声波传播影像化装置和方法制造方法及图纸

一种声波传播影像化装置(10)，具备：声波赋予部(12)，其在作为测定对象的物体(11)的表面的规定位置处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波；物理量测定部(15)，其对由于所述声波从所述规定位置起在所述表面传播而发生的周期性地变化的物理量进行测定，并且对该周期性的变化中的至少三个不同的相位处的物理量进行测定；周期函数获取部(23)，其基于所述至少三个不同的相位处的物理量，来求出表示该物理量的周期性的变化的周期函数。

Acoustic Wave Propagation Imaging Device and Method

A sound wave propagation imaging device (10) is provided with: an acoustic wave assignment unit (12), which assigns a sound wave whose time waveform is represented by a continuous periodic function at a specified position on the surface of an object (11) to be measured, and a physical measurement unit (15), which measures the physical quantities periodically varying due to the propagation of the sound wave from the specified position on the surface. The physical quantities at at at least three different phases of the periodic change are measured, and the periodic function acquisition unit (23) derives the periodic function representing the periodic change of the physical quantities at at at least three different phases.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】声波传播影像化装置和方法
本专利技术涉及一种将在作为测定对象的物体的表面传播的声波影像化的装置和方法。
技术介绍
作为以非接触的方式分析混凝土、钢铁构造物等物体的表面或内部的状态(缺陷等)的方法之一，存在利用声波的方法。当对物体的表面的一个点赋予声波时，该声波在物体的表面、内部传播。此时，声波在物体的表面、内部传播的样态反映物体表面、内部的状态(例如有无缺陷)。因而，通过对声波在物体表面传播的速度或方向、其连续性等进行测定，能够分析物体表面、内部的状态(例如专利文献1)。在专利文献1所记载的声波传播影像化装置中，如图1所示，事先在物体表面的规定的一处(测定点)安装压电传感器，对物体表面依次照射脉冲激光，来对该物体表面的规定范围进行扫描。而且，利用所述压电传感器来检测在该规定范围内的各照射点发生的热励发振动的强度，并将该热励发振动的强度数据化。由于物体内的两点之间的振动(声波)的传播特性中具有可逆性(对称性)，因此将从各照射点到测定点的振动数据作为从测定点到各照射点的振动数据来处理，由此获得表示该规定范围内的振动的情形的运动图像(影像)。使用者能够基于像这样获得的振动伝播的影像来分析该物体的表面、内部的状态。专利文献1：日本特开2006-300634号公报非专利文献1：山口一郎，“位相シフトデジタルホログラフィによる形状と変形の測定(基于移相数字全息摄影的形状及变形的测定)”，实验力学，Vol.1(2001)，No.4，p.191-196非专利文献2：吉泽徹、铃木贤策，“格子パターン投影による三次元形状の自動測定(基于光栅图案投影的三维形状的自动测定)”，精密工学会刊，Vol.53(1987)，No.3，p.422-426非专利文献3：李志远、王庆华、有川秀一、米山聪，“面内変位分布計測におけるデジタル画像相関法とサンプリングモアレ法の比較研究(面内位移分布测量中的数字图像相关法与采样云纹法的比较研究)”，实验力学，Vol.15(2015)，No.4，p.303-308
技术实现思路
专利技术要解决的问题在现有技术中，作为向物体赋予的声波，使用了脉冲波。在该情况下，为了捕获作为测定对象的整个视野的振动的情形，需要在包括反射波在内的脉冲波横穿整个视野的时间内进行采样。另外，为了将声波显示为具有连续性的传播影像，需要针对声波的频率、传播速度进行足够数量的采样，从而存在测定的数据量变大这样的问题。本专利技术要解决的问题在于，提供一种能够从少量的采样获得具有连续性的声波的传播影像的声波传播影像化装置和方法。用于解决问题的方案为了解决上述问题而完成的本专利技术所涉及的声波传播影像化装置具备：a)声波赋予部，其在作为测定对象的物体的表面的规定位置处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波；b)物理量测定部，其对由于所述声波从所述规定位置起在所述表面传播而在该表面上的各位置周期性地变化的物理量进行测定，并且对该周期性的变化中的至少三个不同的相位处的物理量进行测定；以及c)周期函数获取部，其基于所述至少三个不同的相位处的物理量，来求出表示该物理量的周期性的变化的周期函数。所述物理量例如是声压、位移、速度或加速度，或者是它们的空间微分、时间微分、空间差分或时间差分。所述物理量的测定能够通过使用麦克风或压电元件等的机械方式的测定、向物体表面的规定范围照射光来测定由于声波而被调制后的反射光的光学方式的测定等来进行。在本专利技术所涉及的声波传播影像化装置中，在作为测定对象的物体的表面的规定位置(例如端部)处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波。这能够通过例如在表面的一处安装压电元件并在该表面的一处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波来实施。另外，作为时间波形由连续性的周期函数表示的声波，例如能够使用呈正弦波状变化的声波，除此以外，还可以使用包含一次至多次的高次谐波分量的声波。当所述声波传播到物体的整个测定视野时，在该视野内的物体表面的各位置，物理量以与声波相同的周期变动。物理量测定部从物理量的变动周期(即，声波的周期)中求出三个以上不同的相位时间点，在这些相位时间点测定物体表面的各位置处的物理量。当对例如在相位为0、2π/3、4π/3的相位时间点测定物理量的情况进行说明时，由于在物体表面的各位置处物理量周期性地变动，因此不需要在一个周期中对这些各位置处的物理量进行三次测定，只要对反复发生的物理量的变化在不同的相位处进行三次(例如在3个周期中)测定即可。因而，即使在频率、传播速度大的情况下，也能够可靠地测定物理量。而且，基于通过测定获得的三个不同的相位处的物理量的值，来求出表示物体表面的各位置处的物理量的变化的周期函数。当通过像这样获得周期函数时，能够以期望的相位间隔求出物理量的值。通过将使用周期函数以期望的相位间隔求出的物理量的值变换为亮度(浓淡)或颜色来生成图像，通过将生成的图像按相位时间顺序进行排列并连续地进行显示，能够生成具有足够的连续性的声波的传播影像。此外，此处提及的相位时间是指基于相位规定了时间轴。本专利技术所涉及的声波传播影像化装置能够采用以下结构，还具备：d)物理量运算部，其使用所述周期函数，来以预先决定的相位间隔求出物理量的值；以及e)影像化部，其使用由所述物理量运算部求出的物理量的值，来将所述表面上的声波的传播影像化。在该方式的声波传播影像化装置中，能够使物理量的运算和影像化自动地进行，从而能够更加简便地获得声波的传播影像。在本专利技术所涉及的声波传播影像化装置中，在从声波赋予部向物体赋予的声波具有单个频率成分的情况下，所述物理量测定部测定物理量的相位至少为三个即可，但有时根据物体的表面的状态不同而产生高次谐波。另外，在物体的内部空洞等缺陷部中，有时具有固有的共振频率，通过赋予共振频率附近的频带内的声波，能够有效地探测缺陷部。但是，通常在测定前的阶段无法获知该共振频率，因此为了有效地探测缺陷部，需要赋予多个频率的声波来搜索共振频率。此时，通过使从声波赋予部向物体赋予的声波中包含高次谐波分量，能够将多个频率的声波同时向物体赋予。在这些情况下，在所述物理量的周期性的变动中包含高次谐波分量，因此所述物理量测定部优选是对互不相同的2n+1个(n为2以上的整数)以上的相位处的物理量进行测定。由此，能够捕获n次的高次谐波分量的周期性的物理量的变化。在本专利技术所涉及的声波传播影像化装置中，能够通过光学方式的测定来求出所要测定的所述物理量。即，所述物理量测定部能够设为具备光照射部和光测定部的结构，其中，该光照射部用于向所述表面的测定对象区域照射光，该光测定部对在所述测定对象区域发生了反射的光的强度分布进行测定。在上述方式中，特别优选的是，设为具备微分干涉斑纹成像光学系统的结构。此时，所要测定的所述物理量成为物体表面的位移的空间差分。在微分干涉斑纹成像(也被称为剪切成像)的光学系统中，将来自物体表面的光进行二分割，在对该分割后的光束之间赋予微小的角度差之后，通过使该光束成像，能够得到斑纹像(在物体表面图像中叠加有斑纹的像)的微分干涉像。而且，通过一边使两个光束的光路长度差变化一边对微分干涉像中的各像素处的光强度的变化进行测定，能够求出来自投影到各像素中的物体表面上的两个点的光的相位差(移相法。非专利文献1)。另外，为了解决上述问题而完成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声波传播影像化装置，其特征在于，具备：a)声波赋予部，其在作为测定对象的物体的表面的规定位置处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波；b)物理量测定部，其对由于所述声波从所述规定位置起在所述表面传播而发生的周期性地变化的物理量进行测定，并且对该周期性的变化中的至少三个不同的相位处的物理量进行测定；以及c)周期函数获取部，其基于所述至少三个不同的相位处的物理量，来求出表示该物理量的周期性的变化的周期函数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种声波传播影像化装置，其特征在于，具备：a)声波赋予部，其在作为测定对象的物体的表面的规定位置处赋予时间波形由连续性的周期函数表示的声波；b)物理量测定部，其对由于所述声波从所述规定位置起在所述表面传播而发生的周期性地变化的物理量进行测定，并且对该周期性的变化中的至少三个不同的相位处的物理量进行测定；以及c)周期函数获取部，其基于所述至少三个不同的相位处的物理量，来求出表示该物理量的周期性的变化的周期函数。2.根据权利要求1所述的声波传播影像化装置，其特征在于，还具备：d)物理量运算部，其使用所述周期函数，来以预先决定的相位间隔求出物理量的值；以及e)影像化部，其使用由所述物理量运算部求出的物理量的值，来将所述表面上的声波的传播影像化。3.根据权利要求1所述的声波传播影像化装置，其特征在于，由所述物理量测定部进行测定的相位为2n+1个以上的不同的相位，获取周期性地变化的物理量的第n次高次谐波分量，其中，n为2以上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：畠堀贵秀，长田侑也，田窪健二，
申请(专利权)人：株式会社岛津制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP