JP5732344B2 - 音波を用いた探知方法、非接触音響探知システム、そのシステムで用いるプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、音波を用いた探知方法、非接触音響探知システム、そのシステムで用いるプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体に関する。

音波を照射し、それによる物体の表面の振動等を検出して、その内部の構造を把握する方法等が、従来、いくつか提案されている。

例えば、特許文献１には、スピーカー等を用いて音を照射してコンクリート構造物にたわみ振動を励起し、レーザ変位計やレーザドップラー振動計を用いてたわみ振動を検出し、たわみ振動の振動数と振幅から、コンクリート構造物の内部の空洞の位置を特定する検査方法が記載されている。また、これに関連する方法および装置が、特許文献２〜６および非特許文献１〜４に記載されている。

特開２００４−６９３０１号公報 特開２００１−２６４３０２号公報 特開２００２−１６８８４１号公報 特開２００２−２２８６４２号公報 特開平８−２４８００６号公報 特開平４−８３１５６号公報

James M.Sabatier、Ning Xiang、「An Investigation of Acoustic-to-SeismicCoupling to Detect Buried Antitank Landmines」,IEEETRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING,VOL.39,NO.6,JUNE 2001,p.1146-1154 杉本恒美、阿部冬真、「ＳＬＤＶを用いた極浅層地中映像化に関する検討−埋設物の検出に関する検討−」、電気情報通信学会技術研究報告 信学技報Ｖｏｌ．１０９ 杉本恒美、他３名、「ＳＬＤＶを用いた極浅層地中映像化に関する研究（ＩＶ）」、日本音響学会２０１０年春季研究発表会講演論文集 杉本恒美、阿部冬真、「ＳＬＤＶを用いた極浅層地中映像化に関する研究（Ｖ）」、日本音響学会２０１０年春季研究発表会講演論文集

しかしながら、従来法では、コンクリート構造物の内部の空洞等の探知対象物の位置を正確に把握することができなかった。
本発明は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、探知対象物の位置を正確に把握することができる探知方法を提供することを目的とする。また、その探知方法を行うことができるシステムを提供することを目的とする。また、そのシステムで用いるプログラムを提供することを目的とする。また、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することを目的とする。

本発明者は鋭意検討し、上記課題を解決する方法を見出し、本発明を完成させた。
本発明は次の（i）〜（vii）である。
（i）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程と、
前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）とする工程と、
前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ₁〜Ｐ_nにおける振動速度であるＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図に示す工程と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、次式（１）によってＧ_xを求める工程と、
測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製する工程と、
を備える探知方法。
（ii）前記音波がホワイトノイズである、上記（i）に記載の探知方法。
（iii）前記被照射体の表面の振動速度をレーザ振動計またはレーザ変位計を用いて測定する、上記（i）または（ii）に記載の探知方法。
（iv）探知対象物を内部に含む被照射体の表面の複数個所に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムであって、
前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定するために用いる解析装置とを有し、
上記（i）〜（iii）のいずれかに記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
（v）被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所であるＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）の各々に、周波数がωの音波を照射し、Ｐ_xにおける前記振動速度であるＥ_x（ω）を計測して、Ｅ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）を出力する計測器と、
前記計測器から出力されたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）を入力し、前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、
前記解析装置が、
入力されたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図として表示部に示す処理と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧ_xを求める処理と、
測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製し、表示部に表示する処理と
を行う、上記（iv）に記載の非接触音響探知システム。
（vi）探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラムであって、
音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させ、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（xは１〜nの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）を計測した計測器から与えられたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図として表示部に示す処理と、
ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧ_xを求める処理と、
測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_x（ω_y）を、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製し表示部に表示する処理とを、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラム。
（vii）上記（vi）に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

本発明によれば、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、探知対象物の位置を正確に把握することができる探知方法を提供することができる。また、その探知方法を行うことができる非接触音響探知システムを提供することができる。また、そのシステムで用いるプログラムを提供することができる。また、そのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。

本発明の非接触音響探知システムの好適態様を示す概略図である。 図１における被照射体１の表面および２つの音響発信源１１を上側から見た概略図である。 図３（ａ）はＰ_kにおけるωと振動速度Ｅ_k（ω）との関係図（実例）であり、図３（ｂ）はω−Ｄ_k（ω）の関係図（実例）である。 図３（ｂ）の実例を、概略概念図として示した図である。 Ｇ_xの配置図の例である。 実施例における実験セットアップ図である。 実施例における輝度映像結果である。 比較例における輝度映像結果である。

本発明について説明する。
本発明は探知方法、非接触音響探知システム、そのシステムで用いるプログラム、およびそのプログラムを記録した記録媒体（コンパクトディスク（ＣＤ）やフロッピーディスク（ＦＤ）など）であり、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、被照射体の内部の探知対象物の位置を正確に把握することができる。被照射体としては、例えば、コンクリート構造物、地面（土、砂、石、アスファルト等）、木、液体、人体が挙げられる。具体的には、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、例えば、地面に埋められている地雷の位置を正確に把握することができる。この場合、地雷が探知対象物である。また、コンクリート構造物の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、人体の内部に存在する腫瘍等の位置を正確に把握することができる。この場合、腫瘍等が探知対象物である。また、各種製品等の内部の欠陥部の位置を正確に把握することができる（すなわち、非破壊検査することができる）。この場合、欠陥部が探知対象物である。また、池、海、湖等の液面の近くに位置する探知対象物（周囲の液体と音響インピーダンスが異なる物体）の位置を正確に把握することができる。
このような中でも、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムは、コンクリート構造物の内部の異物の位置を把握するために好ましく用いることができる。例えばコンクリート構造物の内部に埋設された異物（発泡スチロール等）は、地中埋設物とは違い、複数の応答周波数帯が比較的近い周波数帯域に存在し、本発明の探知方法および本発明の非接触音響探知システムを好ましく適用できることを本発明者は見出した。

本発明の探知方法は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムである本発明の非接触音響探知システムによって実現することが好ましい。本発明の非接触音響探知システムは、前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、前記被照射体の表面における振動速度分布から、前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、前記解析装置によって特定の情報処理を行うことができる。本発明の非接触音響探知システムとして、具体的には、例えば図１に示す装置が挙げられる。

図１は、被照射体１の表面を振動させ得る音波を発生させる２つの音響発信源１１、１１と、被照射体１の表面の振動速度を測定する計測器１３と、被照射体１の表面における振動速度分布から被照射体１の内部の探知対象物３の位置を特定するために用いる解析装置１５１を含むコンピュータ１５とを有する装置１０を示す概略図である。図１に示す装置１０は、さらに、任意波形発生装置１７およびアンプ１９を有しており、加えて、コンピュータ１５は制御装置１５２および表示部１５３を含んでおり、制御装置１５２によって任意波形発生装置１７を制御して、所望の周波数の音波を２つの音響発信源１１、１１から発生することができる。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。表示部１５３には、後に説明するω−Ｄ_x（ω）図や振動速度分布図を表示することができる。なお、表示部１５３は複数存在していて、各図を示すものであってもよい。また、複数の図を１つの表示部１５３に示してもよい。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。

図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、音響発信源１１はフラットスピーカであり、図１に示すように２つのフラットスピーカを向い合せ、被照射体１の表面に対して２０°傾けて（フラットスピーカ面と被照射体１の表面とのなす角度が７０°となるように）配置している。このように傾けて配置するとフラットスピーカから発生する空中放射音波から地中内への第２種縦波に変換される割合が大きくなるので好ましい。第２種縦波は、被照射体の表面が砂や土からなる多孔質な面の場合、その表面を好ましく振動させることができる。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて音響発信源の数やスピーカの角度等は特に限定されない。

音響発信源はフラットスピーカの他、パラメトリックスピーカも好ましく用いることができ、また、具体的に、アメリカンテクノロジー社製のＬＲＡＤ（登録商標）を好ましく用いることができる。また、ラウドスピーカを用いることもできるが、この場合は、音響発信源と被照射体との距離を比較的近くする。その他に用いることができる音響発信源としては、パルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管が挙げられる。

また、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、所望の周波数（ω）に調整することができ、かつ、被照射体の表面をその振動速度が計測器によって測定できる程度に、表面に平行方向ではない方向（好ましくは、表面に垂直方向）へ振動させることができる音波であればよく、空気中で振動振幅が減衰し難い可聴帯域の音波（音響波）が好ましい。なお、超音波は用い難い。超音波は空気中で振動振幅の減衰が大きいからである。
また、被照射体の共振周波数帯が不明な場合には、音響発信源から被照射体へ照射される音波は、ホワイトノイズであることが好ましい。全ての周波数を含んでいるからである。

図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、計測器１３はレーザドップラー振動計であり、レーザ１３１を被照射体１に照射して、その表面の振動速度を測定することができる。得られた振動速度のデータは解析装置１５１で解析するために用いられる。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて計測器は、被照射体の表面の振動速度を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、例えばレーザ変位計を用いることができ、レーザドップラー振動計であることが好ましい。被照射体と計測器とが比較的離れていても、被照射体の表面の振動を正確に測定することができるからである。
また、１度に１点の振動計測が可能なシングルレーザタイプのレーザ振動計を用いることは可能であるが、スキャニングレーザタイプのレーザ振動計を用いることが好ましい。スキャニング振動計であるレーザドップラー振動計としては、具体的に、ポリテックジャパン社製のＰＳＶ４００−Ｈ４が挙げられる。このレーザドップラー振動計は解析装置の一部および制御装置を含むものである。

図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、解析装置１５１は、被照射体１における探知対象物３の位置を特定するための特定の情報処理を行うことができるものであれば特に限定されない。この特定の情報処理は本発明の探知方法および本発明のプログラムが備えるものであり、後に詳細に説明する。例えば、この解析装置自体に対象面上でスキャンされた周波数毎の速度振幅データが蓄積されていき、後の解析時に利用される。

図１に示す本発明の非接触音響探知システム（装置１０）において、任意波形発生装置１７は、制御装置１５２の指令によって所望の周波数の音波を音響発信源１１から発生させることができる装置である。例えば、ノイズ波やバースト波を発生可能な市販のファンクションジェネレータ等を用いることができる。送信する音波の波形は通常この任意波形発生装置により制御することができる。通常は簡単のために手動で制御するが、解析装置側から制御するようにシステムを構成することも可能である。任意波形発生装置１７が発生するトリガ信号に制御装置１５２を同期させて計測することもできる。
また、アンプ１９は特に限定されず、例えば、市販オーディオアンプ等を用いることができる。

次に、本発明の探知方法について説明する。
なお、本発明のプログラムは、本発明の探知方法と同様の内容であるので、以下では主に本発明の探知方法について説明する。
本発明の探知方法は、探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程を備える。この工程は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、音響発信源から被照射体へホワイトノイズを照射して行うことができる。本発明の非接触音響探知システムはコンピュータに本発明のプログラムをインストールしたものであることが好ましい。
また、本発明の探知方法は、さらに、以下に説明する特定の情報処理を行う各工程を備える。

本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）とする工程を備える。

この工程について、図２を用いて具体的に説明する。
図２は、図１における被照射体１の表面および２つの音響発信源１１を上側（計測器１３が存在する側）から見た図である。
図２においてｎ箇所の測定箇所は碁盤の目状に配置されており、図２に示すように、左下から右上へ向かってＰ₁、Ｐ₂、Ｐ₃・・・・Ｐ_x-1、Ｐ_x、Ｐ_x+1・・・Ｐ_n-2、Ｐ_n-1、Ｐ_nと付されている。ただし、本発明の探知方法において測定箇所の配置は特に限定されず、例えばランダムに配置されていてもよい。
そして、ｎ箇所の測定箇所の各々において、音響発信源１１から照射した音波の周波数がωである場合の被照射体１の表面の振動速度を測定する。ここで、照射した音波の周波数がωである場合のＰ_x（ｘは１〜ｎの整数）における前記振動速度をＥ_x（ω）とする。すなわち、各測定箇所におけるωと振動速度Ｅ_x（ω）との関係を把握する。ωと振動速度Ｅ_x（ω）との関係を図に表すと、例えば図３（ａ）のようになる。図３（ａ）は、ある測定箇所であるＰ_k（ここでｋは１〜ｎの中のいずれか特定の整数）におけるωと振動速度振動速度Ｅ_k（ω）との関係図である。なお、図３（ａ）には振動速度Ｅ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値であるＡ（ω）も示されている。
振動速度の測定は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、レーザドップラー振動計などのレーザ変位計によって行うことができる。

次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ₁〜Ｐ_nにおける振動速度であるＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図に示す工程を備える。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、ω−Ｄ_x（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に示すことができる。また、本発明のプログラムでは、ω−Ｄ_x（ω）図を表示部（ディスプレイ等）に示す。

この工程について、図３を用いて具体的に説明する。
図３（ａ）には、上記のＥ_k（ω）の他に、各測定箇所Ｐ₁〜Ｐ_nにおける振動速度Ｅ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均であるＡ（ω）の実例が示されている。
そして、振動速度Ｅ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）およびＡ（ω）を用いて、Ｄ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）を求める。Ｄ_x（ω）は、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値である。周波数によっては、振動速度の値自体は小さくても平均値との差が大きい場合があり、周波数毎に各測定箇所の振動速度の値で割り算を行って、平均値との相対的な差が明確になるように規格化を行う。規格化により求められた規格値であるＤ_x（ω）は、１を最大値とし、平均振動速度Ａ（ω）との相対的な振動速度差を意味する。
図３（ｂ）は、ある測定箇所であるＰ_k（ここでｋは１〜ｎの中のいずれか特定の整数）におけるωとＤ_k（ω）との関係図の実例である。ω−Ｄ_x（ω）図は、測定箇所の数だけ（すなわちｎ個）作成することができる。
なお、図３（ｂ）における直線２０は、次の工程の説明において詳細に述べる閾値を示す直線である。

次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、後述する式（１）によってＧ_xを求める工程を備える。

この工程について、図４を用いて具体的に説明する。
図４は、図３（ｂ）の実例を、概略概念図として示した図である。すなわち、ある測定箇所であるＰ_k（ここでｋは１〜ｎの中のいずれか特定の整数）におけるωとＤ_k（ω）との関係図である。
この工程では、ｎ個作成された図４に示すようなω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切る。例えば、２００〜４００Hzの周波数区間と、４００〜５００Hzの周波数区間と、５００〜８００Hzの周波数区間と、８００〜１３００Hzの周波数区間とで、ｎ個の全てのω−Ｄ_x（ω）図を区切る。
そして、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定する。図４においてＤ_k（ω）の最大値は０．９程度であるので、その３０〜７０％（好ましくは４０〜６０％、より好ましくは０．５程度）の間に含まれる値（Ｄ_k（ω）＝０．５）を閾値として設定した。この閾値を図４中に直線２０として示す。

次に、ｎ個のω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が閾値（ここでは０．５）以上である部分を含む周波数区間を抜き出す。図４では、２００〜４００Hzの周波数区間、４００〜５００Hzの周波数区間、および８００〜１３００Hzの周波数区間において、Ｄ_k（ω）の値が閾値以上である部分を含んでいるので、これらの周波数区間を抜き出すことができる。また、ｘ＝ｋでない場合のω−Ｄ_x（ω）図において、５００〜８００Hzの周波数区間もＤ_x（ω）の値が閾値以上である部分を含んでいるものがあれば、この周波数区間も抜き出すことができる。
ｎ個のω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が閾値以上である部分を含む周波数区間を全て抜き出すことが好ましいが、一部の周波数区間のみを抜き出してもよい。抜き出した周波数区間の数をｍ個とする。

次に、抜き出した周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とする。例えば、２００〜４００Hzの周波数区間、４００〜５００Hzの周波数区間、および８００〜１３００Hzの周波数区間を抜き出した場合、１個目の周波数区間である２００〜４００Hzの初めの周波数（ω）はｆ_α１＝２００Hz、終りの周波数（ω）はｆ_β１＝４００Hzであり、２個目の周波数区間である４００〜５００Hzの初めの周波数（ω）はｆ_α2＝４００Hz、終りの周波数（ω）はｆ_β2＝５００Hzであり、３個目の周波数区間である８００〜１３００Hzの初めの周波数（ω）はｆ_α3＝８００Hz、終りの周波数（ω）はｆ_β3＝１３００Hzである。
そして、次式（１）によってＧ_xを求める。すなわち、ｎ個存在するω−Ｄ_x（ω）図の各々において、閾値以上の部分を含む周波数区間の積分値を求め、それらを合計し、得られた値をＧ_Xとする。

次に、本発明の探知方法は、特定の情報処理を行う工程として、測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製する工程を備える。
なお、本発明の非接触音響探知システムでは、振動速度分布図を表示部（ディスプレイ等）に示すことができる。また、本発明のプログラムでは、振動速度分布図を表示部（ディスプレイ等）に示す。

この工程について、図５を用いて具体的に説明する。
図５に示すように、この工程では、測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_x（ω_y）（yは１〜mの整数である。）を、図２に示したような実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す。図５は測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを図２に示した実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置した振動速度分布図である。図５に示す振動速度分布図のＧ₁〜Ｇ_nの位置に、Ｇ₁〜Ｇ_nの実際の数値を示してもよいし、その数値の大きさを色で示してもよい。例えば、後に説明する図７はＧ₁〜Ｇ_nの数値を色で示した振動速度分布図の実例である。図７では、白色に近いほどＧ_xの値が大きく、黒色に近いほどＧ_xの値が小さいが小さいことを示している。

このような本発明によれば、従来のものと比較して、探知対象物の位置をより正確に把握することができる。特にコンクリート構造物の内部の異物の位置をより正確に把握することができる。例えばコンクリート構造物の内部に埋設された異物（発泡スチロール等）は、地中埋設物とは違い、複数の応答周波数帯が比較的近い周波数帯域に存在するが、このような場合であっても、本発明によって、探知対象物の位置をより正確に把握することができる。

本発明の実施例および比較例を説明する。

＜実施例＞
図１に示した装置を用い、音波発信源から照射した音波によって励起した地表面の振動をレーザドップラー振動計（ポリテック社製、ＰＳＶ４００−Ｈ４）によって取得した。このレーザ振動計が取得する振動は地表面の垂直方向振動である。もし地表面付近に埋設物が存在すると、その埋設物と周囲の土壌の振動特性に差が生じる。音波発信源としては、平面スピーカ(ＦＰＳ Ｃｏｒｐ, ２０３０Ｍ３Ｐ１Ｒ)を２個使用し、図１に示すように互いに向い合う位置に配置にした。第二種縦波を発生させるため、平面スピーカを約20°傾けた状態で実験を行った。

また、図１に示した装置を上側から見た図が図６である。具体的には研究室内の槽(５０ｃｍ×５６ｃｍ×５０ｃｍ)にコンクリートを流し込み、ここへ埋設物（探知対象物）として発泡スチロール（３００ｍｍ×３００ｍｍ×２５ｍｍ）を斜めに埋設した。埋設深度は平均で５ｃｍ（最大１５ｃｍ）とした。また、送振波はnoise波またはチャープ波(chirp波)を用いた。チャープは時間的に周波数が変化する波である。

そして、図２に示したように、被照射体（コンクリート）の表面の測定箇所を決めた。また、測定箇所の個数（ｎ）は１９５箇所とした。そして、ｎ箇所（ｎ＝１９５）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）とした。

次に、周波数に応じた振動速度を、各測定箇所における振動速度であるＥ_x（ω）と、全スキャンポイントの振動速度の平均であるＡ（ω）を用いて、Ｄ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）から、周波数毎に規格化した。特定の測定箇所（ｎ＝ｋ）における振動速度：Ｅ_k（ω）およびそれらの平均値：Ａ（ω）のグラフは、図３（ａ）に示したような態様となる。また、規格化して得られるω−Ｄ_x（ω）図は、図３（ｂ）に示したような態様となる。

次に、ｎ個（１９５個）作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切った。具体的には１１００Ｈｚ、１５００Ｈｚ、１７５０Ｈｚ、２４５０Ｈｚで区切った。そして、各図においてＤ_x（ω）の最大値の５０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個（１９５個）の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出した。具体的には、１１００〜１５００Ｈｚおよび１７５０〜２４５０Ｈｚの２個の周波数区間を抜き出した。
次に、抜き出したｍ個（２個）の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とした。つまり、ｆ_α1＝１１００Ｈｚ、ｆ_β1＝１５００Ｈｚ、ｆ_α2＝１７５０Ｈｚ、ｆ_β2＝２４５０Ｈｚとした。
そして、次の式（１−１）によってＧ_xを求めた。

次に、測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_n（ｎ＝１９５）の位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製した。作成した振動速度分布図を図７に示す。図７では、白色に近いほどＧ_xの値が大きく、黒色に近いほどＧ_xの値が小さいが小さいことを示している。
図７から、埋設物の位置を鮮明な画像で確認することができた。

＜比較例＞
上記の実施例では、１１００〜１５００Ｈｚおよび１７５０〜２４５０Ｈｚの２個の周波数区間を抜き出して、抜き出したｍ個（２個）の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙとした後、式（１−１）によってＧ_xを求めたが、実施例と同様の方法で特定して抜き出した１１００〜１５００Ｈｚおよび１７５０〜２４５０Ｈｚの２個の周波数区間について、初めの周波数と終わりの周波数とを同様に定義した後、次の式（２−１）、式（２−２）を用いて、２つの振動速度分布図を作成した。式（２−１）を用いた振動速度分布図を図８（ａ）、式（２−２）を用いた振動速度分布図を図８（ｂ）に示す。

図８（ａ）および（ｂ）の振動速度分布図と、図７に示した振動速度分布図とを比較すると、本発明に相当する図７に示した振動速度分布図の方がより鮮明であることが分かる。なお、図８（ａ）の振動速度分布図と図８（ｂ）の振動速度分布図とを合成すると、図７に示した振動速度分布図となる。

１ 被照射体
３ 探知対象物
１０ 本発明の非接触音響探知システム
１１ 音響発信源
１３ 計測器
１３１ レーザ
１５ コンピュータ
１５１ 解析装置
１５２ 制御装置
１５３ 表示部
１７ 任意波形発生装置
１９ アンプ
２０ 閾値

Claims (7)

1. 探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する音波を用いた探知方法であって、
   音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させる工程と、
   前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）とする工程と、
   前記照射した音波の周波数がωである場合のＰ₁〜Ｐ_nにおける振動速度であるＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図に示す工程と、
   ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、次式（１）によってＧ_xを求める工程と、
   測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製する工程と、
   を備える探知方法。
2. 前記音波がホワイトノイズである、請求項１に記載の探知方法。
3. 前記被照射体の表面の振動速度をレーザ振動計またはレーザ変位計を用いて測定する、請求項１または２に記載の探知方法。
4. 探知対象物を内部に含む被照射体の表面の複数個所に音波を照射し、その表面における振動速度分布から、前記探知対象物の位置を特定する非接触音響探知システムであって、
   前記被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
   前記被照射体の表面の振動速度を測定する計測器と、
   前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定するために用いる解析装置とを有し、
   請求項１〜３のいずれかに記載の探知方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
5. 被照射体の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
   前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所であるＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（ｘは１〜ｎの整数）の各々に、周波数がωの音波を照射し、Ｐ_xにおける前記振動速度であるＥ_x（ω）を計測して、Ｅ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）を出力する計測器と、
   前記計測器から出力されたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）を入力し、前記被照射体の表面における振動速度分布から前記被照射体における前記探知対象物の位置を特定する解析装置とを有し、
   前記解析装置が、
   入力されたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図として表示部に示す処理と、
   ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧ_xを求める処理と、
   測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_xを、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_X・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製し、表示部に表示する処理と
   を行う、請求項４に記載の非接触音響探知システム。
6. 探知対象物を内部に含む被照射体の表面に音波を照射し、その表面の複数の測定個所において振動速度を測定し、得られた振動速度分布図から前記探知対象物の位置を特定する処理を、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラムであって、
   音波発信源から音波を照射し、前記被照射体の表面を振動させ、前記被照射体の表面のｎ箇所（ｎ≧２）の測定個所を、各々、Ｐ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_n（xは１〜nの整数）とし、それらの測定箇所の各々において、照射した音波の周波数がωである場合の前記被照射体の表面の振動速度を測定し、Ｐ_xにおける前記振動速度をＥ_x（ω）を計測した計測器から与えられたＥ₁（ω）〜Ｅ_n（ω）の平均値をＡ（ω）とし、Ｐ_xにおける振動速度差の規格値であるＤ_x（ω）をＤ_x（ω）＝（Ｅ_x（ω）−Ａ（ω））／Ｅ_x（ω）と定義し、周波数（ω）とＤ_x（ω）との関係をω−Ｄ_x（ω）図として表示部に示す処理と、
   ｎ個作成された前記ω−Ｄ_x（ω）図の各々について、同一の周波数区間で複数個に区切り、さらに、各図においてＤ_x（ω）の最大値の３０〜７０％における任意の値を閾値として設定し、ｎ個の前記ω−Ｄ_x（ω）図の少なくとも１つにおいてＤ_x（ω）の値が前記閾値以上である部分を含む周波数区間をｍ個抜き出し、抜き出したｍ個の周波数区間の各々について、初めの周波数（ω）をｆ_αｙ、終りの周波数（ω）をｆ_βｙ（ｙは１〜ｍの整数である。）とし、前記式（１）によってＧ_xを求める処理と、
   測定箇所Ｐ_xにおけるＧ_x（ω_y）を、実際のＰ₁、Ｐ₂・・・Ｐ_x・・Ｐ_nの位置と相似関係の位置に配置して示す振動速度分布図を作製し表示部に表示する処理とを、コンピュータを含む非接触音響探知システムに行わせるためのプログラム。
7. 請求項６に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。