JPH10510627A

JPH10510627A - 汚染物検出システム

Info

Publication number: JPH10510627A
Application number: JP8519206A
Authority: JP
Inventors: ローズ，ジョゼフ・ローレンス; ハマー，ジェフリー・マーク; ピーターソン，マイケル・トッド; リーディオ，フィリップ・オットー
Original assignee: ザ・ビー・エフ・グッドリッチ・カンパニー
Priority date: 1994-12-13
Filing date: 1995-12-12
Publication date: 1998-10-13
Also published as: CA2206941A1; EP0797773A1; WO1996018894A1; US5932806A; US5629485A; AU4639996A

Abstract

(57)【要約】汚染物検出システム（100、410、800、830）は特定の共鳴で外板（114、422、440、470、520、532、710、712、730、732、754、816、832、846）を通じて導波（128、420）を伝送するための送信機（102、122、422、442、472、516、716、736、737、810、838、846）を含む。使用される各共鳴点は対象物の状態に敏感な伝搬特性を有する。汚染物（770、834）は次に、幾つかの共鳴を送信して次にホスト・プロセッサ（134）を用いて適当な特徴抽出技術及びパターン認識技術を実行することによって分類される。

Description

【発明の詳細な説明】汚染物検出システム発明の背景本発明は汚染検出装置に関し、より詳細には、分散曲線において多重の共鳴を達成する異なって偏波された導波を用いて飛行機の表面の汚染物を検出し且つ分類する装置に関する。特定の動作状態の下では、飛行機の外部コンポーネント表面及び外板（skin）に汚染物が堆積されやすい。汚染物の例は氷、水、グリコール、油、燃料を含む。それをチェックせずに放置すると、特定の汚染物、特に氷は最終的には飛行機に更なる重量を負わせることとなり且つ翼形の構成を変えることとなり、望ましくない飛行状態になってしまう。従って、危険な飛行状態を識別するために表面への汚染物の堆積を検出する能力及びそれら汚染物を分類する能力が高く望まれる。その目的のために多種の汚染物検出装置が用いられている。それら装置の形式の中には超音波汚染物検出装置があり、この装置は飛行機又は翼の外板を通じて送信された超音波エネルギを用いる。そのような超音波氷検出装置の１つはジャックＲ．シャミュエル（Jacques R. Chamuel）（シャミュエル）に付与されたアメリカ合衆国特許第４４６１１７８号に記述されている。シャミュエルのものにおいて、超音波信号発生器は出力をトランスジューサに与え、トランスジューサはその信号エネルギを超音波に変換し、この超音波は翼の外板の一部を通じて通過し、第２のトランスジューサによって検知される。送信される波形は圧縮（compressional）部分と歪（flexural ）部分とを含む。受信側トランスジューサは、ソース・トランスジューサから翼の外板を通じて送信された圧縮波に対応する初期波形を受信する。圧縮波に続いて、歪波の最初の受信に対応する大きなスパイクが翼の外板を通じて送信される。翼表面の氷の層は信号波形に影響するものであり、歪波コンポーネントは減衰し、圧縮波形は基本的に変化しない。受信した圧縮波部分と歪波部分のピークの大きさの比は氷の堆積に対応する表示を与える。シャミュエルの通常のビーム励振トランスジューサを用いたときには、送信された信号を特定モード及び波形形状に制御することは困難である。なぜなら、それらのタイプのトランスジューサは遮断周波数に近い高い位相速度信号を生成する傾向があるからである。従って、シャミュエルのシステムを用いて氷と水を区別するのは困難である。前述のように、氷と水とを区別する能力を有することが望ましい。なぜなら、氷の堆積は飛行には危険であるが、水の堆積は危険ではないからである。別の超音波氷検出装置がワトキンスその他に付与されたアメリカ合衆国特許第４６０４６１２号に記述されている。ワトキンスその他もまた送信及び受信トランスジューサを用いており、送信機は水平偏波されたねじれ波（horizontal pol arized shear wave）のパルスを送信し、この波はシートの厚さに匹敵する波長で翼の外板を通じて伝搬し、従って、このねじれ波は表面によって導かれる。表面が乾燥している場合又は水で覆われている場合（水平偏波されたねじれ波は伝搬できない）、受信されるパルスは、表面が氷の層で覆われていてねじれ波が伝搬可能である時よりも大きな振幅を有する。これは、ねじれ波パルスの幾らかのエネルギが氷を通じて伝搬することによって消失するからである。従って、ワトキンスその他の氷検出装置は表面にくっついた氷を検出することが可能であるが、水の存在を感知しない。従って、シャミュエルのもののように、ワトキンスその他の教示を用いて水の薄い層を覆う氷の層を検出することは不可能である。水の上の氷もまた飛行には危険な状態である。従って、翼の多種の形態の汚染物の堆積を信頼性をもって識別及び区別可能な、特に、水と氷の形成の間の識別及び区別が可能な超音波システムが高く望まれる。発明の概要本発明の目的は多種の汚染物のタイプを区別する超音波汚染物検出システムを提供することである。本発明の一面に従うと、汚染物検出システムは或る構造の表面の未知の汚染物を分類する方法を備え、前記構造の応答を前記構造表面の複数の異なる既知の汚染物状態へマッピングするステップを備え、前記構造の異なる共鳴点で複数の音響導波（acoustic guided wave）を前記構造を通じて送信するステップを備え、前記の送信するステップは、波を受信し且つ既知の汚染物状態の各々を示す受信信号を形成する前記構造表面の既知の汚染物状態の各々に対して行われ、前記構造表面に未知の汚染物を有する前記構造を通じて波を受信し且つ未知の汚染物を示す受信信号を形成する前記構造の共鳴点で複数の音響的導波を送信し、未知の汚染物を示す前記受信信号と既知の汚染物状態を示す前記受信信号を比較して未知の汚染物を分類する。本発明の別の一面に従うと、外板の汚染物を分類する方法は、第１の送信共鳴（transmission resonance）において前記外板を通じて第１の導波を送信するステップと、前記第１の導波を受信するステップと、それを示す第１の受信信号を提供するステップと、第１の送信共鳴とは異なる第２の送信共鳴において前記外板を通じて第２の導波を送信するステップと、前記第２の導波を受信するステップと、それを示す第２の受信信号を提供するステップと、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較するステップとを備える。本発明の別の一面に従うと、外板の汚染物を分類する装置を備える汚染物検出システムは、第１の送信共鳴において外板を通じて第１の導波を送信し且つ第２の送信共鳴において前記外板を通じて第２の導波を送信する送信機と、前記第１の導波を受信してそれを示す第１の受信信号を提供し且つ前記第２の導波を受信してそれを示す第２の受信信号を提供する受信機と、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較する信号プロセッサとを備える。本発明は複数クラスの汚染物の分類を達成するために特別な送信共鳴点を用いる。これによって優れた浸透力が得られ、従って、多種の汚染物の状態に対する感度が向上する。更に、本発明は好適にパッケージされ、容易に製造され、且つ容易にサービスを受けられる。本発明のこれら及び他の目的、特徴、及び利点は本発明の実施例の詳細な説明及び図面により明瞭にされる。図面の簡単な説明図１は本発明に従った汚染物検出システムの概略的ブロック図である。図２は金属の外板を通じての導波の送信に対する位相速度対周波数と厚さの積（frequency・thickness product）を示す分散曲線のグラフである。図３は本発明に従って構成されたシステムの受信側トランスジューサからの受信信号の周波数対振幅のグラフである。図４ａ〜４ｃは図２に示された分散曲線のモード６で見つけられる４つの共鳴点に対する正規化した外板の厚さに関して描かれたＵ及びＷの粒子変位（U and W particle displacements）の正規化した振幅分布である。図５ａは本発明に従った外板を通じての送信に対する典型的エネルギ・パルスのグラフ表現である。図５ｂは本発明に従った外板を通じての送信に対するデルタ関数エネルギ・パルスのグラフ表現である。図６ａは汚染物がない０．０８７インチの厚さのアルミニウム・プレートを通じて送信された導波からの受信信号の周波数対振幅のグラフである。図６ｂは水である汚染物の付いた０．０８７インチの厚さのアルミニウム・プレートを通じて送信された導波からの受信信号の周波数対振幅のグラフである。図６ｃは氷である汚染物の付いた０．０８７インチの厚さのアルミニウム・プレートを通じて送信された導波からの受信信号の周波数対振幅のグラフである。図６ｄはグリコールである汚染物の付いた０．０８７インチの厚さのアルミニウム・プレートを通じて送信された導波からの受信信号の周波数対振幅のグラフである。図７は本発明に従った汚染物検出システムの送信機回路の概略的ブロック図である。図８は本発明に従った汚染物検出システムの受信機回路の概略的ブロック図である。図９は本発明に従ったトランスジューサ・エレメントの位置決めをするための構成の概略的ブロック図である。図１０は本発明に従った汚染物検出システムの送信部分の互換的実施例の概略的ブロック図である。図１１は本発明に従った汚染物検出システムの送信部分の互換的実施例の概略的ブロック図である。図１２は本発明に従った汚染物検出システムの送信部分の互換的実施例の概略的ブロック図である。図１３ａは本発明に従った汚染物検出システムのトランスジューサ及びカプラの互換的実施例の等角図である。図１３ｂは図１３ａに示されたトランスジューサ及びカプラの側面図である。図１４は本発明に従った汚染物検出システムの汚染物分類データを収集するためのフローチャートである。図１５ａは本発明に従った汚染物検出システムの互換的実施例の上面図である。図１５ｂは図１５ａに示した汚染物検出システムの側面図である。図１６ａは本発明に従った汚染物検出システムの互換的実施例の上面図である。図１６ｂは図１６ａに示した汚染物検出システムの側面図である。図１７ａは本発明に従った汚染物検出システムの互換的実施例の側面図である。図１７ｂは図１７ａに示された汚染物検出システムの線１７ｂ−１７ｂに沿って取った拡大した詳細な図である。図１８は本発明に従った汚染物検出システムの互換的実施例の側面図である。図１９は本発明に従った汚染物検出システムの互換的実施例の側面図である。図２０は図１８及び図１９に示された汚染物検出システムの受信信号の時間対振幅を示すグラフである。好適な実施例の詳細な説明ここで図１を参照すると、本発明に従う汚染物検出システム１００は送信機部１０２及び受信機部１０４を含む。送信機部１０２は、汚染物１１８が堆積する露出した表面１１５を有する外板１１４を通じて超音波導波（波のパケット１２８で表す）を送信する。導波に関してよく使用される用語には、薄板（plate）波、ラム（Lamb）波、対称（symmetric）波、圧縮（compressional）波、反対称（anti-symmetric）波、たわみ（flexural）波が含まれる。外板１１４は環境に露出される任意の形式の構造である。本発明の目的に対しては、外板１１４は典型的に翼の外殻である。しかしながら、外板１１４は汚染物に対して露出される多数の他の構造の任意の部分であってもよい。外板１１４は好適にはアルミニウム（Ａｌ）やチタニウム（Ｔｉ）のような金属などの好適な超音波伝送特性を有する材質からなる。しかしながら、複合物を含む他の材質も用いられ得ることに留意されたい。送信機部１０２は、電気的エネルギを超音波エネルギに変換する送信用超音波波形トランスジューサ又はプローブ１１０を含む。送信機回路１２２はライン１２６を通じてプローブ１１０に電気的信号を与える。プローブ１１０は、該プローブを入射角Ａに整合するカプラ又は結合用ウエッジ（くさび（wedge））１１６を経て外板１１４に音響的に結合される。角度Ａは、周波数が掃引されると外板１１４を通じて伝送される超音波が分散曲線に沿った多重共鳴又は共鳴点に対応する特定の位相速度値を達成するように選択される。トランスジューサ１１０、１１２は既知の多数の超音波プローブの何れのものでもよく、例えば、クラウトクラマ・ブランソン（Krautkramer Branson）から入手可能な圧電プローブ・モデル番号ＳＷＳ８でよい。送信用トランスジューサ１１０の直径は少なくとも外板の厚さの２倍であるべきであり、好適には少なくとも３倍である。トランスジューサの帯域は可能な限り広くするべきであり、それによって狭帯域励起関数（narrow band excitation function）が広い周波数範囲にわたって掃引され得る。受信部分１０４は、伝送された超音波信号を受信した対応する電気的信号に変換してライン１３２に与えるする受信用トランスジューサ又はプローブ１１２を含む。プローブ１１２は、該プローブを入射角Ｂに整合する結合用ウエッジ１３０によって外板１１４に音響的に結合される。角度Ｂは外板の厚さやその他の多数のファクタの関数として決定される。一定の厚さの外板に対しては、角度Ｂは送信用プローブの入射角Ａとほぼ等しくあるべきである。信号プロセッサ１２０は送信機回路１２２と受信機回路１２４を含む。送信機回路１２２はライン１２６に電気的送信信号を提供する。ライン１３２の受信された電気的信号は受信機回路１２４に与えられる。信号プロセッサ１２０はライン１３６によってホスト・コントローラ又はプロセッサ１３４に接続される。ホスト・コントローラ１３４は送信機回路１２２を制御して特定の送信信号を提供するようにし、デジタル化された受信したデータを受信し、記憶し、操作し、理解する。ホスト・コントローラは当業者には公知の多数のコンピュータのうちの任意のものでよい。示されたように信号プロセッサ１２０を１つのユニットで構成せずに、複数のユニットで構成してもよいことに留意されたい。カプラ１１６、１３０を、例えば、ポリメタクリル酸メチルや他のアクリル・ポリマーなどのような多数の適切な超音波伝送材質の何れで構成してもよい。図２を参照すると、導波のマルチモード特性及び多種の波の速度値が「分散曲線（dispersion curve）」に示されている。導波は外板に沿って伝搬する高い分散性の弾性波（highly dispersive elastic wave）であり且つ多くの振動共鳴点を有する。分散曲線は、或る構造を伝搬することを可能とされた固有共鳴（又は波の伝搬状態）を表す。分散曲線において示された各曲線又は「モード」は固有共鳴又は波の伝搬状態を表す。特定の波長又は周波数に厚さをかけた値（ｆｄ）に対する金属の外板における１２の異なる波の伝搬モード（モード１〜１２）が示されている。送信プローブの入射角Ａ（図１を参照せよ）は波の位相速度（phase velocity ）に関数的に関連する。従って、固定の送信プローブ入射角が特定の位相速度値を設定し、分散曲線上の水平ラインとして示されている。一対の水平ライン１５２、１５６は２つの異なる入射角の曲線における点を示す。ライン１５２はライン１５６のものよりも低い入射角を表す。垂直ライン１５４は周波数と厚さの積を一定に維持したときの変化する位相速度を示す。図３を参照すると、本発明に従って構成されたシステムにおける受信用トランスジューサからの受信信号の振幅対周波数を示す。送信された信号は多重周波数コンポーネント及び一定位相速度を有する。このグラフで見られる４つのピークは、超音波エネルギが最小損失で伝送される４つの共鳴点Ｒ１〜Ｒ４を表す。これらのピークは図２に示した分散曲線の共鳴点Ｒ１〜Ｒ４に対応する。４つの点Ｒ１〜Ｒ４は図２の４つの異なるモードのライン、モード２〜モード５、で見つけられることに留意されたい。図２及び図３を参照すると、表面に汚染物が存在することによって、図３の点Ｒ１〜Ｒ４のような曲線上の点の振幅、周波数又は位相速度の特性（又は特徴）が変化され得る。変化した特定の特徴及び変化量は、特定の汚染物についての共鳴点の有する「感度」のタイプとして説明することができる。特定の共鳴点は氷の層に対して高度に敏感であるが、水及び／又はグリコール又は他の汚染物に対しては敏感ではないことが発見されている。これらの感度は、そこから特徴が抽出され且つパターン認識汚染物分類装置への入力として用いられる周波数スペクトル全体に沿ってどこでも発生し得る。また、特定の共鳴点はグリコールに対して高度に敏感であるが、水及び／又は氷又は他の汚染物に対しては敏感ではない。他の共鳴点は氷／水／グリコール及び他の汚染物の異なる混合と関連して波の特性の変化を呈示する。送信位相速度及び周波数を特定的に選択して用いることによって、特別な浸透（penetration）及び感度の特性を伴う小さい励振ゾーン（excitation zone）が可能となる。すべての構造はこれらの好適な特性を有する一意的な共鳴点を有する。出願人は、適切な共鳴点が同時に分析されたときに複数の表面汚染物の区別及び分類が可能であることを発見した。それら点の識別は論理的モデル化又は経験的技術の何れかを用いてなされる。異なる汚染物に対しての特定の構造の応答のマッピングによって、抽出された特徴、特徴の比率及び適当な基準値に基づく分類アルゴリズムを提供するためにエキスパート・システムのようなホスト・コントローラ・システムが開発される。そのためには、もし検出システム、テストされる構造、及び汚染物自身の変化性のため共鳴点そのものを励振することが不可能でないならば、実際的ではないことを留意されたい。従って、本発明の実現において、比較的小さい励振「ゾーン」を励振する必要がある。１つのそのようなゾーンは影を付けられた円１５０として図２に示されている。小さいゾーンの励振は共鳴点の励振及び有意な分類データの提供を確実にする。この目的に見合うには、対象の共鳴点のまわりで０．５ｍｍ／秒よりも少ない位相速度帯域及び０．５ＭＨｚ・ｍｍより少ない周波数帯域の励振が好適である。例えば、或る構造は共通の位相速度を有する複数の共鳴点を用いてテストされる。従って、各点は一意的な周波数と厚さの積を有する。図２のライン１５２は、どのようにして共通位相速度が複数の共鳴点をもたらし得るかを示す。１つ又は複数のこれらの点はシステムの感度の要求を満足させ得る。図２のライン１５４は、どのようにして共通の周波数と厚さの積が異なる位相速度をもつ複数の共鳴点に対して用いられ得るかを示す。異なる共鳴点をラインに沿って掃引することによって励振することが可能であり、それによって測定間の変数を除く。また、本発明の検出システムは前述のように各測定に対して振幅、位相速度及び周波数を変化させることによって共鳴点の間を「ジャンプ」するようにプログラムされ得る。励振のシーケンスがどのようであっても、使用される各共鳴点は対象の状態に敏感な伝搬特性を有する。次に、汚染物は、幾つかの共鳴を伝送して次に適当な特徴抽出及びパターン認識技術を行うことによって分類される。導波はまた２つのベクトル・コンポーネントを有する粒子（particle）の動き関して説明され得る。コンポーネントはａ）波の進行の方向における粒子波動であり、偏波された面内変位（polarized in-plane displacement）（Ｕ）（即ち、外板の面に平行なもの）として知られるもの、又は、ｂ）進行の方向に垂直な粒子波動であり、偏波された面外変位（polarized out-of-plane displacement ）（Ｗ）（即ち、外板の面に垂直なもの）として知られるものである。これらの変位の関数は分散曲線の生成において得られた位相速度値又は固有値の関数として式化される。Ｗ変位は、導波が外板に沿って伝送するため、水の検出に敏感であり、Ｗ変位の存在は液体への漏洩に影響するものであり、従って波の振幅が大きく減少する。他方、Ｕ変位は水には敏感ではない。また、Ｕ変位及びＷ変位の両方とも、氷による吸収又は氷へのエネルギの漏洩があるので、氷の検出には敏感である。外板の露出した表面のＵ及びＷの変位の組み合わせを有する多重ベクトル・コンポーネントを有する導波（ここでは異なって偏波された又は多重偏波された波と言う）の送信が、汚染物の更なる分類を提供するためにより有効的且つ効率的である。例えば、ほぼ等しいＵ及びＷの表面の変位を有する波形が用いられ得る。特定の汚染物はこの波形を大きく減衰させ、更なる分類情報を提供し得る。更に、波形の周波数及び／又は位相速度を更なる分類情報を抽出するために（上述したように）変更し得る。図４ａ〜４ｃを参照すると、Ｕ及びＷの粒子変位の正規化された振幅分布が、図２に示された分散曲線のモード６で見つけられる４つの共鳴点に対する正規化された外板厚さに関して描かれている。これらの点は単なる例示的なものであり、波の構造は分散曲線に沿った何れの位置でも変化するものであり、システムの多数のパラメータ又は状態の何れかを変化させることによって波の構造が異なってくる、ということに留意されたい。各グラフの最上部ライン１５７（即ち、正規化された厚さの値０．５）は外板の露出された面を表す。従って、この位置での変位は外板表面と汚染物の境界での粒子の動きを表す。また、正規化された変位が−１．０から１．０まで描かれているが、その変位の絶対値が（実際の値よりも）有意な数である。Ｕ変位が外板の中心１５８について対称であり、Ｗ変位が反対称（antisymmetrical）であることが図４ａ〜４ｄにおいて見られる。図４ａを参照すると、約５．２のｆｄ値に対するＵ及びＷの粒子変位の正規化された振幅分布が示されている。表面でＵ変位は零に近く且つＷ変位は０．６付近であることが見られる。従って、モード６の曲線のこの共鳴点は支配的な面外変位コンポーネントを有する。図４ｂを参照すると、約７．５８のｆｄ値に対するＵ及びＷの粒子変位の正規化された振幅分布が示されている。表面でＷ変位は零に近く且つＵ変位は１．０付近であることが見られる。従って、モード６の曲線のこの共鳴点は支配的な面内変位コンポーネントを有する。図４ｃを参照すると、約９．１のｆｄ値に対するＵ及びＷの粒子変位の正規化された振幅分布が示されている。表面でＷ変位及びＵ変位は０．７付近であることが見られる。従って、モード６の曲線のこの共鳴点はほぼ等しい変位ベクトル・コンポーネントを有し、支配的な面内の変位又は面外の変位を有さない。図４ｃに示された共鳴点は、氷又は水以外の汚染物、又は図４ａ及び図４ｂに示された点で認識不可能な他の汚染物に対する好適な汚染物分類情報を提供する感度を有する。勿論のこと、これらの点の好適度は、外板の材質、翼の構成又は構造、外板の厚さ及びその他の多くのファクタに依存する。特定の共鳴点又はゾーンでの特定の外板を通して送信される導波における多種の既知の汚染物が有する影響を最初に経験的又は論理的に計算することにより汚染物の分類が可能であること、及び分散曲線の異なるモード間でジャンプすること又は１つのモードにとどまることの何れかによって導波の特性を変更できることが当業者には明白である。汚染物及び最も敏感又は有意な応答を生み出す波の状態（周波数、モード、波形、振幅、ベクトル・コンポーネントその他）がニューラル・ネットワークに記憶される。次に、エキスパート・システムが、異なって偏波された波形を含む多種の導波形で外板を超音波的に刺激し、リアル・タイムで実際の汚染物を分類するために用いられる。図５ａを参照すると、本発明に従って送信機回路１２２によって供給される典型的な送信信号は、示されたような形状にされたパルスである。好適には各パルスは０．２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚのオーダーの周波数の範囲にわたって１つの周波数で４〜５０サイクルを有する。他の波形を用いることも可能であることに留意されたい。例えば、パルスは異なる形状を有するものでもよく、その形状が一側に又は他側にスキューしたものや、さもなければ非対称のものでもよい。図５ｂを参照すると、用いられ得る互換的な送信パルスはデルタ関数に近いスパイクの形状のパルスである。このタイプのショック励振パルスは、もし臨界分散曲線（critical dispersion curve、クリティカル・ディスパージョン・カーブ）のすべてが一定位相速度線に沿って共鳴するのではないならば、複数の同時送信を提供する。次に、受信された信号は高速フーリエ変換（ＦＦＴ）又は他のデジタル信号処理方法を用いて送信情報の外挿（extrapolation）を行うためにホスト・コントローラに供給される。多重の共鳴を含む受信した導波は図３のグラフに示したものと類似である。次に、曲線のピークや谷のような周波数全体のシグネチャ（signature）又は特定の特徴は汚染物の分類のために分析される。デルタ関数パルスは高エネルギのパルスであるので、送信ソースとしてはレーザが好ましい。図６ａを参照すると、グラフは、図１に示したシステムと類似の構成のシステムにおける受信トランスジューサからの４つの受信した信号の振幅対周波数を示す。信号が送信された外板は汚染物がなかった。送信トランスジューサの入射角は約２６．２°であった。送信された信号は０〜２．５ＭＨｚ・ｍｍの掃引信号であった。曲線のピーク１６０〜１６３は、共通の入射送信角度（即ち、位相速度）で周波数が曲線を横切って掃引されるときの分散曲線上の理論的な点に対応する。特定の入射角での所与の周波数範囲を通じての信号の掃引は図２において線１５２又は１５６のような水平の線として最適に示されている。振幅のピーク１６０〜１６３は、異なる共鳴点に対する理論的分散曲線の点と水平の掃引線の交差部に対応する。例えば、図２の線１５２はｆｄ範囲０〜１２ＭＨｚ・ｍｍにおいてモード２、３、４、５、６及び７の分散曲線の点と交差する。図６ａのピーク１６０〜１６３は、０〜２．５ＭＨｚ・ｍｍ範囲及び入射角２６°に対する交差部の類似の点と対応する。図６ｂを参照すると、図６ａのグラフと類似のグラフが示されているが、外板は多種の量の水によって汚染されている。線１７０は約４５グラムの水が堆積した外板からの受信した信号を表す。線１７２はは約２５０グラムの水が堆積した外板からの受信した信号を表す。線１７４は約５００グラムの水が堆積した外板からの受信した信号を表す。受信した信号の減衰は外板に堆積した水の量に依存することが図６ｂから理解できる。図６ｃを参照すると、図６ａのグラフと類似のグラフが示されているが、外板は多種の量の氷によって汚染されている。線１８０は約３５グラムの氷が堆積した外板からの受信した信号を表す。線１８２は約２５０グラムの氷が堆積した外板からの受信した信号を表す。線１８４は約５００グラムの氷が堆積した外板からの受信した信号を表す。受信した信号の減衰は外板に堆積した氷の量に依存することが図６ｃから理解できる。図６ｄを参照すると、図６ａのグラフと類似のグラフが示されているが、外板は多種の量のグリコールによって汚染されている。線１９０は約３５グラムのグリコールが堆積した外板からの受信した信号を表す。線１９２は約２５０グラムのグリコールが堆積した外板からの受信した信号を表す。線１９４は約５００グラムのグリコールが堆積した外板からの受信した信号を表す。受信した信号の減衰は外板に堆積したグリコールの量に依存することが図６ｄから理解できる。図７を参照すると、電気的エネルギのパルスをトランスジューサ１１０に供給する送信機１２２は、線２１２上に特定の周波数で正弦波を供給するために用いられる数値制御発振器（numerically controlled oscillator）（ＮＣＯ）２１０を含む。ＮＣＯ２１０の周波数は約１００ＫＨｚから１０ＭＨｚまで変化できる。ＮＣＯ２１０は線２１６を通じてマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）２１４によって制御される。ＣＰＵ２１４は線１３６を通じてホスト・プロセッサによって制御される。発振器２１６はＣＰＵ２１４に線２１８を通じてクロック信号を供給する。線２１２上の送信搬送周波数波形は変調器２２０へ供給され、変調器は信号をエネルギ・エンベロープのパルスに変調して線２２４上をバッファ２２６へ供給し、バッファは緩衝増幅されたパルス・エネルギ・エンベロープ信号を線２２８上を送信トランスジューサ１１０へ供給する。変調器２２０はＤ／Ａ変換器２３２から線２３０に供給される変調制御信号によって制御される。Ｄ／Ａ変換器２３２には、パルス・エンベロープ・メモリ・ユニット２３８からのデータ線２３６から入力が供給される。パルス・エンベロープ・テーブル・メモリ２３８はデータ線２４２を通じてコンフィギュレーション可能ロジック・アレイ（ＣＬＡ）２４０から制御される。コンフィギュレーション可能ロジック・アレイ２４０はデータ線２４４を通じてＣＰＵ２１４によって制御される。また、コンフィギュレーション可能ロジック・アレイ２４０は、ＣＰＵ２１４に線２４６を通じてフィードバック・データを供給するために線２３６の出力エンベロープ・データを受信する。ＣＬＡ２４０、パルス・エンベロープ・メモリ・ユニット２３８及びＤ／Ａ変換器２３２は、ＮＣＯ２１０から線２１２に供給された正弦波を変調して特定の周波数でエネルギのパルスを線２２４に供給するためのエンベロープ生成器を構成する。エンベロープ生成器２５０は送信波形のパルス長、パルス形状及びパルス振幅にわたって制御を提供する。パルス長は３０ｎｓからそれ以上に制御することができる。パルス振幅は２５５の非零電力レベル出力設定のうちの１つにセットできる。時間の関数としてパルス振幅にわたる制御を提供することによって、所与の搬送周波数でのエネルギの整形されたパルスの生成が可能となる。パルス長及びパルス形状にわたるこの制御は送信波形のスペクトル内容にわたる制御を提供する。図１及び図８を参照すると、受信トランスジューサ１１２からの電気的信号出力は線１３２をハイ・パス・フィルタ３１０へ供給される。フィルタリングされた信号は線３１２上を、複数の増幅器３１６、３１８、３２０及びマルチプレクサ３２２からなる選択可能利得段３１４へ供給される。線３３０、３３２、３３４、３３６上の複数の「タップ」がマルチプレクサ３２２に与えられ、このマルチプレクサは線３２４を通じてＣＰＵによって制御される。マルチプレクサ３２２からの増幅された信号は線３４０上をアナログ・ミキサ３４２へ供給される。アナログ・ミキサ３４２は線３４０上の受信した信号を、ＣＰＵ２１４によって線３４８を通じて制御されるＮＣＯ３４６から線３４４に供給された正弦波と組み合わせる。結果的な中間周波数信号はミキサ３４２から線３５０上をクロック・チューン（同調）可能ハイ・パス・フィルタ３５２へ供給される。クロック・チューン可能ハイ・パス・フィルタ３５２は、ＣＰＵ２１４によって線３５８を通じて制御されるＮＣＯ３５６から線３５４を通じて供給されるクロック信号によってチューンされる。ハイ・パス・フィルタ３５２の出力は線３６０上をクロック・チューン可能ロー・パス・フィルタ３６２へ供給される。クロック・チューン可能ロー・パス・フィルタ３６２は、ＣＰＵ２１４によって線３６８を通じて制御されるＮＣＯ３６６から線３６４を通じて供給されるクロック・パルスによってチューンされる。フィルタ３５２及びフィルタ３６２は帯域通過フィルタを構成する。結果的なフィルタリングされた信号は線３７０上を整流器３７２へ供給される。整流された信号は線３７４上を５０％のオーバーラップで動作する一対の同一の積算器３７６、３７８へ供給される。積算器３７６、３７８の出力は線３８０、３８２上をそれぞれサンプラ（sampler）３８４へ供給される。サンプラ３８４は２つの信号を交互に切り替え、出力を線３８６上をＡ／Ｄ変換器３８８へ供給する。積算器３７６、３７８及びサンプラ３８４は、線３９２、３９４、３９６を通じてそれぞれＣＬＡ３９０によって制御される。Ａ／Ｄ変換器３８８のデジタル出力サンプルは線３９８を通じてＣＬＡ３９０に送られる。「リッスン・インターバル（listen interval、聴取間隔）」の終わりまで、データは線３９９を経てＣＰＵ２１４によって集められ且つ記憶される。「聴取間隔」の終わりに、ＣＰＵ２１４は線１３６を通じてデータ結果をホスト・コンピュータに戻す。ＮＣＯ３４６はミキサ３４２によって用いられるローカルの発振器周波数を制御するための数値制御されたサイン波を供給するために用いられる。ＮＣＯ２１０を経由での送信周波数及びＮＣＯ３４６を経由でのローカル発振器周波数の制御によって、中間周波数にわたる制御が与えられる。ＮＣＯ３５６及びＮＣＯ３６６はロー・パス機能及びハイ・パス機能を提供するためにフィルタ３５２及び３６２と関連して用いられる。これら２つのフィルタは帯域通過フィルタを提供するために用いられ、帯域幅及び中心周波数は簡単に制御できる。送信パルスのスペクトル内容は変化するので、受信機は該受信機の帯域幅を適当に調節することによって信号対ノイズ比を最大化するように構成されることができる。積算時間もまた容易に変更できる。積算時間は典型的に送信パルスに使用されるパルス長と等しく選択される。これは１つの積算サイクルの間に所与のパルスからできるだけ多くのエネルギを捕獲するように意図したものである。このパラメータを別の値に変更する能力によって、パルスの伸長が発生する状況に適合する手段が提供される。「聴取間隔」は容易に交換可能な別の変数である。この値は、結果をホスト・コンピュータ１３４に送り戻す前に幾つの積算器サンプルが集められるかを決定する。このパラメータは、送信パルス長とともに、システムのパルス受信速度を決定する。ＣＰＵ２１４は、好適には、１９．２ｋｂｐｓで動作するＲＳ−２３２シリアル通信ポートを通じてホスト・コンピュータ１３４と通信する。ホスト・コンピュータ１３４は通信ポートを通じて発行されたコマンドを通じて以下のパラメータ、即ち、送信発振器周波数、送信エンベロープ、ミキサ発振器周波数、ロー・パス・フィルタ・コーナー周波数、聴取間隔、送信パルス長、受信機利得、ハイ・パス・フィルタ・コーナー周波数、及び積算時間をセットする。上記のパラメータが指定されると、パルスが発生され且つ受信信号データ点が集められる。次に、データはホスト・プロセッサ１３４に戻されて処理される。次に、ホストは到着時間及び聴取間隔の間に測定された信号のピークの両方を判定する。次に、必要であれば、また、測定が再び行われるのであれば、ＣＤＳ１００の利得が変更される。測定は１つの周波数で狭帯域で容易に行われる。多くの単一周波数の測定が周波数スペクトルを作成するために用いられる。開始周波数、停止周波数、及び周波数ステップはすべてホスト・コントローラ１３４の制御のもとにある。図９を参照すると、本発明に従う汚染物検出システム４１０は６つのトランスジューサ・エレメント４１２、４１３、４１４、４１５、４１６、４１８を備える。矢印４２０によって表される導波はエレメント間を送られ、従って、翼４２２の対象となる範囲を網羅する。従って、このコンフィギュレーション（構成）は、２つのみのトランスジューサを用いるシステムよりも大きい翼の範囲を「カバー」する。多数の構成及び組み合わせの任意のものを用いることができるのは勿論のことである。例えば、送信される波が扇形に広がるように１つのトランスジューサ４１２を複数のトランスジューサ４１３〜４１５への送信のために用いてもよい。図１０を参照すると、本発明の互換的な実施例は外板４４０にくし形構成に配置された複数のトランスジューサ４３０〜４３７を含む。送信機４４２は線４４４〜４５１を通じてトランスジューサを駆動する。このアプローチは分散曲線の対象となる最適の共鳴点の選択において選択された位相速度及び周波数の値を生成することができる。トランスジューサは便利なように共通ハウジング４５２内に含まれる又は入れられる。図１１を参照すると、本発明の互換的な実施例はアレイ形構成で外板４７０に対して所定の角度でカプラに配置された複数のトランスジューサ４６０〜４６６を含む。送信機４７２は線４７４〜４８０を通じてトランスジューサを駆動する。時間遅延プロフィールでトランスジューサを制御することは、有効入射角の変化を介して位相速度を有効に変化させる。互換的な実施例は、特に、送信側と受信側の間の距離が小さい場合、非接触の超音波の送信側及び容量型の受信トランスジューサからなる。他の非接触の励振又は受信は導波を生成するために電磁トランスジューサ（ＥＭＡＴ）を用いて又は更にはレーザ・パルストランスジューサを用いて可能である。パルス・エコー・タイプのシステムを送信側及び受信側とともに透過探傷（th ru transmission）に対抗して用いることもできる。１つのトランスジューサを送信側及び受信側の両方として用いることもでき、それによって、検査される構造、又は更にはその上への超音波エネルギの漏洩を検出し且つそれを特定の方向に再び送る薄い金属ストリップ又はテープからなる導波路手段（wave guide）に依存して、エッジ反射（edge reflection）が可能である。図１０の送信機４４２及び図１１の送信機４７２は、どのトランスジューサ（単数又は複数）が特定の時間にパルスを発するかの選択を変化させることができる。パルスのタイプ、選択されるトランスジューサ（単数又は複数）及びトランスジューサのパルシング（pulsing）のシーケンス、及び他のパラメータを変化させることによって、分散曲線上の異なる共鳴点が得られる。例えば、各トランスジューサを順にパルスを与えるようにし、連続するパルス間の時間遅延を変化させることによって、異なる有効な入射角を得ることができる。同様に、１つおきのトランスジューサが順に、又は同時に、又はその他の順序でパルスを与えるようにしてもよい。また、８個又は７個のトランスジューサがそれぞれに示されているが、これ以外の数のものを使用してもよいことに留意されたい。また、図１０及び図１１は送信機トランスジューサを示しており、受信部分もまた送信機側のアレイと類似のトランスジューサ・アレイを、又は単に１つのエレメントを有し得ることに留意されたい。図１２を参照すると、本発明に従った互換的な実施例は、外板５２０に垂直な線５０８に対して異なる所定の角度Ｃ、Ｄでカプラ５１４に配置された一対のトランスジューサ５１０、５１２を含む。送信機５１６は線５１８及び５１９を通じてトランスジューサを駆動する。０．１２５インチ（１インチは約２．５４ｃｍ）の板に対して、最も効率的な汚染物データ収集シーケンスは、角度Ｃが２６ °のオーダーであり且つ角度Ｄが３８°のオーダーである場合に得られることが発見されている。また、２つよりも多く角度て配置される２つより多くのトランスジューサを使用できるのは勿論のことである。図１３ａ及び図１３ｂを参照すると、本発明に従った互換的な実施例は、特定のオリエンテーション（orientation）角度Ｆで外板５３４に対して所定の角度Ｅでカプラ５３２上に配置されたせん断波（shear wave、シヤー波）トランスジューサ５３０を含む。平らな層において存在する導波モードに加えて、シヤー水平（ＳＨ、shear horizontal）モードとして知られる時間調和波（time harmoni c wave）運動が存在する。水平シヤーという用語は、ＳＨモードの何れかによっての粒子の振動（変位及び速度）が層の表面に平行な面にあることを意味する。カプラ５３０の表面上のトランスジューサ５３０のオリエンテーション（角度Ｆ）は、入射エネルギのどれだけの量が発生する導波へ行くか、及びどれだけの量が発生するシヤー水平（ＳＨ）波へ行くかを決定する。ＳＨ波モードは純面内（ pure in-plane）シヤー波の合成であるので、層の表面に適用されるトラクションはまた面外（out-of-plane）シヤー・コンポーネントを有さねばならない。これは、カプラ５３０と外板５３２の間にシリコーン又は接着剤のような粘性の接触媒質（示さず）を与えることによって達成される。もしトランスジューサ５３０がシヤー波接触トランスジューサであるならば、カプラにおける粒子の振動はＸ₁−Ｘ₃面に横たわる。Ｘ₁及びＸ₃の変位の相対的な量は角度Ｅ及びＦの関数である。もし角度Ｆが０であるならば、トランスジューサのポーラリゼーション（ polarization、偏り）の方向はＸ₁軸と一致し、入射エネルギのすべては導波モードへ行く。角度Ｆが増加すると、導波とＳＨモードの間のエネルギの区分は角度Ｆが４５°に対しては等しくなる。Ｆ≧７２°に対しては、９０％より多くの入射エネルギがＳＨモードへ行く。ＳＨモードに置かれるエネルギの量を最大化するためには、角度Ｆを可能な限り９０°に近くするべきである。角度Ｆは９０ °が等しくなく、ＳＨ及び導波モードの両方が同時に発生されることが理解できる。図１４を参照すると、図１のシステムと類似であるが図１２に示されたものと類似の一対の送信トランスジューサを有する汚染物検出システムによる汚染物分類データを収集するためのフローチャートはステップ６１０を含み、このステップでホスト・コントローラは第１のパルス周波数Ｆ_d1、第２のパルス周波数Ｆ_d2 、第１のパルス振幅Ａ₁、第２のパルス振幅Ａ₂、第１のパルス形状ＰＳ₁、及び第２のパルス形状ＰＳ₂をセットする。ステップ６１２において、ホスト・コントローラは第１の送信トランスジューサにｆ_d1、Ａ₁、ＰＡ₁の特性を有する導波を外板を通じて送信するように命令する。ステップ６１４、６１６において、送信されたパルスは受信トランスジューサによって受信され、ホスト・コントローラによってデジタル化されて記憶される。ステップ６１８において新しい振幅がＡ_1+Nにホスト・コントローラによってセットされる。ステップ６２０において、増分された振幅は所定の値Ａ_1+Xを越えていないことを検証するように検査される。もしＡ_1+NがＡ_1+Xと等しくなければ、増分された周波数はステップ６１２において送信される。もしＡ_1+NがＡ_1+Xと等しければ、第１送信サイクルが第１の位相速度（第１の送信トランスジューサの入射角によって決定される）で第１の形状のパルスを送信している。次にステップ６２２において、ホスト・コントローラは第２の送信トランスジューサにｆ_d2、Ａ₂、ＰＡ₂の特性を有する導波を外板を通じて送信するように命令する。ステップ６２４、６２６において、送信されたパルスは受信トランスジューサによって受信され、ホスト・コントローラによってデジタル化されて記憶される。ステップ６２８において、振幅は所定の値Ｚを越えていないことを検証するように検査される。もし振幅がＺに達していたならば、ホスト・コントローラはステップ６１４、６１６、６２４及び６２６で収集され且つ記憶されたデータを用いて、ファジー・ロジック、ニューラル・ネットワーク、高速フーリエ変換、又は当業者に知られたその他のデジタル処理ツールを用いて汚染物を分類する。もし振幅がＺと等しくないならば、ステップ６３２において新しい振幅がホスト・コントローラによってＡ_2+Nにセットされる。ステップ６３４において、増分された振幅は所定の値Ａ_2+Yを越えていないことを検証するように検査される。もしＡ_2+NがＡ_2+Yと等しくなければ、増分された周波数はステップ６２２において送信される。もしＡ_2+NがＡ_2+Yと等しければ、第２送信サイクルが第２の位相速度（第２の送信トランスジューサの入射角によって決定される）で第２周波数範囲を通して掃引されている。次に、ステップ６３６において、汚染物がある場合にはそれが分類されたか否かの判定が行われる。汚染物が分類されていたならば、その結果が表示され、シーケンスはステップ６３８で終了する。もし汚染物が分類されていなければ、ステップ６４０において、新しい第１のパルス周波数Ｆ_d1、第２のパルス周波数Ｆ_d2、第１のパルス振幅Ａ₁、第２のパルス振幅Ａ₂、第１のパルス形状ＰＳ₁、及び第２のパルス形状ＰＳ₂がホスト・コントローラによってセットされ、ステップ６１２でパルスの送信及び汚染物の検出及び分類の更なる試行が開始する。パルスを第１の入射角で第１の周波数で送信し、次に第２の入射角で第２の周波数で送信することによって２つの異なる送信（伝送）共鳴点を達成でき、それによって外板に対する分散曲線上の異なる共鳴点を区別することに留意されたい。図１５Ａ、図１５Ｂを参照すると、本発明に従った互換的な実施例は翼７２０の上部に配置された汚染物検出シート７１０、７１２を含む。超音波送信プローブ７１６はカプラ７１４、シート７１０、７１２を通じて導波を送信し、その導波はカプラ７２４を通じて受信側プローブ７２２によって受信される。プローブ７１６、７２２はそれぞれ線７１８、７２６を経由して制御される。翼の上部に配置される汚染物検出シート７１０、７１２を使用することによって、翼自身を通じて直接に送信することに関連する多くの問題が除かれる。これは、翼自身が不均一な厚さ、ひび、化学的に削られた切除範囲及びその他の変則的部分、及び構造部分（例えば、締め金、リベットなど）を有するからである。翼のこれらすべての特徴は導波の伝送に対して破壊的な影響を及ぼす。シート７１０、７１２は厚さその他が均一であり、従って、各飛行機に対して普遍的な予測可能な送信結果を提供する。更に、これらのシートは損傷した場合に容易に交換できる。図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、本発明に従った互換的な実施例は翼７３４の上部に配置された汚染物検出シート７３０、７３２を含む。超音波プローブ７３６、７３７はカプラ７３８を通じて導波の送信及び受信を行い、且つ線７４０によって制御される。このように、汚染物の分類を行うために１つのみのプローブが必要である。波のエネルギをより有効に使用するためにプローブ７３６を楕円の焦点又はその近くに配置するとよい。シート７３０、７３２は図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて説明されたものと類似であるが、丸い又は楕円の又はその他の形状の端部７３９、７３８、７４０を有する。端部の形状が適当な信号分析に依存することは勿論のことである。楕円状の端部は、プローブから材質を通ってプローブへ戻るすべての経路長が等しいので、好適である。これは、楕円形状のアルミニウム・プレートに置かれたエネルギのパルスはそのエネルギのすべてが同時に戻ってくることを意味する。シート７１０、７１２、７３０、７３２は翼の上部に結合するか、又は例えば、リベット、ねじ、ナット、ボルトその他の取り付け手段を用いて取り付けるとよい。しかしながら、最善の結果をだすためにはシートが翼の表面から音響的に分離されるべきであることに留意されたい。従って、音響的にシートがより厚いシートとして現れるのを防ぐように、２つの表面の間に音響的不一致を与えることが推奨される。シートを翼から音響的に分離するために多種の接着剤、泡状部材（foam）、又はパッドが用いられる。図１７Ａ及び図１７Ｂを参照すると、本発明に従った互換的な実施例は、翼７５４上に配置されたＰＶＤＦ薄型センサ７５２を保護する外部保護外板７５０を含む。ＰＶＤＦ薄型センサ７５２は、上部の両面接着層７５６、センサ電極７５８、ＰＶＤＦフィルム（薄膜）７６０、下部センサ電極７６２、及び下部の両面接着層７６４を備える。層７５０、７５６、７５８、７６０、７６２及び７６４は質量、ばね及びダンパからなる機械的システムを有効的に作り出す。周波数の関数として機械的システムをシミュレートするために必要な複素インピーダンスを測定することによって、保護外部層７５０上に位置する汚染物７７０を分類することが可能である。また、汚染物の量を判定することも可能である。図１８を参照すると、本発明に従った汚染物検出システムの互換的な実施例８００は、翼８１８の上部に配置された汚染物検出シート又はストリップ８１６を有する。超音波プローブ８１０はカプラ８１２を通じて導波（線８１４で示す）を送信及び受信し、且つ線８０を通じて制御される。シート８１６は、出力されるエネルギと反射されたエネルギとの両方に対する導波路手段として働く。複数のＰＶＤＦフィルム・トランスジューサ８２２〜８２６がシート８１６の外に出ていない側に配置され、シート８１６の上部の汚染物８２８からのエネルギの漏れを捕獲する。汚染物情報を得るために使用される前述した減衰及び他の特徴に加えて、ＰＶＤＦトランスジューサは汚染物位置情報を提供する。図１８に示される実施例に対しては外部に配置される汚染物シートが必要ではないことに留意されたい。換言すると、シート８１６はまた外板自身を表し得る。従って、構造８１８は下にあるその他の翼の構造物を表し得る。従って、トランスジューサ８２２〜８２６は外板の下に直接に配置される。図１９を参照すると、本発明に従った汚染物検出システムの互換的な実施例８３０は、汚染物８３４を集めるものであり且つ翼の上に配置される汚染物収集シート又はストリップ８３２を含む。超音波プローブ８３８はカプラ８４２を通じて導波（線８４０で示される）を送信し、且つ線８４４を通じて制御される。シート８３２は出力するエネルギに対する導波路手段として働く。第２のシート又はストリップ８４６が収集シート８３２と翼８３６の間に配置される。シート８４６は反射されたエネルギ（線８４８で示される）に対する導波路手段として働く。反射されたエネルギはカプラ８５２を通じて受信トランスジューサ８５０によって受信される。電気的な受信信号は線８５４に供給される。汚染物８３４からのエネルギの漏れ及び反射を反転するため及びエネルギをトランスジューサ８５０に戻すために複数のスリット８５６がシート８４６に設けられる。汚染物情報を得るために使用される前述した減衰及び他の特徴に加えて、スリット８５６は汚染物位置情報を提供する。図１９に示された実施例に対しては、外側に配置された汚染物シートは戻る信号に対して必要ではないことに留意されたい。換言すると、シート８４６は外板自身を表し得る。従って構造８３６は下にあるその他の翼の構造物を表す。従って、スリット８５６は外板自身に作られ得る。図２０を参照すると、グラフは、図１８及び図１９に示された実施例に従った汚染物検出システムに対する典型的な振幅対時間のプロフィールを示す。線８６０は汚染されていない外側シートによって予測される曲線を表す。線８６２は汚染された外側シートからの曲線を表す。ここで見られるように、受信信号の振幅は点８６４、８６６で低下する。特定の伝送モードの群速度が既知であるので、点８６４、８６６での汚染物の位置が、振幅の低下が発生する時間から判定される。本発明は例示的な実施態様を参照して示され且つ説明されたが、上述の及び多種のその他の変更、省略、及び付加が本発明の精神及び範囲から逸脱することなくなされ得ることが当業者には理解されるであろう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】１９９６年６月２４日【補正内容】１．構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記構造の表面上の複数の異なる既知の汚染物状態に対しての前記構造の応答のマッピングを行うステップであって、前記構造を通じて前記構造の異なる共鳴点で複数の音響導波を送信するステップであって前記構造の表面上の既知の汚染物状態の各々に対して行われる送信するステップ、波を受信するステップ、及び前記既知の汚染物状態の各々を示す受信信号を形成するステップを備える、ステップと、前記構造の表面上に未知の汚染物を有する前記構造を通じて前記構造の前記共鳴点で複数の音響導波を送信するステップ、未知の汚染物を有する前記構造を通じて送信された波を受信するステップ、及び前記未知の汚染物を示す受信信号を形成するステップと、前記未知の汚染物を分類するために前記未知の汚染物を示す前記受信信号と前記既知の汚染物状態を示す受信信号を比較するステップとを備える方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者ピーターソン，マイケル・トッドアメリカ合衆国ミネソタ州55044，レイクビル，ハロン・コート 16156 (72)発明者リーディオ，フィリップ・オットーアメリカ合衆国ミネソタ州55378，サベイジ，ゾッパ・サークル 4183

Claims

【特許請求の範囲】１．構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記構造の表面上の複数の異なる既知の汚染物状態に対しての前記構造の応答のマッピングを行うステップであって、前記構造を通じて前記構造の異なる共鳴点で複数の音響導波を送信するステップであって前記構造の表面上の既知の汚染物状態の各々に対して行われる送信するステップ、未知の汚染物を有する前記構造を通じて送信された波を受信するステップ、及び前記既知の汚染物状態の各々を示す受信信号を形成するステップを備える、ステップと、前記構造の表面上に未知の汚染物を有する前記構造を通じて前記構造の前記共鳴点で複数の音響導波を送信するステップ、波を受信するステップ、及び前記未知の汚染物を示す受信信号を形成するステップと、前記未知の汚染物を分類するために前記未知の汚染物を示す前記受信信号と前記既知の汚染物状態を示す受信信号を比較するステップとを備える方法。２．請求項１に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、送信される前記の導波の両方が共通の位相速度を有する、方法。３．請求項１に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記の前記未知の汚染物を有する前記構造の表面を通じて導波を送信するステップは、送信トランスジューサを動作させるステップを備え、且つ前記の前記未知の汚染物を有する前記構造を通じて導波を受信するステップは、前記送信トランスジューサとは別の受信トランスジューサを動作させるステップを備える、方法。４．請求項１に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記の前記未知の汚染物を有する前記構造の表面を通じて導波を送信及び受信するステップは、共通のトランスジューサの送信及び受信のために共通のトランスジューサを動作させるステップを備える、方法。５．外板上の汚染物を分類する方法において、第１の伝送共鳴において前記外板を通じて第１の導波を送信するステップ、前記第１の導波を受信するステップ、及びそれを示す第１の受信信号を提供するステップと、前記第１の伝送共鳴と異なる第２の伝送共鳴において前記外板を通じて第２の導波を通じて送信するステップ、前記第２の導波を受信するステップ、及びそれを示す第２の受信信号を提供するステップと、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較するステップとを備える方法。６．請求項５に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記の導波は共通の位相速度で伝送される、方法。７．請求項５に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記の前記未知の汚染物を有する前記構造を通じて第２の導波を送信するステップは、送信トランスジューサを動作させるステップを備え、且つ前記の前記未知の汚染物を有する前記構造を通じて第２の導波を受信するステップは、前記送信トランスジューサとは別の受信トランスジューサを動作させるステップを備える、方法。８．請求項５に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する方法において、前記の前記未知の汚染物を有する前記構造を通じて第２の導波を送信及び受信するステップは、送信及び受信のために共通のトランスジューサを動作させるステップを備える、方法。９．外板上の汚染物を分類する方法において、前記外板上に汚染物検出シートを配置するステップと、第１の伝送共鳴において前記汚染物検出シートを通じて第１の導波を送信するステップ、前記第１の導波を受信するステップ、及びそれを示す第１の受信信号を提供するステップと、第２の伝送共鳴において前記汚染物検出シートを通じて第２の導波を送信するステップ、前記第２の導波を受信するステップ、及びそれを示す第２の受信信号を提供するステップと、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較するステップとを備える方法。１０．外板上の汚染物を分類する装置において、第１の伝送共鳴において前記外板を通じて第１の導波を送信するため及び第２の伝送共鳴において前記外板を通じて第２の導波を送信するための送信機と、前記第１の導波を受信し且つそれを示す第１の受信信号を提供するため及び前記第２の導波を受信し且つそれを示す第２の受信信号を提供するための受信機と、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較するための信号プロセッサとを備える装置。１１．請求項１０に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する装置において、前記送信機は導波を共通の位相速度で伝送する、装置。１２．請求項１０に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する装置において、前記送信機は導波を送信トランスジューサを用いて送信し、前記受信機は導波を前記送信トランスジューサとは別の受信トランスジューサを用いて受信する、装置。１３．請求項１０に記載の構造の表面上の未知の汚染物を分類する装置において、前記送信機及び受信機は共通のトランスジューサを備える、装置。１４．外板上の汚染物を分類する装置において、前記外板に配置される汚染物検出シートと、第１の伝送共鳴において前記汚染物検出シートを通じて第１の導波を送信するため及び第２の伝送共鳴において前記汚染物検出シートを通じて第２の導波を送信するための送信機と、前記第１の導波を受信し且つそれを示す第１の受信信号を提供するため及び前記第２の導波を受信し且つそれを示す第２の受信信号を提供するための受信機と、前記第１及び第２の受信信号を所定のテスト信号と比較するための信号プロセッサとを備える装置。