KR100918833B1 - Method for determining the location of impacts by acoustic imaging - Google Patents
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Abstract
감지된 신호를 처리 장치로 전송하는, N 개의 음향 센서(2a, 2b, 2c)를 포함하는 표면(1) 상의 충격 위치를 결정하는 방법은 (a) P 상호상관 곱의 연산 단계 (b) P 역 푸리에 변환 의 계산 단계 (c) 각각의 영역 k에 대한, 의 연산 단계 (d) 의 특성값은 k≠ko인 의 해당 특성값보다 더 큰, ko의 발견 단계를 포함한다. The method of determining the impact location on the surface 1 comprising the N acoustic sensors 2a, 2b, 2c, which transmits the sensed signal to the processing device, comprises: (a) P calculating the cross-correlation product (b) P Inverse Fourier Transform (C) for each region k, Calculation step of (d) The characteristic value of is k ≠ k o The discovery step of k o , which is greater than the corresponding characteristic value of.
음향 센서, 충격, 푸리에 변환 Acoustic sensor, shock, Fourier transform
Description
본 발명은 대상물 상의 충격 위치를 결정하는 방법 및 이 방법을 사용하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method of determining an impact location on an object and to an apparatus using the method.
대상물 상의 충격 위치를 결정하는 공지된 방법은 음향 이미지 생성에 기초한다. 이 방법에 따라, 대상물의 표면은, 예를 들어 어레이(arrsy)처럼, M 영역에서 하위분할되고(subdivide), N 음향 센서는 예를 들어 표면상에 고정된다. 각각의 음향 센서 i는 대상물 표면상의 충격으로부터 생성된 음향 신호를 수신하고 처리 장치(processing unit)로 감지된 신호 를 전송하도록 배열되어 있다.Known methods of determining the impact location on an object are based on acoustic image generation. According to this method, the surface of the object is subdivide in the M area, for example an array, and the N acoustic sensor is fixed on the surface, for example. Each acoustic sensor i receives an acoustic signal generated from the impact on the surface of the object and is detected by a processing unit. Is arranged to send.
상기 어레이의 각각의 영역 k에 대해, 감지된 신호 는 시간 지연 보상 으로 지연되고 를 형성하며 합산된다. 이 시간 지연 보상 는 영역 k의 개별 위치 및 센서 i의 개별 위치에 기초한 결정값이다. 도 1a에 나타난 바와 같이, 감지된 신호 가 정확하게 지연된다면, 즉 충격이 영역 k에서 발생된다면, 지연 신호들은 동위상이고 는 임펄스 형태를 가진다. 대조적으로 도 1b에 나타난 바와 같이, 감지된 신호 가 정확하게 지연되지 않는다면, 즉, 충격이 영역 k에서 발생되지 않는다면, 는 넓고 이것의 최대값은 낮다. 따라서, 어레이의 각각의 영역k에 대해, 최대값이 계산되고, 이에 의해 충격의 음향 이미지를 형성한다. 이후 의 비교는 표면상에 생성된 충격을 국부화(localize)하는 것을 허용한다. For each region k of the array, a sensed signal Time delay compensation Being delayed by To form and add up. 2 time delay compensation Is a determination based on the individual positions of the area k and the individual positions of the sensor i. As shown in FIG. 1A, the detected signal If is correctly delayed, i.e., an impact occurs in area k, the delay signals are in phase and Has an impulse form. In contrast, the detected signal, as shown in FIG. If is not delayed correctly, i.e., no impact is generated in area k, Is wide and its maximum is low. Thus, for each region k of the array, The maximum value is calculated, thereby forming an acoustic image of the impact. after The comparison of allows to localize the impact created on the surface.
그러나, 이러한 방법에서 시간 원점은, 정확하게 계산되어 있지 않아서, 처리 장치에서의 동기화 문제를 가져온다. 따라서, 충격 위치를 결정하는 데 있어 실패가 발생한다. 또한, 이 방법의 정확성은 형태, 특히 충격 신호의 지속 시간에 달려있다. 이 때, 충격 신호가 더 오래 지속할수록, 정확성은 더 낮아진다. In this method, however, the time origin is not calculated correctly, resulting in synchronization problems in the processing device. Thus, a failure occurs in determining the impact location. The accuracy of this method also depends on the shape, in particular the duration of the impact signal. At this time, the longer the shock signal lasts, the lower the accuracy.
본 발명의 목적은 그 정확성이 충격 신호 파형에 좌우되지 않는, 충격 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a method for determining impact location, the accuracy of which does not depend on the impact signal waveform.
본 발명의 또다른 목적은 충격 위치를 결정하는 견고한 방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a robust method of determining the impact location.
따라서 본 발명은 대상물의 표면상의 충격 위치를 결정하는 방법을 제안하며, 상기 표면은 N 개의 음향 센서, 및 M개의 결정 영역을 포함하고, 여기서 N은 적어도 3이며, 상기 충격은 음향 신호를 생성하고, 각각의 센서 i는 상기 음향 신호를 수신하고 처리 장치로 감지된 신호 을 전송하며, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:The present invention therefore proposes a method for determining an impact location on the surface of an object, the surface comprising N acoustic sensors and M crystal regions, where N is at least 3, the impact generating an acoustic signal and Each sensor i receives the acoustic signal and is detected by a processing device And the method comprises the following steps:
(a) P 상호상관(intercorrelation) 곱 의 연산(computing) 단계 (a) P intercorrelation product Computing step
여기서 는 센서 i에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고;here Is the sensed signal detected by sensor i Is a Fourier transform of;
는 센서 j에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고; Is the sensed signal detected by sensor j Is a Fourier transform of;
*는 복소수 공액 연산자이며;* Is a complex conjugate operator;
(b) 상기 의 P 역푸리에 변환 의 계산 단계;(b) above P Inverse Fourier Transform Calculating step of;
(c) 각각의 영역 k에 대한, 와 의 특성값(characterizing value)의 연산 단계, 여기서 는 영역 k의 개별 위치 및 센서 i 와 j의 개별 위치에 기초한 결정값이며;(c) for each region k, Wow Operation of characterizing value, where Is a determination based on the individual positions of the area k and the individual positions of the sensors i and j;
(d) ko 의 결정 단계, 여기서 의 특성값은 k≠ko인 의 해당 특성값보다 더 크다. (d) determining k o , where The characteristic value of is k ≠ k o Is greater than the corresponding characteristic value of.
본 발명에 따른 방법의 다양한 실시예에서, 다음의 특성 중 적어도 하나가 사용될 수 있다:In various embodiments of the method according to the invention, at least one of the following characteristics can be used:
- 역 푸리에 변환 는-Inverse Fourier Transform Is
와 동일하고 Same as
여기서 Ω는 파수(wavenumber) 계수이고; 그리고 Where Ω is the wavenumber coefficient; And
여기서 m(Ω)는 물질 분산 관계(material dispersion relation)에 따른, 파수 계수 Ω에 대응하는 주파수이며;Where m (Ω) is the frequency corresponding to the wave coefficient Ω according to the material dispersion relation;
- u 는 거리이고 는 영역 k와 센서 i 사이의 거리 및 영역 k와 센서 j 사이의 거리에 따른 길이이고; u is the distance Is the length according to the distance between the area k and the sensor i and the distance between the area k and the sensor j;
- 물질 분산 관계는 실질적으로 와 동일하고, Material dispersion relations Same as
여기서 α는 대상물에 따른 계수이고;
- 물질 분산 관계는 실질적으로 Ω=αω와 동일하고, 여기서 α는 대상물에 따른 계수이고; Where α is a coefficient according to the object;
The mass dispersion relationship is substantially equal to Ω = αω, where α is a coefficient according to the object;
- 계수 α는 에 좌우되고, 여기서 는 영역 k의 개별 위치 및 센서 i의 개별 위치에 기초한 결정된 각도 값이고;The coefficient α is Depends on, where Is a determined angle value based on the individual position of area k and the individual position of sensor i;
- 계수 α는 대상물의 온도 에 따르며, T는 온도값이고;The coefficient α is the temperature of the object T is a temperature value;
- 상기 방법은 대상물의 물질 분산 관계를 결정하는 단계를 포함하는 초기화 모드를 더 포함하고;The method further comprises an initialization mode comprising determining a mass dispersion relationship of the object;
- 상기 물질 분산 관계를 결정하는 단계는 결정된 위치에서 NSO 충격을 생성하는 다음의 하위-단계를 포함하고;Determining the material dispersion relationship comprises the following sub-steps of generating an NSO impact at the determined location;
- 상기 NSO 충격은 N개의 센서 중 2 개를 연결하는 선을 따라 결정된 위치에서 생성되고 그와 동시에 이격되고(spaced);The NSO shock is generated at a position determined along the line connecting two of the N sensors and simultaneously spaced at the same time;
- 물질 분산 관계를 결정하는 단계는 다음의 하위-단계를 더 포함한다:Determining the material dispersion relationship further comprises the following sub-steps:
ㆍ α 테스트 값을 가진 의 연산 단계;With α test value Operation of;
ㆍ 각각의 α 테스트 값에 대해, 각각의 충격 m에 대한 의 연산 단계, 및 각각의 α 테스트 값에 대해, 모든 의 합산 단계;For each α test value, for each impact m Operation stage, and for each α test value, all Summing step;
ㆍ 합 의 가장 큰 최대값을 제공하는 의 선택 단계.Sum Which gives the largest maximum of Step of choice.
- 상기 방법은 표면 상에 N 개의 센서의 위치를 결정하는 단계를 포함하는 초기화 모드를 더 포함하고;The method further comprises an initialization mode comprising determining the position of the N sensors on the surface;
- 상호상관 곱 의 개수는 과 동일하고;-Cross-correlation product The number of Same as;
- 의 특성값은 다음 매개변수 중 하나이고:- The property value of is one of the following parameters:
ㆍ 의 최대값;ㆍ Maximum value of;
ㆍ 의 파워, 또는 최대 제곱 진폭;ㆍ Power, or maximum square amplitude;
ㆍ 최대 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭; Maximum peak-to-peak amplitude;
ㆍ 의 RMS(root mean square); 또는ㆍ Root mean square of RMS; or
ㆍ 의 에너지, 이는 와 동일하고;ㆍ Of energy, which Same as;
ㆍ 의 펄스 폭 매개변수, 이는 와 동일하고, 여기서 REAL(x)는 복소수 x의 실수부이다;ㆍ Of the pulse width parameter, which is , Where REAL (x) is the real part of complex x;
- 의 특성값이 신뢰의 기설정된 임계보다 클 경우에만 충격이 영역 ko에서 발생되었던 것으로 결론짓고;- Conclude that the impact occurred only in the region k o when the characteristic value of is greater than the predetermined threshold of confidence;
- 비에 의해 정의된 콘트라스트(contrast)값이 MEAN이 평균 연산자인 신뢰의 기설정된 임계보다 클 경우에만 충격이 영역 ko에서 발생되었던 것으로 결론짓고;- Conclude that the impact occurred in the region k o only if the contrast value defined by the ratio is greater than the predetermined threshold of confidence that MEAN is the average operator;
- 는 정규화(normalize)된다. - Is normalized.
본 발명의 다른 목적은 대상물의 표면상의 충격 위치를 결정하는 장치이고, 상기 표면은 M 개의 결정된 영역을 포함하고 상기 충격은 음향 신호를 생성하며, Another object of the present invention is a device for determining an impact location on a surface of an object, the surface comprising M determined regions and the impact generating an acoustic signal,
상기 장치는 다음을 포함한다:The apparatus includes:
- 처리 장치;A processing device;
- 상기 표면에 의해 제공되기 위해 적응된 N 개의 음향 센서, 여기서 N은 적어도 3이고, 각각의 센서 i는 상기 음향 신호를 수신하고 처리 자치로 감지 신호 를 전송하며,N acoustic sensors adapted to be provided by the surface, where N is at least 3, and each sensor i receives the acoustic signals and processes the sensing signals autonomously To send,
여기서 상기 처리 장치는 다음을 포함한다:Wherein said processing device comprises:
(a) P 상호상관 곱 을 연산하는 수단,(a) P cross-correlation product Means for computing
여기서 는 센서 i에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고;here Is the sensed signal detected by sensor i Is a Fourier transform of;
는 센서 j에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고; 그리고 Is the sensed signal detected by sensor j Is a Fourier transform of; And
*는 복소수 공액 연산자이며;* Is a complex conjugate operator;
(b) 상기 의 P 역푸리에 변환 을 계산하는 수단;(b) above P Inverse Fourier Transform Means for calculating;
(c) 각각의 영역 k에 대한, 와 의 특성값(characterizing value)을 연산하는 수단, 여기서 는 영역 k의 개별 위치 및 센서 i 와 j의 개별 위치에 기초한 결정값이며;(c) for each region k, Wow Means for calculating the characteristic value of Is a determination based on the individual positions of the area k and the individual positions of the sensors i and j;
(d) ko 를 결정하는 수단, 여기서 의 특성값은 k≠ko인 의 해당 특성값보다 더 크다. (d) means for determining k o , where The characteristic value of is k ≠ k o Is greater than the corresponding characteristic value of.
따라서, 감지된 신호의 상호상관 곱을 사용함으로써, 신호를 처리하기 위한 시간 원점을 결정하는 것이 요구되지 않는다. 따라서, 본 발명을 구현하기 위해 음향 센서의 정확한 동기화의 필요가 없다. 또한, 이하 설명될 바와 같이, 상호상관 곱 의 위상은 충격 파형에 좌우되지 않는다. 따라서, 충격의 파형은 본 발명의 방법의 정확성을 변경하지 않는다. Thus, by using the cross-correlation product of the sensed signals, it is not necessary to determine the time origin for processing the signal. Thus, there is no need for accurate synchronization of the acoustic sensors to implement the present invention. Also, as will be explained below, the cross-correlation product The phase of is not dependent on the shock waveform. Thus, the waveform of the impact does not change the accuracy of the method of the present invention.
도 1a와 도 1b는, 이미 설명되어 있으며, 기술적 수준에 따른 음향 이미지 구성을 나타내는 크로노그램(chronogram)이고;1A and 1B are chronograms that have already been described and represent acoustic image configurations according to technical levels;
도 2는 본 발명에 따른 장치의 개략도이고;2 is a schematic diagram of an apparatus according to the invention;
도 3은 도 2의 장치의 일반적인 동작을 나타내는 흐름도이고;3 is a flow diagram illustrating the general operation of the apparatus of FIG. 2;
도 4는 도 3의 흐름도의 처리 단계 동안 동작을 나타내는 흐름도이고;4 is a flowchart illustrating operation during the processing steps of the flowchart of FIG. 3;
도 5는 초기화 단계 동안 동작을 나타내는 흐름도이다. 5 is a flowchart illustrating operation during the initialization phase.
도 2에 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 충격 위치를 결정하는 장치(3)는 도시된 적어도 3 개의 센서(2a, 2b, 2c)와 같은, N 개의 음향 센서를 포함한다. 음향 센서에 연결되어 있는 처리 장치(4)와 처리 장치에 연결되어 있는, 메모리 장치, 즉 변수용 RAM 및 일정한 데이터 및 코드 프로그램용 ROM을 더 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어, 음향 센서는 대상물의 표면(1) 상에, 고정되어 있다. 표면(1)은 M 개의 감지 영역(sensitive area)(6)으로 하위분할될 수 있다.As illustrated in FIG. 2, the device 3 for determining the impact position according to the invention comprises N acoustic sensors, such as at least three
동작하기 전에, 도 3에서 나타난 바와 같이, 초기화 모드 S100(초기화)이 실행된다. 이 초기화 모드는 이후 설명될 것이다. 단계 S101에서, 신호 테스트(충격?)가 충격을 검출하기 위해 사용된다. 예를 들어, 센서에 의해 감지된 신호가 결정된 임계를 초과한다면, N개의 센서에 의해 전송된 감지된 신호 가 단계 S102(샘플링) 동안 처리 장치(4)에서 샘플링(sampled)되고 저장된다. 이후, 처리 단계 S103(처리)가 실행된다. Before operation, as shown in FIG. 3, initialization mode S100 (initialization) is executed. This initialization mode will be described later. In step S101, a signal test (shock?) Is used to detect the shock. For example, if the signal sensed by the sensors exceeds the determined threshold, then the sensed signals transmitted by the N sensors Is sampled and stored in the
도 4에 더욱 상세하게 나타난 바와 같이, 처리 단계는 단계 S200에서 상호상관 곱 계산(상호상관)을 시작한다. 실제로, P 독립 상호상관 곱이 수행된다. 여기서 P는 N-1 번 제 1 정수의 합, 즉 과 동일하고, 여기서 N은 센서의 개수이다. 각각의 상호상관 곱 는 와 동일하고, 여기서 는 센서 i에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고, 는 센서 j에 의해 감지된 감지 신호 의 푸리에 변환이고, *는 복소수 공액 연산자이다. 푸리에 변환은 예를 들어 낮은 계산 전력을 필요로 하는 고속 푸리에 변환(FFT)이다. 실시예에 따라, 상호상관 곱은 예를 들어 에너지로 정규화된다. As shown in more detail in FIG. 4, the processing step starts cross-correlation product calculation (cross-correlation) in step S200. In practice, P independent cross-correlation products are performed. Where P is the sum of N-1 first integers, i.e. , Where N is the number of sensors. Cross-correlation product of each Is Is the same as Is the sensed signal detected by sensor i Fourier transform of, Is the sensed signal detected by sensor j Is the Fourier transform of, and * is a complex conjugate operator. The Fourier transform is, for example, a fast Fourier transform (FFT) that requires low computational power. According to an embodiment, the cross-correlation product is normalized by energy, for example.
이 상호상관 곱 은 충격 파형과 시간 원점에 결정적으로 좌우되지 않는다. 사실, 을 고려하는 경우, 여기서 Ci는 센서 i의 주파수 복소수 응답이고, di는 충격 위치와 센서 i사이의 거리이고, E는 충격 파형 푸리에 변환이다. 이 예에서, 파수 k= ω/C이고, 여기서 C는 음향 전파 속도이다.이후, 상호상관 곱은This cross-correlation product Is not critically dependent on the impact waveform and the time origin. Actually, Is considered, where C i is the frequency complex response of the sensor i, d i is the distance between the impact location and the sensor i, and E is the shock waveform Fourier transform. In this example, the wave number k = ω / C, where C is the sound propagation velocity.
또는, or,
와 동일하다. Is the same as
이 실수임에 따라, 시간 상호상관 곱 은 주로 센서 응답에 좌우된다. 이후 큰 센서 응답 대역폭이, 충격 여진(impact excitation) 주파수 대역폭의 경로(course)의 한계에서, 실제로 짧은 임펄스를 얻도록 허용한다. 이 예에서, 센서 대역폭은 실질적으로 [100 Hz, 7 kHz]이다. 또한, 상호상관 곱이 정규화된다면, 감지된 신호의, 그리고 이때 충격 강도의 진폭에 좌우되지 않는다. Since this is a real number, time cross-correlation product Depends mainly on the sensor response. The large sensor response bandwidth then allows to actually get a short impulse, at the limit of the course of the impact excitation frequency bandwidth. In this example, the sensor bandwidth is substantially [100 Hz, 7 kHz]. Also, if the cross-correlation product is normalized, it does not depend on the amplitude of the sensed signal and then the impact intensity.
이후, 단계 S201에서, 의 역 푸리에 변환이 연산된다. 제 1 실시예에 따라, 대상물의 물질은 비 분산이다. 이는 음향 신호의 파 전파 속도가 이 신호의 주파수에 좌우되지 않는다는 것을 의미한다. 결과적으로, 이 물질에서 전파된 감지 된 신호의 파형은 근원(source)과 센서 사이의 거리 및 물질 속도의 함수인 지연의 지연된 원 신호와 실질적으로 동일하다. 이 경우에, 역 푸리에 변환은 일반적인 역 푸리에 변환 또는 역 고속 푸리에 변환일 수 있다. Then, in step S201, The inverse Fourier transform of is computed. According to the first embodiment, the material of the object is non dispersion. This means that the wave propagation speed of the acoustic signal does not depend on the frequency of this signal. As a result, the waveform of the sensed signal propagated in this material is substantially the same as the delayed original signal of the delay, which is a function of the distance between the source and the sensor and the material velocity. In this case, the inverse Fourier transform may be a general inverse Fourier transform or an inverse fast Fourier transform.
단계 S202에서, k는 각각의 표면의 영역 k에 대해 합 (S203)의 연산을 그 후 수행하기 위해 1로 초기화되고, 여기서 는 의 역 푸리에 변환이다. 비 분산 물질에 대한 현재 경우에,는 각각 영역 k에서 센서 i의 거리와 영역 k에서 센서 j의 거리 사이의 차에 기초한 지연이다. 이들 값은 장치(1)의 메모리 수단(5)에서 예를 들어 저장될 수 있다. 이들은 연산자에 의해 초기화 모드 S100에서 연산되거나 또는 이 장치의 설계 동안 결정될 수 있다. In step S202, k sums up for area k of each surface Is initialized to 1 to perform the operation of (S203) thereafter, where Is Inverse Fourier transform. In the current case for non-dispersed materials, Are respectively delays based on the difference between the distance of sensor i in area k and the distance of sensor j in area k. These values can for example be stored in the memory means 5 of the
따라서, 충격이 영역 k에서 발생된다면, 모든 는 동위상이고, 는 실질적으로 임펄스일 것이다. 대조적으로, 충격이 영역 k에서 생성되지 않는다면, 는 넓을 것이고 낮은 진폭을 가질 것이다. 이는 충격이 발생되었던 영역을 쉽게 결정하도록 한다. Thus, if an impact occurs in area k, then Is in phase, Will be substantially an impulse. In contrast, if an impact is not produced in region k, Will be wide and have a low amplitude. This makes it easy to determine the area where the impact occurred.
이 계산은 모든 영역 k에 대해 루프 단계 S204와 S205로 수행된다. 단계 S206에서, 각각의 의 특성 값이 계산되고 모든 특성 값 f()가 비교된다. 이 특성 값은 다음일 수 있다:This calculation is performed in loop steps S204 and S205 for all regions k. In step S206, each of Is calculated, and all property values f ( ) Is compared. This property value can be:
ㆍ 의 최대 값ㆍ Maximum value of
ㆍ 의 파워, 또는 최대 제곱 진폭ㆍ Power, or maximum square amplitude
ㆍ 최대 피크-투-피크(peak-to-peak) 진폭;Maximum peak-to-peak amplitude;
ㆍ 의 RMS(root mean square); 또는ㆍ Root mean square of RMS; or
ㆍ 의 에너지, 이는 와 동일하고;ㆍ Of energy, which Same as;
ㆍ 의 펄스 폭 매개변수, 이는 와 동일하고, 여기서 REAL(x)는 복소수 x의 실수부이다. ㆍ Of the pulse width parameter, which is , Where REAL (x) is the real part of complex x.
이때, 영역 k0 는 가장 큰 특성 값 f()을 가지는 영역 k에 상응한다. 이때, 단계 S207에서, 가장 큰 값은, 검출된 충격이 영역 k0에 있었다는 것을 보증하며, 신뢰의 임계와 비교될 수 있다. 실제로, 충격은 잡음 때문에, 또는 M 개의 결정된 영역에서보다 다른 영역에서 생성된 충격 때문에, 간섭(interference)일 수 있다. 이후, 이 마지막 테스트는 이 장치에 의해 제어된 바람직하지않은 행동을 피하도록 허용한다.In this case, the area k 0 has the largest characteristic value f ( Corresponds to area k with At this time, in step S207, the largest value ensures that the detected shock was in the region k 0 and can be compared with a threshold of confidence. In practice, the impact may be interference because of noise, or because of the impact generated in other regions than in the M determined regions. This last test then allows to avoid undesirable behaviors controlled by this device.
또한, 이 테스트는 비 에 의해 정의된 콘트라스트의 테스트로 대체될 수 있거나 또는 결합될 수 있고, 여기서 MEAN은 k=k0에 대한 것을 제외하고 f()의 모든 값의 평균 연산자이다. 콘트라스트 값이 기설정된 임계보다 더 큰 경우, 결과는 유효하다고 고려된다. 이후, 영역 k0의 특성 값이 유효로서 고려된다면, 이 영역에서 충격이 일어났었다고 고려된다. 작동은, 예를 들어 이 장치가 인터페이스로서 사용된다면, 장치(3)에 의해 구동될 수 있다. 그렇지 않다면, 이 충격은 장치에 의해 무시될 수 있다. Also, this test is non It can be substituted or combined with a test of contrast defined by MEAN, where MEAN is f (except for k = k 0) . Is the average operator of all values. If the contrast value is greater than the predetermined threshold, the result is considered valid. After that, the characteristic value of the area k 0 If considered effective, it is considered that an impact has occurred in this area. The operation can be driven by the device 3, for example if the device is used as an interface. If not, this impact can be ignored by the device.
또한, 이 방법의 분해능(resolution)을 개선하도록 허용하는, 와 같은 보간(interpolation) 함수로 결과를 조정하는 것이 가능하다. It also allows to improve the resolution of this method, It is possible to adjust the result with an interpolation function such as
이때, 이 실시예는, 특히 비 분산 물질에 대해, 정확한 동기화 없이 표면 상에 충격의 위치를 결정하는 방법을 제공한다.This embodiment then provides a method of determining the location of the impact on the surface without precise synchronization, in particular for non-disperse materials.
그러나, 분산 물질의 경우에, 제 2 실시예가 본 발명에 의해 제공된다. 이 실시예에서의 주된 차이는 단계 S201의 역 푸리에 변환이 분산 보상 푸리에 변환이라는 것이다. 실제로, 분산 물질은 음향 신호 전파 속도가 신호의 주파수에 좌우되는 물질이다. 따라서, 이 물질에서 전파된 감지된 신호의 파형은 원 신호 파형과 다르다. 이 경우에, 이하 설명된 바와 같이, 분산 보상 푸리에 변환은 전파 때문에 신호의 변형을 보상해야 한다. However, in the case of a dispersing material, a second embodiment is provided by the present invention. The main difference in this embodiment is that the inverse Fourier transform of step S201 is a dispersion compensated Fourier transform. In practice, the dispersing material is a material whose speed of sound signal propagation depends on the frequency of the signal. Thus, the waveform of the sensed signal propagated in this material is different from the original signal waveform. In this case, as described below, the dispersion compensated Fourier transform must compensate for distortion of the signal due to propagation.
P.D. Wilcox & al로부터의 "A Signal processing technique to remove the effect of dispersion from guided wave signals"란 제목의 Quantitative Non- Destructive Evaluation에서 Progress의 Review의 진행에 따라, 다음의 공식을 이용하여 감지된 음향 신호원의 거리를 결정하는 것이 가능하다:P.D. Following the progress of the Review of Progress in Quantitative Non-Destructive Evaluation entitled "A Signal processing technique to remove the effect of dispersion from guided wave signals" from Wilcox & al, It is possible to determine the distance:
, 여기서 는 감지된 음향 신호의 푸리에 변환이고, k(ω)은 관계 분산(relation dispersion)에 따른 파수이다. k(ω)= Ω와 ω =m(Ω)이라고 고려되는 경우, 상기 거리는 다음 공식으로부터 얻는다: , here Is the Fourier transform of the sensed acoustic signal, and k (ω) is the wave number according to the relation dispersion. Considering k (ω) = Ω and ω = m (Ω), the distance is obtained from the following formula:
, 이는 의 역 푸리에 변환이다. 얻어진 신호의 형태가 변경되지만, 그러나 가 일반적으로 완전히 실수이기 때문에 지연정보는 동일하다. 이후, 이 분산 보상 역 푸리에 변환이 제 1 실시예를 개선하기 위해 이용될 수 있고, 따라서 분산 물질 대상물의 표면 상에 충격을 결정하기 위한 방법을 제공한다. , this is Inverse Fourier transform. Although the shape of the obtained signal changes, but The delay information is the same because is generally a full mistake. This dispersion compensation inverse Fourier transform can then be used to improve the first embodiment, thus providing a method for determining the impact on the surface of the dispersion material object.
따라서, 제 2 실시예에 따른 방법은, 단계 S201에서, 연산된 역 푸리에 변환이 과 동일하다는 것을 제외하고는, 실질적으로 동일하다. 이후, 이 푸리에 변환은 신호의 분산을 보상하도록 허용하고, 이에 따라 처리될 수 있는 신호를 제공한다. Thus, in the method according to the second embodiment, in step S201, the calculated inverse Fourier transform is performed. Substantially the same, except that This Fourier transform then allows to compensate for signal variance and thus provides a signal that can be processed.
이 실시예에서, 단계 S203에서 값은 영역 k에서 센서i의 거리와 영역 k에서 센서 j의 거리 사이의 차에 기초한 길이이다. 나머지 방법은 바뀌지 않는다.In this embodiment, in step S203 The value is a length based on the difference between the distance of sensor i in area k and the distance of sensor j in area k. The remaining methods do not change.
예들의 대부분에서, 실질적으로 평평한 대상물 상의 충격에 의해 생성된 파는 램파(Lamb wave)로 고려될 수 있다. 본 발명의 이 실시예에서 파들이 낮은 주파수로 검토됨에 따라, 우리는 이들 파가 주로 0 차수 램파로 고려할 수 있다. 결국, 충격이 표면 상에 생성됨에 따라, 생성된 파는 비대칭 0 차수 램파이다. 따라서, 낮은 주파수에서, 분산 관계는 실질적으로 예를 들어 와 동일하고, α 는 물질에 따른 계수이다. In most of the examples, the wave generated by the impact on a substantially flat object can be considered a Lamb wave. As the waves are examined at low frequencies in this embodiment of the present invention, we can consider these waves to be mainly zero order lamb waves. After all, as the impact is created on the surface, the generated wave is an asymmetric zero order lamb wave. Thus, at low frequencies, the variance relationship is substantially Is the same according to the material.
이때, 표면 상에 충격의 위치를 결정하기 위한 분산 물질로 음향 이미지의 방법을 사용하는 것이 가능하다. 다음의 분산 관계를 사용하는 경우, 이 제 2 실시예의 방법은 또한 비 분산 물질에 적용할 수 있다: Ω= αω. 따라서, 이 실시예는 임의 종류의 분산 또는 비분산 물질에 적용가능한 일반적인 방법을 제공한다. 실제로, 모든 범위의 주파수에 대해 전파된 파의 분산 관계를 보간(interpolate)하는 것이 쉽다. 주파수의 범위는 물질, 애플리케이션, 및 센서의 대역폭에 좌우된다. 이 실시예는 비대칭 0 차수 램파의 현재 예에 한정되지 않는다. At this time, it is possible to use the method of acoustic imaging as a dispersing material for determining the location of the impact on the surface. When the following dispersion relationship is used, the method of this second embodiment can also be applied to non-dispersed materials: Ω = αω. Thus, this embodiment provides a general method applicable to any kind of dispersed or non-dispersed material. In practice, it is easy to interpolate the dispersion relationship of propagated waves over the full range of frequencies. The range of frequencies depends on the bandwidth of the material, the application, and the sensor. This embodiment is not limited to the current example of an asymmetric zero order lamb wave.
또한, 이 계수 α는 또한 물질의 온도에 좌우될 수 있고 이 매개변수가 고려될 수 있다. 예를 들어, 온도 센서가 대상물에 고정될 수 있고, 계수 α는 이 계수를 기초하여 변경될 수 있다. 따라서, 물질의 온도를 고려하는 방법을 제공하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 물질이 이방성(anisotropic)이라면, 즉 전파 속도가 신호 전파의 방향에 좌우된다면, 이는 센서 i와 영역 k 사이의 통로에 좌우되는 계수 α에 의해 보상될 수 있다. 예를 들어, α는 에 좌우되고, 는 영역 k와 센서 i의 각각의 위치에 기초하여 설정된 각도값이다. In addition, this coefficient α may also depend on the temperature of the material and this parameter may be considered. For example, a temperature sensor can be fixed to the object, and the coefficient α can be changed based on this coefficient. Thus, it is possible to provide a method which takes into account the temperature of the material. Likewise, if the material is anisotropic, ie the propagation speed depends on the direction of signal propagation, this can be compensated by the coefficient α which depends on the passage between the sensor i and the area k. For example, α Depends on, Is an angle value set based on each position of the area k and the sensor i.
도 3의 흐름도에 따라, 예를 들어 상기 방법은 도 5의 흐름도에 의해 설명되어 있는 초기화 모드로 시작한다. 이 초기화 모드 동안에, 센서의 정확한 위치가 장치(3)에 입력되고 저장될 수 있지만(S300), 그러나 이들 위치는 또한 장치의 설계동안에 입력될 수 있다. According to the flow chart of FIG. 3, for example, the method starts with the initialization mode described by the flow chart of FIG. 5. During this initialization mode, the exact position of the sensor can be entered and stored in the device 3 (S300), but these positions can also be entered during the design of the device.
그 후, 분산 관계가 결정된다. 일반적으로, 분산 관계의 형태는 공지되어 있다. 이 단계는 이 분산 관계를 보간하기 위한 정확한 계수를 제공하도록 지향되어 있다. 비대칭 0 차수 램파의 경우에, 우리는 계수 α를 결정해야 한다. 그러나, 신호가 다른 범위의 주파수에서 검토되는 경우, 분산 관계의 다항식 보간(polynomial interpolation)을 필요로 할 수 있다. 이때, 모든 다항식 계수가 결정되어야한다. Thereafter, the dispersion relationship is determined. In general, the form of the dispersion relationship is known. This step is directed to provide accurate coefficients for interpolating this variance relationship. In the case of an asymmetric zero order lamb wave, we must determine the coefficient α. However, if the signal is examined at a different range of frequencies, it may require polynomial interpolation of the variance relationship. At this time, all polynomial coefficients must be determined.
또한, 물질이 비분산 물질로서 고려될지라도, 이 단계는, 이 비분산 물질에 상응하는, 정확한 계수α를 결정하는데 사용될 수 있다. 계수 α의 결정을 이루기위해, NSO 충격이 물질의 표면상에 생성될 수 있고(S301 ~ S305) 각각의 충격 m에 상응하는 지연 이 연산되고 메모리에 저장된다. 실시예에서, 충격은 2 개의 센서에 연결되어 있는 선을 따라 생성되고, 균등하게 이격된다(spaced). 이는 최적값 α 계수를 쉽게 찾도록 한다. Also, although the material is considered as a non-dispersed material, this step can be used to determine the correct coefficient α corresponding to this non-dispersed material. In order to achieve the determination of the coefficient α, an NSO impact can be generated on the surface of the material (S301-S305) and a delay corresponding to each impact m Is computed and stored in memory. In an embodiment, the impact is generated along a line connected to two sensors and evenly spaced. This makes it easy to find the optimal value α coefficient.
이후, α 테스트 값은 단계 S306 ~ 단계 S314에서 설정된 범위 에서 검사될 것이다. 이 테스트값 α는 예를 들어 증분(increment) △α으로 균등하게 이격된다(S313). 각각의 테스트 값에 대해, 충격 m과 센서 i 및 j에 상응하는 상호상관 곱 는 이 테스트값 α로 연산되고(S309) 를 형성하기 위해 합해진다(S309). 이후, 모든 충격의 가 더해지고, 이 합의 최대 값이 단계 S312에서 저장된다. 따라서, 각각의 테스트 값α에 대해, 최대 F(α)은 저장된다. Then, the α test value is in the range set in step S306 to step S314. Will be checked in. This test value α is equally spaced by increment Δα, for example (S313). For each test value, the cross-correlation product corresponding to impact m and sensors i and j Is calculated with this test value α (S309) It is combined to form a (S309). Since, all of the shock Is added, and the maximum value of this sum is stored in step S312. Thus, for each test value α, the maximum F (α) is stored.
이후, 단계 S315에서, 가장 큰 최대값, max(F(α))이 최상(best) 값으로 고 려되고, 그래서 대응하는 α는 최적 계수 로 선택되고 장치의 동작동안 사용될 수 있다. 또한, 이분(dichotomy) 방법 단독으로 또는 마지막 방법과 결합하여 최적의 계수를 검색하는 데 사용될 수 있다. Then, in step S315, the largest maximum value, max (F (α)) is considered as the best value, so the corresponding α is the optimal coefficient Can be selected and used during operation of the device. It can also be used to retrieve optimal coefficients, either alone or in combination with the last method.
따라서, 유효 물질 분산 보상으로 그리고 음향 이미징에 기초하여 표면 상에 충격의 위치를 결정하는 방법을 제공하는 것이 가능하다. Thus, it is possible to provide a method for determining the location of an impact on a surface with effective material dispersion compensation and based on acoustic imaging.
또다른 실시예에 따라, 초기화 모드는 위치와 M 개의 영역의 대응하는 지연을 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 작동자는 각각의 감지 영역 상에 충격을 발생해야 할 수 있고, 장치는 장치의 ROM(5)에서 대응하는 지연을 저장한다. According to yet another embodiment, the initialization mode comprises determining a corresponding delay of the location and the M regions. For example, the operator may have to generate a shock on each sensing area, and the device stores a corresponding delay in the
본 명세서 내에 포함되어 있음.Included in this specification.
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- 2005-04-13 KR KR1020077026280A patent/KR100918833B1/en not_active IP Right Cessation
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US20040133366A1 (en) | 2002-12-06 | 2004-07-08 | New Transducers Limited | Contact sensitive device |
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