JPH0750076B2 - 音響信号による対象物検出装置及び音響信号による対象物検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は包囲体内に配置された対象物の材料の種類を検
出する、音響信号による対象物検出装置及び音響信号に
よる対象物検出方法に関する。更に詳細には、本発明は
パルス形態の音響エネルギーを発生し、包囲体内に配置
された対象物に送信して対象物の種類を検出する対象物
検出装置および対象物検出方法に関する。

本発明の概要は次の通りである。対象物により反射され
た反射音響エネルギー又は対象物内を伝送され又は対象
物とその外界との境界面で屈折し音響エネルギー（以
下、伝送／屈折音響エネルギーと称する）が検出され、
時間およびそのエネルギー量に関して分析される。この
分析から対象物の音響インピーダンス、吸音率および音
速特性が測定され演算される。これらのパラメータか
ら、対象物の密度、体積弾性係数、多孔度および他の音
響機械的特性が演算される。次にこれらのパラメータは
既知物質の同様のパラメータの表と比較され、一致状態
が得られる。この一致状態から、包囲体に内包されてい
る対象物を構成する物質の種類を高程度の正確性を以っ
て決定できる。

本発明によれば『包囲体』とは、例えば対象物を含むス
ーツケースの如き、内部に配置される物質に関連して検
出され識別されるべき対象物を有する中空箱状構造体、
または例えば対象物を埋設した地表の如き、地表面に比
較的近接して地中内に埋設される物質に関連して検出さ
れ識別されるべき対象物を有する或る量の材料として定
義付けされる。

従って、本発明の一つの態様によれば、スーツケース内
に配置された対象物の物質を識別する装置および方法が
提供され、本発明の他の態様によれば地中内に埋設され
た対象物の物質を検出識別する装置および方法が提供さ
れる。

本発明の上記一つの態様によれば、当該装置の配列は垂
直に設置可能であり、スーツケースはスーツケース内部
の様子を知るために上記装置を通過する水平方向に移動
するコンベアーに乗せて通過できる。

〔背景技術〕

スーツケースなどの中身を検出する公知の方法ではＸ線
走査または科学的漏気を使用している。これらの技術に
は多くの適用例において欠点がある。Ｘ線走査技術の場
合、オペレーターおよび／又はコンピュータは走査の結
果を観察してスーツケースの中身についてイメージのみ
から決定を下さなければならない。多くの場合、特に検
出上重要な多くの物質はＸ線に対する透過度が異なるの
で、この方法は困難である。この方法の場合、或る特定
の内容物について正確に決定することが極めて困難であ
り、結果的に現場での目視調査が必要である。本発明は
一段と確実な結果をもたらし、かくして現場での相当量
の目視調査の必要性を低減化するものである。読み出し
が確実であるので、目視調査は安全な場所でより不連続
的に行うことができる。

化学的漏気は一部の対象物のみを検出するので、対象物
が化学的漏気を伴い易いことを人が知っていれば、これ
らの対象物に被覆をかけることが時おり可能となる。

本発明の主たる目的の一つは、爆薬および麻薬といった
対象物を容易に且つ常時検出可能にすること、及びいか
なる方法でもスーツケース内の内容物を隠すことが可能
でないことを一旦知られることにより、抗した対象物が
スーツケース内に入れられることがなくなり、それによ
り旅行中の一般大衆の安全性を高めることにある。

〔発明の開示〕

上記の目的を達成するために、本発明の第１の態様によ
れば、包囲体内に含まれている対象物の物質の検出に用
いる装置であって：包囲体の第１側に音響エネルギーの
パルスを送出する音響エネルギー送出手段と；音響エネ
ルギー送出手段から送出された音響エネルギーのパルス
が対象物に当たって反射された音響エネルギーを受信し
て、反射音響エネルギー信号を発生する第１の音響エネ
ルギー受信手段と；音響エネルギー送出手段から送出さ
れた音響エネルギーのパルスが対象物内を伝送され又は
屈折して得られた音響エネルギーを受信して、伝送され
又は屈折した音響エネルギー信号を発生する第２の音響
エネルギー受信手段と；音響エネルギー送出手段、第１
の音響エネルギー受信手段、及び第２の音響エネルギー
受信手段に接続されており、音響エネルギー送出手段が
出力した音響エネルギーのパルスと、第１の音響エネル
ギー受信手段が発生した反射音響エネルギー信号と、第
２の音響エネルギー受信手段が発生した「伝送され又は
屈折した音響エネルギー信号」とを処理して、対象物を
示す対象物の特性を発生する信号処理手段とを備え；信
号処理手段は、対象物の音響インピーダンス、吸音率、
音響速度および多孔度を含む特性を発生し、対象物の特
性を既知対象物の特性と比較して対象物の物質を決定す
る比較手段を備えていることを特徴とする音響信号によ
る対象物検出装置が提供される。

本発明の第２の態様によれば、包囲体内に配置された対
象物の物質を特定する方法であって：既知レベルの音響
エネルギーのパルスを包囲体の第１側と包囲体内の対象
物に印加する段階と；対象物の表面から反射された反射
音響エネルギーを検出して、反射音響エネルギー信号を
発生する段階と；対象物を通じて伝送され又は屈折した
音響エネルギーを検出して、伝送され又は屈折した音響
エネルギー信号を発生する段階と；反射音響エネルギー
及び伝送され又は屈折した音響エネルギーを処理して、
対象物の音響特性を発生する段階と；かくして得られた
対象物の特性を既知対象物の特性と比較して対象物の物
質を決定する段階とを含み；対象物の音響特性を発生す
る段階は、音響エネルギーのパルス、反射音響エネルギ
ー、及び伝送され又は屈折した音響エネルギーを用い
て、対象物の音響インピーダンス、対象物の吸音率、対
象物内の音響速度及び対象物の多孔度を演算し、その音
響インピーダンス、吸音率、音響速度及び多孔度を用い
て対象物の音響特性を決定する段階を含むことを特徴と
する音響信号による対象物検出方法が提供される。

海底を構成している材料の種類を特定する目的から、海
底で反響する音波を測定するとが長期にわたり知られて
来ている。これらの技術は本発明の検出装置の製造目的
上加えられ強調されている。

本発明は又受信エネルギー信号の信号対雑音比を改善す
るために、反射された音響エネルギーを受信する第１の
音響受信手段と、伝送され又は屈折した音響エネルギー
を受信する第２の音響受信手段とを取り扱っている。

本発明の技術ではレーザー発振器とダイオード検出器か
らなるレーザー光学検出システムが採用される。ダイオ
ード検出器の感度は受信レーザービームの或る最適位置
からの変位に対してリニアである。レーザーは包囲体の
表面から反射して離れ、ダイオード検出器に至る。包囲
体に狙いをつけられた音響エネルギーのパルスはその包
囲体の表面を振動させる。この振動によりレーザービー
ムは安定状態位置から僅かの変位を以ってダイオード検
出器に当たる。ダイオード検出器の感度は変位と共に変
化するので、受信レーザービームの強度は音響エネルギ
ーのパルスにより変調される。光学検出構成は光学的チ
ョッピング技術、干渉計、光変調技術を含む他の構成で
構成可能であり、これらの構成は全て調べる特定の目標
物に依存している。

本発明の第１及び第２の態様による装置は更に、包囲体
がスーツケースのような箱体である本発明の第３の態様
による場合と、包囲体が地面である本発明の第４の態様
による場合とに分けられる。

包囲体がスーツケースのような箱体である本発明の第３
の態様による装置は、『音響レーザー』と極めて類似し
た動作をする。即ち、既知エネルギーのパルスが被検出
対象物を包囲している包囲体に向けられる。その包囲体
の表面からの反射エネルギーが第１の音響エネルギー受
信手段により受信されて反射エネルギー信号が発生さ
れ、その反射エネルギー信号の時間に関する強度が分析
される。受信された反射エネルギーもまたパルスの形態
である。包囲体の表面から反射される信号によりパルス
が開始する。パルスの期間が進のに伴い、その瞬間的な
大きさは包囲体内のより深い部分から信号を反射する対
象物の境界特性となろう。パルス内の時間の「窓」は受
信信号の強度又はエネルギーに関して分析され、得られ
たデータは処理されて、境界部分をなす材料の音響イン
ピーダンスを決定する。

音響エネルギー送信手段と反対側の包囲体の側部に配置
された、第１の音響エネルギー受信手段と類似の第２の
音響受信手段が、包囲体及び包囲体内の対象物を通じて
伝送され又は屈折した音響エネルギーを受信して、音響
エネルギー信号を発生する。この音響エネルギー信号も
又時間及びエネルギー量に関して分析され、その結果、
吸音率と速度パラメータが決定される。次に包囲体内の
物質の『特性』が決定され、この『特性』は一致状態を
発生するように既知物質のコンピュータに記憶された特
性と比較される。オペレーターに対する出力は検出され
た物質を表記するプリントアウト又はタイプされた表示
にすることが出来る。簡略化のため比較を行い表示を発
生するプログラムをオペレーターの必要に合わせて作成
することが出来る。例えば、空港での環境下において
は、このプログラムは航空機内で許可されていない規制
物質のみをプリント・アウトするよう設定できる。こう
した規制された物質は勿論爆薬及び麻薬類である。

包囲体が地面である本発明の第４の態様によれば、検出
すべき対象物が対象物が地面等に埋設してあるので、そ
の対象物に関して第１の音響エネルギー受信手段と反対
側に、対象物を通じて伝送され又は屈折した音響エネル
ギーを受信する第２の音響エネルギー受信手段を配置す
ることは出来ない。この第４の態様の場合、屈折した音
響エネルギー、即ち異なる音響インピーダンスを有する
２つの物体の間のインタフェースを通じて音響エネルギ
ーが伝搬することにより屈折した音響エネルギーは、音
響エネルギー送出手段から送出された元の音響エネルギ
ーの方向に対して大略直角の方向に或る距離にわたって
進み、次に対象物に関して第１の音響エネルギー受信手
段が配置されている側と同じ側で検出可能である。その
結果、この第４の態様においては音響エネルギー送出手
段、第１の音響エネルギー受信手段、第２の音響エネル
ギー受信手段はすべてその被検出対象物に関して同じ側
にある。第２の音響エネルギー受信手段は、第１の音響
エネルギー受信手段より音響エネルギー送出手段から更
に離れた距離だけ隔離してある。

上記本発明の諸特徴は添付図面により以下に説明する発
明を実施する形態より一層明らかとなろう。

〔図面の簡単な説明〕

第1A図及び第1B図は各々本発明の第３の態様と第４の態
様における音響エネルギーパルスによる対象物検出装置
の実施例を示す模式図である。

第２図は第1A図及び第1B図における各音響エネルギー受
信器をレーザー音響受信器で構成した場合の模式図であ
る。

第３図は第２図に示したレーザー検出器の出力とレーザ
ーの反射点の変位との関係を示すグラフである。

第４図は第1A図に示したブロックの一部の詳細なブロッ
ク図である。

第５図は第４図における信号処理装置38Aにおいて、音
響パラメーター、従って対象物の材料の特性を得るため
になされた信号処理で行われる各ステップを示すフロー
チャートである。

第６図は本発明により得られ分類のためプロットされた
或る材料の３個の音響パラメーターを示すグラフで各カ
ラムは所定の材料形式を示し、この図は軟質材料から硬
質材料を示す。

第７図は、本発明による装置から得られた、スーツケー
スのみ、物質とスーツケース、及び物質のみに対する周
波数と吸収変位との関係を示すグラフであり、このグラ
フは第６図に示された各バー（物質）に対する第４の変
数となる。

〔発明を実施するための形態〕

第1A図は本発明の第３の態様における音響エネルギーパ
ルスによる対象物検出装置の実施例を示す模式図であ
る。

第1A図において、包囲体31Aの一例としてのスーツケー
ス（以下、スーツケース31Aと称する）には対象物22Aが
含まれており、本発明の実施例により、この対象物22A
の物質が何であるかを判定する。

この目的のために、公知の音響エネルギー送出器24A
（音響エネルギー送出手段）がスーツケース31Aの前方
側部26（第１側）に向けられている。音響エネルギー送
出器24Aはスーツケース31Aの前方側部26に既知音響エネ
ルギーのパルスを送る。このパルスの音響エネルギーの
一部は前方側部26から反射され、上記音響エネルギーの
他の一部は包囲体31Aに入り、対象物22Aと衝突する。対
象物22Aはスーツケース31A内の空気とは異なる音響特性
を有しているので、音響エネルギーの一部が対象物22A
の表面28から反射される。音響エネルギー他の一部は対
象物22Aを通じて伝送され又は屈折する。伝送され又は
屈折した音響エネルギーのパルスの一部のエネルギー
は、後面30が対象物22Aの内部とは異なる音響インピー
ダンスを有する対象物22Aの間の境界部であるので、対
象物22Aの後面30で反射される。反射された音響エネル
ギーのパルスは、スーツケース31Aに関して音響エネル
ギー送出器24Aと同じ側に配置された反射音響エネルギ
ー受信器34A（第１の音響エネルギー受信手段）により
検出される。スーツケース31A内の対象物22Aに入り、ス
ーツケース31Aの後側32から出た音響エネルギーのパル
スは伝送／屈折音響エネルギー受信器36A（第２の音響
エネルギー受信手段手段）により検出される。伝送／屈
折音響エネルギー受信器36Aは対象物22Aを通じて屈折し
た音響エネルギーのパルスを検出すべくスーツケース31
Aの長手方向側に配置可能である。このようにして、適
用上要求されれば同等の結果および／又は多数の伝送／
屈折音響信号エネルギー受信器36Aを採用できる。

信号処理装置38A（信号処理手段）はエネルギーの電気
的パルスを発生し、その電気的パルスをライン40Aを介
して音響エネルギー送出器24Aに送り、この音響エネル
ギー送出器24Aは電気的パルスを音響エネルギーのパル
スに変換する。信号処理装置38Aは音響エネルギー送出
器24Aに供給される電気的パルスのパルス幅やエネルギ
ーといった電気的パラメータを発生し記録する。反射音
響エネルギー受信器34Aと伝送／屈折音響エネルギー信
号受信器36Aにより検出された音響エネルギー信号は、
それぞれライン42Aおよび44Aを介して信号処理装置38A
に送信される。

以下に詳細に説明する信号処理装置38Aは、送信された
電気的パルスに対応する受信エネルギー信号を処理し
て、対象物22A内の音響インピーダンス、吸音率及び音
響速度を決定して、対象物22Aの音響特性を決定する。
パラメーターはさらに処理されて、音響インピーダン
ス、吸音率および音響速度と結合される場合は、材料の
密度、体積弾性係数、多孔度等を決定し、対象物22Aの
音響特性を形成する。この特性は次いで信号処理装置38
Aに記憶されている既知の音響特性と比較されて、対象
物22Aの物質の種類が決定される。

次にこの情報はプリンター又はTVスクリーンである表示
装置46A（表示手段）に出力される。

第1B図は本発明の第４の態様における音響エネルギーパ
ルスによる対象物検出装置の実施例を示す模式図であ
り、第1A図に示した装置内の要素と第1B図に示した装置
内の対応する要素とは同一番号にそれぞれサフィックス
ＡおよびＢを付してある。

第1B図に示した音響検出装置においては、地中内に埋設
された対象物の物質が検出され且つ決定される。信号処
理装置38Bは電気的パルスを発生し、この電気的パルス
はライン40Bを介して送信され音響エネルギー送出器24B
（音響エネルギー送出手段）により音響エネルギーのパ
ルスに変換される。この音響エネルギーのパルスは地面
31Bに向けられ表示装置46B（表示手段）に対象物22Bが
表示されるまで動かされる。対象物22Bの表示装置46Bへ
の表示は、音響エネルギーのパルスが地面に入り、対象
物22Bに衝突する際になされる。音響エネルギーのパル
スの一部は対象物22Bの表面から反射され、反射された
音響エネルギーは反射音響エネルギー受信器34Bにより
検出される。送信された音響エネルギーのパルスの他の
一部は対象物22Bを通じて伝送され又は屈折し、送信さ
れた音響エネルギーのパルスの方向に対しておよそ直角
の方向に対象物22Bの側面から外方に出る。この伝送さ
れ又は屈折した音響エネルギーのパルスの一部は伝送／
屈折音響エネルギー受信器36Bにより検出される。これ
ら２つの音響エネルギー受信器34Bおよび36Bは地面31B
の上方にあることに注目すべきである。伝送／屈折音響
エネルギー受信器36Bが屈折音響エネルギーのパルスを
受信できるようにするために、伝送／屈折音響エネルギ
ー36Bは対象物22Bに関して反射音響信号エネルギー受信
器34Bより水平の方向に離れた位置に配置されている。
反射音響エネルギー受信器34B及び伝送／屈折音響エネ
ルギー受信器36Bはそれぞれライン42B及び44Bを介して
信号処理装置38Bに接続されている。本実施例による音
響検出装置の動作の他の部分については、第1A図につい
て説明したものと同じである。

以下に、第1A図に示した実施例における実際の信号処理
について第２図及び第３図により説明するが、この説明
は第1B図の実施例にも同様に適用される。

第２図は第1A図に示した反射音響エネルギー受信器34A
の一実施例としてのレーザ音響エネルギー受信器を示す
概略図である。第２図において、レーザー発振器48はビ
ーム50を発生し、そのビーム50は包囲体であるスーツケ
ース31Aの前方側部26に当たる。このビーム50はスーツ
ケース31Aの前方側部26から反射されてレーザー検出器5
2（フォトダイオード検出器）に入る。レーザー検出器5
2は、受信する光エネルギーの量に比例する電圧出力を
発生するフォトダイオードでよい。

第３図はスーツケース31Aの前方側部26上の或る固定点
Ｓからの受信光ビームの変位の関数としてのレーザー検
出器52の出力電圧を示すグラフである。第２図及び第３
図において、レーザービーム50が前方側部26上の固定点
Ｓからいずれかの方向に移動するのに伴って、レーザー
検出器52の電圧出力がVnから変化する。音響エネルギー
送出器24Aから送信された音響エネルギーのパルスはス
ーツケース31Aの前方側部26を直接振動させる。スーツ
ケース31A内の対象物22Aの表面から反射された音響エネ
ルギーのパルスも又スーツケース31Aの前方側部26を振
動させる。スーツケース31Aの前方側部26の振動でスー
ツケース31Aの表面上のレーザビーム50の接触点が移動
し、かくしてレーザー検出器52内のフォトダイオードに
当たるレーザービームの衝突点が移動し、レーザー検出
器52の出力電圧はスーツケース31Aの前方側部26の振動
に応じて変化する。第２図に示したレーザー発振器48及
びレーザー検出器52の配列により、信号対雑音比を良好
に維持しながら極めて小さい信号の検出を可能にするこ
とが判明した。

第1A図に示した反射音響エネルギー受信器34A及び伝送
／屈折音響エネルギー受信器36A、及び第1B図に示した
反射音響エネルギー受信器34B及び伝送／屈折音響エネ
ルギー受信器36Bは、第３図について前述したレーザー
検出器52を含む。これに替えて、第1A図に示した反射音
響エネルギー受信器34A及び伝送／屈折音響エネルギー
受信器36A、及び第1B図に示した反射音響エネルギー受
信器34B及び伝送／屈折音響エネルギー受信器36Bは、公
知のマイクロフォン又はジオホンを含むようにしてもよ
い。

本発明による第1A図に示した対象物検出装置のより具体
的な一実施例のシステム・ブロック図を第４図に示す。
第４図において、第1A図に示した音響エネルギー送出器
24A、伝送／屈折音響信号検出器36A、信号処理装置38
A、及び表示装置46Aのそれぞれの詳細が示されている。
簡略化のために、第1A図における２つの音響エネルギー
受信器34A及び36Aのうちの一つである伝送／屈折音響エ
ネルギー受信器36Aのみを示してあるが、反射音響エネ
ルギー受信器34Aの構成は伝送／屈折音響エネルギー受
信器36Aと同様であり、反射音響エネルギー受信器34Aの
出力信号も信号処理装置38Aに入力されて処理されるこ
とは明らかである。音響エネルギー送出器24Aは本例で
はスピーカー24Cで実現されている。反射音響エネルギ
ー受信器34Aはレーザー発振器48、レーザービーム50及
びレーザー検出器52を含む。信号処理装置38AはDC変換
器60と、バンドパスフィルター62と、信号増幅器64と、
FMテープレコーダ66と、コンピュータ69と、フィルター
54と、アイソレータ56と、電力増幅器58とを備えてい
る。コンピュータ69は、アナログ／デジタル変換器68及
び72と、信号発生器51とデジタル／アナログ変換器53
と、プログラム制御装置70と、統計的特性演算部71とを
備えている。

レーザー発振器48から出力されたレーザービーム50は、
物質を特定すべき対象物22Aから反射されてレーザー検
出器52上に至る。伝送／屈折音響エネルギー受信器36A
はスピーカー24Cから音響パルスを受ける。送信される
音響エネルギーのパルスは信号処理装置38A内の信号発
生器51によりデジタル的に発生された同等の電気的信号
により発生される。このデジタル信号はデジタル／アナ
ログ変換器53によりアナログ信号に変換され、成形さ
れ、フィルター54、アイソレータ56および電力増幅器58
により音響エネルギー送出器24Aの具体例であるスピー
カー24Cに供給される。

レーザー検出器52により検出された信号は最初に較正の
ためにダイオード出力の平均レベルを測定するDC変換器
60で検出される。レーザー検出器52により検出された信
号はまたは、信号対雑音比が良好となる信号を得るため
に、バンドパスフィルター62を介して信号増幅器64に供
給される。信号増幅器64の出力信号はさらに処理するた
めにFMテープレコーダ66内に記録され得る。このFMテー
プレコーダ66は又DC変換器60から受信されたDC信号レベ
ル及びデジタル／アナログ変換器53から伝送されたパル
スのパラメータを記録する。

FMテープレコーダ66に受信されたDC信号レベルはコンピ
ュータ69にも供給され、ここでのこの信号はアナログ／
デジタル変換器68によりデジタル化され、プログラム制
御装置70で使用される。同様に、信号増幅器64により増
幅された受信信号はコンピュータ69に供給され、そこで
この信号もアナログ／デジタル変換器72によりデジタル
化される。そのデジタル化された結果もプログラム制御
装置70に供給される。次いでプログラム制御装置70はデ
ジタル化された受信データを処理して、統計的特性演算
部71において統計的特性演算により対象物22Aの特性を
発生させる。

第４図では伝送／屈折音響エネルギー受信器36Aが検出
した音響エネルギー信号の処理を説明したが、反射音響
エネルギー受信器34Aにより検出された反射音響エネル
ギー信号も全く同じ方法で処理され統計的特性演算部71
に供給される。

統計的特性演算部71で実施される演算の結果はプリンタ
ー74により印刷される。プリンター74に替えて他の表示
装置で表示してもよい。

第５図は統計的演算部71における動作を説明するフロー
チャートである。第５図において、音波の速度はステッ
プ76において演算される。この演算は各受信器における
レーザーの送信から受信までの伝搬時間と、包囲体内の
対象物の各反射インタフェースからの音響信号の伝搬時
間の測定と速度Ｃの観察により行われる。

対象物22Aの音響インピーダンスはステップ78で演算さ
れる。対象物22A又はスーツケース31Aの側部の変位Ｙ
は、例えば第２図および第３図を参照して説明したレー
ザー発振器48及びレーザー検出器52を使用して測定され
る。スピーカー24Cから出力される音響パルスのエネル
ギーは既知であるので、対象物22A上への音響パルスの
入射圧力ｐを決定できる。対象物22Aが包囲体の内部に
あればこの音響インピーダンスの測定動作は数段階で行
わねばならないであろう。

即ち、最初に、包囲体の側部のインタフェースにおける
音響パルスの入射圧力ｐが決定される。次に包囲体に対
して他のパラメーターが演算され、これらのパラメータ
ーは包囲体内の次の対象物インタフェース上での入射圧
力に対する包囲体の効果を演算する目的に使用される。
上記次の対象物インタフェースは、試験される対象物22
Aと関連がある。スピーカー24Cから出力される音響エネ
ルギーのパルスは既知の周波数ｆを有している。上記入
射圧力ｐと、変位Ｙと、音響エネルギーの周波数ｆとか
ら、対象物22Aの音響インピーダンスＺが次に決定さ
れ、ここでＺ＝p/（２πfY）が成り立つ。

対象物22Aの密度はインピーダンスを速度で単に除算す
ることによりステップ80で演算される。

次に吸音率がステップ82で演算される。各インタフェー
スにおいて元の圧力ｐを知り、各インタフェースにおけ
るインピーダンスを知ることで吸収無しの信号レベルの
演算が可能になる。１個以上の受信器における信号の比
較により吸収による信号ロスの概算が可能になる。換言
すれば、吸音率は、所定の対象物を通過するエネルギー
のレベルを知り、このレベルを対象物のインタフェース
において所定のインピーダンス差にて通過したに違いな
い真の量と比較することにより演算される。

最後に、対象物22Aの多孔度がメモリ86に記憶されてい
る表からの演算でステップ84において決定される。メモ
リ86には密度、吸音率および速度を多孔度と関連付ける
経験に得られる表を予め格納してある。

上記の演算された材料パラメータは対象物の特性を構成
し、このデータはステップ88において記憶される。既知
物質の相互関係がメモリ90に格納されている。ステップ
92においては、ステップ88において記憶された物質の特
性と、メモリ90内に予め記憶されている特性の表とを比
較し、一致した特性を持つ物質を識別する物質識別出力
を発生する。次にこの物質識別出力は例えばステップ94
にてプリンターのごとき出力装置上で表示される。

第６図は硬質材料から軟質材料にわたる各種典型的な材
料A,B,C,D,E,F,G,およびＨを図示している。各材料は、
密度および音響インピーダンスに対応する特別の速度特
性を有し、第６図においては速度特性は垂直棒で示され
ている。これらの各棒に対応して、第７図に関連して以
下に説明する如き吸収曲線が存在している。この技術の
実際的な使用ではこれも第７図に関連して説明するスー
ツケース31Aの壁の効果を除去することが要求される。

第７図は使用可能な周波数の検査のために用いられ、且
つ、空になっているスーツケース31のみ、物質のみ、及
び物質を含むスーツケース31に対する吸収音響信号の相
互関係を得るために用いられた実験の結果を示すグラフ
である。第７図に示されたグラフの軸は周波数に対する
第２図および第３図にて説明されたレーザービームの変
位のログとして較正してある。2000乃至4000サイクルの
周波数範囲においては良好な相互関係があり、即ち、ス
ーツケース31Aの信号がスーツケース31Aと物質との信号
から差し引かれ、物質単独の信号に対する密接な関係が
得られることが理解出来る。これは、本発明の技術を用
いて包囲体内に配置された物質の或る特性を決定出来る
ことを示している。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−25057（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−163643（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−98584（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−181957（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−204523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−11077（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−126346（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】包囲体（31A,31B）内に含まれている対象
   物（22A,22B）の物質の検出に用いる装置であって： 前記包囲体（31A,31B）の第１側（26）に音響エネルギ
   ーのパルスを送出する音響エネルギー送出手段（24A,24
   B）と； 前記音響エネルギー送出手段から送出された音響エネル
   ギーのパルスが前記対象物（22A,22B）に当たって反射
   された音響エネルギーを受信して、反射音響エネルギー
   信号を発生する第１の音響エネルギー受信手段（34A,34
   B）と； 前記音響エネルギー送出手段（24A,24B）から送出され
   た音響エネルギーのパルスが対象物内を伝送され又は屈
   折して得られた音響エネルギーを受信して、伝送され又
   は屈折した音響エネルギー信号を発生する第２の音響エ
   ネルギー受信手段（36A,36B）と； 前記音響エネルギー送出手段（24A,24B）、前記第１の
   音響エネルギー受信手段（34A,34B）、及び前記第２の
   音響エネルギー受信手段（36A,36B）に接続されてお
   り、前記音響エネルギー送出手段（24A,24B）が出力し
   た音響エネルギーのパルスと、前記第１の音響エネルギ
   ー受信手段発生した前記反射音響エネルギー信号と、前
   記第２の音響エネルギー受信手段（36A,36B）が発生し
   た前記伝送され又は屈折した音響エネルギー信号とを処
   理して、前記対象物（22A,22B）を示す対象物の特性を
   発生する信号処理手段（38A,38B）とを備え； 前記信号処理手段（38A,38B）は、前記対象物の音響イ
   ンピーダンス、吸音率、音響速度および多孔度を含む特
   性を発生し、前記対象物の特性を既知対象物の特性と比
   較して前記対象物の物質を決定する比較手段（38）を備
   えていることを特徴とする音響信号による対象物検出装
   置。
2. 【請求項２】前記比較手段（38）により決定された前記
   対象物の物質を表示する表示手段（46）を更に備えるこ
   とを特徴とする請求の範囲１）項記載の装置。
3. 【請求項３】更に前記包囲体（31A）が箱体であり前記
   第１の音響エネルギー受信手段（34A）は前記第１側（2
   6）に配置され、前記第２の音響エネルギー受信手段（3
   6A）は前記箱体に関して前記第１側（26）の反対側に配
   置されていることを特徴とする請求の範囲２）項記載の
   装置。
4. 【請求項４】更に前記包囲体（31B）が地面であり、前
   記第１の音響エネルギー受信手段手段（34B）及び前記
   第２の音響エネルギー受信手段（36B）は前記第１側に
   配置され、且つ、前記第２の音響エネルギー受信手段
   （36B）と前記音響エネルギー送出手段（24B）との間の
   距離が、前記第１の音響エネルギー検出手段（34B）と
   前記音響エネルギー送出手段（24B）との間の距離より
   長くなるように前記第２の音響エネルギー検出手段（36
   B）が配置されていることを特徴とする請求の範囲２）
   項記載の装置。
5. 【請求項５】更に前記第１の音響エネルギー受信手段
   （34A）及び前記第２の音響エネルギー受信手段（36A）
   はマイクロホンであることを特徴とする請求の範囲１）
   項、２）項又は３）項記載の装置。
6. 【請求項６】更に前記第１の音響エネルギー受信手段
   （34A）及び前記第２の音響エネルギー受信手段（36A）
   はジオホンであることを特徴とする請求の範囲１）項、
   ２）項又は３）項記載の装置。
7. 【請求項７】更に前記第１の音響エネルギー受信手段
   （34A）及び前記第２の音響エネルギー受信手段（36A）
   は； 前記包囲体の前記第１側（26）に向けられるレーザービ
   ーム（50）を発生するレーザー発振器（48）と； 前記レーザービームが前記包囲体（22A）の側部（26,3
   2）から反射された後のレーザービームを検出するフォ
   トダイオード検出器（52）とを備え、該フォトダイオー
   ド検出器（52）は、該フォトダイオード検出器上の基準
   位置からの前記レーザービームの変位に応じて変動する
   大きさを有する信号を発生するものであることを特徴と
   する請求の範囲３）項記載の装置。
8. 【請求項８】更に前記第１の音響エネルギー受信手段
   （34B）及び前記第２の音響エネルギー受信手段（36B）
   の各々は； 前記地面（31B）に向けられるレーザービーム（50）を
   発生するレーザー発振器（48）と； 前記レーザービーム（50）が前記地面（31B）から反射
   された後のレーザービームを受信するフォトダイオード
   検出器（52）とを備え、 該フォトダイオード検出器（52）は、該フォトダイオー
   ド検出器上の基準位置からの前記レーザービームの変位
   に応じて変動する大きさを有する信号を発生するもので
   あることを特徴とする請求の範囲４）項記載の装置。
9. 【請求項９】前記音響エネルギー送出手段（24A,24B）
   から送出される前記音響エネルギーのパルスは既知のエ
   ネルギーと既知の周波数を有するものであり、前記信号
   処理手段（38A,38B）は、前記対象物内を通過する音響
   エネルギーの通過時間に基いて前記対象物の音響速度を
   算出する手段（76）と、前記音響エネルギーのパルスが
   前記対象物に衝突することによる前記第１及び第２の音
   響エネルギー受信手段における出力の変動に基いて演算
   される前記対象物の変位（Ｙ）と前記既知の周波数と前
   記既知の音響エネルギーから算出される前記対象物への
   音響エネルギーのパルスの入射圧力（ｐ）とに基いて、
   前記音響インピーダンスを演算する手段（78）と、前記
   音響インピーダンスを前記音響速度で除算することによ
   り前記対象物の密度を演算する手段（80）と、前記音響
   インピーダンスに基いて前記対象物の前記吸音率を算出
   する手段（82）と、前記密度、前記吸音率、及び前記音
   響速度を、密度、吸音率、及び音響速度を多孔度と関連
   付ける表（86）の内容と比較して、前記対象物の多孔度
   を決定する手段（84）とを備えていることを特徴とする
   請求の範囲１）項記載の装置。
10. 【請求項１０】包囲体（31A,31B）内に配置された対象
    物（21A,21B）の物質を特定する方法であって： 既知レベルの音響エネルギーのパルスを包囲体（31A,31
    B）の第１側（26）と包囲体内の対象物（22A,22B）に印
    加する段階と； 前記対象物（22A,22B）の表面から反射された反射音響
    エネルギーを検出して、反射音響エネルギー信号を発生
    する段階と； 前記対象物（22A,22B）を通じて伝送され又は屈折した
    音響エネルギーを検出して、伝送され又は屈折した音響
    エネルギー信号を発生する段階と； 前記反射音響エネルギー及び前記伝送され又は屈折した
    音響エネルギーを処理して、対象物の音響特性を発生す
    る段階と； かくして得られた対象物の特性を既知対象物の特性と比
    較して前記対象物の物質を決定する段階とを含み； 前記対象物の音響特性を発生する段階は、前記音響エネ
    ルギーのパルス、前記反射音響エネルギー、及び前記伝
    送され又は屈折した音響エネルギーを用いて、対象物の
    音響インピーダンス、対象物の吸音率、対象物内の音響
    速度及び対象物の多孔度を演算し、その音響インピーダ
    ンス、吸音率、音響速度及び多孔度を用いて対象物の音
    響特性を決定する段階を含むことを特徴とする音響信号
    による対象物検出方法。
11. 【請求項１１】更に前記包囲体が箱体であり前記反射音
    響エネルギーが包囲体の前記第１側で検出され、前記伝
    送され又は屈折した音響エネルギーが前記包囲体に関し
    て前記第１側とは反対側で検出されることを特徴とする
    請求の範囲10）記載の方法。
12. 【請求項１２】更に前記包囲体が地面であり、前記反射
    音響エネルギーと前記伝送され又は屈折した音響エネル
    ギーが前記包囲体の前記第１側で検出され、前記伝送さ
    れ又は屈折した音響エネルギーが前記反射音響エネルギ
    ーの検出される位置より対象物から離れた位置で検出さ
    れることを特徴とする請求の範囲10）記載の方法。