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計測方法および装置 新技術説明会

国内特許コード P09A014703
整理番号 PA19-068
掲載日 2009年10月23日
出願番号 特願2007-334589
公開番号 特開2009-156694
登録番号 特許第5314280号
出願日 平成19年12月26日(2007.12.26)
公開日 平成21年7月16日(2009.7.16)
登録日 平成25年7月12日(2013.7.12)
発明者
  • 畝田 道雄
  • 石川 憲一
出願人
  • 学校法人金沢工業大学
発明の名称 計測方法および装置 新技術説明会
発明の概要

【課題】超音波センサ計測を高精度化させたい。
【解決手段】第1取得部52は、送信用センサ14から送信すべきパルス状のチャープ信号を参照信号206として取得する。第2取得部54は、送信用センサ14から送信された後、送信用センサ14と受信用センサ18との間に設置された測定物16を経由して、受信用センサ18において受信されたパルス状のチャープ信号を受信信号204として取得する。測定部56は、第1取得部52において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置と、第2取得部54において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置との差異をもとに、送信用センサ14から受信用センサ18へ至る測定物16の距離を測定する。
【選択図】図17

従来技術、競合技術の概要


近年、自動化が進んだ工業製品に代表される様々な分野で超音波センサが用いられている。例を挙げれば、ガラス等の透明体検出、ポンプ等の監視診断装置、超音波距離計、AE(Acoustic Emission)エネルギーの検出によるバイト・ドリルの損傷事前検知と、その応用は活発であり、適用範囲も広い(例えば、非特許文献1、2参照)。このように、AEを含めた広義での超音波センサ計測技術は今後の発展と適用範囲のさらなる拡大が期待されている。中でも、構造物等に対する厚さ計測は、製造時や保守検査時ともに極めて重要な項目である(例えば、非特許文献1参照)。また、高度経済成長期に建設された多くの構造物に対する寿命予測や保守検査の必要性が高まってきており、厚さ計測技術は今後ますますその重要性を増してくるものと考えられる(例えば、非特許文献3参照)。



そのような中にあって、現在、超音波センサを用いた厚さ計測は、矩形パルス波を送信しそのエコーを受信するとともに、送受信信号間での伝播遅延時間を測定するというような原理に基づいた計測方式(以後、一般方式と称する)が主流として用いられている(例えば、非特許文献4、5参照)。しかしながら、一般方式においては、計測に使用するための送受信信号から得る情報量が少ないことに起因して、雑音の影響による誤差や閾値設定等の問題から高い計測精度が得られないことが指摘されている(例えば、非特許文献1、5参照)。一方、周波数の異なる2つのバースト波を送信し、これに対応する2つの受信信号の位相検出に基づいた超音波距離計測法が一部で提案され、その有効性が報告されている例えば、非特許文献5参照)。



ところで、精密計測レーダ技術の分野に視点を向けると、レーダ計測における目標距離計測の精度向上を目的にチャープパルス方式が広く用いられてきている(例えば、非特許文献6参照)。このチャープパルス方式とはチャープ波、すなわち周波数掃引波として特徴を持たせたパルス信号を送受信し、送受信信号それぞれに対してパルス圧縮処理を適用することによって計測分解能を向上させるものである(例えば、非特許文献6参照)。さらには、時間領域MUSIC法を適用することで距離計測精度をさらに向上させようとする試みも一部において、実機レベルでの検討が行われている(例えば、非特許文献7参照)。




【非特許文献1】谷腰欣司、超音波とその使い方、日刊工業新聞社、92-102、1995

【非特許文献2】尾崎健司、渡部幸夫、兼本 茂、日隈幸治、荒川勝廣、山田益久、海水ポンプ監視診断装置の実機適用研究、日本機械学会第3回評価・診断に関するシンポジウム講演論文集、68-70、2004

【非特許文献3】島川正憲、超音波工学―理論と実際―、工業調査会、1-6、12-19、1975

【非特許文献4】JIS Z 2355、超音波パルス反射法による厚さ測定方法

【非特許文献5】木村友則、和高修三、三須幸一郎、永塚勉、田治米徹、小池光裕、2周波数位相検出による高分解能超音波距離計測法、日本音響学会誌、52、3、179-185、1996

【非特許文献6】吉田孝、改訂レーダ技術、電子情報通信学会、19、274-279、1996

【非特許文献7】Michio UNEDA, Hirokazu HOKAZONO: DOA Estimation Characteristics of the MUSIC Algorithm for the Actual Extended Targets of the Tracking Radar, Proceedings of IEEE RadarConference 2002, CD-ROM, (2002)

産業上の利用分野


本発明は、計測技術に関し、特に測定物の距離を測定する計測方法および装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得する第1取得部と、
前記送信センサから送信された後、前記送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、前記受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得する第2取得部と、
前記第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置と、前記第2取得部において取得したパルス状のチャープ信号のピーク位置との差異をもとに、前記送信センサから前記受信センサへ至る測定物の距離を測定する測定部とを備え、
チャープ信号の周波数帯域は、前記送信センサと前記受信センサ間に測定物を介さず、前記送信センサと前記受信センサ同士を直接接触させて連続正弦波の送受信を行い、得られる送受信信号を比較することによって求めた通過振幅比、並びに遅延時間が安定した周波数帯域であることを特徴とする計測装置。

【請求項2】
前記第1取得部において取得したパルス状のチャープ信号には、振幅変調がなされていることを特徴とする請求項1に記載の計測装置。

【請求項3】
送信センサから送信すべきパルス状のチャープ信号を取得するステップと、
前記送信センサから送信された後、前記送信センサと受信センサとの間に設置された測定物を経由して、前記受信センサにおいて受信されたパルス状のチャープ信号を取得するステップと、
取得したふたつのパルス状のチャープ信号のピーク位置間の差異をもとに、前記送信センサから前記受信センサへ至る測定物の距離を測定するステップとを備え、
チャープ信号の周波数帯域は、前記送信センサと前記受信センサ間に測定物を介さず、前記送信センサと前記受信センサ同士を直接接触させて連続正弦波の送受信を行い、得られる送受信信号を比較することによって求めた通過振幅比、並びに遅延時間が安定した周波数帯域であることを特徴とする計測方法。
産業区分
  • 測定
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2007334589thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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