位置标定系统、位置标定方法及计算机程序技术方案

实施方式的位置标定系统具有多个传感器、时间测量部、角度计算部以及位置标定部。多个传感器以预定的传感器间隔配置。时间测量部测量弹性波到达所述多个传感器的时刻差。角度计算部根据所述时刻差来计算所述弹性波针对所述多个传感器入射的入射角度。位置标定部根据所述入射角度来标定所述弹性波的产生源。所述预定的传感器间隔是基于弹性波的声速和所述传感器的频率特性的距离，所述弹性波在配置有所述多个传感器的构造物内部传播。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】位置标定系统、位置标定方法及计算机程序
本专利技术的实施方式涉及位置标定系统、位置标定方法以及计算机程序。本申请根据在2017年3月17日在日本申请的特愿2017-053736号主张优先权，在此引用其内容。
技术介绍
近年来，与在经济高速成长期建设的桥梁等构造物的老朽化相伴的问题显著。即使是万一，在构造物中发生事故的情况下的损害也无法估量，所以以往以来提出了用于监视构造物的状态的技术。例如，提出了通过利用高灵敏度传感器来检测伴随内部龟裂的产生或者内部龟裂的加深而产生的弹性波的AE(AcousticEmission：声发射)方式来检测构造物的损伤的技术。AE是伴随材料的疲劳龟裂的加深而产生的弹性波。在AE方式中，由利用了压电元件的AE传感器检测弹性波作为AE信号(电压信号)。AE信号被检测为发生材料的断裂之前的征兆。因而，AE信号的产生频度以及信号强度作为表示材料的健全性的指标是有用的。因此，进行了利用AE方式来检测构造物的劣化的预兆的技术的研究。作为利用AE信号的损伤评价方法之一，常常进行使用向多个传感器的信号到达时刻差的弹性波的振荡源位置的标定。确定弹性波的振荡源位置关系到损伤部位的确定，具有重要的意义。为了进行AE源位置的标定，需要事先知晓弹性波的传播速度，但与空气中的声速不同，在固体中传播的弹性波的速度依赖于内部构造，而且有时根据材料不同而具有各向异性，极难知晓准确的速度。作为解决这样的课题的手段，已知基于声源的位置标定法。然而，在该方法中，检测分辨率因到来的方向而大幅变化。另外，产生根据方向不同而完全无法检测弹性波的所谓的不灵敏区。这样，在以往的方法中，有时能够方向的能够检测的范围被限制，所以测量范围被限制。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2015/119498号
技术实现思路
本专利技术要解决的课题在于提高能够不受到不灵敏区的影响地扩大弹性波的测量范围的位置标定系统、位置标定方法及计算机程序。实施方式的位置标定系统具有多个传感器、时间测量部、角度计算部以及位置标定部。多个传感器以预定的传感器间隔配置。时间测量部测量弹性波到达所述多个传感器的时刻差。角度计算部根据所述时刻差来计算所述弹性波针对所述多个传感器入射的入射角度。位置标定部根据所述入射角度来标定所述弹性波的产生源。所述预定的传感器间隔是基于弹性波的声速和所述传感器的频率特性的距离，所述弹性波在配置有所述多个传感器的构造物内部传播。附图说明图1A是用于说明以往的弹性波的发信源的位置标定的方法的概要的图。图1B是用于说明本实施方式中的弹性波的发信源的位置标定的方法的概要的图。图2是用于说明矢量感测单元中的矢量感测的基本概念的图。图3是用于说明矢量感测单元中的矢量感测的基本概念的图。图4是示出配置有3个传感器的情况下的不灵敏区的区域的图像的图。图5是示出实施方式中的矢量感测单元内的传感器的配置例的图。图6A是示出本实施方式中的矢量感测单元内的传感器的配置中的检测范围的例子的图。图6B是示出本实施方式中的矢量感测单元内的传感器的配置中的检测范围的例子的图。图6C是示出本实施方式中的矢量感测单元内的传感器的配置中的检测范围的例子的图。图7是表示本实施方式中的检测分辨率的仿真结果的图。图8是示出本实施方式中的位置标定系统的系统结构的图。图9是表示矢量感测单元的功能结构的框图。图10是示出时间测量部的一个例子的图。图11是表示服务器的功能结构的框图。图12是示出服务器的处理的流程的流程图。图13A是示出以往的位置标定的结构的图。图13B是示出本实施方式中的位置标定的结构的图。图14A是示出位置标定系统具备3个矢量感测单元的情况下的配置例的图。图14B是示出位置标定系统具备4个以上的矢量感测单元的情况下的配置候补的例子的图。具体实施方式以下，参照附图，说明实施方式的位置标定系统、位置标定方法以及计算机程序。(概要)首先，说明概要。使用图1A以及图1B，说明以往的弹性波的发信源的位置标定的方法和本实施方式中的弹性波的发信源的位置标定的方法的概要。图1A是用于说明以往的弹性波的发信源的位置标定的方法的概要的图。图1B是用于说明本实施方式中的弹性波的发信源的位置标定的方法的概要的图。如图1A所示，在以往的位置标定的方法中，多个传感器1－1～传感器1－4被配置成包围进行位置标定的对象。而且，根据向各传感器1－1～传感器1－4的到达时刻差进行弹性波的发信源的位置的标定。在以往的位置标定的方法中，需要传感器间的严格的时刻同步，从传感器至处理传感器信号的信号处理部为止必须为有线连接。另外，在以往的位置标定的方法中，需要准确的传播速度的信息。相对于此，如图1B所示，在本实施方式中的位置标定的方法中，使用接近配置有传感器的单元(以下称为“矢量感测单元”。)10－1～10－N(N为2以上的整数)，探测弹性波的方向，根据由多个矢量感测单元分别探测到的角度(例如，θa、θb)来标定弹性波的发信源的位置。在此，使用图2以及图3，说明在本实施方式中使用的矢量感测单元中的矢量感测的基本概念。图2以及图3是用于说明矢量感测单元中的矢量感测的基本概念的图。首先，如图2所示，当使多个传感器S1与传感器S2接近时，相对于连结传感器S1与传感器S2的线段2，弹性波3以任意的角度θ到达各传感器S1以及传感器S2。此时，将从各传感器S1以及传感器S2至弹性波的发信源为止的距离设为l，将传感器间隔设为d(<<l)。在将以单元(在图2中，传感器S1和传感器S2)为中心的半径rmax的圆内设想成测量范围的情况下，传感器间隔d需要配置成d<<rmax。进而，能够将以单元为中心的半径rmin以上的范围设定成测量范围，在该情况下，设为d<<rmin<<rmax，从而能够根据rmin<l<rmax而保证d<<l。进而，最好对接近配置的多个传感器输入尽可能同质的弹性波，但实际的弹性波在其振动的每个周期中一边由于内部摩擦等影响而丧失能量，一边进行传播。为了不受到衰减的影响，传感器间隔d最好为比设想的弹性波的波长λ小的间隔。即，通过将传感器S1和传感器S2配置成为d<λ，能够将入射到各传感器S1以及传感器S2的弹性波视为同质。已知弹性波的速度v依赖于材料固有的物性值，如果为金属，则为3000～6000m/s左右。另外，自然产生的弹性波的信号一般包含宽的频率范围，但为了去除噪声，在处理传感器自身的频率特性以及传感器信号的电路中构成带通滤波器，从而能够选择作为观测对象的频率。关于观测对象的频率，例如，如如果为金属则为150kHz、如果为混凝土构造物则为30kHz那样根据材料来选择。作为一个例子，在将弹性波的速度v设为3000m/s、将作为对象的频率f设为150kHz的情况下，波长λ根据λ＝v/f而成为λ＝20mm，配置成使d成为20mm以下，从而能够将衰减的影响抑制到最小限度。能够使用弹性波的速度v如式1那样表示弹性波到达两个传感器S1以及S2的时间差t12。[数1]另外，通过将式1如式2那样进行变形，能够求出入射角度θ。[数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种位置标定系统，具备：多个传感器，以预定的传感器间隔配置；时间测量部，测量弹性波到达所述多个传感器的时刻差；角度计算部，根据所述时刻差来计算所述弹性波针对所述多个传感器入射的入射角度；以及位置标定部，根据所述入射角度来标定所述弹性波的产生源，所述预定的传感器间隔是基于弹性波的声速和所述传感器的频率特性的距离，所述弹性波在配置有所述多个传感器的构造物内部传播。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.17 JP 2017-0537361.一种位置标定系统，具备：多个传感器，以预定的传感器间隔配置；时间测量部，测量弹性波到达所述多个传感器的时刻差；角度计算部，根据所述时刻差来计算所述弹性波针对所述多个传感器入射的入射角度；以及位置标定部，根据所述入射角度来标定所述弹性波的产生源，所述预定的传感器间隔是基于弹性波的声速和所述传感器的频率特性的距离，所述弹性波在配置有所述多个传感器的构造物内部传播。2.根据权利要求1所述的位置标定系统，其中，当设为所述弹性波的传播速度为v、由传感器的频率特性以及处理从所述传感器输出的电信号的电路的合成特性确定的观测对象频率为f时，预定的传感器间隔d满足d<v/f的关系。3.根据权利要求1或者2所述的位置标定系统，其中，所述多个传感器是按照预定的布局配置的4个以上的传感器，所述预定的布局是使将所述多个传感器间相互进行连结的多个线段都不平行的布局。4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的位置标定系统，其中，所述位置标定系统至少具备3个以上矢量感测单元，该矢量感测单元具备所述多个传感器和所述时间测量部，所述矢量感测单元配置于大致正三角形的顶点的位置。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：碓井隆，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本,JP