JP3676780B2 - 構造上の損傷の検出用の方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はある構造物内の損傷を、その構造物内部で伝搬される音響エネルギー（アコースティックエネルギー）を監視することにより検出し、かつ監視する方法に関する。この発明は、加えて、損傷検出及び監視用装置と、複数の音響トランスジューサを含んでいる構造（物）にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
疲労と応力浸蝕（ストレスコロージョン）とに起因する金属構造物内での安定した（stable）クラックの成長は、クラックチップの短い距離の中での応力集中の結果として、材料についてのゆっくりとした脆化（エンブリットルメント）過程が原因となって発生することが知られている。これがその後でクラックの進行に通じ、一連のディスクリートな（個別的な）トランスグラニュラ（粒界をまたいだ）あるいはインターグラニュラ（粒界間での）マイクロフラクチャ（微細な破断、割れ）となってゾーン境界（バウンダリイ）にまで進み、この進行は丈夫な格下げがされていない材料（tough undegraded material）によってゾーン境界で阻止される。このサイクル（循環）がそこで繰返される。マイクロフラクチャ事象（イベント）は一触即発性（エクスプローシブ）な性質があり、鋼やアルミニウム合金でのこれらの発生は、一般に１秒間に２５０ないし５００ｍの範囲の平均速度で生じている。
【０００３】
この種の破断（割れ）が特定の問題となる構造物としては、沖合の石油やガスの施設や、航空機、及び圧力容器を含んでいる。この発明はこういった技術分野における金属構造物への主たる応用を有しているが、この応用に限定されるものではないし、使用される材料によっても限定されない。
【０００４】
出願人は、クラックの発展で上述したようなものが、広帯域の超音波エネルギー（音響放出、アコースティックエミッション、ＡＥ）を構造物内部で作り出し、それがトランスジューサを用いて検出できることを認識している。音響パルスの検出範囲は、材料の厚さ、部品の形状、周囲の流体、及び背景雑音からの干渉に依存している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、広範な寸法にわたって損傷の検出及び／又は位置決めを助ける方法を用意することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の第一の特徴（アスペクト）によると、構造物内の損傷を検出し、かつ監視する方法であって、
該構造物に取付けられた複数の音響トランスジューサからの電気信号をある時間にわたって連続的に受領する段階と、
パルスプロセッサにおいて、
（ａ）データバーストを形成するために該電気信号からディジタル表現のパルスを形成する段階と、
（ｂ）データバーストの群を形成するために所定の時間ウインドウ内で生ずるデータバーストを選ぶ段階と、
（ｃ）該選ばれたデータバーストの各々について、該群内で該選ばれたデータバーストによって表わされる該パルスの発生の時刻間の差を表わしている、デルタｔ値を求める段階と、
（ｄ）該デルタｔパターンがデータバーストの異なる群内で所定の程度で繰返されるときには、重大事象表示信号として損傷表示信号を発生する段階とを
備えている方法となっている。
【０００７】
この発明の第二の特徴によると、構造物内の損傷を検出し、かつ監視する際に使用する装置であって、監視されるべき構造物上にマウントされた複数の音響トランスジューサと；
該トランスジューサに接続され、かつ該トランスジューサによって検知された音響事象に対応しているパルスを得るようにされている信号処理段と；
該信号処理段に接続されたアナログ対ディジタル変換器（ＡＤＣ）段と、ディジタル信号処理段とを備えているパルスプロセッサユニットと；ここでディジタル信号処理段は、（ａ）データバーストを形成するために受領した信号からのパルスをディジタイズするディジタイズ用手段と、（ｂ）それぞれの時間ウインドウ内で異なるトランスジューサから受領した信号から発せられているデータバースト群を形成するためにデータバーストを選択するよう構成された選択手段と、（ｃ）各選択されたデータバーストについて該グループにおけるデータバーストの発生時刻間の差を表わしているデルタｔ値を求めるようにされた手段と、（ｄ）該デルタｔパターンが異なるデータバースト内で所定の程度まで繰返されるときは重大事象表示信号を発生するようにされた相関器とを
備えている装置となっている。
【０００８】
この発明はまた、繰返し荷重に起因する損傷について監視されている構造物を含んでいて、該構造物は、複数の構造上の部材と、複数の音響トランスジューサの群であって、各群はそれぞれの構造上の部材上にマウントされている群と、信号処理ユニットとを備えており、
この信号処理ユニットは該トランスジューサに接続され、かつサンプリング時間間隔中に該トランスジューサ群の一つのそれぞれにトランスジューサから受領した信号内にパルスを表わしているデータバーストを各々が含んでいるデータバースト群を検出するようにされており、さらに、該データバーストの各々について、該バースト群を形成しているパルスの到着時間に関するタイミング情報をえるようにされており、
該信号処理ユニットはさらに相関器を備えていて、この相関器は前記トランスジューサの群からの異なる群内で所定の程度にまで該タイミングパターンが繰返されるときには、重大事象表示信号を発生するようにされている構造物である。
【０００９】
処理ユニットは、複数のチャンネルを有するように構成されていて、各チャンネルはそれぞれのトランスジューサからの信号を処理する。
【００１０】
各データバースト群は、一般にそれぞれの時間ウィンドウ（窓）内部で発生している該ユニットについての異なるそれぞれのチャンネル内でのデータバーストで構成されており、連続するデータ取得は長い時間期間（一般には時間（アワー）というオーダーから数ヶ月というオーダである）にわたり、その間にバーストが連続しているかこういった時間窓をまたいで受領される。構造物と、それが置かれている荷重との性質に依存して、例えばクラックの成長に起因する関連の重大な音響事象は何百万といったバーストウィンドウ内に一度限り発生するのでよく、典型的な原因は石油装備（リグ）の場合には極端な天候状態であり、あるいは航空機の飛行の際のある種の負荷事象（例えば離陸と着陸、あるいは乱流）である。
【００１１】
金属構造における破断やクラック及び複合構造における浸食（フレッテング）含んでいる損傷は、こういった重大な（顕著な）音響事象を必ず生じさせ、この発明による方法と装置とは、いわゆる重大事象表示信号としてこういった事象を検出して表示する。
【００１２】
広い範囲にわたる寸法（大きさ）と異なる音響放出（ＡＥ）強度についてのクラック成長場所を検出して監視する能力は、もしデータバーストの群が実時間フィルタがけ（フィルタリング）を一次フィルタを介して使用して、新しい破断を検出するために選ばれた第一の組の特性と相関がとれるようにし、また二次フィルタが第二の組の特性とともに適応性をもって作られて、一次フィルタを用いてすでに検出されている破断を監視するようにするときには、その能力は強化されることになる。この二次フィルタ特性はこういった検出された破断から発せられたデータバースト群の特性にとくに仕様を合わせたものとなっている。このような群はそこで一次フィルタから枝分れされて、二次フィルタにおいて代って処理されることになる。このことは、例えば、高いのと低いのとの強度の損傷サイトが同時に監視されることになり処理能力の不足もしくは記憶デバイスのオーバーフローといったことが原因となってのデータの実質的な損失を伴うことがない。
【００１３】
他の特徴は、従属している請求項の中に含まれ、ここでの記述に示されているところであり、添付の図面を参照して例をあげてこの発明を記述して行くこととする。
【００１４】
【実施の形態】
図１を参照するとして、ボルト孔１２を有する単純な平面構造物１０を考えてみる。この構造物に荷重がかかるときには、ボルト孔１０は応用集中（ストレスコンセントレーション）を作り出し、これがクラック１４を生じさせることがある。一般にこのようなクラックは、部材１０が循環する（サイクリックな）荷重を受けるときに形成される。クラックは一連の顕微鏡的な破断事象（マイクロスコピック フラクチャ イベント）として加えた荷重のピークとのところもしくはその近くで成長する。各破断事象はこわれ易い（ブリットルな）材料内でのわれ（ブリーク）を構成し、これが２０ｋＨｚから数ＭＨｚの帯域をカバーする周波数スペクトラムをもつ広帯域パルスの形態で構造物内に音響エネルギーを放出する。この音響エネルギーは各破断で放出されて、構造部材１０を通って伝搬し、波面（ウェブフロント）１６によって表わされるようにでき、この波面は池の中でのさざ波に類似したやり方で構造部材を通って伝搬する。
【００１５】
この実施例では、構造部材１０は三つの音響トランスジューサ１８を備えていて、それが部材１０の表面に接着されていて、音響信号を受領するようにし、音響信号はエネルギーの発生源から部材１０を通って移動したものである。トランスジューサ１８は間隔をあけて存在していることに気付くと思う。ある音響過渡現象の到着時刻の測定は、ある破断を識別する手段を提供し、また、相対的な到着時間に基づいた、三角測量法計算を用いるクラックチップの位置を定義する手段を提供している。
【００１６】
航空機上といった実用的な状態では、トランスジューサ出力パルスもしくは波束（ウェーブパケット）であって、破断（割れ）事象からの音響エネルギーに対応しているものは、一般的な背景雑音を伴うことになり、この雑音は、ポンプ、アクチュエータなどといった機械的発生源と電気的発生源との両方からのものである。
【００１７】
この例でのトランスジューサは、共振周波数が２０ｋＨｚから２ＭＨｚの範囲にある圧電センサである。アルミニウム構造に対しては、共振周波数が３００ｋＨｚの領域にあるのが適していることが見付かっている。鋼とファイバで強化した複合物では、低い方の周波数である、例えば５０ないし１５０ｋＨｚの範囲が好ましい。破断事象が原因となって、トランスジューサ１８からケーブル２０を介して供給された電気信号は、基本周波数がセンサの共振周波数に等しいような波束の形式をとることになる。
【００１８】
この発明による好ましい装置が図２にブロック図形式で示されている。図２を見ると、この装置は大きな数であるＮ個のチャンネル（１）ないし（Ｎ）を有していて、その各々はトランスジューサ１８と、前置増幅器ユニット２２であって、トランスジューサ１８に接続され、物理的には２〜３ｍ内に置かれているものと、この前置増幅器２２の出力に接続されている信号処理段２４であって、整流形対数増幅器の形態をとっているものとを備えている。各チャンネルでは、この対数増幅器はパルスプロセッサユニットの一つのチャンネルに供給し、このユニットにはアナログ対ディジタル変換器（ＡＤＣ）２６と、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）２８とがある。これらがファーストイン・ファーストアウト（ＦＩＦＯ）メモリ３０でＮチャンネルのすべてに共通なものと一緒になって、パルスプロセッサの第一の部分を構成し、トランスジューサ１８から得られたパルスのディジタル的表現（提示されたもの）を処理して、構造物部材内の破断事象に対応しているパルスを表わしている前記データバーストを隔離するためにデータバーストを形成するようにしている。この例では、信号処理段２４、ＡＤＣ２６、ＦＰＧＡ２８、及びＦＩＦＯメモリ３０はすべてが実時間信号処理モジュール３２内に含まれていて、このモジュール３２はタイミング入力３４を有していて、全Ｎチャンネルに対して共通のタイミングを用意しており、またデータ出力３６があって、データプロセッサ３８の形式の中のパルスプロセッサユニットのその余の部分への接続にあたっている。
【００１９】
トランスジューサ１８から、ＦＩＦＯメモリ３０からの出力への信号の進行をたどってみると、各トランスジューサ１８からの信号はそれぞれの前置増幅器２２に向けて供給される。破断事象に対応しているパルスは、図３に示したような波束の形式をとっている。各前置増幅器２２はフィルタ作用を有していて、トランスジューサ１８の共振周波数を含んでいるパスバンドを定義するようにしているが、この例では、これが３００ｋＨｚとなっている。信号処理段２４は、さらに波束を増幅し、到来する信号増幅器の対数表現を用意し、この信号を整流して、図４に示すように、整流された波形のピークに続く滑らかにされた出力を作る。図４は、第一に、整流された３００ｋＨｚの波形を示しているとともに、滑らかにされた出力信号を伴っており、この信号は、図４の拡大図が示すように、３００ｋＨｚピークに続く包絡線（エンペロープ）波形であるという意味で複合波形図となっていることに留意されたい。
【００２０】
次に、信号処理段２４からの包絡線波形は、ＡＤＣ２６に送られて、そこでは図５に示すやり方でバースト包絡線をサンプルして、ＦＰＧＡ２８で処理するためのディジタル表現を作るようにする。ＦＰＧＡ２８の出力は、振幅しきい値Ａ_thを越えている受領した各バーストについてバースト特徴抽出を実行する。この特徴抽出は次の通り：−
Ｔ_START（バーストがしきい値Ａ_thを横切る瞬間として定義される開始時刻）
Ｔ_PEAK（ピークバースト振幅が発生する瞬間の時刻）
Ｔ_END （バーストの終りの時刻。ユーザが定義した時間Ｔ_WAIT（一般には５００μｓ）にわたりＡ_th以下でバースト振幅が残っていた後に限り定義される）
ピーク振幅
包絡線面積
Ｔ_R （上昇時間、すなわちＴ_PEAK−Ｔ_START）
Ｔ_D （バースト継続時間、すなわちＴ_END −Ｔ_START）
ここで注意したいのは、Ｔ_END はユーザが定義の別な期間Ｔ_WAITの間（一般に５００μｓ）に、バースト振幅がＡ_th以下で残っていることを条件としてのみ記録されることである。
【００２１】
各バーストについてのバースト記述子（デスクリプタ）を抽出された特徴が形成し、これがＦＩＦＯメモリ３０に供給され、メモリ３０はバッファとして作用して、データ処理ユニット３８によるさらなる処理にあてる。
【００２２】
ＦＩＦＯスタックの組織は図６に示されている。抽出された特徴であるＴ_STARTなど各Ｎチャンネルについてのものが各バーストについて各チャンネル内に図示のように記憶される。いつでも各チャンネルからのＭ個のバーストが記憶されている。
【００２３】
データ処理ユニット３８によるバッファされたパルス記述子の処理は二つの主な段階（ステージ）で進行する。第一には、チャンネル（１）ないし（４）におけるようなバーストの群が、予備的なバースト有効性確認プロセス（burst validation process）を受けることであり、これによってそれぞれのトランスジューサ群に対応している構造物部材内での同じ破断事象を表わしていそうな特徴を有しているデータバーストを定義するようにする。次の段階では、このデータバースト群が長時間にわたってさらに解析されて、特定のデルタｔパターンの繰返しを識別することであり、このような各パターンは、第二段でその群内部のパルス間で時間差値を含んでいて、そのデータバーストの群内のデータバーストが有効とされたデータバーストを作るために同じ破断事象から発生したことを確かなものとする。
【００２４】
ＦＩＦＯ３０内に記憶されたデータは、図７に示すように、トランスジューサ１８により受領されたバーストの記録を、短い時間にわたって用意する。このデータは新しいバーストが受領されるときには常にリフレッシュされていて、ＦＩＦＯメモリ３０の大きさは予備的なバースト有効性確認の処理がデータ処理ユニット３８により記録されたデータについて行なわれることができるようにするのに十分なものであって、それは新しいデータによって記録されたデータが上書きされる前に行なえる。図７は、２４個のトランスジューサ１８からのバーストの典型的なシーケンスを示している。グラフ内の各バー（棒）は、それぞれのパルスの抽出された特徴としてＦＩＦＯメモリ３０内に記憶されたデータを示している。この例では、チャンネル（１）ないし（４）は四つのトランスジューサ１８の第一の群に対応し、チャンネル（５）ないし（１０）は別の七つのトランスジューサに対応し、チャンネル（１２）ないし（１６）はさらに別な四つのトランスジューサ群に対応している。この例では他のチャンネルは使用されていない。トランスジューサ１８の各群はそれぞれの構造部材上にマウントされている。チャンネル（１）ないし（４）をとると、この特定の瞬間（典型的な４００μｓ長の間隔）におけるグラフに表わされている時間間隔中に破断に対応していると思われる第一の事象はチャンネル（１）で発生している。この第一のトランスジューサの群については、そこで、この群内での第一と最後の事象との間の最大時間差が４００μｓに設定されていると仮定すると、別なバーストがそれぞれ、３５，１１０及び２２０μｓに第一のバーストの後で発生している。一般の場合には、これらの時間差はΔｔ₁ ，Δｔ₂ 及びΔ₃ と図７に示すように指定される。こうして同じ破断事象を表わしていそうなデータバーストの群が形成される。
【００２５】
後続の処理はデータ処理ユニット３８内で発生する。処理ユニット３８はＣＰＵ４０と、関係するＲＡＭ４１と、データの不揮発性メモリ用のディスク記憶ユニット４２と通信インターフェース４３とを備えていて、通信インターフェース４３はメッセージを通信出力４４に配信し、顕著な（重大な）検出された事象の通知を可能とし、またシステム動作の確認にあてている。このような通信は、遠方の構造物を監視する場合には、セルラ電話リンクのような無線リンク上で送られる電子メールとして用いることができる。このリンクは双方向であって、システム構成を可能とするのが好ましい。
【００２６】
ＣＰＵ４０はプログラムされていて、チャンネル（１）ないし（４），（５）ないし（８）といった各群内でのバーストに対応しているバースト記述子を、一般には３２または６４ｍｓ長であるような移動する時間ウィンドウ（窓）の中で評価するようにしてある。異なるそれぞれのトランスジューサからのバースト（例えば２，３あるいは４であって監視されている構造物の幾何学的形状に依存しているもの）の最小数がこのウィンドウ（窓）内で発生するときは、バースト記述子の対応している群がデルタｔという項で定義される。図７を参照して説明するために、デルタｔ値が、上述のように、チャンネル（１）ないし（４）に対して測定されて、Δｔ₁ ＝３５μｓ，Δｔ₂ ＝１１０μｓ，Δｔ₃ ＝２２０μｓとなる。次に別な条件が付加され、これは最大のデルタｔ値は所定の時間間隔（ここでは４００μｓ）よりも大きくてはいけないというものである。
【００２７】
別に加えられた条件は振幅（大きさ）に関する条件である。トランスジューサの構造と配置との性質に依存して、ある群の異なるトランスジューサからの継続するバーストで破断事象が原因となっているものは、発生源からの距離の増加とともに音響エネルギーの減衰が原因となって、振幅プロフィルの所定範囲と一致することが期待できる。したがって、図８に示すように（距離の増加とともに減衰している）減衰形振幅プロフィルのようなバーストについての振幅条件を適用することは可能である。この例では、チャンネル（１），（２），（３）及び（４）で発生しているバーストが時間に対する振幅に基づいてプロットされている。上側と下側との振幅しきい値を、図示のように、設定することにより、バーストは振幅条件を満足されるものとして受入れ可能となるが、その条件はバースト振幅が二つの曲線の間に入ることとなる。代りの振幅プロフィルが特定されてもよいことは理解できるであろう。非音響的なデータがバーストの有効性もしくは損傷が発生しそうな症状の発現（エピソード）に至る系の発生を抑制するために使用されてよい。
【００２８】
上述の選択プロセスを実効してから、チャンネル（１）ないし（４）におけるバーストの群が有効とされたデータバーストとして定義される。上述の処理は実時間で発生する。各データバーストはＲＡＭ４１内にバースト記述子として記憶され、このバースト記述子（デスクリプタ）は次の要素（エレメント）を有している：−
−日付
−時刻
−トランスジューサ群
−ヒットオーダ（トランスジューサがパルスを受領する順序）
−振幅（チャンネル当り一つ）
−デルタｔ値（チャンネル当り一つ）
−バースト上昇時間
−バースト継続時間（チャンネル当り一つ）
−ＮＡＤ（非音響データ、non-acoustic data）
−バースト面積（エネルギー）
こういったバースト記述子は限定された時間にわたりＲＡＭ４１内に記憶され、関連のバーストが以下に記述されるような別の処理段を通って送られるときに限りセーブされる。非音響データは一般に環境に係るパラメータで構成され、このパラメータは同時発生の構造物荷重（concurrent structure load）、ひずみ、及び温度測定値といったものである。
【００２９】
データ処理ユニット３８における処理の次段は、フィルタがけ（フィルタリング）プロセスであり、これにはデルタｔマトリックスでＲＡＭ４１内で形式されたものをインクレメントすることを含んでいる。図９を参照すると、そこには二次元マトリックス６０が時間差フィルタの基礎として示されていて、このマトリックスは最大デルタｔ（Δｔ_MAX ）値が各次元にわたり拡がっていて、有効とされたバーストの第一と最後のパルスとの間の許された最大の間隔に対応したものとなっている。マトリックス６０は二つのセルに分けられていて、セルの密度は時間差分解能を決めている。したがって、このマトリックスは各次元で所定の粒子寸法（グレインサイズ、結晶学でいう粒子径に対応）を有している。典型的な結果として生ずる娘のアレイ（daughter array）が図１０の最下段に示されている。各セルはΔｔ₁ とΔｔ₂ との特定の値に対応している。各有効とされたバーストはそのバーストについてのΔｔ₁ とΔｔ₂ との値に対応しているセルをインクレメントする。そこで、もしある時間にわたって、有効とされたバーストで同じΔｔ₁ とΔｔ₂ 値とを各々が有しているものが受領されたとすると、対応するセルは他のセルよりも高い値を取得する。このマトリックスの少くとも一部分をカバーしているセル値しきい値を設定することにより、そこで、バースト間での対応する遅延をもつバーストの繰返しを検出することが可能となる。それが破断事象を一番に表わしていそうなバーストであり、その理由は、上述したように、進行している微細な破断（割れ）（マイクロフラクチャ）がそれぞれの構造部材上の同一点もしくはゆっくりと動いている点から発生している継続的な音響的過渡現象（アコースティックトランジェント）を生じさせていることによる。セル値は図９での図式的な表現として示されていて、基礎面上の突起となっている。突起６２は大きな強度のクラックを表わし、より小さな振幅の隣接しているピークは関係している従属的なクラックを、あるいは異なる波のモードの到着をあるいはバースト信号振幅内の変動がもたらしている時間変動を表わしていてよい。小さい方の突起で参照番号６４で示したようなものは、背景雑音を示すものとして処理される。好ましいのは、望んでいないセル値の一般的な増加が雑音に起因してマトリックス全体で生ずることが、定期的にセル全部をデクレメントさせることにより排除されることであり、それによって、もっと急速にインクレメントされたセルだけが所定のセル値しきい値に到達するようにする。
【００３０】
セル値しきい値は、図９に示したように基礎面６０上に平行になっている平面として見ることができる。
【００３１】
マトリックス６０のセルがセル値しきい値に到達するときには、セル値しきい値が到達されるようにさせたバーストの少くとも一つのバースト記述子（好ましいのは一番最新のこの種のバーストのもの）が不揮発性メモリ中に記憶される。これが重大事象表示信号を表わしていて、バースト信号記録として参照される。このセル値はそこでゼロに戻されるよう設定される。
【００３２】
マトリックス６０により表わされたフィルタの感度は、そのしきい値６６とグレインサイズとに依存している。しきい値は比較的低い値に維持されることを要し、それによって別の重大事象の表示が、マトリックスにそれら表示が入った後に、可能とされるようにする。図１０を見ると、（セル値６２により表わされている）前に識別された重大事象からの超過しているデータにより新しいこのような重大事象がマスクされるのを避けるために、このシステムはいわゆる娘のマトリックス（ドータマトリックス）７０を作るように構成されている。これは動的（ダイナミック）にしかも自動的に、あるいはユーザの介入に応答して実行されてよい。マトリックス６０（以後、一次マトリックス（primary matrix）と呼ぶ）のように、これは時間差マトリックスであり、時間差（デルタｔ）値の範囲は一次マトリックス６０の小部分に対応している。この部分は、しきい値６６に到達している値のセルを含んでいる部分である。娘のマトリックス７０は一般に大きい方のしきい値７２を有しており、それ自体のグレインサイズ（分解能）は識別された破断が原因となって、データレートでの１０ないし１００重（フォールド）の減少を作り出すように計算されている。このことは、実効的には重大事象が認識されていて、しかもデータの記憶された組から取り外されることができ、それによって記憶されたデータの全体量を減らせるということを理由として、受入れることができるものとなっている。別な重大事象の検出はその結果強化するようにできて、しかもその際に、娘のフィルタすなわち娘のマトリックス７０を用いて第一の識別された事象の監視が続行される。
【００３３】
同じような娘のマトリックスすなわちフィルタが、例えば図１０の部分７６，７８によって示したように、別のデルタｔの位置で一次マトリックスから形成されることができる。
【００３４】
一次マトリックス６０の場合と同様に、ＣＰＵは定期的なデクレメントを娘のマトリックス７０の全体にわたって形成してよく、すなわち値１だけ各セルをデクレメントすることができて、それにより雑音を抑制する。
【００３５】
ひとたび娘のマトリックス７０が形成されると、対応しているデルタｔ値をもつバースト記述子が一次マトリックス６０の代りに娘のマトリックス７０に向けられ、そこで記述子はより大きなしきい値７２に起因している、異なるフィルタがけ特性に従うことになる。娘のマトリックスの自動的な創生が、例えば、セル値の増加レートを監視することによって、あるいは各セルについてのバーストヒット順序の時間的なテーブルの形成によって達成されてよい。このようにして、デルタｔ監視と一緒に、あるいはデルタｔ監視とは別個に、バーストを形成するためにトランスジューサが作るパルスの順序での共通な“ヒット”（パルス）のシーケンスを有している、有効とされたバーストが使用できて、ある期間内でのヒットの計数値（カウント）を発生するようにする。ヒットレートはまた、ヒットが得られる期間によって、ヒットの数を除算して計算されてもよい。自動的な娘のマトリックスの創生はまた、あるセルにおけるしきい値クロッシング（交差）のレートが所定のユニット（単位）を越えるときにトリガされてよく、そのときにはすべてのセル値が雑音を減らすために定期的にデクレメントされることを心に留めておく必要がある。特定の構造物を監視するためにこの装置が使用されるときに得られた、有効とされたバーストのパターンに依存して、バースト記述子はこういった色々のやり方で使用されてよく、言い換えると、セル値しきい値を必ずしも用いなくて、重要な破断事象についての効果的な隔離を達成できる。こういったことは、与えられた処理と記憶との能力について最良の性能を達成することを求めている変形として調べ、眺めることができる。
【００３６】
デルタｔ値を求めることにおける精査はＡＤＣ２６により処理されたパルスの先端（Ｔ_STARTとしてある）だけの使用（図２と５とを参照）に限られるだけではなく、好ましい時間間隔内での一番大きな振幅パルスについてのピーク時間（Ｔ_PEAK）も使用することである。好ましいシステムでは先端（リーデングエッジ）とピークタイミングとは同時に進行している。先端タイミングはその精度の故に好ましいとされるが、背景雑音が大きく存在しているところでは、ピークタイミングは別のソース（発生源）相関を作り出す。図９と１０とに示したように、一次マトリックス６０は対角線８０を対向する隅の間でもつことによって二つの三角形に分けることができ、一方の三角形の領域にあるセルは先端のデルタｔ値に基づいてインクレメントされ、また他方の三角形領域はピークタイミングから計算されたデルタｔ値に基づいてインクレメントされている。
【００３７】
この発明による好ましい装置は、十分な処理能力とメモリ資源とを有していて、先端（リーデングエッジ）とピークデルタｔタイミングとの両方についてのいくつかの一次マトリックスの創生にあたりまた、このような一次マトリックスもしくはフィルタの各々から、いくつかの二次すなわち娘のマトリックスもしくはフィルタを創生する。これがいくつかの異なる構造部材もしくは構造物を並列に監視できるようにする。
【００３８】
図２について上述したように、この装置は遠隔場所に向けて欠陥データを通信するようにしている。一般に、メッセージは娘のマトリックスが形成されるか最初に使用されるときに作られ、この種のメッセージはモデムもしくはインターネットを経由して送られる。さらに、好ましい装置はローカルエリア網（ＬＡＮ）内の装置の統合のための接続を用意して、高速実時間データ転送にあてる。このようなやり方で、この装置によって作られた情報について、異なる位置でのアクセスが可能となつている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複数の音響トランスジューサを帯している構造部材を示す図。
【図２】 この発明による多チャンネル損傷検出装置のブロック図。
【図３】 構造部材内の割れ（破断）事象に起因した、音響トランスジューサからの典型的なパルスを示す波形図。
【図４】 図３に示したようなパルスを供給されたときに装置の一つのチャンネル内の対数増幅器からの出力信号の複合波形図。
【図５】 図４に示した出力波形のディジタル化を示す波形図。
【図６】 図２の装置のＦＩＦＯバッファ形成部内にデータスタックとして記憶されたパルス記述子（デスクリプタ）の模式的表現。
【図７】 図２の装置の異なるチャンネル内で発生するデータバーストの典型的なタイミングパターンを示す図。
【図８】 振幅プロフィルグラフ。
【図９】 図２の装置内でＲＡＭ内に形成された時間差（デルタｔ）マトリックスの斜視図。
【図１０】 図９に示したマトリックスにより形成された一次フィルタから、娘の（ドータ）フィルタを抽出することの図式的表現。

Claims (20)

1. 構造物内の損傷を検出し、かつ監視する方法であって、
   該構造物に取付けられていて、該構造物が応力を受けるときには該構造物から音響放出（ＡＥ）を受領するように構成された複数の音響トランスジューサからの電気信号をある時間にわたって連続的に受領する段階と、
   パルスプロセッサにおいて、
   （ａ）データバーストを形成するために該電気信号からディジタル表現のパルスを形成する段階と、
   （ｂ）データバーストの群を形成するために所定の時間ウインドウ内で生ずるデータバーストを選ぶ段階と、
   （ｃ）該選ばれたデータバーストの各々について、該群内で該選ばれたデータバーストによって表わされる該パルスの発生の時刻間の差を表わしている、デルタｔ値を求める段階と、
   （ｄ）該デルタｔパターンがデータバーストの異なる群内で所定の程度で繰返されるときには、重大事象表示信号として損傷表示信号を発生する段階とを
   備えている方法。
2. 請求項１記載の方法であって、損傷表示信号を発生する該段階は、第一のフィルタ特性を有する一次フィルタがけ段階において該デルタｔ値にフィルタをかけることを含んでおり、
   該方法はさらに、該重大事象表示信号を発生させている少くとも一つの該データバースト群の特性に合わせた第二のフィルタ特性を求める段階と、以後の対応するデータバースト群を該一次フィルタがけ段階に代って二次フィルタがけ段階に従わせながら他の到来するバーストを該一次フィルタがけ段階に従わせることを続けてデータバースト群を形成し続けるようにして、別の繰返しのデルタｔパターンを検出するのにあてる段階とを備えており、ここで該二次フィルタがけ段階は該第二のフィルタ特性を有している方法。
3. 請求項２記載の方法であって、該第一と第二のフィルタ特性は、計数値しきい値であり、該第一のフィルタ特性は該二次フィルタ特性よりも低い計数値しきい値である方法。
4. 請求項２又は３記載の方法であって、該二次フィルタがけ段階に従っている該データバースト群は、該重大事象表示信号を生じさせている群と実質的に対応しているデルタｔパターンを有している方法。
5. 請求項２ないし４のいずれか１項記載の方法であって、さらに、継続する重大事象表示信号の各々を生じさせている該データバースト群の特性にそれぞれ合わせた追加の第二のフィルタ特性を求める段階と、
   後続の対応するバーストを、関連する第二のフィルタ特性を有する二次フィルタがけ段階に従わせながら、該一つの重大事象表示信号に実質的に対応していないバーストを一次フィルタがけ段階に従がわせ続ける段階とを備えている方法。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項記載の方法であって、
   ｎ次元時間差マトリックス内で、前記ある時間にわたって各群と関係しているｎ個のデルタｔ値に従ってデータバースト群に応答して、セルをインクレメントする段階と、ここでｎは少くとも２とし、
   いくつかのセルの値が所定のしきい値を越えるときには該重大事象表示信号を発生する段階とを含んでいる方法。
7. ｎが２に等しい請求項６記載の方法。
8. 請求項２ないし５のいずれか１項に従属している請求項６または７に記載された方法であって、
   該一次フィルタがけ段階は該時間差マトリックスの少くとも一部を使用し、また各二次フィルタがけ段階は該マトリックスの小さい方の部分を用いるものであり、ここで該小さい方の部分は、重大事象表示信号を生じさせている該少くとも一つの群の該デルタｔパターンに対応しているものである方法。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法であって、
   所定の条件に適っているデータバースト群だけをさらに処理するために選択する段階を含み、
   ある群を選択するための条件は、
   （ａ）センシングアレイ内の最小数のセンサを該群が励起する、
   （ｂ）励起された継続するセンサ間のタイミングは所定の時間期間内にすべてが入っている、
   （ｃ）センシングアレイ内で継続的に励起されたセンサについての信号振幅は所定の限界内部に入る、という少くとも一つ
   である方法。
10. 構造物内の損傷を検出し、かつ監視する際に使用する装置であって該構造物が、監視されるべきある構造物上にマウントするために応力を受けるときには該構造物からの音響放出（ＡＥ）を受領するように構成された、複数の音響トランスジューサと；
    該トランスジューサに接続され、かつ該トランスジューサによって検知された音響事象に対応しているパルスを得るようにされている信号処理段と；
    該信号処理段に接続されたアナログ対ディジタル変換器（ＡＤＣ）段と、該ＡＤＣ段から受領したディジタイズされた信号から、ディジタイズされたパルスを選んで、所定の時間ウインドウ内で発生しているデータバースト群と選ぶための、データバースト手段を形成するように構成されている選択手段を含むディジタル信号処理段と、各選ばれた群内のデータバーストの各々について、該バーストの発生時刻間の差である、デルタｔパターンを形成しているデルタｔ値を表わしているデルタｔ値を得るようにされた手段とを備えているパルスプロセッサユニットと；
    該デルタｔパターンが異なるデータバースト群内で所定の程度まで繰返されるときは重大事象表示信号を発生するようにされた相関器とを備えている装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、該相関器は、第一のフィルタ特性を有する一次フィルタと、該一次フィルタにおいてフィルタがけされたデータバーストから生ずるバースト情報を受領するように接続された記憶デバイスと、検出された重大事象に対応しているバースト情報に応答して少くとも一つの二次フィルタを形成するようにされた手段とを備えており、
    該二次フィルタは該検出された重大事象から発せられているデータバースト群を選ぶように特殊仕様とされた第二のフィルタ特性を有しており、
    該プロセッサユニットは該検出された事象から発せられる群がその後二次フィルタによるフィルタがけに向ってから、結果のバースト情報が該記憶デバイスに送られるように構成されている装置。
12. 請求項１１記載の装置であって、該第一及び第二のフィルタ特性は計数値しきい値を含み、該第二のフィルタ特性の計数値しきい値は該第一のフィルタ特性の計数値しきい値よりも高いものである装置。
13. 請求項１０ないし１２のいずれか１項記載の装置であって、該相関器は、ｎ次元データバースト群到着時間マトリックスを形成する手段と、
    各データバースト群と関係するｎ個のタイミング値に従って該マトリックスのセルをインクレメントするようにされた手段と、
    該セルのいくつかの該値が、ｎを少くとも２として、所定のしきい値を越えるときには、該重大事象表示信号を発生するようにされた手段とを備えている装置。
14. 請求項１１又は１２に従属している請求項１３記載の装置であって、該一次フィルタは該バースト到着時間マトリックスを備え、また、該二次フィルタは前記マトリックスの一部を含み、この一部は該重大事象表示信号の発生後に一次フィルタから採られたものである装置。
15. ｎが２に等しい、請求項１３又は１４記載の装置。
16. 請求項１０ないし１５のいずれか１項記載の装置であって、該トランスジューサは共振トランスジューサであり、共振周波数が２０ｋＨｚないし２ＭＨｚの範囲内にある装置。
17. 請求項１０ないし１６のいずれか１項記載の装置であって、該信号処理段は該トランスジューサから該構造物内の音響事象に対応している波束として受領した信号を該波束の整流された包絡線を表わすパルスに変換する装置。
18. 請求項１０ないし１７のいずれか１項記載の装置であって、該バーストプロセッサユニットは、
    該トランスジューサからの波束を定義しているバースト記述子を実時間で発生するようにされたゲートアレイと；
    該バースト記述子をバッファするためのバッファと；
    ＣＰＵとＲＡＭと不揮発性記憶デバイスとの組合せであって、
    （ａ）予備的なパルス選択とデータバースト形成とを該バッファされたパルス記述子に基づいて実行することと、
    （ｂ）データバーストの相関をとる前記相関器として動作することと、
    （ｃ）監視されている期間にわたる検出された重大事象を表わしているバースト情報を記憶することとをするようにプログラムされている組合せ
    とを備えている装置。
19. 繰返し荷重に起因する損傷について監視されている構造物であって、該構造物は、複数の構造上の部材と、該構造物が応力を受けるときには該構造物からの音響放出（ＡＥ）を受理するように構成された、複数の音響トランスジューサの群であって、それぞれが構造上の部材上にマウントされている群と信号処理ユニットとを備えており、
    この信号処理ユニットは該トランスジューサに接続され、かつサンプリング時間間隔中に該トランスジューサ群の一つのそれぞれのトランスジューサから受領した信号内で、パルスを表わしているデータバーストを各々が含んでいるデータバースト群を検出するようにされており、さらに、該データバーストの各々について、該群を形成しているデータバーストの到着時間に関するタイミング情報を得るようにされており、
    該信号処理ユニットはさらに相関器を備えていて、この相関器は前記トランスジューサの群からの異なるデータバースト内で所定の程度にまで該タイミングパターンが繰返されるときには、重大事象表示信号を発生するようにされている構造物。
20. 請求項１９記載の構造物であって、該信号処理ユニットは、少くとも数時間にわたって連続して該トランスジューサからの信号を処理し、所定のデータバースト信号特徴とパルス到着時間とに基づいて一次フィルタにおける該データバーストの実時間フィルタがけにより重大事象表示信号を発生し、
    該重大事象表示信号を生じさせている少くとも一つの群についての該バースト信号特徴に適応するように基礎をおいて、少くとも一つの二次フィルタを自動的に定義し、
    該一次フィルタから該二次フィルタへ該重大事象表示信号に対応している後続の群を枝分れさせるように構成されていて、これにより、後続の群であって該重大事象表示信号と関係していないものが、該一次フィルタ内でフィルタがけをされ続けて、該構造物における別の損傷特徴から生じている別の重大事象表示信号を発生するようにしている構造物。

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