信號處理裝置、服務器、檢測系統以及信號處理方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請基于并且要求于2014年11月18日遞交的日本專利申請No. 2014-233532 的優先權的權益；以引用方式將該專利申請的全部內容并入本文。
技術領域
[0003] 本文描述的實施例總體上涉及一種信號處理裝置、服務器、檢測系統以及信號處 理方法。
【背景技術】
[0004] 隨著諸如在日本的高速增長時期修建的橋的結構已劣化，問題已經開始浮出水 面。如果在這樣的結構中發生事故，那么事故導致的損害是不可計算的。因此，已知了監控 結構的狀況的技術。例如，已知了使用高度靈敏的傳感器來檢測這樣的結構的損壞的聲發 射（AE)技術，所述傳感器檢測作為內部裂紋發生或內部裂紋增長的結果而生成的彈性波。
[0005] 聲發射是隨材料中疲勞裂紋增長而產生的彈性波的輻射。在AE技術中，由AE傳 感器使用壓電元件將彈性波檢測為電壓信號（AE信號）。將AE信號作為材料斷裂前的征 兆進行檢測。因此，AE信號的出現頻率和信號強度是代表材料堅固性的有用的指示符。因 此，已對使用AE技術來檢測結構的劣化的征兆的技術活躍地進行了研究。特別地，對于油 罐的腐蝕診斷和在機器的制造過程中，使用AE技術的檢測技術主要在歐洲和美國被廣泛 地使用。已對使用AE技術的檢測技術進行了標準化。
【發明內容】
[0006] 實施例的目標是要提供一種能夠靈活地改變結構的劣化診斷處理的內容的信號 處理裝置、服務器、檢測系統以及信號處理方法，其中該處理是基于電壓信號的。
[0007] 根據實施例，信號處理裝置包括接收機、時間信息生成器、處理器以及通信器。所 述接收機從檢測生成自結構的彈性波的傳感器接收電壓信號。所述時間信息生成器生成時 間信息，其中所述時間信息具有基于所述結構的測量持續時間段、所述彈性波的傳播速度 以及所述彈性波的生成源的位置識別精度的比特長度。所述處理器生成檢測信息，在所述 檢測信息中，指示所述電壓信號的特征的特征量信息與指示所述電壓信號的接收時間的所 述時間信息彼此相關聯。所述通信器向服務器發送所述檢測信息。
[0008] 根據上文描述的所述信號處理裝置，靈活地改變所述結構的劣化診斷處理的內容 是可能的，其中該處理是基于所述電壓信號的。
【附圖說明】
[0009] 圖1是示出了根據實施例的檢測系統的示例性結構的示意圖；
[0010] 圖2是示出了根據實施例的信號處理裝置的示例性結構的示意圖；
[0011] 圖3是示出了時間信息的比特的數量和持續測量年的數量之間的關系的圖表；
[0012] 圖4是示出了根據實施例的處理器的示例性結構的示意圖；
[0013] 圖5是示出了根據實施例的檢測信息的示例的示意圖；
[0014] 圖6是示出了根據實施例的服務器的示例性結構的示意圖；
[0015] 圖7是示出了根據實施例的傳播速度信息的示例的示意圖；
[0016] 圖8是解釋根據實施例的示例性位置識別方法（在一維布置中）的示意圖；
[0017] 圖9是解釋根據實施例的示例性位置識別方法（在二維布置中）的示意圖；
[0018] 圖10是解釋根據實施例的示例性位置識別方法（在二維布置中）的示意圖；
[0019] 圖11是示出了根據實施例的指示位置信息的顯示信息的示例的示意圖；
[0020] 圖12是示出了根據實施例的指示累積能量的顯示信息的示例的示意圖；
[0021 ] 圖13是解釋根據實施例的位置校準方法的示例的示意圖；
[0022] 圖14是示出了根據實施例的信號處理裝置的示例性操作的流程圖；
[0023] 圖15是示出了根據實施例的服務器的示例性操作的流程圖；以及
[0024] 圖16是示出了根據實施例的服務器的示例性硬件結構的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 下文參照附圖詳細地描述了根據實施例的信號處理裝置、服務器、檢測系統以及 信號處理方法。
[0026] 圖1是示出了根據實施例的檢測系統的示例性結構的示意圖。根據實施例的檢測 系統1包括AE傳感器3a至3d、信號處理裝置10以及服務器30。AE傳感器3a、3b、3c以 及3d分別通過電纜4a、4b、4c以及4d連接到信號處理裝置10。信號處理裝置10和服務器 30經由網絡2連接。在下面的描述中，當AE傳感器3a至3d彼此不相區分時，將它們簡單 地描述為AE傳感器3。同樣地，當電纜4a至4d彼此不相區分時，將它們簡單地描述為電纜 4〇
[0027] 可以將電纜4改為無線連接。網絡2可以采用無線或基于有線的通信技術、或者 無線和基于有線的通信技術的組合。多個信號處理裝置10可以連接到服務器30。連接到 信號處理裝置10的AE傳感器3的數量不限于4個。任何數量的AE傳感器3可以連接到 信號處理裝置10,只要該數量滿足用于識別（定位）彈性波的生成源的位置所需要的AE傳 感器3的數量。稍后描述了用于識別彈性波的生成源的方法的細節。
[0028] AE傳感器3安裝在諸如橋的結構上。AE傳感器3檢測從結構生成的彈性波并且 將該彈性波轉換成AE信號（電壓信號）。
[0029] 具體地，AE傳感器3使用例如具有靈敏度范圍為10kHz至1MHz的壓電元件。任 何類型可以用于AE傳感器3。AE傳感器3的類型的示例包括在頻率范圍內具有諧振峰的 諧振類型和抑制諧振的寬范圍類型。AE傳感器3包括前置放大器。AE傳感器3可以采用 任何類型的檢測方法。檢測方法的示例包括電壓輸出類型、可變阻抗類型以及靜電電容類 型。
[0030] AE傳感器3向信號處理裝置10發送AE信號。信號處理裝置10處理從AE傳感器 3接收的AE信號并且向服務器30發送檢測信息（稍后描述）。下文描述了信號處理裝置 10的示例性結構。
[0031] 圖2是示出了根據實施例的信號處理裝置10的示例性結構的示意圖。根據實 施例的信號處理裝置10包括接收機11a至lld、帶通濾波器（BPF) 12a至12d、A/D轉換器 (ADC) 13a至13d、時鐘振蕩器14、時間信息生成器15、處理器16以及通信器17。
[0032] 當接收機11a至lid彼此不相區分時，將它們簡單地描述為接收機11。當BPF 12a 至12d彼此不相區分時，將它們簡單地描述為BPF 12。當ADC 13a至13d彼此不相區分時， 將它們簡單地描述為ADC 13。
[0033] 當從AE傳感器3接收AE信號時，接收機11向BPF 12輸入所接收的AE信號。
[0034] 當從接收機11接收AE信號時，BPF 12從AE信號移除信號帶之外的噪聲分量。 BPF 12向ADC 13輸入從中移除了噪聲分量的AE信號。
[0035] 當從BPF 12接收從中移除了噪聲分量的AE信號時，ADC 13量化從中移除了噪聲 分量的AE信號，以便將AE信號轉化為數字AE信號。ADC 13向處理器16輸入數字AE信 號。
[0036] 時鐘振蕩器14生成時鐘信號。時鐘振蕩器14是例如晶體振蕩器。時鐘振蕩器14 向時間信息生成器15輸入時鐘信號。
[0037] 時間信息生成器15從時鐘振蕩器14接收時鐘信號。時間信息生成器15使用時 鐘信號生成時間信息。時間信息生成器15是例如包括寄存器的計數器。時間信息生成器 15對時鐘信號的邊緣進行計數并且將從向信號處理裝置10接通電源時開始累計的計數值 作為時間信息存儲在寄存器中。
[0038] 基于結構的測量持續時間段y和時間分辨能力dt來將時間信息（寄存器）的比 特長度b確定為等于或大于1并且滿足關系b多log 2(y/dt)的整數b。按如下確定時間分 辨能力dt :dt = dr/v，其中，v是彈性波的傳播速度，而dr是彈性波的生成源的位置識別 精度。因而，彈性波的生成源的位置識別精度可以被設置為任意范圍，從而使信號處理裝置 10必要地和充分地識別位置成為可能。
[0039] 例如，當結構的材料是鐵時，彈性波的傳播速度v為5950m/s。在這種情況 下，當彈性波的生成源的位置識別精度為l〇mm時，dt = 0. 1/5980 = 1. 68X 10 6s (上 舍至兩位小數）。當持續測量年的數量為100時，y = 100X365X24X60X60 = 3153600000s。時間信息（寄存器）的比特長度b被計算為滿足關系b彡log2(y/dt)= log2 (3153600000/1. 68 X 10 6)的最小正整數。因而，比特長度b等于或大于51比特。
[0040] 在典型的無線模塊中，主要以字節為基礎使用傳輸分組來執行數據傳輸。當通信 器17(稍后對其進行描述）由典型的無線模塊實現時，時間信息（寄存器）的比特長度b 是8的倍數是必要的