JP6393442B2 - 超音波源の方位標定装置及び重ね合わせ画像の解析方法 - Google Patents
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Description
上記式(1)を応用して実際に波源方位を標定する技術は、一般にビームフォーミング法とも称される。ビームフォーミング法では、センサの正面方向に対する所定の波の到来方向θ0について、その角度(θ0)によって計算される伝播遅延時間分(t0)だけ一方のセンサ信号を遅延させて、他方のセンサ信号と加算する。θ0と波源方位とが一致すると、各センサでの波形の位相が揃い、波の重ね合わせが最大となるので、θ0が波源方位であるとみなされる。上記ではセンサが2個の場合について説明したが、3個以上の場合についても同様の原理で波源方位の標定を行うことができる。この処理を、測定対象の全方位について行い、その信号強度や信号分布から波源方位を求めることができる。
上記式(2)中のdは受信素子の間隔(mm)であり、λは検出する音波の波長(mm)である。
[1]測定対象を撮影するカメラと、測定対象の方向から発せられる超音波の音圧を測定するアレイセンサと、前記アレイセンサによって取得される超音波の音圧情報に基づいて音圧マップを作成し、前記音圧マップと前記カメラによって取得される撮影画像とを重ね合わせた重ね合わせ画像を作成する演算手段と、前記重ね合わせ画像を表示する表示手段と、を有し、前記アレイセンサは、少なくとも一部が同一平面におけるX軸上とY軸上とに設けられ、合計9個以上25個以下の表面実装型センサからなる超音波源の方位標定装置。
[2]前記アレイセンサの探索範囲は、水平及び垂直方向においてそれぞれ±90°よりも狭い範囲内である[1]に記載の超音波源の方位標定装置。
[3]前記表面実装型センサと表面実装型センサとの間隔は、測定対象とする超音波の半波長以上であり、かつ前記アレイセンサの探索範囲内においてグレーチングローブの発生が抑制される間隔である[1]又は[2]に記載の超音波源の方位標定装置。
[4]前記アレイセンサは、前記X軸上と前記Y軸上とに加えて、同一平面上のy=x、及びy=−x上に、X軸対称かつY軸対称となるように、前記表面実装型センサを備える[1]から[3]までのいずれか1つに記載の超音波源の方位標定装置。
[5]測定対象とする超音波の波長で除すことによって求められる無次元化センサ間隔が0.90以下となるように、前記表面実装型センサが配置される[1]から[4]までのいずれか1つに記載の超音波源の方位標定装置。
[6][1]から[5]までのいずれか1つに記載の超音波源の方位標定装置において得られた重ね合わせ画像の解析方法であって、前記重ね合わせ画像において閾値を超える音圧が観測された高音圧領域を特定し、前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線のうちいずれか3つの端線に接しかつ面積が最小となる円(A)を描画し、前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線のうち、前記円(A)に接しない1つの端線と、前記円(A)に接する3つの端線のうち2つの端線と、に接しかつ面積が最小となる円(B)を描画し、前記円(A)の中心と前記円(B)の中心との2点を超音波源と推定する重ね合わせ画像の解析方法。
[7][1]から[5]までのいずれか1つに記載の超音波源の方位標定装置において得られた重ね合わせ画像の解析方法であって、前記重ね合わせ画像において閾値を超える音圧が観測された高音圧領域を特定し、前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線に接する楕円を描画し、前記楕円の2つの焦点を超音波源と推定する重ね合わせ画像の解析方法。
超音波の波長としては、測定する超音波の帯域のうち、最も感度の良い主要値(代表値)を採用してよい。
本発明に係る方位標定装置を用いて、超音波源の方位標定を行った。アレイセンサを構成するセンサとしてはMA40H1S−R(株式会社村田製作所)を用い、センサの配列は図4(a)の通りとし、センサ間隔は全て5.6mmで統一した。検査対象は、製鉄所内におけるガス配管設備とした。測定対象からの距離を15.7mとし、測定対象とする超音波の周波数は40kHzとした。無次元化センサ間隔は、5.6(mm)/8.5(mm)により約0.66と求められた。また、カメラの視野範囲及びアレイセンサによる探索範囲は、水平方向に±25°、垂直方向に±15°内とした。
図4(a)に示したセンサ配置(配置Aとする。)の方位標定装置と、図4(b)に示したセンサ配置(配置Bとする。)の方位標定装置とをそれぞれ用いて、重ね合わせ画像を作成した。センサの種類、センサ間隔等の条件は、実施例1と同様である。
2点の模擬配管リークを設けた測定対象に、本実施形態に係る方位標定装置を向けて、重ね合わせ画像を取得した。方位標定装置としては、実施例2における配置Bのものを用いた。
2 カメラ
3 アレイセンサ
4 演算手段
5 表示手段
11 筐体
13 センサ
21 測定対象
30 領域
32 領域
34 領域
40 高音圧領域
42 低音圧領域
50 領域
52 超音波源
54 虚像領域
60 高音圧領域
62 模擬配管リークが存在する位置
64 音圧が最大となる位置
Claims (5)
- 測定対象を撮影するカメラと、
測定対象の方向から発せられる超音波の音圧を測定するアレイセンサと、
前記アレイセンサによって取得される超音波の音圧情報に基づいて音圧マップを作成し、前記音圧マップと前記カメラによって取得される撮影画像とを重ね合わせた重ね合わせ画像を作成する演算手段と、
前記重ね合わせ画像を表示する表示手段と、を有し、
前記アレイセンサは、少なくとも一部が同一平面におけるX軸上とY軸上とに設けられる表面実装型センサからなり、
前記アレイセンサの探索範囲は、水平及び垂直方向においてそれぞれ±90°よりも狭い範囲内であり、かつ±8°よりも広い範囲内であり、
前記表面実装型センサと表面実装型センサとの間隔は測定対象とする超音波の半波長以上であり、
測定対象とするセンサ間隔を超音波の波長で除すことによって求められる無次元化センサ間隔とグレーチングローブ境界方位との関係に基づいて、前記アレイセンサによる探索範囲内においてグレーチングローブの出現が抑制されるように前記表面実装型センサと表面実装型センサとの間隔が決定され、前記表面実装型センサが配置される超音波源の方位標定装置。 - 前記表面実装型センサは、合計9個以上25個以下の表面実装型センサからなる請求項1に記載の超音波源の方位標定装置。
- 前記アレイセンサは、前記X軸上と前記Y軸上とに加えて、同一平面上のy=x、及びy=−x上に、X軸対称かつY軸対称となるように、前記表面実装型センサを備える請求項1または請求項2に記載の超音波源の方位標定装置。
- 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の超音波源の方位標定装置において得られた重ね合わせ画像の解析方法であって、
前記重ね合わせ画像において閾値を超える音圧が観測された高音圧領域を特定し、
前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線のうちいずれか3つの端線に接しかつ面積が最小となる円(A)を描画し、
前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線のうち、前記円(A)に接しない1つの端線と、前記円(A)に接する3つの端線のうち2つの端線と、に接しかつ面積が最小となる円(B)を描画し、
前記円(A)の中心と前記円(B)の中心との2点を超音波源と推定する重ね合わせ画像の解析方法。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の超音波源の方位標定装置において得られた重ね合わせ画像の解析方法であって、
前記重ね合わせ画像において閾値を超える音圧が観測された高音圧領域を特定し、
前記高音圧領域における上端線、下端線、左端線、及び右端線に接する楕円を描画し、
前記楕円の2つの焦点を超音波源と推定する重ね合わせ画像の解析方法。
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