Next, the operation principle of the ultrasonic measurement device 1 according to the first embodiment will be described.
In the ultrasonic measurement device 1 according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the transmission probe 11 transmits ultrasonic waves to the inside of the bottom surface of the metal box 2. Thereby, an ultrasonic wave (plate wave) propagates inside the bottom surface of the metal box 2. This ultrasonic wave is a pulse wave having a finite duration. Thereafter, the ultrasonic waves are received by the receiving probe 12. Here, a path through which the ultrasonic wave propagates only inside the bottom surface of the metal box 2 is referred to as a first path (path indicated by reference numeral 101 in FIG. 1).

一方、金属箱2の内部に水10が有る場合、金属箱2の底面の内部を伝搬している超音波の一部が水10の中にも伝搬していく。その後、この超音波は水面で反射されて金属箱2の底面に戻り、再び金属箱2の底面の内部を伝搬する。このように、超音波が金属箱2の底面の内部だけではなく水10の中にも伝搬する経路を第2経路(図1の符号102で示される経路)とする。   On the other hand, when the water 10 is present inside the metal box 2, part of the ultrasonic waves propagating inside the bottom surface of the metal box 2 also propagates into the water 10. Thereafter, the ultrasonic waves are reflected on the water surface, return to the bottom surface of the metal box 2, and propagate inside the bottom surface of the metal box 2 again. In this manner, the path through which the ultrasonic wave propagates not only inside the bottom surface of the metal box 2 but also into the water 10 is referred to as a second path (path indicated by reference numeral 102 in FIG. 1).

このように、金属箱2が浸水した場合、超音波の伝搬経路としては第1経路及び第2経路の2つの経路がある。ここで、第2経路は水10の中を伝搬する時間が存在するため、受信探触子12では、第1経路を伝搬した超音波よりも遅れて第2経路を伝搬した超音波を受信する。この際の遅延時間は水深によって変化し、例えば図4のようになる。   As described above, when the metal box 2 is flooded, there are two paths of the ultrasonic wave, the first path and the second path. Here, since the second path has time to propagate in the water 10, the receiving probe 12 receives the ultrasonic wave that has propagated through the second path later than the ultrasonic wave that has propagated through the first path. . The delay time at this time varies depending on the water depth, and becomes, for example, as shown in FIG.

図4は超音波測定装置1で受信された受信信号を模擬的に示したものである。図4Aは、金属箱2の内部に水10が無い場合での受信信号を示している。また、図4Bは、金属箱2の内部に水10が少量有り、水深が水中での超音波の波長以下又は同程度である場合(水深が浅い場合)での受信信号を示している。また、図4Cは、金属箱2の内部に水10が大量に有り、水深が水中での超音波の波長に比べて十分に大きい場合(水深が十分に深い場合)での受信信号を示している。なお図4において、λは水中での超音波の波長を表し、水中での超音波の波長は水中での音速と超音波の周波数とで決まる。   FIG. 4 schematically shows a reception signal received by the ultrasonic measurement device 1. FIG. 4A shows a reception signal in a case where there is no water 10 inside the metal box 2. FIG. 4B shows a reception signal when the water 10 is small in the metal box 2 and the water depth is equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave in the water (when the water depth is shallow). FIG. 4C shows a reception signal when a large amount of water 10 is present inside the metal box 2 and the water depth is sufficiently larger than the wavelength of ultrasonic waves in the water (when the water depth is sufficiently deep). I have. In FIG. 4, λ represents the wavelength of ultrasonic waves in water, and the wavelength of ultrasonic waves in water is determined by the speed of sound in water and the frequency of ultrasonic waves.

金属箱2の内部に水10が無い場合には、第2経路は存在しないため、第1経路を伝搬した超音波のみが受信探触子12により受信される。そのため、図4Aに示すように、受信信号は1つであり、非常に簡単な受信波形となる。   When there is no water 10 inside the metal box 2, the second path does not exist, so that only the ultrasonic wave transmitted through the first path is received by the receiving probe 12. Therefore, as shown in FIG. 4A, the number of received signals is one, and the received signal has a very simple waveform.

一方、金属箱2の内部に水10が有り、水深が浅い場合には、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが重なり合うような状態となる。そのため、図4Bに示すように、受信信号は複雑な受信波形となる。   On the other hand, when the water 10 is inside the metal box 2 and the water depth is shallow, the ultrasonic wave transmitted through the first path and the ultrasonic wave transmitted through the second path are in a state of being overlapped. Therefore, as shown in FIG. 4B, the received signal has a complicated received waveform.

また、金属箱2の内部に水10が有り、水深が十分に深い場合には、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが明確に分離される。そのため、図4Cに示すように、受信部14で受信信号が複数受信される。
なお、図4Cに示すように、第2経路を伝搬した超音波は1つだけとは限らず、複数の超音波が伝搬することが考えられる。これは、超音波が水面と金属箱2の底面との間で反射を繰返して伝搬するためである。図4Cでは、符号401で示されるように、第2経路を伝搬した超音波が3つ存在している。
When the water 10 is inside the metal box 2 and the water depth is sufficiently deep, the ultrasonic waves transmitted through the first path and the ultrasonic waves transmitted through the second path are clearly separated. Therefore, as shown in FIG. 4C, the receiving unit 14 receives a plurality of received signals.
In addition, as shown in FIG. 4C, the number of ultrasonic waves propagated along the second path is not limited to one, and a plurality of ultrasonic waves may be propagated. This is because the ultrasonic wave is repeatedly reflected and propagated between the water surface and the bottom surface of the metal box 2. In FIG. 4C, as indicated by reference numeral 401, there are three ultrasonic waves that have propagated through the second path.

次に、超音波測定装置1で受信される受信信号が水深に対してどのように変化するのかをシミュレーションで検討する。
図5はシミュレーションで用いた送信探触子11の応答特性を示す図である。図5に示すように、送信探触子11の中心周波数は0.5MHzで比較的広帯域なものとした。なお、中心周波数を0.5MHzとした理由は、金属箱2の外部に厚さ400μm程度の塗膜が有る場合でも対応可能とするためである。また、送信探触子11の中心周波数は0.5MHzであるため、水中での超音波の波長は約3mmとなる。
Next, how the reception signal received by the ultrasonic measurement device 1 changes with respect to the water depth will be examined by simulation.
FIG. 5 is a diagram illustrating response characteristics of the transmission probe 11 used in the simulation. As shown in FIG. 5, the center frequency of the transmission probe 11 is 0.5 MHz, which is a relatively wide band. The reason why the center frequency is set to 0.5 MHz is to make it possible to cope with a case where a coating film having a thickness of about 400 μm exists outside the metal box 2. Since the center frequency of the transmission probe 11 is 0.5 MHz, the wavelength of the ultrasonic wave in water is about 3 mm.

また、図5に示す送信探触子11により送信された超音波が金属箱2の底面を伝搬する際の分散特性(位相速度)を図6に示す。図6において、金属箱2の底面の材質は鋼とし且つ底面の厚さを2.3mmとした。また、実際には、高次モードの板波が多数伝搬するが、図6では2次モードまで示すものとした。
図6に示すように、超音波は、周波数によって位相速度が変化する。シミュレーションでは中心周波数を0.5MHzとしているので、この場合にはA0モードの位相速度が約2450m/sとなる。そこで、以下では、位相速度が2450m/sの板波を用いた場合について検討することとする。
FIG. 6 shows a dispersion characteristic (phase velocity) when the ultrasonic wave transmitted by the transmission probe 11 shown in FIG. 5 propagates on the bottom surface of the metal box 2. 6, the material of the bottom surface of the metal box 2 is steel and the thickness of the bottom surface is 2.3 mm. Further, although a large number of higher-order mode plate waves actually propagate, FIG. 6 shows only the second-order mode.
As shown in FIG. 6, the phase speed of the ultrasonic wave changes depending on the frequency. Since the center frequency is set to 0.5 MHz in the simulation, the phase speed of the A0 mode is about 2450 m / s in this case. Therefore, hereinafter, a case where a plate wave having a phase velocity of 2450 m / s is used will be considered.

そして、位相速度が2450m/sのA0モードの板波を送受信した場合での受信信号を、シミュレーションで求めた。
シミュレーション条件を図7に示す。図7に示すように、金属箱2の底面に送信探触子11と受信探触子12とを対向させて設置し、送信探触子11と受信探触子12との間の距離を100mmとした。また、金属箱2の底面の内側及び外側には塗膜701,702があるとした。塗膜701の厚さは50μmとし、塗膜702の厚さは400μmとした。
Then, a received signal in the case of transmitting and receiving an A0 mode plate wave having a phase velocity of 2450 m / s was obtained by simulation.
FIG. 7 shows the simulation conditions. As shown in FIG. 7, the transmission probe 11 and the reception probe 12 are installed on the bottom surface of the metal box 2 so as to face each other, and the distance between the transmission probe 11 and the reception probe 12 is 100 mm. And Further, it is assumed that coating films 701 and 702 exist on the inside and outside of the bottom surface of the metal box 2. The thickness of the coating 701 was 50 μm, and the thickness of the coating 702 was 400 μm.

水深を変えてシミュレーションを行い、受信信号を求めた結果を図8に示す。
図8Aに示すように、水10が無い場合(d=0mm)には、受信信号は1つとなり、簡単な受信波形となる。なお、図4Aでは振幅がプラス側だけの受信信号として模擬的に示したが、実際には図8Aに示すような交流波形となる。
FIG. 8 shows the result of obtaining a received signal by performing a simulation while changing the water depth.
As shown in FIG. 8A, when there is no water 10 (d = 0 mm), the number of received signals is one, and a simple received waveform is obtained. Although FIG. 4A simulates a received signal whose amplitude is only on the positive side, the AC signal actually has an AC waveform as shown in FIG. 8A.

また、例えば図8Bに示すように、水深が浅い場合(図8Bではd=0.8mm)には、受信信号の振幅が大幅に低減する。これは、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが位相干渉で打ち消し合う条件となっているためである。
また、例えば図8Cの場合(d=1.6mm)には、受信信号が、水10が無い場合と同様の振幅となっている。これは、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが位相干渉で強め合う条件となっているためである。
また、例えば図8D、図8Eの場合(d=2.4mm、d=3.0mm)には、受信信号は複雑な受信波形となっている。
すなわち、水深が水中での超音波の波長(約3mm)以下又は同程度である場合には、受信信号の波形は複雑になることが分かる。
Further, for example, as shown in FIG. 8B, when the water depth is shallow (d = 0.8 mm in FIG. 8B), the amplitude of the received signal is significantly reduced. This is because the condition is such that the ultrasonic wave transmitted through the first path and the ultrasonic wave transmitted through the second path cancel each other out due to phase interference.
For example, in the case of FIG. 8C (d = 1.6 mm), the received signal has the same amplitude as that in the case where there is no water 10. This is because the condition is such that the ultrasonic wave propagating on the first path and the ultrasonic wave propagating on the second path are strengthened by phase interference.
8D and 8E (d = 2.4 mm, d = 3.0 mm), the received signal has a complicated received waveform.
That is, when the water depth is equal to or less than the wavelength of the ultrasonic wave in water (about 3 mm), the waveform of the received signal becomes complicated.

一方、図8Fの場合(d=5.0mm)には、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが分離してくる。
また、図8Gの場合(d=7.0mm)には、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが明確に分離してくる。また、図8Gでは、第2経路を伝搬した超音波は1つだけではなく、複数有ることが分かる。図8Gにおいて、符号801が第1経路を伝搬した超音波を示し、符号802が第2経路を伝搬した超音波を示している。
On the other hand, in the case of FIG. 8F (d = 5.0 mm), the ultrasonic wave propagated on the first path and the ultrasonic wave propagated on the second path are separated.
Further, in the case of FIG. 8G (d = 7.0 mm), the ultrasonic wave transmitted through the first path and the ultrasonic wave transmitted through the second path are clearly separated. Also, in FIG. 8G, it can be seen that there is not only one ultrasonic wave propagating in the second path, but a plurality of ultrasonic waves. In FIG. 8G, reference numeral 801 indicates an ultrasonic wave that has propagated along the first path, and reference numeral 802 indicates an ultrasonic wave that has propagated along the second path.

次に、図8に示す受信信号の振幅(相対エコー高さ)と水深との関係を図9に示す。図9では、各振幅を水10が無い場合(d=0mm)での振幅で規格化している。
図9に示すように、水深が浅い場合には、振幅は複雑な特性を示す。これは上述したように、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波とが位相干渉するためである。一方、水深が深くなり、4mm以上となると、受信信号の振幅はほとんど変化しない。
このように、受信信号の振幅だけでは、水深を推定する以前に、水10の有無を判定すること自体が困難である。例えば、d=0mmの場合とd=1.6mmの場合とでは受信信号の振幅はほとんど同じであり、両者を振幅のみで識別することは非常に困難である。
Next, FIG. 9 shows the relationship between the amplitude (relative echo height) of the received signal shown in FIG. 8 and the water depth. In FIG. 9, each amplitude is normalized by the amplitude when there is no water 10 (d = 0 mm).
As shown in FIG. 9, when the water depth is shallow, the amplitude shows a complicated characteristic. This is because, as described above, the ultrasonic waves propagated on the first path and the ultrasonic waves propagated on the second path cause phase interference. On the other hand, when the water depth becomes deep and becomes 4 mm or more, the amplitude of the received signal hardly changes.
As described above, it is difficult to determine the presence or absence of the water 10 before estimating the water depth using only the amplitude of the received signal. For example, the amplitudes of the received signals are almost the same between d = 0 mm and d = 1.6 mm, and it is very difficult to distinguish between the two only by the amplitude.

一方、受信信号の数、受信信号の継続時間及び受信信号の振幅という情報を効果的に用いれば、水10の有無を判定可能である。また、受信信号の尾引き部分の周波数スペクトルを用いれば、水10が浅い場合での深さ推定も可能である。
以下、実施の形態1における信号処理部15の動作例について、図10を参照しながら説明する。なお、送信探触子11は超音波を金属箱2の底面に送信し、受信探触子12はこの超音波を金属箱2の底面から受信して電気信号に変換し、受信部14はこの電気信号を受信信号として受信し、格納部152はこの受信信号を格納している。
On the other hand, if information such as the number of received signals, the duration of the received signal, and the amplitude of the received signal is effectively used, the presence or absence of the water 10 can be determined. In addition, if the frequency spectrum of the trailing portion of the received signal is used, the depth can be estimated when the water 10 is shallow.
Hereinafter, an operation example of the signal processing unit 15 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The transmitting probe 11 transmits ultrasonic waves to the bottom of the metal box 2, the receiving probe 12 receives the ultrasonic waves from the bottom of the metal box 2, converts the ultrasonic waves into electric signals, and The electric signal is received as a reception signal, and the storage unit 152 stores the reception signal.

実施の形態1における信号処理部15の動作例では、まず、読出部153は、格納部152に格納されている受信信号を読出す(ステップST1001)。   In the operation example of signal processing section 15 in the first embodiment, first, reading section 153 reads a received signal stored in storage section 152 (step ST1001).

次いで、液体有無判定部154は、読出部153により読出された受信信号の数をカウントし、当該受信信号の数が複数であるかを判定する(ステップST1002,ST1003)。   Next, liquid presence / absence determining section 154 counts the number of received signals read by reading section 153, and determines whether the number of received signals is plural (steps ST1002 and ST1003).

ここで、液体有無判定部154による受信信号のカウント方法の一例を図11に示す。図11では、受信信号を模擬的にプラス側だけ示しており、液体有無判定部154が受信信号の振幅のピーク(図11に示す矢印)の数をカウントすることで、受信信号の数をカウントする方法を示している。図11Aでは振幅のピークが1つである場合を示し、図11Bでは振幅のピークが4つである場合を示している。なお、液体有無判定部154による受信信号のカウント方法としては、図11に示す振幅のピークの数を用いる方法に限らず、例えば、振幅変化の数又は振幅の微分値等を用いる方法を採用してもよい。なおここでは、送信探触子11の応答特性が図5に示すような簡単なものであり、単一の信号としてみなすことができる場合を想定している。一方、送信探触子11の応答特性そのものが複雑であり、複数の信号としてみなされる場合は適用範囲外である。   Here, an example of a method of counting the reception signal by the liquid presence / absence determination unit 154 is shown in FIG. In FIG. 11, only the positive side of the received signal is schematically shown, and the number of received signals is counted by the liquid presence / absence determining unit 154 counting the number of peaks (arrows shown in FIG. 11) of the amplitude of the received signal. Shows how to do it. FIG. 11A shows a case where there is one amplitude peak, and FIG. 11B shows a case where there are four amplitude peaks. Note that the method of counting the reception signal by the liquid presence / absence determination unit 154 is not limited to the method using the number of amplitude peaks shown in FIG. You may. Here, it is assumed that the response characteristics of the transmission probe 11 are simple as shown in FIG. 5 and can be regarded as a single signal. On the other hand, the response characteristic itself of the transmission probe 11 is complicated and is out of the applicable range when it is regarded as a plurality of signals.

このステップST1003において、液体有無判定部154は、受信信号の数が複数であると判定した場合には、金属箱2の内部に水10が有ると判定する(ステップST1004)。例えば図8Gの場合(d=7.0mm)のように、受信信号が複数有れば、第2経路を伝搬した超音波が存在することになるので、液体有無判定部154は水10が有ると判定できる。   When determining in step ST1003 that the number of received signals is plural, liquid presence / absence determining section 154 determines that water 10 is present inside metal box 2 (step ST1004). For example, as shown in FIG. 8G (d = 7.0 mm), if there are a plurality of received signals, the ultrasonic wave propagating through the second path is present, so the liquid presence / absence determination unit 154 has the water 10. Can be determined.

次いで、液体深さ推定部155は、読出部153により読出された受信信号の時間差から金属箱2の内部に有る水深を推定する(ステップST1005)。なお、液体深さ推定部155による受信信号の時間差を用いた深さ推定は、従来から知られる既存技術を適用可能であり、その詳細については説明を省略する。その後、シーケンスは終了する。   Next, liquid depth estimating section 155 estimates the water depth inside metal box 2 from the time difference between the received signals read by reading section 153 (step ST1005). The depth estimation using the time difference of the received signal by the liquid depth estimating unit 155 can apply a conventionally known technique, and a detailed description thereof will be omitted. Thereafter, the sequence ends.

一方、ステップST1003において、液体有無判定部154は、受信信号の数が複数ではないと判定した場合には、当該受信信号の継続時間を算出する(ステップST1006)。   On the other hand, when determining in step ST1003 that the number of received signals is not plural, liquid presence / absence determining section 154 calculates the duration of the received signal (step ST1006).

次いで、液体有無判定部154は、受信信号の継続時間が基準値より長いかを判定する(ステップST1007)。なお、基準値は、送信探触子11の応答特性に基づいて設定される。例えば送信探触子11の応答特性が図5に示す特性である場合、その時間波形から受信信号の継続時間は約6μsとなるので、基準値はこの値に基づいて設定される。   Next, liquid presence / absence determining section 154 determines whether or not the duration of the received signal is longer than the reference value (step ST1007). The reference value is set based on the response characteristics of the transmission probe 11. For example, when the response characteristic of the transmission probe 11 is the characteristic shown in FIG. 5, the duration of the received signal is about 6 μs from the time waveform, and the reference value is set based on this value.

このステップST1007において、液体有無判定部154は、受信信号の継続時間が基準値より長いと判定した場合には、金属箱2の内部に水10が有ると判定する(ステップST1008)。
図12に、受信信号が1つであり、受信信号の継続時間が基準値より短い場合と長い場合の例を示す。図12において、符号1201は基準値を表している。図12Bがシミュレーションで求めたd=2.0mmでの受信信号であり、受信信号の継続時間が基準値よりも長くなっている。このような場合は、水面からの反射波が受信信号に影響を及ぼしているので、液体有無判定部154は水10が有ると判定できる。なお、基準値の開始位置は受信信号の立上がり部分とし、これは超音波の群速度及び送信探触子11と受信探触子12との間の距離に基づいて決められる。
In this step ST1007, when determining that the duration of the received signal is longer than the reference value, liquid presence / absence determining section 154 determines that water 10 is present inside metal box 2 (step ST1008).
FIG. 12 shows an example in which there is one received signal and the duration of the received signal is shorter and longer than the reference value. In FIG. 12, reference numeral 1201 represents a reference value. FIG. 12B shows the reception signal at d = 2.0 mm obtained by the simulation, and the duration of the reception signal is longer than the reference value. In such a case, since the reflected wave from the water surface affects the received signal, the liquid presence / absence determination unit 154 can determine that the water 10 is present. The start position of the reference value is a rising portion of the received signal, which is determined based on the group velocity of the ultrasonic wave and the distance between the transmission probe 11 and the reception probe 12.

次いで、液体深さ推定部155は、読出部153により読出された受信信号のうちのゲート内の周波数スペクトルを算出する(ステップST1009)。ゲートは、読出部153により読出された受信信号のうちの基準値を超えた点から開始し、適宜設定された点で終了するよう設定される。   Next, liquid depth estimating section 155 calculates the frequency spectrum in the gate of the received signal read by reading section 153 (step ST1009). The gate is set to start at a point of the received signal read by the reading unit 153 exceeding a reference value and end at a point set as appropriate.

次いで、液体深さ推定部155は、周波数スペクトルからピーク周波数を算出する(ステップST1010)。   Next, liquid depth estimating section 155 calculates a peak frequency from the frequency spectrum (step ST1010).

次いで、液体深さ推定部155は、ピーク周波数から金属箱2の内部に有る水深を推定する(ステップST1011)。この際、液体深さ推定部155は、予め得られているピーク周波数と水深との関係から、水深を推定する。その後、シーケンスは終了する。   Next, liquid depth estimation section 155 estimates the water depth inside metal box 2 from the peak frequency (step ST1011). At this time, the liquid depth estimating unit 155 estimates the water depth from the relationship between the peak frequency and the water depth obtained in advance. Thereafter, the sequence ends.

この場合の受信波形は、第1経路を伝搬した超音波と第2経路を伝搬した超音波が干渉して複雑となるので、受信信号の振幅だけでは水深を推定することは困難である。そこで、尾引き部分の周波数スペクトルを用いる。ここで、尾引き部分とは、受信信号のうちの基準値を超えた部分である。図13に、受信信号と尾引き部分の周波数スペクトルの一例を示す。図13では、尾引き部分にゲートを掛けて示している。図13において、符号1301が基準値を表し、符号1302がゲートを表している。   In this case, the received waveform becomes complicated due to the interference between the ultrasonic waves transmitted through the first path and the ultrasonic waves transmitted through the second path. Therefore, it is difficult to estimate the water depth only by the amplitude of the received signal. Therefore, the frequency spectrum of the tail portion is used. Here, the trailing portion is a portion of the received signal that exceeds a reference value. FIG. 13 shows an example of the received signal and the frequency spectrum of the trailing portion. In FIG. 13, the tailing portion is shown with a gate. In FIG. 13, reference numeral 1301 represents a reference value, and reference numeral 1302 represents a gate.

図13に示すように、尾引き部分の周波数スペクトルは水深によって異なる。顕著な特徴として、水深によってピーク周波数が変化していく。図13では、d=1.0mm〜d=1.6mmまでの受信信号及び周波数スペクトルを示しており、水深が深くなるとピーク周波数が低下していく様子が分かる。   As shown in FIG. 13, the frequency spectrum of the trailing portion differs depending on the water depth. As a remarkable feature, the peak frequency changes with the water depth. FIG. 13 shows the received signal and the frequency spectrum from d = 1.0 mm to d = 1.6 mm, and it can be seen that the peak frequency decreases as the water depth increases.

図13に示すピーク周波数と水深との関係を図14に示す。
図14に示すように、d=1.6mm程度までは水深の増加に伴いピーク周波数は低下していく。一方、d=1.8mmになると急激に増加するが、これは位相が周期性を有しているためである。また、d=1.8mmからd=2.6mm程度までは水深の増加に伴いピーク周波数は低下していく。
液体深さ推定部155は、この特性を用いることで、水深を推定することが可能である。例えば、液体深さ推定部155は、尾引き部分の周波数スペクトルを求め、ピーク周波数が0.4MHzだった場合には図14から「水深1.3mm」と求めることができる。
FIG. 14 shows the relationship between the peak frequency and the water depth shown in FIG.
As shown in FIG. 14, the peak frequency decreases as the water depth increases up to about d = 1.6 mm. On the other hand, when d = 1.8 mm, it increases sharply because the phase has periodicity. Further, from d = 1.8 mm to d = 2.6 mm, the peak frequency decreases as the water depth increases.
The liquid depth estimation unit 155 can estimate the water depth by using this characteristic. For example, the liquid depth estimating unit 155 obtains the frequency spectrum of the tailing portion, and when the peak frequency is 0.4 MHz, can obtain “1.3 mm in water” from FIG.

なお、図14に示した特性は、水中での音速を1480m/sとし、位相速度が約2450m/sであるA0モードの超音波を厚さ2.3mmの鋼板に伝搬させた場合の特性である。この特性は、種々の要因によって変化する。例えば、温度によって水中での音速が変化した場合、金属箱2の底面の厚さが2.3mmよりも僅かに薄い場合又は厚い場合、又は、金属箱2の材質が鋼ではなく他の金属であるような場合には、この特性は変化する。このように、水深とピーク周波数との関係は種々の要因によって変化するものであり、図14に示した特性は、あくまで一例である。   The characteristic shown in FIG. 14 is a characteristic when the acoustic velocity in water is 1480 m / s, and the A0 mode ultrasonic wave having a phase velocity of about 2450 m / s is transmitted to a 2.3 mm thick steel plate. is there. This characteristic changes depending on various factors. For example, when the speed of sound in water changes depending on temperature, when the thickness of the bottom surface of the metal box 2 is slightly thinner or thicker than 2.3 mm, or when the material of the metal box 2 is not steel but other metal. In some cases, this characteristic changes. As described above, the relationship between the water depth and the peak frequency changes depending on various factors, and the characteristics shown in FIG. 14 are only examples.

一方、ステップST1007において、液体有無判定部154は、受信信号の継続時間が基準値より長くはないと判定した場合には、当該受信信号の振幅を算出する(ステップST1012)。
受信信号が1つであり、且つ、受信信号の継続時間が基準値より短い場合には、2つのケースが考えられる。1つは、図12Aに示したように、水10が無い場合である。もう1つは、水10は有るが、第2経路を伝搬した超音波が受信探触子12で受信されない場合である。後者の一例を、図15に示す。図15に示すように、水10が大量に浸入していると、受信探触子12の位置によっては水面からの反射波が受信探触子12の位置よりも遠くに戻ってくる場合があり、この場合、第2経路を伝搬した超音波は受信探触子12では受信できない。図15において、符号1501が第1経路を表し、符号1502が第2経路を表している。また、金属箱2が傾斜して、送信探触子11及び受信探触子12から見ると水面が傾斜しているような場合にも、水面からの反射波が所望の方向に戻らず、第2経路を伝搬した超音波が受信探触子12では受信されない場合がある。これも、「水10は有るが、第2経路を伝搬した超音波が受信探触子12では受信されない場合」に含まれる。
On the other hand, when determining in step ST1007 that the duration of the received signal is not longer than the reference value, liquid presence determining section 154 calculates the amplitude of the received signal (step ST1012).
If the number of received signals is one and the duration of the received signal is shorter than the reference value, two cases can be considered. One is a case where there is no water 10 as shown in FIG. 12A. The other is a case where there is water 10 but the ultrasonic wave transmitted through the second path is not received by the receiving probe 12. An example of the latter is shown in FIG. As shown in FIG. 15, when a large amount of water 10 has entered, a reflected wave from the water surface may return farther than the position of the reception probe 12 depending on the position of the reception probe 12. In this case, the ultrasonic wave that has propagated through the second path cannot be received by the receiving probe 12. In FIG. 15, reference numeral 1501 represents a first path, and reference numeral 1502 represents a second path. Further, even when the metal box 2 is inclined and the water surface is inclined when viewed from the transmission probe 11 and the reception probe 12, the reflected wave from the water surface does not return to the desired direction, In some cases, the ultrasonic wave that has propagated through the two paths is not received by the receiving probe 12. This is also included in the case where “there is the water 10 but the ultrasonic wave transmitted through the second path is not received by the receiving probe 12”.

次いで、液体有無判定部154は、算出した受信信号の振幅が閾値より小さいかを判定する(ステップST1013)。すなわち、液体有無判定部154は、上記の2つのケースを識別するため、受信信号の振幅を閾値と比較する。ここで、水10が有れば板波のエネルギーは水10の中へ伝搬するので、第1経路を伝搬した超音波に基づく受信信号の振幅は、水10が無い場合と比較すると小さくなる。したがって、液体有無判定部154は、受信信号の振幅が閾値より小さい場合、水10が有ると判定する。なお、閾値は、水10が無い場合での受信信号の振幅に基づいて決められる。この決め方は、試験体を用いて決めてもよいし、計算で求めた値を用いてもよい。   Next, liquid presence / absence determining section 154 determines whether the calculated amplitude of the received signal is smaller than a threshold (step ST1013). That is, the liquid presence / absence determining unit 154 compares the amplitude of the received signal with the threshold value in order to identify the above two cases. Here, if the water 10 is present, the energy of the plate wave propagates into the water 10, so that the amplitude of the received signal based on the ultrasonic wave that has propagated through the first path is smaller than when there is no water 10. Therefore, when the amplitude of the received signal is smaller than the threshold value, liquid presence determination section 154 determines that water 10 is present. Note that the threshold is determined based on the amplitude of the received signal when there is no water 10. This determination may be made using a test body or using a value obtained by calculation.

このステップST1013において、液体有無判定部154は、受信信号の振幅が閾値より小さいと判定した場合には、金属箱2の内部に水10が有ると判定する(ステップST1014)。その後、シーケンスは終了する。   In this step ST1013, when determining that the amplitude of the received signal is smaller than the threshold value, liquid presence / absence determining section 154 determines that water 10 is present inside metal box 2 (step ST1014). Thereafter, the sequence ends.

一方、ステップST1013において、液体有無判定部154は、受信信号の振幅が閾値より小さくはないと判定した場合には、金属箱2の内部に水10は無いと判定する(ステップST1015)。すなわち、液体有無判定部154は、受信信号が1つであり、受信信号の継続時間が短く、且つ、受信信号の振幅が大きい、という3つの条件を満足するとき、水10が無いと判定する。その後、シーケンスは終了する。   On the other hand, in step ST1013, when determining that the amplitude of the received signal is not smaller than the threshold value, liquid presence / absence determining section 154 determines that water 10 does not exist inside metal box 2 (step ST1015). That is, the liquid presence / absence determination unit 154 determines that there is no water 10 when three conditions are satisfied that the number of received signals is one, the duration of the received signal is short, and the amplitude of the received signal is large. . Thereafter, the sequence ends.

なお、表示部156は、読出部153により読出された受信信号、液体有無判定部154による判定結果を示す情報及び液体深さ推定部155による推定結果を示す情報を表示する。また、格納部152は、液体有無判定部154による判定結果を示す情報及び液体深さ推定部155による推定結果を示す情報を適宜格納する。   The display unit 156 displays the received signal read by the reading unit 153, information indicating the determination result by the liquid presence / absence determination unit 154, and information indicating the estimation result by the liquid depth estimation unit 155. The storage unit 152 appropriately stores information indicating the determination result by the liquid presence / absence determination unit 154 and information indicating the estimation result by the liquid depth estimation unit 155.

以上のように、この実施の形態1によれば、超音波測定装置1は、板状部に超音波を送信する送信探触子11と、板状部から超音波を受信して電気信号に変換する受信探触子12と、受信探触子12により得られた電気信号を受信信号として受信する受信部14と、受信部14により受信された受信信号の数及び当該受信信号の継続時間に基づいて、板状部に接する液体の有無を判定する液体有無判定部154とを備えた。これにより、実施の形態1に係る超音波測定装置1は、液体が有る場合と無い場合とで受信信号の振幅の差が小さい場合でも、液体の有無を判定可能である。   As described above, according to the first embodiment, the ultrasonic measuring device 1 transmits the ultrasonic wave to the plate-like portion, and receives the ultrasonic wave from the plate-like portion to convert the ultrasonic signal into an electric signal. The receiving probe 12 to be converted, the receiving unit 14 for receiving the electric signal obtained by the receiving probe 12 as a received signal, the number of received signals received by the receiving unit 14 and the duration of the received signal. A liquid presence / absence determination unit 154 for determining the presence / absence of a liquid in contact with the plate-shaped portion based on the presence / absence of the liquid. Thereby, the ultrasonic measurement device 1 according to the first embodiment can determine the presence or absence of the liquid even when the difference in the amplitude of the received signal is small between the case where the liquid is present and the case where the liquid is not present.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, it is possible to modify any components of the embodiment or omit any components of the embodiment within the scope of the invention.

1 超音波測定装置、2 金属箱、10 水、11 送信探触子、12 受信探触子、13 送信部、14 受信部、15 信号処理部、16 送受信器、151 制御部、152 格納部、153 読出部、154 液体有無判定部、155 液体深さ推定部、156 表示部、501 プロセッサ、502 ROM、503 RAM、504 記録媒体、505 送受信インタフェース回路、506 表示インタフェース回路、507 表示器、508 信号路。   Reference Signs List 1 ultrasonic measuring device, 2 metal box, 10 water, 11 transmitting probe, 12 receiving probe, 13 transmitting unit, 14 receiving unit, 15 signal processing unit, 16 transceiver, 151 control unit, 152 storage unit, 153 readout unit, 154 liquid presence / absence determination unit, 155 liquid depth estimation unit, 156 display unit, 501 processor, 502 ROM, 503 RAM, 504 recording medium, 505 transmission / reception interface circuit, 506 display interface circuit, 507 display, 508 signal Road.

Claims (8)

板状部に超音波を送信する送信探触子と、
前記板状部から超音波を受信して電気信号に変換する受信探触子と、
前記受信探触子により得られた電気信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信部により受信された受信信号の数及び当該受信信号の継続時間に基づいて、前記板状部に接する液体の有無を判定する液体有無判定部と
を備えた超音波測定装置。
A transmission probe for transmitting ultrasonic waves to the plate portion,
A receiving probe that receives an ultrasonic wave from the plate-like portion and converts the ultrasonic signal into an electric signal,
A reception unit that receives an electric signal obtained by the reception probe as a reception signal,
An ultrasonic measurement device comprising: a liquid presence / absence determination unit configured to determine presence / absence of a liquid in contact with the plate-shaped portion based on a number of reception signals received by the reception unit and a duration of the reception signal.
前記液体有無判定部は、前記受信部により受信された受信信号の数が複数であると判定した場合に、前記板状部に接する液体が有ると判定する
ことを特徴とする請求項1記載の超音波測定装置。
The liquid presence / absence determination unit, when determining that the number of reception signals received by the reception unit is plural, determines that there is a liquid in contact with the plate-shaped portion. Ultrasonic measuring device.
前記液体有無判定部は、受信信号の数が複数ではないと判定した場合、当該受信信号の継続時間が基準値より長い場合に、前記板状部に接する液体が有ると判定する
ことを特徴とする請求項2記載の超音波測定装置。
The liquid presence determination unit, when it is determined that the number of received signals is not a plurality, when the duration of the received signal is longer than a reference value, it is determined that there is a liquid in contact with the plate-shaped portion. The ultrasonic measuring device according to claim 2.
前記液体有無判定部は、受信信号の数が複数ではないと判定し且つ当該受信信号の継続時間が基準値より長くは無いと判定した場合、当該受信信号の振幅が閾値より小さい場合に、前記板状部に接する液体が有ると判定する
ことを特徴とする請求項3記載の超音波測定装置。
The liquid presence / absence determination unit determines that the number of received signals is not plural and determines that the duration of the received signal is not longer than a reference value.If the amplitude of the received signal is smaller than a threshold value, The ultrasonic measurement device according to claim 3, wherein it is determined that there is a liquid in contact with the plate-shaped portion.
前記受信部により受信された受信信号の周波数スペクトルに基づいて、前記板状部に接する液体の深さを推定する液体深さ推定部を備えた
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちの何れか1項記載の超音波測定装置。
A liquid depth estimating unit for estimating a depth of a liquid in contact with the plate-shaped portion based on a frequency spectrum of a received signal received by the receiving unit. The ultrasonic measurement device according to any one of the preceding claims.
前記液体深さ推定部は、前記液体有無判定部により受信信号の数が複数ではないと判定され且つ液体が有ると判定された場合に、当該受信信号の周波数スペクトルからピーク周波数を算出し、当該ピーク周波数から当該液体の深さを推定する
ことを特徴とする請求項5記載の超音波測定装置。
The liquid depth estimating unit, when it is determined by the liquid presence / absence determining unit that the number of received signals is not plural and when it is determined that there is liquid, calculates a peak frequency from the frequency spectrum of the received signal, The ultrasonic measurement device according to claim 5, wherein a depth of the liquid is estimated from a peak frequency.
前記受信部により受信された受信信号及び前記液体有無判定部による判定結果を示す情報を表示する表示部を備えた
ことを特徴とする請求項1から請求項6のうちの何れか1項記載の超音波測定装置。
The display device according to any one of claims 1 to 6, further comprising: a display unit that displays a reception signal received by the reception unit and information indicating a determination result by the liquid presence / absence determination unit. Ultrasonic measuring device.
板状部に超音波を送信する送信探触子と、前記板状部から超音波を受信して電気信号に変換する受信探触子と、前記受信探触子により得られた電気信号を受信信号として受信する受信部とを備えた超音波測定装置による超音波測定方法であって、
液体有無判定部が、前記受信部により受信された受信信号の数及び当該受信信号の継続時間に基づいて、前記板状部に接する液体の有無を判定するステップを有する
ことを特徴とする超音波測定方法。
A transmission probe that transmits ultrasonic waves to the plate-shaped portion, a reception probe that receives ultrasonic waves from the plate-shaped portion and converts the ultrasonic waves into an electric signal, and receives an electric signal obtained by the reception probe. An ultrasonic measurement method by an ultrasonic measurement device including a receiving unit that receives a signal,
A step of determining whether liquid is in contact with the plate-shaped portion based on the number of received signals received by the receiving unit and the duration of the received signals, Measuring method.
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