JPS59225374A - 音源位置標定方法とその装置 - Google Patents
音源位置標定方法とその装置Info
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- JPS59225374A JPS59225374A JP58099401A JP9940183A JPS59225374A JP S59225374 A JPS59225374 A JP S59225374A JP 58099401 A JP58099401 A JP 58099401A JP 9940183 A JP9940183 A JP 9940183A JP S59225374 A JPS59225374 A JP S59225374A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、構造物の音源位置を標定するための方法とそ
の装置に係シ、特に構造物に異物が衝突したときに発生
する衝突音の発生位置を標定することによって、異物の
任在位置を検出するに好適な方法とその装置に関するも
のである。
の装置に係シ、特に構造物に異物が衝突したときに発生
する衝突音の発生位置を標定することによって、異物の
任在位置を検出するに好適な方法とその装置に関するも
のである。
圧力容器などの構造物の音源位置標定方法としては従来
よ、！ｌｌｌ特願昭５８−３９２８０号において提案さ
れている如く、予め位置の知れている多数の既知音源か
らの音響信号の波高値データと到達時間差データを計算
機等のメモリにファイルしておき、その中から未知音源
の各データと最も近似するものを検索することによって
未知音源位置を標定する方法が有効となっている。しか
しながら、この方法に′よる場合は、未知音源のデータ
とファイル中の既知音源データとを比較照合するための
バタン認識手法において、既知音源から未知音源までの
実距離の指標として得られるバタン距離は実距離と強い
相関があるものの、完全な比例関係にはないものとなっ
ている。したがって、未知音源とのバタン距離が最小と
なる既知音源がファイルの中から検索されても、それが
実距離の最短となる既知音源とならない場合が起シ得、
未知音源の位置を誤認する確率が高いという欠点がある
。
よ、！ｌｌｌ特願昭５８−３９２８０号において提案さ
れている如く、予め位置の知れている多数の既知音源か
らの音響信号の波高値データと到達時間差データを計算
機等のメモリにファイルしておき、その中から未知音源
の各データと最も近似するものを検索することによって
未知音源位置を標定する方法が有効となっている。しか
しながら、この方法に′よる場合は、未知音源のデータ
とファイル中の既知音源データとを比較照合するための
バタン認識手法において、既知音源から未知音源までの
実距離の指標として得られるバタン距離は実距離と強い
相関があるものの、完全な比例関係にはないものとなっ
ている。したがって、未知音源とのバタン距離が最小と
なる既知音源がファイルの中から検索されても、それが
実距離の最短となる既知音源とならない場合が起シ得、
未知音源の位置を誤認する確率が高いという欠点がある
。
よって本発明の目的は、実距離の指標として得られるバ
タン距離がその実距離と比例関係にない場合でも、高精
度にして未知音源位置を標定し得る音源位置標定方法と
その装置離供するにある。
タン距離がその実距離と比例関係にない場合でも、高精
度にして未知音源位置を標定し得る音源位置標定方法と
その装置離供するにある。
この目的のため本発明は、既知音源のデータと未知音源
のテークを比較照合するバタン認識手法によって得られ
るバタン距離を、予め得られているバタン距離と実距離
との関係を示す対応表によって実距離に変換することに
よシ、高い精度で未知音源の位置を標定するようにした
ものでるる。
のテークを比較照合するバタン認識手法によって得られ
るバタン距離を、予め得られているバタン距離と実距離
との関係を示す対応表によって実距離に変換することに
よシ、高い精度で未知音源の位置を標定するようにした
ものでるる。
バタン距離と実距離との関係を実験およびシミュレーシ
ョンにより予め求めておく場合は、バタン距離よυ即実
距離が求められるものである。
ョンにより予め求めておく場合は、バタン距離よυ即実
距離が求められるものである。
また、本発明は、構造物の何れかの場所で発生される伸
Ｉ突音を検出すべくその適宜箇所に少なくとも３個以上
取何される音響検出手段と、多数の既知音源位置対応の
波高値データ、信号到達時刻データの少なくとも何れか
一方、更にはバタン距離と実距離との関係を示す対応表
が予め記憶されている既知データ記憶手段と、音響検出
手段から得られる未知音源からの音響信号の波高値デー
ター伯号到達時刻データの少なくとも何れか一方とこれ
に対応する既知データ記憶手段からの既知データとにも
とづきバタン距離を得、該距離を上記対応表によって実
距離に変換するデータ処理手段とを備えるようにしてな
るものである。
Ｉ突音を検出すべくその適宜箇所に少なくとも３個以上
取何される音響検出手段と、多数の既知音源位置対応の
波高値データ、信号到達時刻データの少なくとも何れか
一方、更にはバタン距離と実距離との関係を示す対応表
が予め記憶されている既知データ記憶手段と、音響検出
手段から得られる未知音源からの音響信号の波高値デー
ター伯号到達時刻データの少なくとも何れか一方とこれ
に対応する既知データ記憶手段からの既知データとにも
とづきバタン距離を得、該距離を上記対応表によって実
距離に変換するデータ処理手段とを備えるようにしてな
るものである。
以下、本発明を第１図から第１１図によシ説明する。
先ず本発明に係るバタン認識による音の位置標定方法に
ついて説明する。
ついて説明する。
既に述べたように本発明による音源位置標定装置は対象
となる構造物内の何れかの位置から発せられた衝突音を
構造物の適宜場所に取勺付けられた３個以上の音響検出
器で検出し、その音響信号の波高値データと信号到達時
刻データとから形成されるバタンを設定し、これらのバ
タンに基づいて２つの音源Ａ、Ｂ（例えば既知音源；Ａ
、未知音源；Ｂ）間のバタン距離を定義し、このバタン
距離から音源Ａ、Ｂ間の実距離を求めるようにしたもの
である。
となる構造物内の何れかの位置から発せられた衝突音を
構造物の適宜場所に取勺付けられた３個以上の音響検出
器で検出し、その音響信号の波高値データと信号到達時
刻データとから形成されるバタンを設定し、これらのバ
タンに基づいて２つの音源Ａ、Ｂ（例えば既知音源；Ａ
、未知音源；Ｂ）間のバタン距離を定義し、このバタン
距離から音源Ａ、Ｂ間の実距離を求めるようにしたもの
である。
ここで音源Ａ、Ｂ間の波高値データに基づく波高値バタ
ン距離ＤＡＢを、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の音響検出器（
以下、単に検出器と称する）Ｓｉによって検出された音
源Ａ、Ｂの波高値をａｌ。
ン距離ＤＡＢを、ｉ番目（ｉ＝１〜Ｎ）の音響検出器（
以下、単に検出器と称する）Ｓｉによって検出された音
源Ａ、Ｂの波高値をａｌ。
ｂ＋とじて次式（１）の如く定義する。
但し、Ｖａｒは分散をあられし、一般的な量Ｘｉに対し
次式（２）で定義されるものである。
次式（２）で定義されるものである。
同様に、音源Ａ、Ｂ間の信号到達時間データに基づく時
間差バタン距離ＤＡＤを、検出器３ｉに信号が到達した
時刻を音源Ａ、Ｂに対しそれぞれτ□、τＢ、として次
式（３）の如く定義する。
間差バタン距離ＤＡＤを、検出器３ｉに信号が到達した
時刻を音源Ａ、Ｂに対しそれぞれτ□、τＢ、として次
式（３）の如く定義する。
１／２
Ｄｘｎ＝（Ｖａｒ（ｒＡｌ −τｎ＋）） ・
・”（３）音源Ａ、Ｂ間の実距離ｄはこれらのノくタン
距離Ｄｅｎ 、 ＤＹＢ の何れかを用いれば推定し
得るが、Ｄ宝ａ 、 ＤＡＢ の双方を用い・くタン
距離ＤＡＢを次式（４）の如く定義し、これより実距離
ｄを推定することも可能である。
・”（３）音源Ａ、Ｂ間の実距離ｄはこれらのノくタン
距離Ｄｅｎ 、 ＤＹＢ の何れかを用いれば推定し
得るが、Ｄ宝ａ 、 ＤＡＢ の双方を用い・くタン
距離ＤＡＢを次式（４）の如く定義し、これより実距離
ｄを推定することも可能である。
Ｄ！お＝（１−α） ＤＡＭ＋αＤ Ａ ｓ ・
・・・・・・・・（４）但し、αは０≦α≦１の値をも
つ係数であり、いわゆる加重平均の重みに係るものであ
る。
・・・・・・・・（４）但し、αは０≦α≦１の値をも
つ係数であり、いわゆる加重平均の重みに係るものであ
る。
さて、ここで定義したバタン距離が実距離ｄをどの程度
正確に記述するものであるかを次に述べる。バタン距離
が実距離ｄに完全に比例した量であればバタン距離によ
り音源間実距離を求め得るが、実際には比例関係は成立
しない。
正確に記述するものであるかを次に述べる。バタン距離
が実距離ｄに完全に比例した量であればバタン距離によ
り音源間実距離を求め得るが、実際には比例関係は成立
しない。
いま、第１図に示す如くの幾何学的位置関係に音源Ａ、
Ｂと検出器Ｓｉがある場合を想定すれば、検出器Ｂｉで
検出される音ｍＡ、Ｂからの音響信号の波高値は次式（
５）で表わせる。
Ｂと検出器Ｓｉがある場合を想定すれば、検出器Ｂｉで
検出される音ｍＡ、Ｂからの音響信号の波高値は次式（
５）で表わせる。
但し、ＫＡ 、 Ｉ（Ｂは音源Ａ、Ｂの音の強度と検出
器３ｉの検出感度とに依存する比例定数でアシ、また、
ｒＡｌ、ｆｉｌｌは音砂Ａ、Ｂから検出器Ｓｉまでの距
離を、Ｊは減衰定数を示す。
器３ｉの検出感度とに依存する比例定数でアシ、また、
ｒＡｌ、ｆｉｌｌは音砂Ａ、Ｂから検出器Ｓｉまでの距
離を、Ｊは減衰定数を示す。
また、検出器Ｓｉで検出される音源Ａ、Ｂからの音響信
号の信号到達時刻τＡｌ、τ１１は次式（６）で表わせ
る。
号の信号到達時刻τＡｌ、τ１１は次式（６）で表わせ
る。
但し、■は音速である。
この式（６）での信号到達時刻τム１．τＢ＋とは、倍
が音源Ａ、Ｂで発生した時刻から検出器Ｓｉに検出され
るまでの遅れ時間である。しかしながら、実際には音が
発生した時刻は不明であるので、検出される信号到達時
刻τＡｌ、τＢｌはＮ個の検出器相互間の相対的な時間
差として求められることになる。式（３）で定義された
バタン距離を求める場合には、遅れ時間であっても相対
的な時間差であっても伺ら変シはないからである。
が音源Ａ、Ｂで発生した時刻から検出器Ｓｉに検出され
るまでの遅れ時間である。しかしながら、実際には音が
発生した時刻は不明であるので、検出される信号到達時
刻τＡｌ、τＢｌはＮ個の検出器相互間の相対的な時間
差として求められることになる。式（３）で定義された
バタン距離を求める場合には、遅れ時間であっても相対
的な時間差であっても伺ら変シはないからである。
さて、式（５）を式（１）に“代入すれば次式（７）が
得られる。
得られる。
・・・・・・・・・・・・（７）
比例定数Ｋ Ａ７１ Ｋ ｍおよび減衰定数Ｊはキャン
セルされるととが判るが、同様に式（６）を式（３）に
代入すれば次式（８）が得られることになる。
セルされるととが判るが、同様に式（６）を式（３）に
代入すれば次式（８）が得られることになる。
ここで第１図に余弦定理を適用すれば以下の式（９）が
成立する。
成立する。
ｒ＃＋ ”ｒａｔ 十ｄ”−２ｒ、１ｄ−ｃｏｓ（θ濁
−θ） ・（９）但し、ｄは音源Ａ、Ｂ間の距離、θ１
は、ある基準座標軸とＡＳｉのなす角、θは基準座標軸
とＡＢのなす角である。
−θ） ・（９）但し、ｄは音源Ａ、Ｂ間の距離、θ１
は、ある基準座標軸とＡＳｉのなす角、θは基準座標軸
とＡＢのなす角である。
ここで、更に式（９）を式（７）、 （８）に代入すれ
ば、以下の弐顛、αυが得られる。
ば、以下の弐顛、αυが得られる。
・・・・・・・・・（１０−
・・・・・・・・・αυ
これらの式（１０，α℃において距離ｒＡｌおよび角θ
乳は検出器ｓ ｉ（ｒ＝１．２．・・・Ｎ）および既知
音ｍＡの位置が定まれば自ずと決まる値である。
乳は検出器ｓ ｉ（ｒ＝１．２．・・・Ｎ）および既知
音ｍＡの位置が定まれば自ずと決まる値である。
即ち、弐〇〇、θＶによって求まるバタン距離ＤＡＩＩ
。
。
ＤＡＢ は音源間距離ｄと角θの関数である。もしも
、これらの式αＯ２αυでバタン距離ＤＡＢ 、 ＤＡ
Ｂが角θに依存しなければ、音源Ａを中心とする半径ｄ
の円の上の音源Ｂの写像は円になる。
、これらの式αＯ２αυでバタン距離ＤＡＢ 、 ＤＡ
Ｂが角θに依存しなければ、音源Ａを中心とする半径ｄ
の円の上の音源Ｂの写像は円になる。
第２図から第４図は検出器Ｓｉおよび既知音源Ａの適当
な配置に対して、式α０．Ｑｌ）よシ求められたバタン
距離ＤＡＩＩ 、 ＤＡＩＩ の例を示したものであ
る。これらの例では円筒形の圧力容器の外側面には９個
の音響検出器８１〜Ｓ９が配置されるが、検出器Ｓ！〜
Ｓ９は円筒外周の１／３を１辺とする正三角形状に配置
される場合を想定している。
な配置に対して、式α０．Ｑｌ）よシ求められたバタン
距離ＤＡＩＩ 、 ＤＡＩＩ の例を示したものであ
る。これらの例では円筒形の圧力容器の外側面には９個
の音響検出器８１〜Ｓ９が配置されるが、検出器Ｓ！〜
Ｓ９は円筒外周の１／３を１辺とする正三角形状に配置
される場合を想定している。
先ず、第２図よシ説明すれば、これは既知音源Ａを中心
とし未知音源が半径ｄ＝ｍ−Ｒ（ｍ＝０．１゜０．２，
０．３．・・・１，０）の同心円上にあるときのバタン
距離Ｄ Ａ ｎ を式αυに従って計算しその結果を
示したものである。但し、Ｒは検出器が正三角形状に配
置される場合でのその正三角形の１辺の長さであり、ま
た、バタン距＠ Ｄ Ａ Ｂ の値には適当な定数を
乗することで、バタン距離Ｄｅｎ の写像は一定の縮
尺に々っている。この図から判るように、既知音源Ａを
中心とする未知音源の弐θ限による写像、即ち、バタン
距離ＤＡＤ は完全な同心円とはならず未知音源の方
向である角θに依存して多少歪むことが判る。また、そ
れぞれの線の間隔も一定でなくバタン距離Ｄ Ｘ ｎ
は音ＹＩＡＡ、Ｂ間の距離ｄに完全には比例していな
いことも判る。次に第３図について説明すれば、これは
参照音源を別の場所に移した場合でのものである。この
例では、バタン距離ＤｘＢ は更に歪んでいることが
判る。最後に第４図について説明すれば、これは式（１
Ｇに基づき同様にバタン距離Ｄｅｎ を計算しその結
果を示したものである。この例は、未知音源が既知音源
Ａを中心とした半径ｄ＝＝ｍ−Ｒ（ｍ−〇、０１，０，
０２，０．０３．・・・０．１）の同心円上にある場合
でのものである。但し、バタン距離ＤＡＤには一定の定
数を乗じて適当な縮尺をして表示しである。この場合も
バタン距離ＤＡＩ＋ と同様に同心円とはならずに歪
みがある。また、第５図に示すものは既知音源Ａの位置
は第４図に示すものと同り、テ６ルカ、半径ｄをｄ＝ｍ
−１％（ｍ−＝０．１゜０．２．・・・１．０）とした
場合でのものである。この例では歪みは極端になり、半
径ｄの小さいものが太きいものよ如パタン距離ＤＡ１１
の値が大きくなる場合も起きている。この逆転現象
は、音源が倒れかの音響検出器のすぐ近傍に存在する場
合に起るものである。これは、式αＯにおいて距離ｒＡ
ｌまたは距＠Ｑ ｒ口が零に近くなればその対数値が不
定になるためである。
とし未知音源が半径ｄ＝ｍ−Ｒ（ｍ＝０．１゜０．２，
０．３．・・・１，０）の同心円上にあるときのバタン
距離Ｄ Ａ ｎ を式αυに従って計算しその結果を
示したものである。但し、Ｒは検出器が正三角形状に配
置される場合でのその正三角形の１辺の長さであり、ま
た、バタン距＠ Ｄ Ａ Ｂ の値には適当な定数を
乗することで、バタン距離Ｄｅｎ の写像は一定の縮
尺に々っている。この図から判るように、既知音源Ａを
中心とする未知音源の弐θ限による写像、即ち、バタン
距離ＤＡＤ は完全な同心円とはならず未知音源の方
向である角θに依存して多少歪むことが判る。また、そ
れぞれの線の間隔も一定でなくバタン距離Ｄ Ｘ ｎ
は音ＹＩＡＡ、Ｂ間の距離ｄに完全には比例していな
いことも判る。次に第３図について説明すれば、これは
参照音源を別の場所に移した場合でのものである。この
例では、バタン距離ＤｘＢ は更に歪んでいることが
判る。最後に第４図について説明すれば、これは式（１
Ｇに基づき同様にバタン距離Ｄｅｎ を計算しその結
果を示したものである。この例は、未知音源が既知音源
Ａを中心とした半径ｄ＝＝ｍ−Ｒ（ｍ−〇、０１，０，
０２，０．０３．・・・０．１）の同心円上にある場合
でのものである。但し、バタン距離ＤＡＤには一定の定
数を乗じて適当な縮尺をして表示しである。この場合も
バタン距離ＤＡＩ＋ と同様に同心円とはならずに歪
みがある。また、第５図に示すものは既知音源Ａの位置
は第４図に示すものと同り、テ６ルカ、半径ｄをｄ＝ｍ
−１％（ｍ−＝０．１゜０．２．・・・１．０）とした
場合でのものである。この例では歪みは極端になり、半
径ｄの小さいものが太きいものよ如パタン距離ＤＡ１１
の値が大きくなる場合も起きている。この逆転現象
は、音源が倒れかの音響検出器のすぐ近傍に存在する場
合に起るものである。これは、式αＯにおいて距離ｒＡ
ｌまたは距＠Ｑ ｒ口が零に近くなればその対数値が不
定になるためである。
さて、以上の例から判るようにバタン距離ＤＡＲＴＤｘ
Ｂ と音源間隔ｄとの間には正確な比例関係はなく、検
出器の配置および既知音源Ａの位置が定まっていても角
θに依存した量となり、かつ、角θが一定でも音源間距
離ｄとバタン距離ＤＡＢ・竜源間距離ｄとバタン距離Ｄ
Ａｎ とは比例しないものとなる。尤も第２図、第
４図に示す如くにほぼ比例する場合もあり得る。
Ｂ と音源間隔ｄとの間には正確な比例関係はなく、検
出器の配置および既知音源Ａの位置が定まっていても角
θに依存した量となり、かつ、角θが一定でも音源間距
離ｄとバタン距離ＤＡＢ・竜源間距離ｄとバタン距離Ｄ
Ａｎ とは比例しないものとなる。尤も第２図、第
４図に示す如くにほぼ比例する場合もあり得る。
したがって、音源間距離ｄ−ｉ正確に求めるには、バタ
ン距離ＤＡｋＢあるいはバタン距離ＤＡＢ を求めた
後にバタン距離と音源間距離の間の関係式にもとづき音
源間距離に変換しなければならない。
ン距離ＤＡｋＢあるいはバタン距離ＤＡＢ を求めた
後にバタン距離と音源間距離の間の関係式にもとづき音
源間距離に変換しなければならない。
以下、音源Ａ、Ｂ間の距離をバタン距離ＤＡＢ あるい
はバタン距離ＤＡＢ から求める方法を説明する。
はバタン距離ＤＡＢ から求める方法を説明する。
既述の如く音源間距離ｄとバタン距離Ｄｅｎ の関係
は式αＯによって定するが、この式（１０においてＮ個
の音響検出器の座標と既知音源Ａの座標が指定されれば
、距離をｒｈＩ（１＝１．２，３． ・・・Ｎ）および
角θｌ （ｉ” １ ＋ ２ ＋ 、３ ＋・・・Ｎ
）は自ずと定まる。即ち、式αＯは次式（６）の形にな
っている。
は式αＯによって定するが、この式（１０においてＮ個
の音響検出器の座標と既知音源Ａの座標が指定されれば
、距離をｒｈＩ（１＝１．２，３． ・・・Ｎ）および
角θｌ （ｉ” １ ＋ ２ ＋ 、３ ＋・・・Ｎ
）は自ずと定まる。即ち、式αＯは次式（６）の形にな
っている。
Ｄｌｇ”ｆ人（ｄ、 θ） ・・
・・・・・・・・・・＠したがって、バタン距離ＤＡＢ
から音源間距離ｄに変換する式は式（２）の逆関数と
して式σ：）の如くに求められる。
・・・・・・・・・・＠したがって、バタン距離ＤＡＢ
から音源間距離ｄに変換する式は式（２）の逆関数と
して式σ：）の如くに求められる。
ｄ：＝ｇＡ（侭お、θ） ・・・・・・・・・・・
・ａ３しかしながら、式□□□あるいはその基になる弐
〇〇から解析的な式として式α４を導出し得ない。そこ
で電子計算機によ多数値計算で求めることになる。
・ａ３しかしながら、式□□□あるいはその基になる弐
〇〇から解析的な式として式α４を導出し得ない。そこ
で電子計算機によ多数値計算で求めることになる。
また、片源間距離ｄとバタン距離ＤＮｎ の関係は式
αノ）によって同様に定まシ、弐〇優においてＮ個の音
響検出器の座標と既知音源Ａの座標が指定されれば距割
ｆｆ１ｒＡ＋および角θＩ （ｉ＝１．２，３．−Ｎ）
は自ずと定まる。即ち、弐αυは次式α４）の形をして
いる。
αノ）によって同様に定まシ、弐〇優においてＮ個の音
響検出器の座標と既知音源Ａの座標が指定されれば距割
ｆｆ１ｒＡ＋および角θＩ （ｉ＝１．２，３．−Ｎ）
は自ずと定まる。即ち、弐αυは次式α４）の形をして
いる。
ＤＡｎ＝ｆτ（ｄ、θ） ・旧・・・・・ａ
→したがって、バタン距離ＤＡＢ がら音源間距離ｄ
に変換する式は式（１４）の逆関数として式（至）の如
くに求められる。
→したがって、バタン距離ＤＡＢ がら音源間距離ｄ
に変換する式は式（１４）の逆関数として式（至）の如
くに求められる。
ｄ” ｇｒ （ＤＡＢ 、θ） ・・・・・・・
・・αΦ弐〇〇は式０→あるいはその基になる式αηか
ら求めるが、式（至）の場合と同様に解析的に求め得す
、数値計算によって求めなければならない。
・・αΦ弐〇〇は式０→あるいはその基になる式αηか
ら求めるが、式（至）の場合と同様に解析的に求め得す
、数値計算によって求めなければならない。
以上のように式α；やまたは式αＱによって、バタン距
離ＤＡＤあるいはバタン距離ＤＡＢがら音源間距離ｄを
求め得る。
離ＤＡＤあるいはバタン距離ＤＡＢがら音源間距離ｄを
求め得る。
さて、次に本発明による音源位置標定装置を圧力容器を
対象として説明する。
対象として説明する。
第６図はその概要構成を圧力容器とともに示しだもので
あシ、その要部の一例での詳細なブロック構成は第７図
に示すところである。これによると第６図に示す如く圧
力容器１にはＮ個の音舎検出器Ｓ１＃ ８２ Ｈ・・・
Ｓｗがその外表面に取シ付けられており、それらにょシ
検出された信号は音源位置標定装置１００に入力される
ようになっている。この音源位置標定装置１０（ｌは第
７図に示す如くに構成され、検出器Ｓ１ ＊ ８２ ＋
・・・ＳＮからの信号は増幅器１０ｊ（ｉ＝ｌ〜Ｎ）お
よび包絡１３１回路１１ ｉ （ｉ ＝１〜Ｎ）ヲ介し
スキャナ１５゜に入力される。Ｎ個の信号はスキャナ１
５０によって順次ザンプリ／グされた後、Ａ／Ｄコンバ
ータ１６０でディジタルに変換された形で計算機１７０
に取り込まれるものである。計算機１７０では、Ａ／Ｄ
コンバータ１６０がらのＮ個の波形データから信号到達
時刻（絶対時刻でなく任意の基準時刻からの時間でよい
）と波高値が演算されるようになっている。但し、波高
値は増幅器のゲインなどを乗じてデータ相互間に矛盾の
ないようにしておく必要がある。
あシ、その要部の一例での詳細なブロック構成は第７図
に示すところである。これによると第６図に示す如く圧
力容器１にはＮ個の音舎検出器Ｓ１＃ ８２ Ｈ・・・
Ｓｗがその外表面に取シ付けられており、それらにょシ
検出された信号は音源位置標定装置１００に入力される
ようになっている。この音源位置標定装置１０（ｌは第
７図に示す如くに構成され、検出器Ｓ１ ＊ ８２ ＋
・・・ＳＮからの信号は増幅器１０ｊ（ｉ＝ｌ〜Ｎ）お
よび包絡１３１回路１１ ｉ （ｉ ＝１〜Ｎ）ヲ介し
スキャナ１５゜に入力される。Ｎ個の信号はスキャナ１
５０によって順次ザンプリ／グされた後、Ａ／Ｄコンバ
ータ１６０でディジタルに変換された形で計算機１７０
に取り込まれるものである。計算機１７０では、Ａ／Ｄ
コンバータ１６０がらのＮ個の波形データから信号到達
時刻（絶対時刻でなく任意の基準時刻からの時間でよい
）と波高値が演算されるようになっている。但し、波高
値は増幅器のゲインなどを乗じてデータ相互間に矛盾の
ないようにしておく必要がある。
ところで、記憶装置１９１には圧力容器の各部位をハン
マなどによシ打撃したときの、各検出器から出力される
音響信号の信号到達時刻と波高値とが、打撃部位、即ち
、既知音源位置と対応づけ標準バタンデータとして予め
記録されるようになっている。つまり、圧力容器上また
はその内部の既知音源位置をＡ ｋ （ｋ ＝ １〜Ｋ
）とし既知音源位ｊｉＭＡｋに対応するｔ ｉｔ目の検
出器Ｓｉの出力信号の波高値をａｋｌ ％信号到達時刻
をτＡｋｌ として記録されるようになっているもの
である。
マなどによシ打撃したときの、各検出器から出力される
音響信号の信号到達時刻と波高値とが、打撃部位、即ち
、既知音源位置と対応づけ標準バタンデータとして予め
記録されるようになっている。つまり、圧力容器上また
はその内部の既知音源位置をＡ ｋ （ｋ ＝ １〜Ｋ
）とし既知音源位ｊｉＭＡｋに対応するｔ ｉｔ目の検
出器Ｓｉの出力信号の波高値をａｋｌ ％信号到達時刻
をτＡｋｌ として記録されるようになっているもの
である。
計算機１７０では未知の音源Ｂからの信号が入力される
と、上述したと同様にこの未知音源Ｂからの信号の（ｇ
号到達時刻τ８１と波高値ｂＩとが演算されるが、更に
記憶装置１９１内の標準バタンデータから式（１）、（
３）に基づいて次式αｔｐ、ｃ７）の演算が実行され、
音源Ｂと各既知音源Ａｋ間のバタン人
Ｔ 距離ＤＡｋａ 、 ＤＡｋＢが算出されるようになっ
ている。
と、上述したと同様にこの未知音源Ｂからの信号の（ｇ
号到達時刻τ８１と波高値ｂＩとが演算されるが、更に
記憶装置１９１内の標準バタンデータから式（１）、（
３）に基づいて次式αｔｐ、ｃ７）の演算が実行され、
音源Ｂと各既知音源Ａｋ間のバタン人
Ｔ 距離ＤＡｋａ 、 ＤＡｋＢが算出されるようになっ
ている。
１／２
ＤＡｋｎ＝（Ｖａｒ（τ、ｕｕ ７ｎ＋））
−−”［７１さて、記憶装置１９２には弐α１．（
１υに基づく次式θ印、θｅＫ従って、既知音源Ａ、
ｋと未知音源Ｂの間の距Ｆ４ ｄＡｋＢ ＨｄＡｋＢの
値がＤ′Ａｋｎ ＋ ＤｈｋＢ、θの適宜メツシュ毎に
、かつ、各既知音源Ａｋ毎に格納されている。
−−”［７１さて、記憶装置１９２には弐α１．（
１υに基づく次式θ印、θｅＫ従って、既知音源Ａ、
ｋと未知音源Ｂの間の距Ｆ４ ｄＡｋＢ ＨｄＡｋＢの
値がＤ′Ａｋｎ ＋ ＤｈｋＢ、θの適宜メツシュ毎に
、かつ、各既知音源Ａｋ毎に格納されている。
ｄ＊ｋｎ ＝ ｇＡｒｋ（Ｄ：ｋｎ 、θ） ・
・・・・・・・・（至）ｄＡｋｎ ＝ ｇＴＡｋ （
ＤＡｋｎ 、 θ ） ・拳・・・
・・・・α時計算機１７０Ｆｉバタン距離Ｄｈｋｎ 、
ＤＡｋｎを計算した後、記憶装置１９２からバタン距
離Ｄ′ＡｋＢ。
・・・・・・・・（至）ｄＡｋｎ ＝ ｇＴＡｋ （
ＤＡｋｎ 、 θ ） ・拳・・・
・・・・α時計算機１７０Ｆｉバタン距離Ｄｈｋｎ 、
ＤＡｋｎを計算した後、記憶装置１９２からバタン距
離Ｄ′ＡｋＢ。
Ｊ）Ａｋｎ に対応する音源間距離ｄＡｋＢ 、 ｄＡ
ｋＢを、全ての角θのメツシュ従亡値につい−一み出し
だうえ表示１ｉ１ｓｏに表示させるところとなる。読み
出された角θに依存したｄ’ＡｋＢ 、 ｄＡｋＢは表
示装置１１８０に第８図に示すように表示される。即ち
、表示装置１８０画面上に既知音源Ａｋを描き、それら
を中心にθ毎にｄＡｋＢ６るいはｄＡｋＢの距離をプロ
ット表示するものである。各既知音源毎のｄＡｋＢある
いはｄＡｋＢのθによる軌跡は原理的には１点で交差す
るはずである。しかしながら、時刻データ、波高データ
は各種の雑音が原因となっである程度の誤差をもつ。し
たがって、バタン距離には誤差が含唸れていることが通
例であシ、このため各既知音源を中心に描かれたｄＡｋ
ＢあるいはｄＡｋＨの軌跡は一点で交差するとは限らな
い。しかし、これらの軌跡の密集領域（第８図において
は斜線表示領域）に未知音源のあることが判る。
ｋＢを、全ての角θのメツシュ従亡値につい−一み出し
だうえ表示１ｉ１ｓｏに表示させるところとなる。読み
出された角θに依存したｄ’ＡｋＢ 、 ｄＡｋＢは表
示装置１１８０に第８図に示すように表示される。即ち
、表示装置１８０画面上に既知音源Ａｋを描き、それら
を中心にθ毎にｄＡｋＢ６るいはｄＡｋＢの距離をプロ
ット表示するものである。各既知音源毎のｄＡｋＢある
いはｄＡｋＢのθによる軌跡は原理的には１点で交差す
るはずである。しかしながら、時刻データ、波高データ
は各種の雑音が原因となっである程度の誤差をもつ。し
たがって、バタン距離には誤差が含唸れていることが通
例であシ、このため各既知音源を中心に描かれたｄＡｋ
ＢあるいはｄＡｋＨの軌跡は一点で交差するとは限らな
い。しかし、これらの軌跡の密集領域（第８図において
は斜線表示領域）に未知音源のあることが判る。
以上述べた実施例の動作を第９図に示すフローチャート
によって説明すれば以下のようでおる。
によって説明すれば以下のようでおる。
即ち、ステップ２０１において装置の動作開始指令が与
えられると、計算機１７０．コントローラ１４０、スキ
ャナ１５０およびＡ／Ｄコンバータ１６０が起動される
。次のステップ２０２においては包路線回路１１１〜Ｉ
ＩＮの出力が所定のサンプリング周期でディジタル信号
として計算機１７０内の主記憶装置に取シ込まれるよう
になっている。主記憶装置には、例えば各検出器に対応
させて１キロワード相当がデータ領域として割シ当てら
れておシ、各データ領域はサンプリング数が１キロワ一
ド分を超えたならばデータの古いものから順に捨ててそ
の上に新しいデータを督き込筺れるべく動作される。ま
た、ステップ２０２においては、データサンプリングと
同時に、異音発生の有無が波高弁別装置１２１〜１２Ｎ
およびＯＲ回路１３０で判定されるようになっている。
えられると、計算機１７０．コントローラ１４０、スキ
ャナ１５０およびＡ／Ｄコンバータ１６０が起動される
。次のステップ２０２においては包路線回路１１１〜Ｉ
ＩＮの出力が所定のサンプリング周期でディジタル信号
として計算機１７０内の主記憶装置に取シ込まれるよう
になっている。主記憶装置には、例えば各検出器に対応
させて１キロワード相当がデータ領域として割シ当てら
れておシ、各データ領域はサンプリング数が１キロワ一
ド分を超えたならばデータの古いものから順に捨ててそ
の上に新しいデータを督き込筺れるべく動作される。ま
た、ステップ２０２においては、データサンプリングと
同時に、異音発生の有無が波高弁別装置１２１〜１２Ｎ
およびＯＲ回路１３０で判定されるようになっている。
Ｎ個の検出器の何れかの波高値が波高弁別装置１２１〜
１２Ｎに予め設定した値を超えた場合にはその旨の出力
がＯＲ回路１３０を介しコントローラ１４０に信号が送
られるがこの信号が得られたことによって処理はステッ
プ２０３に移行される。ステップ２０３では移行時点か
らの時間が計数されるが、この計数時間が予め設定して
おいた時間Ｔを経過した時点でサンプリングは停止され
るものである。この時間Ｔは原子炉圧力容器を対象とし
た場合ｉｊ：２０ｍ５〜５０ｍ５ｉ度が望ましいものと
なっている。
１２Ｎに予め設定した値を超えた場合にはその旨の出力
がＯＲ回路１３０を介しコントローラ１４０に信号が送
られるがこの信号が得られたことによって処理はステッ
プ２０３に移行される。ステップ２０３では移行時点か
らの時間が計数されるが、この計数時間が予め設定して
おいた時間Ｔを経過した時点でサンプリングは停止され
るものである。この時間Ｔは原子炉圧力容器を対象とし
た場合ｉｊ：２０ｍ５〜５０ｍ５ｉ度が望ましいものと
なっている。
次にステップ２０４においては、主記憶装置内に記録さ
れている異音発生時刻近辺の、各検出器の信号波形デー
タから当該未知音源Ｂの信号到達時間差τ旧と波高′値
ｂｌが抽出される。この後ステップ２０５において、記
憶装置１９１から標準バタンデータが順次読み出された
うえ弐Ｈ，αηにより未知音源Ｂのバタンデータとの間
でバタン距離１）Ａｈａ 、 ＤＡｋｎ 力’Ｔｉｔｎ
されるものである。
れている異音発生時刻近辺の、各検出器の信号波形デー
タから当該未知音源Ｂの信号到達時間差τ旧と波高′値
ｂｌが抽出される。この後ステップ２０５において、記
憶装置１９１から標準バタンデータが順次読み出された
うえ弐Ｈ，αηにより未知音源Ｂのバタンデータとの間
でバタン距離１）Ａｈａ 、 ＤＡｋｎ 力’Ｔｉｔｎ
されるものである。
この後は更にステップ２０６において記憶装置１９２に
格納されている式Ｑ８）、ａｌにもとづくバタン距離Ｄ
Ａ＋ｃＢ、 Ｄｈｋｓと音源間距離ｄＡｋＢ 、 ｄＡ
ｋＢ との各角θ毎の対応表からステップ２０５で計
算されたバタン距離Ｄｈｋｎ 、 ＤＡｋｎ に対応
する音源間距離ｄＡｋＢ 、 ｄＡｋＢの０に依存した
データを読み出し、読み出された軌跡データはステップ
２０７において表示装置１８０に第８図に示した例の如
くに表示されるところとなるものである。これよシオペ
レータはステップ２０８において表示結果から未知音源
の位置を知れるわけである。
格納されている式Ｑ８）、ａｌにもとづくバタン距離Ｄ
Ａ＋ｃＢ、 Ｄｈｋｓと音源間距離ｄＡｋＢ 、 ｄＡ
ｋＢ との各角θ毎の対応表からステップ２０５で計
算されたバタン距離Ｄｈｋｎ 、 ＤＡｋｎ に対応
する音源間距離ｄＡｋＢ 、 ｄＡｋＢの０に依存した
データを読み出し、読み出された軌跡データはステップ
２０７において表示装置１８０に第８図に示した例の如
くに表示されるところとなるものである。これよシオペ
レータはステップ２０８において表示結果から未知音源
の位置を知れるわけである。
さて、最後に本発明による効犀の程を第１０図。
第１１図に示す実験データにより説明する。実験は直径
２ ｍ 、高さ５ｍの円筒状の銅製タンクを用い、この
鋼製タンクの外壁に音響検出器を８個適宜箇ノ方に取付
した状態でタンク外壁の各部をノ・ンマーで打撃するよ
うにして行なった。この際での音響データを第７図に示
す構成の装置により採取したところ第１０図、第１１図
に示す結果が得られた。即ち、８１０図はタンク外壁の
多数の点を打撃した場合での各打撃点（音源）間の距離
を横軸に、対応する時間バタン距離を縦軸としてプロッ
ト表示したものである。但し、縦軸の値は適当な値を乗
じである。この図から判るように、音源間距離が同一で
あってもバタン距離ＤＴは一定の値とならずバラツキの
あることが判る。また、第１１図は本発明による方法に
よってバタン距離を弐〇〇によｐ音源間距離に変換した
場合での結果をプロット表示したものであるが、この図
からノくクン距離から求められた音源間距離が実際の音
源間距離を正確に表わしていることが判る。なお、第１
１図において多少のバラツキが残るが、これは、時刻デ
ータが得られるまでに含まれる種々の誤差にもとづくも
のである。
２ ｍ 、高さ５ｍの円筒状の銅製タンクを用い、この
鋼製タンクの外壁に音響検出器を８個適宜箇ノ方に取付
した状態でタンク外壁の各部をノ・ンマーで打撃するよ
うにして行なった。この際での音響データを第７図に示
す構成の装置により採取したところ第１０図、第１１図
に示す結果が得られた。即ち、８１０図はタンク外壁の
多数の点を打撃した場合での各打撃点（音源）間の距離
を横軸に、対応する時間バタン距離を縦軸としてプロッ
ト表示したものである。但し、縦軸の値は適当な値を乗
じである。この図から判るように、音源間距離が同一で
あってもバタン距離ＤＴは一定の値とならずバラツキの
あることが判る。また、第１１図は本発明による方法に
よってバタン距離を弐〇〇によｐ音源間距離に変換した
場合での結果をプロット表示したものであるが、この図
からノくクン距離から求められた音源間距離が実際の音
源間距離を正確に表わしていることが判る。なお、第１
１図において多少のバラツキが残るが、これは、時刻デ
ータが得られるまでに含まれる種々の誤差にもとづくも
のである。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、既知音源のデ−タと未知
音源のデータとを比較照合することによって得られるバ
タン距離を、予め得られているバタン距離と実距離との
関係を示す対応表によって実距離に変換するようにし、
また、変換すべくなしたものである。したがって、本発
明による場合は、実距離の指標として得られるバタン距
離がその実距離に比例しなくとも高精度にして未知音源
位置を標定し得るという効果がおる。
音源のデータとを比較照合することによって得られるバ
タン距離を、予め得られているバタン距離と実距離との
関係を示す対応表によって実距離に変換するようにし、
また、変換すべくなしたものである。したがって、本発
明による場合は、実距離の指標として得られるバタン距
離がその実距離に比例しなくとも高精度にして未知音源
位置を標定し得るという効果がおる。
第１図は、本発明に係るバタン認識による音源位置標定
方法を説明するための図、第２図、第３図、第４図およ
び第５図は、その方法において定義されるバタン距離の
例を示す図、第６図は、本発明による音源位置標定装置
の概要構成を圧・力容器とともに示す図、第７図は、そ
の装置における要部の一例での詳細なブロック構成を示
す図、第８図は、実距離に変換されたバタン距離の本発
明に係る表示例を示す図、第９図は、第７図における計
算機による処理のフローを示す図、第１０図。 第１１図は、本発明による効果の程を説明するための図
である。 ８１〜ＳＲ・・・音響検出器、１１１〜１１Ｎ・・・包
絡線回路、１５０・・・スキャナ、１６０・・・Ａ／Ｄ
コンバータ、１７０・・・計算機、１８０・・・表示装
置、１９１．１９２・・・記憶装置。 代理人 弁理士 秋本正実 ＃ ノ ０ 第２（２） 雰３肥 鰻４月 ・ＩＫ 〜３７ °−ｈ 啄５７ 第 １ 、、ｓｓ’ｔ 、５３ ？
トーｓ８ 第Ａ 目 ／ 沿 ８区 寮ｏｌ内 第 １０圀
方法を説明するための図、第２図、第３図、第４図およ
び第５図は、その方法において定義されるバタン距離の
例を示す図、第６図は、本発明による音源位置標定装置
の概要構成を圧・力容器とともに示す図、第７図は、そ
の装置における要部の一例での詳細なブロック構成を示
す図、第８図は、実距離に変換されたバタン距離の本発
明に係る表示例を示す図、第９図は、第７図における計
算機による処理のフローを示す図、第１０図。 第１１図は、本発明による効果の程を説明するための図
である。 ８１〜ＳＲ・・・音響検出器、１１１〜１１Ｎ・・・包
絡線回路、１５０・・・スキャナ、１６０・・・Ａ／Ｄ
コンバータ、１７０・・・計算機、１８０・・・表示装
置、１９１．１９２・・・記憶装置。 代理人 弁理士 秋本正実 ＃ ノ ０ 第２（２） 雰３肥 鰻４月 ・ＩＫ 〜３７ °−ｈ 啄５７ 第 １ 、、ｓｓ’ｔ 、５３ ？
トーｓ８ 第Ａ 目 ／ 沿 ８区 寮ｏｌ内 第 １０圀
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １゜圧力容器などの構造物で発生する音を検出すべく、
該構造物に関連する適宜個所に少なくとも３個以上取シ
句けられた音響検出器から出力される未知音源からの音
響信号の信号到達時刻のデータと波高値のデータの少な
くとも何れか一方のデータと、多数の既知音源位置に対
応させて予め得られている信号到達時刻データと波高値
データを、対応する検出器毎に比較照合し、上記未知音
のに対するデータに最も類似している既知音源のデータ
を検索することによって、未知音源の位置が多数の既知
音源位置の何れに近いものであるかを判尾する４源位置
標定方法において、未知音源に対するデータと既知音源
に対するデータの類似性の指標となる数値が未知音源と
既知音源の間の実距離と完全な比例関係をもたない場合
に、上記指標となる数値を既知音源から未知音源までの
実距離あるいは該距離に比例しだ量に変換するだめの対
応表を予め得ておき、上記指標となる数値から上記対応
表を索引することによって、既知音源から未知音源まで
の実距離を求めることを特徴とする音源位置標定方法。 ２、既知音源から未知音源までの実距離は、該距離に相
当する危の既知音源のまわりの、既知音源毎に表示され
た軌跡より求められる特許請求の範囲第１項記載の音源
位置標定方法。 ３、構造物の何れかの場所で発生される衝突音を検出す
べく該構造物の適宜箇７ｙｒに少なくとも３個以上取付
される音響検出手段と、多数の既知音源位置対応の波高
値データ、信号到達時刻データの少なくとも何れか一方
、更にはバタン距離と実距離との関係を示す対応表が予
め記憶される既知データ記憶手段と、音響検出手段から
得られる未知音源からの音響信号の波高値データ、信号
到達時刻データの少なくとも何れか一方と該データに対
応する既知データ記憶手段からの既知データとにもとづ
きバタン距離を求めたうえ、該距離を上記対応表によっ
て実距離に変換するデータ処理手段とから少なくともな
る構成を特徴とする音源位置標定装置。 ４、実距離に変換されたバタン距離を、既知音源から未
知音源までの実距離に相当する量の既知音源のまわシの
軌跡として既知音源毎に表示する表示手段を含むように
してなる特許請求の範囲第３項記載の音源位置標定装置
。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58099401A JPS59225374A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 音源位置標定方法とその装置 |
| EP84106411A EP0128507B1 (en) | 1983-06-06 | 1984-06-05 | Method and apparatus for estimating sound source position |
| DE8484106411T DE3480121D1 (en) | 1983-06-06 | 1984-06-05 | Method and apparatus for estimating sound source position |
| US06/617,500 US4641526A (en) | 1983-06-06 | 1984-06-05 | Method and apparatus for estimating sound source position |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58099401A JPS59225374A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 音源位置標定方法とその装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59225374A true JPS59225374A (ja) | 1984-12-18 |
Family
ID=14246468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58099401A Pending JPS59225374A (ja) | 1983-06-06 | 1983-06-06 | 音源位置標定方法とその装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4641526A (ja) |
| EP (1) | EP0128507B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59225374A (ja) |
| DE (1) | DE3480121D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006194627A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Oki Electric Ind Co Ltd | 音源位置推定方法及び装置並びにソーナー |
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| US4993264A (en) * | 1989-03-02 | 1991-02-19 | Exxon Research And Engineering Company | Passive acoustics process to monitor fluidized bed level |
| FR2646239B1 (fr) * | 1989-04-24 | 1991-08-16 | Dassault Avions | Procede et dispositif acoustique de localisation de defauts du materiau constituant une piece et emetteur acoustique utilisable dans ce dispositif |
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| DE10208724C1 (de) * | 2002-02-28 | 2003-09-25 | Astrium Gmbh | Verfahren zur Erfassung von durch den Aufprall von Fremdkörpern verursachten Beschädigungen an Raumfahrzeugen |
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| CN109003686A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-12-14 | 中广核工程有限公司 | 核电站松脱部件的定位方法、装置、计算机设备及存储介质 |
| CN112083406B (zh) * | 2020-09-17 | 2022-05-17 | 电子科技大学 | 一种对目标高度稳健的外辐射源二维定位方法 |
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