TWI484177B - Detection system and detection method - Google Patents

Description

檢測系統及檢測方法

本發明是有關於一種檢測系統，特別是指一種用以檢測傳輸設備的檢測系統。

管線與閥座等設備被大量使用在各種傳輸系統中，例如輸送天然氣或石油。為了確保傳輸品質與安全，產學界相繼提出多種方法來檢測傳輸設備是否有破洞、裂痕、密合度不足或其他異常情形。其中，最常用來檢測的傳輸設備特徵包括有聲音、溫度或是特定氣體(如：一氧化碳)的濃度等。

中華民國專利第I313823號提出的聲源能量分佈可視化系統即是採用聲音特徵來檢測，其主要是使用呈陣列式排列的多個麥克風接收一待測物傳來的多個聲源訊號，然後分析聲源能量分佈而推估出聲源位置。

不過，這樣的架構需準備多個麥克風，成本頗高。而且，各麥克風是固定設置於陣列內的特定位置，所以將麥克風陣列靠近待測物時，只能取得待測物對應位置的聲源訊號，檢測解析度明顯受限於陣列。

因此，本發明之目的，即在提供一種檢測系統和檢測方法，可有效降低成本，且可隨待測物調整檢測位置。

於是，本發明檢測方法，適用於檢測一待測物，包含以下步驟：(A)組配一感測器，接近該待測物的一部位以取 得一特徵時域信號；(B)組配一追蹤單元，根據一張以多個畫素記錄該待測物的影像信號，追蹤該感測器的位置對應於該影像信號的哪一畫素位置，其中該感測器與其所接近的待測物部位會對應於同一畫素位置；(C)組配該感測器，接近該待測物的另一部位以取得另一特徵時域信號；及(D)組配一異常辨識器，根據該二個特徵時域信號判別該待測物的哪一部位出現異常，並據以修改該影像信號的相關畫素。

較佳地，檢測方法更包含在步驟(B)前的一步驟：組配一攝像單元，朝該待測物拍攝而得到該張影像信號。

較佳地，該感測器於步驟(A)中是感應該待測物部位的聲音特徵而取得該特徵時域信號，且步驟(D)包括以下子步驟：組配一時頻轉換器，分別將該二個特徵時域信號從時域轉換到頻域而得到二個特徵頻域信號；組配一濾波器，分別根據該二個特徵頻域信號濾波出二個濾波信號；及組配一評估器，基於該二個濾波信號判別該待測物的該另一部位是否出現異常。

較佳地，步驟(D)更包括以下子步驟：組配一存儲器，記錄有一特徵級距表，將各濾波信號的可能強度範圍分成多個級數；組配該評估器，評估該二個濾波信號強度屬於哪一個級數，且根據該二個濾波信號的評估級數差異來判別該待測物的該另一部位是否出現異常。

較佳地，該感測器於步驟(A)取得該特徵時域信號是透過感應該待測物部位的聲音特徵、溫度特徵與氣體濃度特 徵的至少一者。

而本發明檢測系統，適用於檢測一待測物，包含：一感測器，接近該待測物的一部位以取得一特徵時域信號，且接近該待測物的另一部位以取得另一特徵時域信號；一追蹤單元，根據一張以多個畫素記錄該待測物的影像信號，追蹤該感測器的位置對應於該影像信號的哪一畫素位置，其中該感測器與其所接近的待測物部位會對應於同一畫素位置；及一異常辨識器，根據該二個特徵時域信號判別該待測物的哪一部位出現異常，並據以修改該影像信號的相關畫素。

較佳地，檢測系統更包含：一攝像單元，朝該待測物拍攝而得到該張影像信號。

較佳地，該感測器是感應該待測物部位的聲音特徵而取得該特徵時域信號，且該異常辨識器包括：一時頻轉換器，分別將該二個特徵時域信號從時域轉換到頻域而得到二個特徵頻域信號；一濾波器，分別根據該二個特徵頻域信號濾波出二個濾波信號；及一評估器，基於該二個濾波信號判別該待測物的該另一部位是否出現異常。

較佳地，該異常辨識器更包括：一存儲器，記錄有一特徵級距表，將各濾波信號的可能強度範圍分成多個級數；且該評估器評估該二個濾波信號強度屬於哪一個級數，並根據該二個濾波信號的評估級數差異來判別該待測物的該另一部位是否出現異常。

較佳地，該感測器取得該特徵時域信號是透過感應該 待測物部位的聲音特徵、溫度特徵與氣體濃度特徵的至少一者。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1和圖2，本發明檢測系統100之較佳實施例適用於檢測一待測物9，包含一感測器1、一感測定位器2及一異常辨識器3，其中感測器1和感測定位器2分別電連接到異常辨識器3。感測器1包括一定位參考單元11及一傳感單元12，感測定位器2包括一攝像單元21和一追蹤單元22，且異常辨識器3包括一時頻轉換器31、一濾波器32、一評估器33及一存儲器34。

較佳地，定位參考單元11是一個設置於傳感單元12旁的平板，而待測物9是指傳輸設備，例如管線與閥座，但不以此為限。當傳輸設備出現破洞、裂痕、密合度不足或其他異常情形時會發出噪音，所以本較佳實施例的傳感單元12是用來感應傳輸設備的聲音特徵，可用麥克風、聲強計或其他收音裝置來實現。

攝像單元21朝待測物9拍攝而得到一張具有多個畫素的影像信號，追蹤單元22追蹤定位參考單元11而獲知其所在位置對應於該影像信號中哪一畫素位置。更具體地，追 蹤單元22追蹤出的畫素位置會暗示感測器1的定位參考單元11靠近待測物9的哪一部位。

於每一檢測時間，定位參考單元11移動而靠近待測物9的其中一部位，使傳感單元12得以感應出一特徵時域信號，接著時頻轉換器31根據該特徵時域信號進行時域轉頻域處理而得到一特徵頻域信號，再交由濾波器32據以保留特定頻率範圍成份而得到一個濾波信號。

且隨著時間過去，評估器33收到各檢測時間的濾波信號並比較，且搭配追蹤單元22於各檢測時間追蹤出的畫素位置，以更新該影像信號使其顯示發生異常的待測物9部位是對應哪一畫素。

較佳地，前述特定頻率範圍為4000~10000Hz。只評估此範圍的信號強度，是因為通常環境噪音頻率小於500Hz，而傳輸設備出現破洞、裂痕、密合度不足或其他異常情形時所發出的噪音高達4000~10000Hz，所以本例特地將特徵時域信號轉換成特徵頻域信號，去觀察介於此頻率範圍的信號。

並且，本例存儲器34記錄有一特徵級距表，將濾波信號的可能強度範圍分成一第一級、一第二級、一第三級...一第N級，其中N>1。評估器33評估各檢測時間的濾波信號強度落於哪一級，並比較前一檢測時間和目前檢測時間的評估級數差異，而給予目前追蹤出的畫素一個指定顏色的畫素值，來表示對應待測物部位是否發生異常。

舉例來說，當評估器33發現目前檢測時間的評估級數 高於前一檢測時間的評估級數3級，則指定代表異常的紅色畫素值，否則指定代表正常的藍色畫素值，所以影像信號顏色單純，檢測人員可輕易讀出檢測結果，此可參考附件一和附件二。當然，比較門檻不限於前述提到的3級，且表示待測物9有無異常的指定畫素顏色也不需限於上述。反觀習知技術經常直接以濾波信號強度絕對值來決定畫素顏色，所以影像信號遍佈多種色彩，檢測人員需要具備完整的檢測知識及教育訓練，才能準確執行檢測工作。

又較佳地，評估器33會維持各畫素的亮度，僅根據檢測結果更新對應畫素的彩度，所以評估器33輸出的影像信號會以亮度呈現待測物9的形貌，並以彩度呈現檢測結果。

值得注意的是，如果使用者更感興趣於介於兩個相鄰檢測時間的待測物9部位，那麼評估器33可以先根據該兩個檢測時間的畫素位置進行內插，然後根據該兩個檢測時間的濾波信號計算出內插畫素位置的濾波信號，再比對濾波信號強度級數來決定該內插畫素位置的畫素顏色。換句話說，本例可以沿著多個檢測時間的畫素位置所形成的軌跡，內插出感興趣的畫素位置，以瞭解其對應待測物9部位異常與否。

並且，本例可移動感測器1來接近待測物9的任一部位，所以檢測解析度可隨待測物9大小來彈性調整。又，如果已發現待測物9的其中一部位有異常，但希望更細緻檢視，還可以選用感測器1的另一個傳感單元(圖未示)，以 超音波方式取得更細微部位的特徵時域信號。

反觀習知技術，陣列式麥克風的排列固定，雖然可藉由多個麥克風一次量取多個待測物9部位，但是每次量取範圍僅限於陣列大小，且檢測解析度需視陣列排列而決定，經常造成檢測上的不便。

此外，除了聲音特徵，傳輸設備的異常處也可能出現較高的溫度，或是較高的特定氣體(如：一氧化碳)濃度，所以在其他實施態樣中，傳感單元12也可以是用來感應溫度特徵的溫度計，或是用來感應氣體濃度特徵的氣體檢測器。甚者，傳感單元12也可以綜合兩種以上的特徵進行檢測。請注意，當傳感單元12用來感應溫度或氣體濃度，是可以省略異常辨識器3的時頻轉換器31和濾波器32。

參閱圖3，檢測系統100所執行的本發明檢測方法之較佳實施例主要包含以下步驟：步驟s0：攝像單元21朝待測物9拍攝而得到影像信號；步驟s1：使感測器1接近待測物9的一部位，其中兩者相距2~10公分，且較佳地在接下來的整個檢測程序中都保持這樣的距離；步驟s2：追蹤單元22追蹤定位參考單元11的位置，以得知對應於影像信號的哪一畫素位置；步驟s3：傳感單元12感應出特徵時域信號，並由時頻轉換器31轉換成特徵頻域信號，再由濾波器32濾出濾波信號； 步驟s4：當感測器1在本檢測程序中為首次接近待測物9，移動感測器1使接近待測物9的另一部位，並再次執行步驟s2~s3；否則，繼續步驟s5。

步驟s5：評估器33比較前次與目前獲得的濾波信號，以評估目前檢測的部位是否發生異常。

步驟s6：移動感測器1使接近待測物9的又一部位，並再次執行步驟s2~s5，直到檢測程序結束。

綜上所述，前述較佳實施例僅需使用一個感測器1就能執行檢測作業，且可任意移動感測器1來靠近待測物9的一部位，檢測解析度較習知彈性，檢測成本有效降低，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧檢測系統

1‧‧‧感測器

11‧‧‧定位參考單元

12‧‧‧傳感單元

2‧‧‧感測定位器

21‧‧‧攝像單元

22‧‧‧追蹤單元

3‧‧‧異常辨識器

31‧‧‧時頻轉換器

32‧‧‧濾波器

33‧‧‧評估器

34‧‧‧存儲器

9‧‧‧待測物

s0~s6‧‧‧步驟

圖1是一方塊圖，說明本發明檢測系統之較佳實施例；圖2是一方塊圖，說明該檢測系統的組成元件；及圖3是一流程圖，說明本發明檢測方法之較佳實施例。

100‧‧‧檢測系統

1‧‧‧感測器

11‧‧‧定位參考單元

12‧‧‧傳感單元

2‧‧‧感測定位器

21‧‧‧攝像單元

22‧‧‧追蹤單元

3‧‧‧異常辨識器

31‧‧‧時頻轉換器

32‧‧‧濾波器

33‧‧‧評估器

34‧‧‧存儲器

Claims (8)

1. 一種檢測方法，適用於檢測一待測物，包含以下步驟：(A)組配一感測器，接近該待測物的一部位以取得一特徵時域信號；(B)組配一追蹤單元，根據一張以多個畫素記錄該待測物的影像信號，追蹤該感測器的位置對應於該影像信號的哪一畫素位置，其中該感測器與其所接近的待測物部位會對應於同一畫素位置；(C)組配該感測器，接近該待測物的另一部位以取得另一特徵時域信號；及(D)組配一異常辨識器，根據該二個特徵時域信號判別該待測物的哪一部位出現異常，並據以修改該影像信號的相關畫素，且步驟(D)包括以下子步驟：組配一時頻轉換器，分別將該二個特徵時域信號從時域轉換到頻域而得到二個特徵頻域信號；組配一濾波器，分別根據該二個特徵頻域信號濾波出二個濾波信號；組配一評估器，基於該二個濾波信號判別該待測物的該另一部位是否出現異常；組配一存儲器，記錄有一特徵級距表，將各濾波信號的可能強度範圍分成多個級數；及組配該評估器，評估該二個濾波信號強度屬於哪一個級數，且根據該二個濾波信號的評估級數差異來判別該待測物的該另一部位是否出現異常。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之檢測方法，更包含在步驟(B)前的一步驟：組配一攝像單元，朝該待測物拍攝而得到該張影像信號。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中，該感測器於步驟(A)中是感應該待測物部位的聲音特徵而取得該特徵時域信號。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之檢測方法，其中，該感測器於步驟(A)取得該特徵時域信號是透過感應該待測物部位的聲音特徵、溫度特徵與氣體濃度特徵的至少一者。
5. 一種檢測系統，適用於檢測一待測物，包含：一感測器，接近該待測物的一部位以取得一特徵時域信號，且接近該待測物的另一部位以取得另一特徵時域信號；一追蹤單元，根據一張以多個畫素記錄該待測物的影像信號，追蹤該感測器的位置對應於該影像信號的哪一畫素位置，其中該感測器與其所接近的待測物部位會對應於同一畫素位置；及一異常辨識器，根據該二個特徵時域信號判別該待測物的哪一部位出現異常，並據以修改該影像信號的相關畫素，且該異常辨識器包括：一時頻轉換器，分別將該二個特徵時域信號從時域轉換到頻域而得到二個特徵頻域信號； 一濾波器，分別根據該二個特徵頻域信號濾波出二個濾波信號；一評估器，基於該二個濾波信號判別該待測物的該另一部位是否出現異常；及一存儲器，記錄有一特徵級距表，將各濾波信號的可能強度範圍分成多個級數；其中，該評估器評估該二個濾波信號強度屬於哪一個級數，並根據該二個濾波信號的評估級數差異來判別該待測物的該另一部位是否出現異常。
6. 依據申請專利範圍第5項所述之檢測系統，更包含：一攝像單元，朝該待測物拍攝而得到該張影像信號。
7. 依據申請專利範圍第5項所述之檢測系統，其中，該感測器是感應該待測物部位的聲音特徵而取得該特徵時域信號。
8. 依據申請專利範圍第5項所述之檢測系統，其中，該感測器取得該特徵時域信號是透過感應該待測物部位的聲音特徵、溫度特徵與氣體濃度特徵的至少一者。