[发明专利]超声波源的方位标定装置及重合图像的分析方法

说明书

本发明提供一种小型且在减少栅瓣的影响的同时能够一次进行较广的搜索范围的超声波的声源方位测定的超声波源的方位标定装置。超声波源的方位标定装置具有：照相机，其拍摄测定对象；阵列传感器，其测定从测定对象的方向发出的超声波的声压；运算单元，其基于通过阵列传感器获取的超声波的声压信息而制作声压图，并制作将声压图与通过照相机获取的拍摄图像重合而成的重合图像；以及显示单元，其显示重合图像，阵列传感器由至少一部分设置在同一平面的X轴上与Y轴上并合计9个以上且25个以下的表面安装型传感器构成。

技术领域

本发明涉及小型且由栅瓣引起的错误判定较少的超声波源的方位标定装置、及使用该超声波源的方位标定装置进行的重合图像的分析方法。

背景技术

在炼铁厂中，例如需要及时检测配管的腐蚀孔的产生、及电气设备的劣化等，并进行修理等。为了检测它们，测定在从配管的腐蚀孔泄漏气体时、引起电气设备的电晕放电等时释放的声波。若欲测定可听区域的声波，则由于有时周围的噪音等的影响较大而使异常未被准确检测，所以为了检测各种设备的异常，通常测定超声波。

已知一种技术，以标定将包含超声波的声波、电磁波等为代表的波的到来方向为目的，使用多个传感器，根据通过各传感器得到的接收信号的时间差(相位差)来标定波源的方位。例如，如图1所示，若将两个传感器13的间隔设为d(mm)，将波的到来方向(用图中的粗箭头表示。)相对于传感器13的正面方向的角度设为θ，根据下述式(1)求出波到达两个传感器13的时间差t(秒)。通过利用该t，确定波的到来方向θ。

T＝dsinθ/(声速)…(1)

应用上述式(1)来实际标定波源方位的技术通常也被称为波束赋形法。在波束赋形法中，关于规定的波相对于传感器的正面方向的到来方向θ₀，使一个传感器信号延迟通过该角度(θ₀)计算的传播延迟时间大小(t₀)，并与另一传感器信号相加。若θ₀与波源方位一致，则各传感器中的波形的相位一致，波的重合变得最大，因此θ₀被视为是波源方位。在上述中，对传感器为两个的情况进行了说明，但对于三个以上的情况也能够通过同样的原理进行波源方位的标定。能够针对测定对象的全部方位进行该处理，根据其信号强度、信号分布求出波源方位。

作为公开利用这种波束赋形法的技术的文献，列举了以下的专利文献1。

另一方面，以往，已知一种超声波检测装置，其使用麦克风、接收元件等传感器来测定超声波的声压，由此检测配管的气体泄漏、电气设备的电晕放电等。通常这样的超声波检测装置使用一个传感器。

专利文献1：日本特开2014-137323号公报

非专利文献1：石田梨佳著“设备发出的超声波的可视化『超声波声音照相机』的开发”电气现场技术2015年3月号

在现有的超声波检测装置中，由于使用一个麦克风来进行超声波的测定，因此通过一次的测定能够测定超声波的区域取决于麦克风的指向性，不清楚超声波从哪个方位到来。因此，使用抛物线那样的集音器来提高麦克风的灵敏度/指向性。但是，该情况下，存在如下问题：虽然能够决定超声波的到来方向，但仅能够在点那样的范围内测定超声波。在使用这样的装置，来进行成为测定对象的设备的超声波测定时，必须在所希望的测定范围内使超声波检测装置屡次精细扫描，除测定作业变得繁杂之外，也存在易产生测量遗漏这样的问题。

因此，希望一种通过使用多个麦克风的上述的波束赋形法，扩大测定范围，而能够呈面地搜索超声波的声源的超声波检测装置。但是，在超声波测定中，由于下述的理由而难以应用波束赋形法。