(57)【要約】【課題】異常音検出箇所においてのみ超音波を検出する構成を含むことにより、異常音の発生箇所を同定することができる異常音検知装置及び方法を提供する。【解決手段】光ファイバ４を介して接続された複数の光音響媒質部５で構成されたセンサ部２と、光波を出力する光源３と、光源に接続され光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバ４ａと、光源側ファイバを伝搬する光波をセンサ部の光ファイバへ伝搬させて更にセンサ部より反射した光波を光電変換部側ファイバへ伝搬させる光サーキュレータ９と、光電変換部側ファイバに接続されセンサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部６と、光電変換部からの電気信号が閾値を越えているとき異常音の発生を検知して、電気信号から取得した時間情報と複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、異常音の発生箇所を同定する信号処理部７で構成された検出部１とで異常音検知装置を構成する。【選択図】図１
2013253831.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続されて、前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、前記異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する信号処理部とを備える、
異常音検知装置。
【請求項２】
前記信号処理部は、
前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知する異常音判定部と、
前記異常音判定部で、前記電気信号が前記閾値を越えていると判定して異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する同定部とを備える、請求項１に記載の異常音検知装置。
【請求項３】
前記信号処理部は、
前記光電変換部からの取得した前記電気信号から測定周波数帯域以外の周波数成分を除去する処理を行うフィルタリング処理部と、
前記フィルタリング処理部で処理した信号と閾値とを比較して、前記フィルタリング処理部で処理した信号が前記閾値を超えているとき、異常音が発生したと判定する異常音判定部と、
前記異常常音判定部で判定した前記閾値を超える前記信号の時刻を計測するとともに、計測した時刻と基準時刻との差を計算する計測部と、
前記計測部で計算した差と、前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する同定部とを備える、請求項１に記載の異常音検知装置。
【請求項４】
前記光音響媒質部がシリカ乾燥ゲルである請求項１〜３のいずれか１つに記載の異常音検知装置。
【請求項５】
前記光波はレーザ光である請求項１〜４のいずれか１つに記載の異常音検知装置。
【請求項６】
前記光波はパルス光である請求項５に記載の異常音検知装置。
【請求項７】
前記光波は連続光である請求項５に記載の異常音検知装置。
【請求項８】
前記光入出力ポートと前記センサ部との間に配置されて、参照光を発生させる参照光発生部を備えて、前記参照光発生部で発生した前記参照光を基に前記計測部が前記基準時刻を取得する請求項３に記載の異常音検知装置。
【請求項９】
前記光源は連続光であり、
前記光源の後段でかつ前記センサ部の前段となる位置に光スイッチを備えて、前記光スイッチの駆動信号を基に前記計測部が前記基準時刻を取得する請求項３に記載の異常音検知装置。
【請求項１０】
センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、光ファイバを介して接続された共振波長の異なる複数のファブリペローファイバ共振器で構成され、
前記複数のファブリペローファイバ共振器は、それぞれ、光音響媒質部及び前記光音響媒質部の両端に配置されたファイバグレーティングとにより構成され、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記センサ部の一端を構成する光ファイバに一端が接続されかつ他端が前記光源に接続され前記光源からの前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記センサ部のもう一端を構成する光ファイバに、透過波長域を動的に調整可能な波長フィルタを介して、一端が接続された光電変換部側ファイバの他端に接続され、前記センサ部を伝搬した前記光波を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続されて、前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、前記異常音の発生を検知した場合には、前記波長フィルタの透過波長域を各ファブリペローファイバ共振器の共振波長に順次合わせて信号取得し、取得した電気信号を閾値と順次比較して閾値の値を超える場合の共振波長を記憶し、記憶した共振波長の情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する信号処理部とを備える、
異常音検知装置。
【請求項１１】
センサ部と検出部とを備え、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
信号処理部とを備える異常音検知装置による異常音検知方法であって、
前記信号処理部において、
前記光電変換部からの前記電気信号を取得し、
前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、
前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、
前記異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する、
異常音検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス配管の漏洩音等の超音波を伴う異常音を検知して異常診断する装置及び方法に係わり、とくに耐電磁波ノイズ性の良い検出を行う異常音検知装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ものづくりの現場において、工場設備の保全はコストと安全衛生との両方の観点から重要視されており、ガス配管の漏洩又は装置の故障などに対する早期診断の要望が高まっている。配管におけるガスの漏洩は、ロスによるコスト増大をもたらす他、危険ガスの流出又は酸素濃度低下による窒息の原因となる恐れがあり、早期のメンテナンスが必要である。装置の故障においても、生産計画への影響又は予期せぬ動作による労働災害を引き起こす可能性があり、故障の予兆となる異常の診断需要が高まっている。
【０００３】
非特許文献１によれば、配管からガスが漏洩する際に１０ｋＨｚをピークに低周波から高周波まで幅広い周波数成分を持った音響波が発生する。この際の音響波の大きさ又は周波数は、ガス圧又はリーク箇所の大きさによって変化する。また、コンプレッサなどによる周囲環境音は、低周波成分が大きく、周波数成分が高くなるに従ってパワーが小さいという特徴がある。市販のガス漏洩検査装置としては、周囲環境音との差異がとりやすい４０ｋＨｚ付近の超音波を検出することにより漏洩箇所を診断する装置が株式会社アズビルより市販されている（品名：リークディテクターＩＩ、型番：AAM-PWLEAK02）。
【０００４】
また、非特許文献２によれば、モータ又はポンプ等回転機器の軸受部の異常など、動機械、静機械類が異常の発生とともに可聴域（２０〜２０ｋＨｚ）、超音波域（２０ｋＨｚ〜）に様々な音を発生し、またミクロな破壊に際しては１００ｋＨｚを超えるＡＥ信号が発生することが知られている。これらの音の検知を行うことにより、ベアリングの異常又は潤滑油不良、増・減速機の歯当たり磨耗又は回転機器緩みなどの診断に効果を挙げている。
【０００５】
これら市販の診断装置では、電気機械式の超音波センサが用いられている。電気機械式の超音波センサでは、異常音などの超音波が空気中を伝搬した後に振動板に入射して振動板を振動させ、その振動を圧電効果又は静電容量の変化などにより電気信号として取り出す。そのため、電磁波ノイズの大きい環境化では、超音波を受波した際に生じる電気信号にノイズ信号が干渉することがあり、動作に影響が出てしまうという課題がある。
【０００６】
電磁波ノイズに強い超音波センサもしくは検知装置としては、音響波を光と作用させて検知するものが開示されている。
【０００７】
特許文献１では、図２８に示すように、導波路１１１である光ファイバに何らかの摂動１１４が生じた際に、逆伝搬信号法を用いて摂動１１４の生じた位置を同定する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００２−５３３６７２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】「漏洩音の音響特性と騒音下における検出方法」,小谷 学 他, 計測自動制御学会論文集, vol.35, No.4, P.554-559, (1999)
【非特許文献２】「音響診断技術の活用事例」, 堀田 洋, Ｓａｖｅｍａｔｉｏｎ  Ｒｅｖ,２２巻, １号, P.36-45(2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の装置では、光波の伝搬時間を測定することにより、光ファイバ１１１内のいずれの箇所で摂動１１４が生じたかを同定することができる。これを用いて超音波域の異常音発生箇所の同定を行うためには、異常音検出箇所においてのみ選択的に超音波による摂動が発生し、他の箇所では超音波による摂動が発生しないという構成が重要となる。しかしながら、特許文献１においては、超音波域の音に対して選択的に摂動を生じさせる手段について言及していない。
【００１１】
前記課題を鑑みて、異常音検出箇所においてのみ超音波を検出する構成を含むことにより、異常音の発生箇所を同定することができる異常音検知装置及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【００１３】
本発明の１つの態様によれば、センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続されて、前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、前記異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する信号処理部とを備える、
異常音検知装置を提供する。
【００１４】
これらの概括的かつ特定の態様は、システム、方法、コンピュータプログラム並びにシステム、方法及びコンピュータプログラムの任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の前記態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態による異常音検知装置を示す図
【図２Ａ】異常音を受波する部分の構成を示す平面図
【図２Ｂ】異常音を受波する部分の構成を示す断面図
【図３Ａ】光音響媒質部の接続の仕方を説明する図
【図３Ｂ】光音響媒質部の接続の仕方を説明する図
【図３Ｃ】光音響媒質部の接続の仕方を説明する図
【図４】光ファイバの構造を説明する図
【図５】超音波を含む高周波域での周波数特性の測定結果を示す図
【図６】第１実施形態において、超短パルス光を使用する異常音検知装置を示す図
【図７Ａ】信号処理部の異常音箇所同定方法の処理フローの一例を示す図
【図７Ｂ】図７Ａの処理を実施する信号処理部の構成の一例を示すブロック図
【図７Ｃ】信号処理部の構成の一例を示すブロック図
【図７Ｄ】信号処理部の構成の一例を示すブロック図
【図７Ｅ】信号処理部の構成の一例を示すブロック図
【図７Ｆ】信号処理部の構成の一例を示すブロック図
【図８】可聴域での周波数特性の測定結果を示す図
【図９】図７ＡのステップＳ２の詳細な処理フロー図
【図１０】連続光による第１の実施形態による異常音検知装置を示す図
【図１１】図７ＡのステップＳ３の処理の変形例を示すフロー図
【図１２】光ファイバの検知レベルが閾値を超える様子を、電圧と時間との関係で示す図
【図１３Ａ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、正常動作の場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図１３Ｂ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常音検知の場合を示す図
【図１３Ｃ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常音ピーク検知の場合を示す図
【図１３Ｄ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常箇所同定閾値の設定状態を示す図
【図１３Ｅ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、閾値超え時刻の検出状態を示す図
【図１３Ｆ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常箇所を同定する場合に参照するデータベースを示す図
【図１４】信号処理部の閾値設定部が複数の閾値を有する場合の信号処理部の処理を示すフローチャート
【図１５Ａ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、正常動作の場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図１５Ｂ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、異常音検知の場合を示す図
【図１５Ｃ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、閾値超え時刻の検出を説明する図
【図１５Ｄ】超短パルス光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、異常箇所を同定する場合に参照するデータベースを示す図
【図１６】図１５Ａ〜図１５Ｄの同定処理を示すフローチャート
【図１７Ａ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、信号取得する場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図１７Ｂ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、低周波成分を除去する場合を示す図
【図１７Ｃ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、異常音を検知する場合を示す図
【図１７Ｄ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、閾値超え時間を検出する場合を示す図
【図１７Ｅ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の一例において、異常音の発生箇所を同定する場合に参照するデータベースを示す図
【図１８】図１７Ａ〜図１７Ｅの同定処理を示すフローチャート
【図１９Ａ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、信号を取得する場合を示す図
【図１９Ｂ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、包括線を検波する場合を示す図
【図１９Ｃ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、差分処理を行う場合を示す図
【図１９Ｄ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常音の検知を行う場合を示す図
【図１９Ｅ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、閾値超えの時刻を検出する場合を示す図
【図１９Ｆ】連続光を用いて異常箇所を同定する方法の別の一例において、異常音の発生箇所を同定する場合に参照するデータベースを示す図
【図２０】図７Ａの信号処理のステップＳ２の詳細な処理を示すフローチャート
【図２１】光音響媒質部の周波数特性の測定系を示す図
【図２２】光ファイバの周波数特性の測定系を示す図
【図２３】第２実施形態による異常音検知装置を示す図
【図２４】第２実施形態による異常音検知装置の動作を説明する図
【図２５】波長フィルタの一例を示す図
【図２６】ファブリペローファイバ共振器を用いて異常箇所を同定する方法の一例を示す図
【図２７】第２実施形態において、反射光を利用する異常音検知装置を示す図
【図２８】引用文献３を示す図
【図２９Ａ】２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例において、異常音検知の場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図２９Ｂ】２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例において、異常音ピーク検知の場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図２９Ｃ】２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例において、異常個所同定閾値の設定の場合を、電圧と時間との関係で示す図
【図２９Ｄ】２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例において、閾値超え時刻の検出状態を、電圧と時間との関係で示す図
【図２９Ｅ】２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例において、異常箇所を同定する場合に参照するデータベース示す図
【図３０】ファブリペローファイバ共振器を使用する際に、異常箇所を同定する場合に参照するデータベース示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１９】
本発明の第１態様によれば、センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続されて、前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、前記異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する信号処理部とを備える、
異常音検知装置を提供する。
【００２０】
前記第１態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。
【００２１】
本発明の第２態様によれば、前記信号処理部は、
前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知する異常音判定部と、
前記異常音判定部で、前記電気信号が前記閾値を越えていると判定して異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する同定部とを備える、第１の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００２２】
前記第２態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、異常音の発生を判定し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。
【００２３】
本発明の第３態様によれば、前記信号処理部は、
前記光電変換部からの取得した前記電気信号から測定周波数帯域以外の周波数成分を除去する処理を行うフィルタリング処理部と、
前記フィルタリング処理部で処理した信号と閾値とを比較して、前記フィルタリング処理部で処理した信号が前記閾値を超えているとき、異常音が発生したと判定する異常音判定部と、
前記異常常音判定部で判定した前記閾値を超える前記信号の時刻を計測するとともに、計測した時刻と基準時刻との差を計算する計測部と、
前記計測部で計算した差と、前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する同定部とを備える、第１の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００２４】
前記第３態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。この際、測定周波数帯域以外の周波数成分を除去することにより、周囲環境によるノイズ音の影響を低減できる。
【００２５】
本発明の第４態様によれば、前記光音響媒質部がシリカ乾燥ゲルである第１〜３のいずれか１つの態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００２６】
前記第４態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。この際、光音響媒質としてシリカ乾燥ゲルを用いることにより、光ファイバと光音響媒質との音響波の受波感度に差を設けることができ、異常音を選択的に受波することが可能となる。
【００２７】
本発明の第５態様によれば、前記光波はレーザ光である第１〜４のいずれか１つの態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００２８】
前記第５態様によれば、コヒーレント光を用いることにより、過干渉性が良いため、より安定な信号取得が可能となる。
【００２９】
本発明の第６態様によれば、前記光波はパルス光である第５の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００３０】
前記第６態様によれば、パルス光を用いることにより、パルス光の出射時間と異常音の検知時間との差異を計測することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。
【００３１】
本発明の第７態様によれば、前記光波は連続光である第５の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００３２】
前記第７態様によれば、連続光を用いることにより、連続光の出射時間と異常音の検知時間との差異を計測することにより、第６の態様と同様の効果が得られる。
【００３３】
本発明の第８態様によれば、前記光入出力ポートと前記センサ部との間に配置されて、参照光を発生させる参照光発生部を備えて、前記参照光発生部で発生した前記参照光を基に前記計測部が前記基準時刻を取得する第３の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００３４】
前記第８態様によれば、参照光発生部を備えることにより、基準時刻の取得が容易になる。
【００３５】
本発明の第９態様によれば、前記光源は連続光であり、
前記光源の後段でかつ前記センサ部の前段となる位置に光スイッチを備えて、前記光スイッチの駆動信号を基に前記計測部が前記基準時刻を取得する第３の態様に記載の異常音検知装置を提供する。
【００３６】
前記第９態様によれば、光スイッチの駆動信号より、基準時刻を容易に取得することができる。
【００３７】
本発明の第１０態様によれば、センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、光ファイバを介して接続された共振波長の異なる複数のファブリペローファイバ共振器で構成され、
前記複数のファブリペローファイバ共振器は、それぞれ、光音響媒質部及び前記光音響媒質部の両端に配置されたファイバグレーティングとにより構成され、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記センサ部の一端を構成する光ファイバに一端が接続されかつ他端が前記光源に接続され前記光源からの前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記センサ部のもう一端を構成する光ファイバに、透過波長域を動的に調整可能な波長フィルタを介して、一端が接続された光電変換部側ファイバの他端に接続され、前記センサ部を伝搬した前記光波を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
前記光電変換部に接続されて、前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、前記異常音の発生を検知した場合には、前記波長フィルタの透過波長域を各ファブリペローファイバ共振器の共振波長に順次合わせて信号取得し、取得した電気信号を閾値と順次比較して閾値の値を超える場合の共振波長を記憶し、記憶した共振波長の情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する信号処理部とを備える、
異常音検知装置を提供する。
【００３８】
前記第１０態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。また、この際に基準時刻の取得や時間情報の取得は必要ない。また、波長フィルタによって各共振周波数毎に取得した信号については、時間領域において連続的にモニタすることが可能であるため、異常音が間欠音であっても精度良く検出することが可能となる。
【００３９】
本発明の第１１態様によれば、センサ部と検出部とを備え、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
信号処理部とを備える異常音検知装置による異常音検知方法であって、
前記信号処理部において、
前記光電変換部からの前記電気信号を取得し、
前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知し、
前記電気信号が前記閾値を越えているとき異常音の発生を検知し、
前記異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する、
異常音検知方法を提供する。
【００４０】
前記第１１態様によれば、電磁波ノイズの影響下でも動作が可能で、かつ超音波を含む異常音を検知し、その検出箇所を同定することにより、異常音の発生箇所を同定することができる。
【００４１】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による異常音検知装置を説明する。
【００４２】
[第１実施形態]
図１に、第１実施形態による異常音検知装置の基本構成を示す。
【００４３】
異常音検知装置は、検出部１と、センサ部２とで構成される。
【００４４】
検出部１は、光源３と、光源側ファイバ４ａと、光電変換部側ファイバ４ｂと、光入出力ポート９と、光電変換部６と、信号処理部７とで構成される。
【００４５】
センサ部２は、複数のセンサ部側光ファイバ４及び複数の光音響媒質部５で構成される。
【００４６】
異常音検知装置での異常検知対象物（異常を有する検知対象物）８は、例えば、ガス管である。
【００４７】
（光入出力ポート９）
光入出力ポート９は、検出部１の光源３及び光電変換部６と、センサ部２とを接続する光波の入出力ポートである。具体的には、光入出力ポート９は、光源３と接続された光源側ファイバ４ａと、センサ部２の光ファイバ４とを接続して、光源３からの光波をセンサ部２へと出射する機能を有している。また、光入出力ポート９は、センサ部２の光ファイバ４と、光電変換部６と接続された光電変換部側ファイバ４ｂとを接続して、センサ部２からの反射光を光電変換部６へと入射する機能を有する。この際、一例として、センサ部２よりの反射光が、光源３に入射しないようにするのが良い。光入出力ポート９としては、例えば、光サーキュレータを用いることができる。光サーキュレータは、各接続ポート（端子）間の光波の進行方向を制限する素子であり、例えばファラデー効果を利用した３ポート（端子）のファイバ素子などが光サーキュレータとして市販されている。光サーキュレータにおいては、例えば、第１ポートＩ、第２ポートＩＩ、第３ポートＩＩＩの合計３個あった場合には、第１ポートＩから入射した光波は第２ポートＩＩから出力するが、第３ポートＩＩＩからは出力しない。また、第２ポートＩＩから入射した光波は第３ポートＩＩＩから出力するが、第１ポートＩからは出力しない。また、同様に、第３ポートＩＩＩから入射した光波は第１ポートＩから出力するが、第２ポートＩＩからは出力しない。このように、光入出力ポート９の一例である光サーキュレータは、入力された光波の出力方向を制御できる。第１実施形態で用いる場合においては、光入出力ポート９の３ポート（端子）に、光源側ファイバ４ａと、光電変換部側ファイバ４ｂと、センサ部２の一部を構成する光ファイバ４とをそれぞれ接続する。この際、光入出力ポート９の接続方法としては、光源側ファイバ４ａから光入出力ポート９に入射された光波が、センサ部２の一部を構成する光ファイバ４に出力され、またセンサ部２の一部を構成する光ファイバ４から光入出力ポート９に入射された光波が、光電変換部側ファイバ４ｂに出力されるように、適切なポートを選んで接続すれば良い。
【００４８】
（光源３）
検出部１において、光源３は光源側ファイバ４ａと接続され、光源３から光源側ファイバ４ａに光波を入射する。前記光波は前記光源側ファイバ４ａの内部を伝搬する。前記光源側ファイバ４ａは、光入出力ポート９を介して、センサ部２を構成する光ファイバ４の一端に繋がっており、前記光源３より出力された光波は、光源側ファイバ４ａ及び光入出力ポート９を介してセンサ部２の光ファイバ４へ入力される。
【００４９】
なお、光源３が出力する光波は、レーザー光のようなコヒーレント光でもよいし、インコヒーレント光であってもよい。また、光源３から出力される光波は、連続光であっても良いし、パルス光であっても良い。
【００５０】
（センサ部２）
センサ部２は、複数の光音響媒質部５が光ファイバ４を介して互いに接続されて形成される。光音響媒質部５及び光ファイバ４の接続の最小単位は、１つの光音響媒質部５に対して２本の光ファイバ４ｃ、４ｄが配置され、かつ、一方の光ファイバ４ｃを伝搬する光波がその一端から光音響媒質部５の内部へ出射されて、もう一方の光ファイバ４ｄの一端に入射され、前記光波が光ファイバ４ｄの内部を伝搬するものである。光音響媒質部５と光ファイバ４とを接続するとき、少なくとも、例えば図２Ａ及び図２Ｂのように結合レンズ系（結合レンズ１０ａ、１０ｂ）を用いて結合されている。結合レンズ系の配置としては、出射側光ファイバ４ｃと光音響媒質部５との間に第１結合レンズ１０ａを配置するとともに、光音響媒質部５と受光側光ファイバ４ｄとの間に第２結合レンズ１０ｂを配置している。よって、出射側光ファイバ４ｃから第１結合レンズ１０ａを介して出射された光波が光音響媒質部５を伝搬した後、第２結合レンズ１０ｂを介して受光側光ファイバ４ｄへ結合される。この際、第１及び第２結合レンズ１０ａ、１０ｂ及び光音響媒質部５を結合レンズ系冶具１１に接着するなどして固定すれば、位置ずれによる結合効率の悪化を防ぐことができる。
【００５１】
光音響媒質部５の接続としては、直列接続又は並列接続が考えられる。Ｎ段（ただし、Ｎは１以上の整数。）の直列接続では、図３Ａ〜図３ＣのようにＮ個の光音響媒質部５がＮ本の光ファイバ４により分岐されることなく接続される。Ｎ段の並列接続では、Ｎ個の光音響媒質部５がＮ分岐ファイバカプラの分岐後段の光ファイバ４にそれぞれ接続される。なお、図３Ａ〜図３Ｃは、それぞれ、４段の直列接続の一例、４分岐ファイバカプラ７０を使用する４段の並列接続の一例、並びに、直列接続並列接続が混合した一例を示しており、また直列接続、並列接続の例では光源側ファイバ４ａから最も遠い接続最終端において、受光側光ファイバ４ｂを省略している。一例として、本発明の第１実施形態のセンサ部２における光ファイバ４及び光音響媒質部５の接続方法としては、直列接続とするが、他の例としては、並列接続又は直列接続と並列接続の混合接続を採用しても良い。
【００５２】
（光ファイバ４）
光ファイバは４、図４のように、コア４ｇ及びクラッド４ｈで構成される導波路部４ｉとその周囲を覆うシリコーン樹脂などによる１次被覆部４ｊ、さらに曲げ又は物理衝撃などにより破損しないように周りを覆って保護するアラミド繊維などによる緩衝材４ｋ又はポリエチレン・ポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂による外皮４ｍで構成される。光ファイバ４は、緩衝材４ｋ又は外皮４ｍが必ずしも存在するとは限らないが、一例として、本発明の第１実施形態に用いる光ファイバ４としては、緩衝材４ｋと外皮４ｍとのうちの少なくとも一方が存在している。
【００５３】
光ファイバ４の導波路部を構成するコア及びクラッドは、光に対して透過率が非常に高い石英ガラス又はプラスチックで構成され、コア部を形成する石英ガラス又はプラスチックがクラッドを形成する石英ガラス又はプラスチックに比べて屈折率が大きい。そのため、コアを伝搬する光波はクラッドとの境界面において全反射され、導波路中をロスなく伝搬する。これにより、検出部より光源３から供給される光波をセンサ部２に入出力し、またセンサ部２中で光ファイバ４で接続された各光音響媒質部５間に同光波を伝搬させることができる。
【００５４】
（光音響媒質部５）
センサ部２において、光音響媒質部５に異常音が入射すると、光音響媒質部５の内部に異常音による粗密波が伝搬する。この際、光音響媒質部５を伝搬する光波は、異常音がもたらす粗密波による屈折率変化を感じる。本発明においては、この屈折率変化による摂動を光ファイバ４により入射されて伝搬する光波により検知することで異常音を診断する。第１実施形態においては、屈折率変化により生じる反射波を検知する。
なお、光音響媒質部５の材料として、シリカ乾燥ゲルを用いると、空気との音響インピーダンスの差が小さく、空気中を伝搬する異常音などの音響波を取り込む場合に非常に有利である。シリカ乾燥ゲルの音速は、５０〜１５０ｍ／ｓｅｃと空気中の音速３４０ｍ／ｓｅｃよりも小さく、また密度も約７０〜２８０ｋｇ／ｍ３と小さい。そのため、空気の音響インピーダンスとの差が小さく、界面での反射が小さいため、空気中の音響波を効率よく内部に取り込むことができる。例えば、音速５０ｍ／ｓｅｃ、密度１００ｋｇ／ｍ３のシリカ乾燥ゲルを用いると、空気との界面での反射は７０％となり、音響波のエネルギーの３０％程度が界面で反射されずに内部へ取り込まれる。
【００５５】
また、光音響媒質部５の材料としてシリカ乾燥ゲルを用いて空気中の異常音を受波した際には、超音波域においても高感度が得られる。これは、光ファイバにより空気中の異常音を検知する感度に比べて桁違いに大きい。シリカ乾燥ゲルと光ファイバの感度の差に着目し、光ファイバ４とシリカ乾燥ゲルで構成される光音響媒質部５を組み合わせ、光音響媒質部５においてのみ選択的に異常音を検知するという点が本発明の要点である。
【００５６】
（光電変換部６）
光電変換部６は、光入出力ポート９の光電変換部側ファイバ４ｂに接続され、センサ部２からの反射光を受光して電気信号に変換する。すなわち、センサ部２から戻ってきた光波は、光入出力ポート９及び光電変換部側ファイバ４ｂを介して光電変換部６へと入射され、光電変換部６で電気信号へと変換される。
【００５７】
（信号処理部７）
信号処理部７は、光電変換部６と光源３とに電気的に接続されて、光源３の駆動信号もしくは出力光強度のモニタ信号と光電変換部６の出力信号とを取得する。一例として、信号処理部７は、光電変換部６の出力信号に周波数フィルタリングを行い、２０ｋＨｚ以上の特定の周波数域以外の信号を除去し、環境音によるノイズ信号を低減する。一例として、周波数の選定方法としては、異常音検知装置の周囲環境音を事前に取得して周波数を分析し、異常が発生していない状況でも大きく出力している周波数を避けて設定する。また、一例として、光音響媒質部５での音響波検知感度の周波数特性を事前に測定しておき、光音響媒質部５での感度が低い周波数も同様に避けるようにする。例えば、光音響媒質部５の音響波検知感度特性が図５のような場合においては、１９．５ｋＨｚ付近又は２１．５ｋＨｚ付近において感度が大きく低下しているため、この周波数は避けて用いる。
【００５８】
信号処理部７は、光電変換部６の出力信号のレベルに対して所定の閾値を予め定め、その閾値を超える場合に異常音発生の診断を下す。信号処理部７は、閾値以下の場合には異常音発生とは診断しない。閾値のレベルは、異常検知対象物８への設置時に所定レベルの異常音に対する光電変換部６の出力信号のレベルを取得して、決定する。また、信号処理部７は、光電変換部６の出力信号の時間波形を解析し、異常音が検知された時間の情報により、いずれの光音響媒質部５で異常音を検知したかを同定する。
【００５９】
一例として、光源３の出力する光波が超短パルス光である場合について、図６を用いて説明する。
【００６０】
図６の異常音検知装置では、部分反射光を発生させる参照光発生部１２が、検出部１とセンサ部２との間の段に具備されている。参照光発生部１２で発生した参照光は、センサ部側光ファイバ４と光入出力ポート９と光電変換部側ファイバ４ｂとを介して光電変換部６で受波され、参照光信号を生じる。部分反射光を発生する機構としては、ハーフミラーのようなものを用いてもよいし、あるいは、特別な機構を用意せず、光入出力ポート９とセンサ部２との光ファイバ４，４ｂをＦＣコネクタなどのコネクタで接続する際に生じる空隙により発生する反射光を、部分反射光として利用してもよい。
【００６１】
また、異常音を受波した光音響媒質部５においては、音響波が光音響媒質部５の内部を伝搬することにより屈折率変化が生じ、これにより反射波が生じる。
【００６２】
光電変換部６においては、受波するセンサ部２からの反射波に応じた電圧信号が生じる。光波がセンサ部２において異常音と接触するのは、光波がセンサ部２に入射された時刻より後である。このため、光電変換部６で生じる検出信号においては、参照光信号より後の時間で異常音信号が得られる。図６において、センサ部２の最も光入出力ポート９に近い位置から遠ざかるに連れて、光音響媒質部５を５ａ、５ｂ、５ｃ、・・・・・と名づけるとする。すると、図６のように１箇所（異常音発生箇所１３）で異常音が発生している場合において、最もよく異常音を受波するのは、異常音発生箇所１３から最も近い光音響媒質部５ｇであるので、光音響媒質部５ｇにおいて、最も光波の反射が大きくなると考えられる。よって、参照光信号が得られた以後では、光電変換部６が光音響媒質部５ｇからの反射光波を受光した際に最も大きな電圧信号が得られる、と考えられる。
【００６３】
信号処理部７は、光電変換部６が光音響媒質部５からの反射波を受光して信号を生じる時間と、光波が光源３から出射された時間もしくはセンサ部２に光波が入射された時間との差を検出する。この際、光源３から光波が出射された時間は、光源３の制御信号をモニタすることで知ることができるし、また、参照光信号の取得時間を代替として参照しても良い。なお、前者の場合は、必ずしも参照光発生部は必要としない。また、後者の場合は、光電変換部６から取得する信号において、参照光信号と異常音光信号とのいずれの信号も観察される。そのため、前者とは異なり、信号処理部７が光源３と光電変換部６とから情報取得する際に基準となる時刻を同期させる必要がなく、時間差の計測を、より簡易かつ精度良く行うことができる。
【００６４】
光波は、センサ部２に入射されてから光音響媒質部５ｇに辿り着いて異常音により反射されるまでに、センサ部２の入射端から光音響媒質部５ｇまで光ファイバ４を介して伝搬するため、その伝搬にかかる時間Δｔだけ、入射時刻より遅れて反射する。また、反射された光波がセンサ部２より光電変換部側ファイバ４ｂに入射されるためにはさらに復路の伝搬時間も必要となるため、遅延量（遅延時間）２Δｔの時間だけ遅れる。信号処理部７は、遅延時間と対応する光音響媒質部５の位置の情報を予めデータベースとして持っており、遅延時間２Δｔを検出することにより異常音が検出された光音響媒質部５の位置を同定する。なお、予め取得する遅延時間と位置のデータベースは、遅延時間２Δｔを計算することにより作成しても良いし、実測して作成しても良い。
【００６５】
図７Ａに、信号処理部７が、光電変換部６より取得した信号を用いて異常箇所を同定する方法の概略処理フローを示す。
【００６６】
なお、信号処理部７は、少なくとも、図７Ｂに示すように、受信部７ｂと、異常音判定部７ｄと、同定部７ｆと、閾値設定部７ｇと、記憶部７ｈとを備えるように構成されている。
【００６７】
＜ステップＳ１＞
信号処理部７の閾値設定部７ｇは、異常音検知用の閾値の一例としての閾値電圧及び測定周波数を設定する。
【００６８】
閾値電圧及び測定周波数は、実際に使用する環境の背景音に応じて好適な値が変化するので、一例として、実際に異常音検知装置を利用する環境（以下、「実環境」とも呼ぶ。）で閾値及び測定周波数を閾値設定部７ｇで設定する。
【００６９】
環境の背景音としては、例えば工場内においては、稼動している装置の動作音、空調設備の動作音、人の会話音、又は、人の作業音などが挙げられる。これらの環境の背景音は、各工場によって、音の大きさ又は特徴的な周波数成分が異なる。そのため、一例として、実環境の環境音の信号及び異常音のサンプル音の信号を予め取得して閾値設定部７ｇで決定する。
【００７０】
例えば、異常音検知装置のセンサ部２で実環境の環境音を受波して、光電変換部６で信号を取得し、更に実環境下で異常音のサンプル音をセンサ部２で受波して光電変換部６で信号を取得する。取得した音響波信号に対して、それぞれフーリエ変換処理を信号処理部７の閾値設定部７ｇで施すなどして周波数成分を閾値設定部７ｇで比較し、両信号の成分に大きな差が得られる周波数を測定周波数として閾値設定部７ｇで選べばよい。また、閾値電圧の設定の際には、両信号からバンドパスフィルターなどにより測定周波数の成分のみを閾値設定部７ｇで取り出した後、環境音取得時の信号の電圧値とサンプル音取得時の信号の電圧値とを閾値設定部７ｇで検出し、両値の間の値を閾値電圧として閾値設定部７ｇで定めればよい。
【００７１】
以下、閾値設定部７ｇによる閾値及び測定周波数の設定方法の一例を説明する。
【００７２】
異常を有する検知対象物８と、正常な検知対象物８とを準備する。異常を有するとは、例えば、検知対象物８がガス管の場合、ガス管に亀裂が入り、亀裂箇所でガスが漏れている場合等を意味する。
【００７３】
図１の異常音検知装置で検出部１の光源３より光を入射し、それぞれから反射した光に基づいて、閾値及び測定周波数を閾値設定部７ｇで設定する。以下、異常を有する検知対象物８から反射した光の信号を「異常信号」とも称し、正常な検知対象物８から反射した光の信号を「正常信号」とも称する。
【００７４】
閾値設定部７ｇにおいて、異常を有する検知対象物８に配置されたセンサ部２に対して光が入射したときに検出部８が受信する信号の値と、正常な検知対象物８に配置されたセンサ部２に対して光が入射したときの信号（正常信号）の値との間の値を閾値とする。例えば、正常信号の値と異常信号の値との中間値、又は、平均値を閾値設定部７ｇで閾値とする。
【００７５】
閾値設定部７ｇにおいて、正常信号の値は、所定の周波数の信号の値又は所定の周波数帯域の信号に基づく値でも良い。閾値設定部７ｇにおいて、異常信号の値と正常信号の値とが所定以上大きい周波数帯域を、所定の周波数帯域としても良い。図８等で後述するように、閾値設定部７ｇにおいて、光ファイバ４及び光音響媒質部５の特性の違いにより、所定の値以上の感度差を有する周波数を測定周波数と決定してもよい。
【００７６】
信号処理部７の閾値設定部７ｇは、信号処理部７の記憶部７ｈに、決定した電圧の閾値及び所定の周波数を保持する。
【００７７】
＜ステップＳ２＞
次いで、信号処理部７の異常音判定部７ｄは、記憶部７ｈ内の閾値を参照して、光電変換部６より受信した信号から、異常音が発生しているか否かを判定する。光電変換部６より受信した信号を基に異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定する場合にはステップＳ３に進み、それ以外の場合にはステップＳ２の動作を続ける。
【００７８】
＜ステップＳ３＞
信号処理部７の同定部７ｆは、光波の遅延量２Δｔの値と、検知対象物８の位置とを対応付けた情報を参照して、異常音の発生箇所を同定する。
【００７９】
図９は、図７Ａの信号処理７のステップＳ２の詳細な処理をステップＳ２１〜ステップＳ２６として示すフローチャートである。ステップＳ１及びステップＳ３は、図７Ａの記載と同様である。以下、ステップＳ２１〜ステップＳ２６について、詳細に説明する。
【００８０】
なお、信号処理部７は、詳しくは、図７Ｃに示すように、基準時刻情報取得部７ａと、受信部７ｂと、フィルタリング処理部７ｃと、異常音判定部７ｄと、計測部７ｅと、同定部７ｆと、閾値設定部７ｇと、記憶部７ｈとを備えるように構成されている。
【００８１】
＜ステップＳ２１＞
信号処理部７は、光源３又は光電変換部６又は光スイッチ１４から基準時刻情報取得用の電気信号を受信し、時間を計測する計測部７ｅの基準時刻情報（基準時刻信号）を基準時刻情報取得部７ａで取得して、計測部７ｅに出力する。
【００８２】
光源３が超短パルス光源の場合においては、信号処理部７の基準時刻情報取得部７ａは基準時刻情報取得用の電気信号の一例として光源３の駆動信号を取得して、光波の発射時刻を計測する。図６の異常音検知装置のように光源３が超短パルス光源でかつ参照光発生部１２を有する場合においては、信号処理部７は、光電変換部６が参照光発生部１２で発生した参照光を受波した信号を基準時刻情報取得用の電気信号の一例として取得して、基準時刻情報取得部７ａで基準時刻を計測しても良い。
【００８３】
光源３が連続光源の場合においては、信号処理部７は光源３あるいは光スイッチ１４の駆動信号を基準時刻情報取得用の電気信号の一例として取得して、センサ部２へ光波が入射された時刻を基準時刻情報取得部７ａで取得する。
【００８４】
図１０の異常音検知装置のように光源３が連続光源でかつ参照光発生部１２を有する場合においては、信号処理部７は、光電変換部６が参照光発生部１２で発生した参照光を受波した信号を基準時刻情報取得用の電気信号の一例として取得して、時刻を基準時刻情報取得部７ａで計測しても良い。
【００８５】
なお、参照光発生部１２で発生した参照光を受波した信号を計測部７ｅで取得して基準時刻として、時間を計測部７ｅで計測する場合においては、必ずしも、ステップＳ２１において基準時刻信号を基準時刻情報取得部７ａで取得する必要はなく、ステップＳ２１をスキップしても良い。
【００８６】
＜ステップＳ２２＞
次いで、信号処理部７は、光電変換部６から信号を受信部７ｂで受信する。
【００８７】
＜ステップＳ２３＞
次いで、信号処理部７は、ステップＳ２２で取得した信号に対してバンドパスフィルターにより周波数フィルタリング処理をフィルタリング処理部７ｃで行い、ステップＳ１で設定した測定周波数帯域以外の周波数成分を除去する。
【００８８】
＜ステップＳ２４＞
次いで、信号処理部７は、ステップＳ１において予め設定された閾値を参照して、光電変換部６より受信してフィルタリング処理した信号から、異常音が発生しているか否かを異常音判定部７ｄで判定する。
【００８９】
信号処理部７は、光電変換部６から受信した信号（電圧値）が所定の閾値を超えていると異常音判定部７ｄで判定した場合には、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定する。異常が発生していると異常音判定部７ｄで判定した場合（ステップＳ２５）には、ステップＳ３に進む。
【００９０】
信号処理部７は、光電変換部６から受信した信号（電圧値）が所定の閾値以下であると異常音判定部７ｄで判定した場合には、正常である（異常音が発生していない）と異常音判定部７ｄで判定する。正常の場合には、ステップＳ２を繰り返す。
【００９１】
図１１は、図７Ａの信号処理７のステップＳ３の詳細な処理をステップＳ３１〜ステップＳ３３として示すフローチャートである。ステップＳ１及びステップＳ２は、図７Ａの記載と同様である。以下、ステップＳ３１〜ステップＳ３３について、詳細に説明する。
【００９２】
＜ステップＳ３１＞
信号処理部７は、時間を計測する計測部７ｅを有しており、異常音判定部７ｄで判定した閾値を超える値を有する信号の時刻（閾値超え時刻）を計測部７ｅで検出する。例えば、信号が閾値を超える値となった時刻を計測部７ｅで検出する。
【００９３】
なお、閾値を超える値を有する信号の範囲のうち、最も大きい値を有する値に対応する時刻を計測部７ｅで検出しても良いし、閾値を超える値を有する信号の範囲のうちの中間の時刻の値を計測部７ｅで検出しても良い。
【００９４】
＜ステップＳ３２＞
次いで、信号処理部７の計測部７ｅは、ステップＳ２１で取得した基準時刻情報を参照し、基準時刻とステップＳ３１で取得した時刻（閾値超え時刻）との差を計測部７ｅで計算することにより、経過時間（δｔ）を計測部７ｅで算出する。
【００９５】
なお、参照光発生部１２で発生した参照光を受波する場合で、かつステップＳ２１をスキップした場合においては、ステップＳ３１において参照光信号を受波した時間を基準にして、異常音判定部７ｄで判定した信号が閾値を超えた時刻を計測部７ｅで検出することで、ステップＳ３１とＳ３２を代替することができる。
【００９６】
＜ステップＳ３３＞
次いで、信号処理部７は、ステップＳ３２で取得した経過時間（δｔ）と記憶部７ｈに予め保持するデータベースとを同定部７ｆで比較して、異常音の発生箇所を同定部７ｆで同定する。
【００９７】
信号処理部７の記憶部７ｈが有するデータベースは、光波の遅延量（遅延時間）２Δｔの値と、検知対象物８の位置とを対応付けた情報であり、信号処理部７の記憶部７ｈに保持されている。光波の遅延量２Δｔの値は、光源３から異常音が発生した位置までの２倍の距離に対応する。光波の遅延量２Δｔは、光波が光源３から出力されかつ異常音が発生する箇所で反射され、光源３まで到達する時間に相当する。
【００９８】
信号処理部７の同定部７ｆは、記憶部７ｈのデータベースに保持されている情報を参照して、信号処理部７の計測部７ｅが算出した経過時間（δｔ）に最も近い光波の遅延量２Δｔの値に対応する検知対象物８の位置が、異常音の発生位置であると決定する。なお、経過時間（δｔ）に近い光波の遅延量２Δｔの値が２つある場合（第１の位置、第２の位置）には、同定部７ｆにより、第１の位置と第２の位置との中間の位置を検知対象物８の位置としても良い。また、信号処理部７の同定部７ｆは、第１の位置に対応する信号の大きさと、第２の位置に対応する信号の大きさとの比に応じて、第１の位置及び第２の位置の間の位置を検知対象物８の位置として決定してもよい。
【００９９】
なお、一例として、検知対象物８がガス配管であり、ガスリークにより異常音が発生している場合、状況に応じて、異常音の大きさが変化する。具体的には、亀裂等の異常部分の大きさ、又はガスの配管中のガス圧によって、異常音の大きさが変わる。検知対象物８がガスの配管の場合、異常音を「リーク音」とも称する。例えば、信号処理部７の記憶部７ｈのデータベースは、検知対象物８がガス配管の場合、ガス配管のガス圧をガス圧測定装置（図示せず）で測定し、測定したガス圧に応じた情報を用いて、異常音の発生位置（発生箇所）を決定してもよい。ここで、測定したガス圧に応じた情報を用いる理由は、測定したガス圧に応じて、閾値を変えるためである。
【０１００】
なお、信号処理部７の記憶部７ｈのデータベースは、時刻と、検知対象物８の位置とを対応付けた情報としても良い。光波を出力する時刻が０になるように時刻を計測部７ｅで計測し、閾値を超える値を有する信号の時刻と、検知対象物８の位置とを対応付けた情報に基づいて、異常音の発生位置（発生箇所）を同定部７ｆで同定してもよい。
【０１０１】
＜信号処理部７の処理の変形例＞
光電変換部６から信号処理部７で受信した信号が、ステップＳ２で用いる閾値より所定以上大きい場合には、図１２のように、異常音の発生場所に対応する光音響媒質部５から反射した信号だけでなく、光ファイバ４から反射された信号も閾値を超える可能性がある。そのため、図１３Ａ〜図１３Ｆのように、信号処理部７が複数の閾値（第１の閾値、第２の閾値）を閾値設定部７ｇで設定し、信号処理部７のデータベースとして複数の閾値を記憶部７ｈに保持しても良い。
【０１０２】
図１４に、信号処理部７の閾値設定部７ｇが複数の閾値を有する場合の信号処理部７の処理のフローチャートを示す。
【０１０３】
ステップＳ１及びステップＳ２については、図７Ａに示すフローチャートを同様である。以下、ステップＳ３０１〜ステップＳ３０５の処理を詳細に説明する。
【０１０４】
＜ステップＳ１Ａ＞
信号処理部７は、ステップＳ１と同様に第１の閾値電圧及び測定周波数を閾値設定部７ｇで設定する。
【０１０５】
＜ステップＳ２＞
信号処理部７は、光源３又は光電変換部６又は光スイッチ１２から基準時刻信号を基準時刻情報取得部７ａで取得して、計測部７ｅに出力する（ステップＳ２１参照）。
【０１０６】
次いで、信号処理部７は、光電変換部６から受信部７ｂで受信した受信信号が第１の閾値を超えるか否かを異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ２２〜ステップＳ２４参照）。光電変換部６からの受信信号が第１の閾値を超えると異常音判定部７ｄで判定した場合には、異常が発生していると異常音判定部７ｄで判定する。信号処理部６は、受信信号が第１の閾値以下であると異常音判定部７ｄで判定した場合には、正常である（異常が発生していない）と異常音判定部７ｄで判定する。異常が発生していると異常音判定部７ｄで判定した場合には、ステップＳ２２に進む。正常であると異常音判定部７ｄで判定した場合には、ステップＳ２１を繰り返す。
【０１０７】
＜ステップＳ３０１＞
まず、信号処理部７は、第１の閾値を超える値を有する信号のピーク（異常音の電圧ピーク値Ｖｐ）を異常音判定部７ｄで検出する（図１３Ａ〜図１３Ｃ参照）。なお、図１３Ａは正常動作時を示し、図１３Ｂは異常音検知時を示す。図１３Ｃは異常音のピーク値Ｖｐを検知している状態を示している。
【０１０８】
＜ステップＳ３０２＞
次いで、信号処理部７の閾値設定部７ｇは、第２の閾値を設定する。具体的には、一例として、信号処理部７は、ステップＳ２２で異常音判定部７ｄで検出したピーク値の所定の割合ｘ％小さい値を、第２の閾値（位置同定閾値Ｖｓ）として設定する（図１３Ｄ参照）。ただし、１００＞ｘ＞０である。又は、信号処理部７は、ステップＳ２２で検出したピーク値から所定の大きさｙ（Ｖ）だけ小さい値を閾値設定部７ｇで第２の閾値とする。
【０１０９】
なお、第２の閾値の決定は、光音響媒質部５と光ファイバ４との音響波の検出感度に基づいて、閾値設定部７ｇで決定しても良い。例えば、光音響媒質部５の検出感度と光ファイバ４の検出感度との差が６ｄＢの場合、０．５Ｖｐ＜Ｖｓ＜Ｖｐに閾値設定部７ｇで決定する。また、検出感度の差が１２ｄＢの場合、０．２５Ｖｐ＜Ｖｓ＜Ｖｐに閾値設定部７ｇで決定する。また、検出感度の差が２０ｄＢの場合、０．１Ｖｐ＜Ｖｓ＜Ｖｐに閾値設定部７ｇで決定する。また、検出感度の差が４０ｄＢの場合、０．０１Ｖｐ＜Ｖｓ＜Ｖｐに閾値設定部７ｇで決定する。
【０１１０】
＜ステップＳ３０３＞
次いで、信号処理部７は、第２の閾値を超える値を有する信号の時刻を計測部７ｅで検出する（図１３Ｅ参照）。
【０１１１】
＜ステップ３０４＞
次いで、信号処理部７は、ステップＳ３０３で検出した時刻とステップＳ２で取得した基準時刻情報との差から経過時間（δｔ）を計測部７ｅで算出する。
【０１１２】
＜ステップ３０５＞
次いで、信号処理部７は、ステップＳ３３と同様にステップＳ２で取得した経過時間（δｔ）と記憶部７ｈに予め保持するデータベース（図１３Ｆ参照）とを同定部７ｆで比較して、異常音の発生箇所を同定部７ｆで同定する。
【０１１３】
このような方法で同定すれば、計算により求めて作成したデータベースと比較して、予め実測により作成したデータベースを用いる方が、光ファイバの曲げなどによる伝搬時間の誤差を含んだデータベースを使用することができ、同定の精度を高めることができる。
【０１１４】
なお、図１２に示すように、取得信号が複数箇所で閾値を超える場合においては、閾値を超える値を有する信号の範囲のうち最も大きい値を有する値に対応する時刻を第２の閾値を超える値を有する信号の時刻を計測部７ｅで検出して良いし、閾値を超える値を有する信号の範囲のうちの中間の時刻の値として計測部７ｅで検出しても良い。
【０１１５】
以上の処理フローにより、信号処理部７は異常音の発生箇所を同定する。
【０１１６】
以下に、前記処理とは異なる他の具体的な同定方法の別の例を、図１５Ａ〜図１５Ｄの説明図及び図１６のフローチャートを用いて説明する。この例では、信号処理部７は、図７Ｄに示すように、基準時刻情報取得部７ａとフィルタリング処理部７ｃとが省略されて、受信部７ｂと、異常音判定部７ｄと、計測部７ｅと、同定部７ｆと、閾値設定部７ｇと、記憶部７ｈとを備えるように構成されている。
【０１１７】
まず、信号処理部７は光電変換部６から信号を受信部７ｂで受信する（ステップＳ１０１）。光電変換部６の信号には、異常音信号と参照光信号とが含まれる。
【０１１８】
次いで、光電変換部６から受信部７ｂで受信して取得した信号が、例えば、図１５Ａのように参照光信号以後の異常音信号において、閾値設定部７ｇで予め取得して記憶部７ｈに保持された閾値を超えるか否かを異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ１０２）。
【０１１９】
ステップＳ１０２で、参照光信号以後の異常音信号において閾値以下となると異常音判定部７ｄで判定する場合においては、異常音が発生していないと異常音判定部７ｄで判定し、ステップＳ１０１に戻る。
【０１２０】
一方、ステップＳ１０２で、図１５Ｂのように参照光信号以後の異常音信号が閾値（異常箇所同定閾値）を超えたと異常音判定部７ｄで判定する場合において、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判断する（ステップＳ１０３）。
【０１２１】
異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判断されると、次に、図１５Ｃのように、閾値を初めて超えた時間δｔを計測部７ｅで検出する（ステップＳ１０４）。
【０１２２】
次いで、図１５Ｄのように、時間δｔと予め取得したデータベースとを参照することにより、異常音の発生箇所を同定部７ｆで同定する（ステップＳ１０５）。
【０１２３】
このような方法で同定すれば、光電変換部６の信号に異常音信号及び参照信号が含まれているため、より精度良く、時間差δｔを計測することができる。
【０１２４】
なお、光源３から出射される光波は連続光であっても良い。この場合の信号取得の一例を図１０を用いて説明する。
【０１２５】
光源３が連続光である場合には、図１０のように光源３の後段に光スイッチ１４を配置して、光スイッチ１４により、センサ部２に入射する光波の強度を、ステップ関数、あるいはパルス関数的に変化させる。なお、光源３の電源のＯＮ・ＯＦＦにより、同等の機能を持たせてもよい。光源３が連続光である場合においても、異常音を検知する光音響媒質部５ｇにおいて、センサ部２に入射後から伝搬時間Δｔだけ遅れて光波の反射が生じる。この反射光では、光音響媒質部５ｇの屈折率が異常音の伝搬に伴い変化することにより、位相変化が生じる。また、反射光と参照光発生部１２とにおいて作られる参照光が干渉してフィゾー干渉計のように振舞うため、光音響媒質部５ｇからの反射光と参照光発生部１２で作られた参照光との干渉光は、その強度が反射光の位相変化に応じて変化する。この干渉光が光電変換部６で光電変換されることにより、異常音信号が光電変換部６で検出される。この際、異常音を検知した光音響媒質部５ｇからの反射光が光電変換部６に辿り着く時間は、参照光が辿り着く時間に比べて時間２Δｔだけ遅れるため、参照光信号の立ち上がり時間と異常音信号の発生する時間との間に時間差が生じる。この時間差を光電変換部６で検出することで、先ほどの光波が超短パルスの場合と同様に、異常音の検知箇所を光電変換部６で同定することができる。
【０１２６】
この場合の具体的な同定方法の一例を図１７Ａ〜図１７Ｅの説明図及び図１８のフローチャートを用いて説明する。この例では、信号処理部７は、図７Ｅに示すように、基準時刻情報取得部７ａが省略されて、受信部７ｂと、フィルタリング処理部７ｃと、異常音判定部７ｄと、計測部７ｅと、同定部７ｆと、閾値設定部７ｇと、記憶部７ｈとを備えるように構成されている。
【０１２７】
まず、信号処理部７は光電変換部６から信号を受信部７ｂで受信する（ステップＳ１１１）。光電変換部６からの信号は、例えば、図１７Ａに示すような信号である。
【０１２８】
次いで、受信部７ｂで受信して取得した信号をハイパスフィルターなどで低周波成分をフィルタリング処理部７ｃで除去して、図１７Ｂに示すような波形へとフィルタリング処理部７ｃで処理する（ステップＳ１１２）。
【０１２９】
次いで、この低周波成分除去処理により得られた信号が予め取得した閾値を超えているか否かを異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ１１３）。
【０１３０】
ステップＳ１１３で、信号が、閾値設定部７ｇで予め取得して記憶部７ｈに保持された閾値を超えていないと異常音判定部７ｄで判定する場合には、ステップＳ１１１に戻る。
【０１３１】
ステップＳ１１３で、信号が予め取得した閾値を超えたと異常音判定部７ｄで判定する場合において、図１７Ｃに示すように、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ１１４）。
【０１３２】
次いで、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定されると、次に、図１７Ｄに示すように、閾値を初めて超えた時間δｔを計測部７ｅで検出する（ステップＳ１１５）。
【０１３３】
次に、図１７Ｅに示すように、時間δｔと予め取得したデータベースとを同定部７ｆで参照することにより、異常音の発生箇所を同定部７ｆで同定する（ステップＳ１１６）。
【０１３４】
このような方法で同定すれば、パルス光に比較して、異常音の時間波形を再現性良く取得できるため、異常音の検知及び異常箇所の同定の精度が高くなる。
【０１３５】
また、この同定方法の別の一例を図１９Ａ〜図１９Ｆの説明図及び図２０のフローチャートを用いて説明する。この例では、信号処理部７は、図７Ｆに示すように、基準時刻情報取得部７ａが省略されて、受信部７ｂと、フィルタリング処理部７ｃと、異常音判定部７ｄと、計測部７ｅと、同定部７ｆと、閾値設定部７ｇと、記憶部７ｈ、差分処理部７ｉとを備えるように構成されている。
【０１３６】
まず、信号処理部７は光電変換部６から信号を受信部７ｂで受信する（ステップＳ１２１）。光電変換部６からの信号として、例えば、図１９Ａに示すような信号を受信部７ｂで取得する。
【０１３７】
次に、受信部７ｂで受信して取得した信号をハイパスフィルターなどで低周波成分を信号処理部７で除去して、さらに包連線検波をフィルタリング処理部７ｃで行って、図１９Ｂに示すような波形へとフィルタリング処理部７ｃで処理する（ステップＳ１２２）。
【０１３８】
さらに、差分処理部７ｉで差分処理を行って、図１９Ｃに示すような包連線の増分だけの信号へと差分処理部７ｉで処理する（ステップＳ１２３）。
【０１３９】
次いで、この差分信号が、閾値設定部７ｇで予め取得して記憶部７ｈに保持された閾値を超えているか否かを異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ１２４）。
【０１４０】
ステップＳ１２４で、差分信号が予め取得した閾値以下であると異常音判定部７ｄで判定する場合には、ステップＳ１２１に戻る。
【０１４１】
ステップＳ１２４で、差分信号が予め取得した閾値を超えていると異常音判定部７ｄで判定した場合において、図１９Ｄに示すように、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定する（ステップＳ１２５）。
【０１４２】
次いで、異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判定されると、図１９Ｅに示すように、閾値を初めて超えた時間δｔを計測部７ｅで検出する（ステップＳ１２６）。
【０１４３】
次いで、図１９Ｆに示すように、時間δｔと予め取得したデータベースとを信号処理部７で参照することにより、異常音の発生箇所を同定部７ｆで同定する（ステップＳ１２７）。
【０１４４】
このような方法で同定すれば、パルス光に比較して、異常音の時間波形を再現性良く取得できるため、異常音の検知及び異常箇所の同定の精度が高くなる。
【０１４５】
前記のような、異常音検知箇所の同定は、異常音を受波する光音響媒質部５と光波をガイドする役割の光ファイバ４との間で異常音に対する感度に大きな違いがあることが前提とされる。しかしながら、異常音検知に用いる超音波域において、受波部（光音響媒質部５）とガイド部（光ファイバ４）との間で十分に大きな感度差が得られる組み合わせについては、これまでに開示されておらず、検討が必要であった。
【０１４６】
そこで、光音響媒質部５の一例としてシリカ乾燥ゲル（シリカエアロゲル）の使用を検討し、光ファイバとの感度との差について測定を行った。計測系を図２１及び図２２に示す。
【０１４７】
図２１では、光ヘテロダイン計測計８０とシリカ乾燥ゲルの多孔体で構成される光音響媒質部（光音響媒質部５に対応。）８１とを出射側光ファイバ４ｎと受光側光ファイバ４ｐとで接続している。光音響媒質部８１の出射側光ファイバ４ｎと受光側光ファイバ４ｐとで接続していない反対側の端部にはミラー８２を配置して、光波が出射側光ファイバ４ｎと光音響媒質部８１とを通過してミラー８２で反射したのち、光音響媒質部８１と受光側光ファイバ４ｐとを通過して光ヘテロダイン計測計８０に入るように構成している。光音響媒質部８１のミラー８２の近傍には、標準マイクロホン用アンプ８４が接続された標準マイクロホン８３を配置されている。光音響媒質部８１と標準マイクロホン８３とは、机８６の台８６ａの下方に配置され、台８６ａには、オーディオアンプ８７に接続されたスピーカ８５が配置されている。光ヘテロダイン計測計８０と、標準マイクロホン用アンプ８４と、オーディオアンプ８７とは、スペクトラムアナライザ８８に電気的に接続されている。机８６とスピーカ８５と光音響媒質部８１と標準マイクロホン８３とは無響箱８９内に配置され、無響箱８９を出射側光ファイバ４ｎと受光側光ファイバ４ｐとが貫通している。
【０１４８】
このような構成の本計測系においては、スピーカ８５から異常音などの音響波を発生する。そして、発生した音響波をシリカ乾燥ゲルの光音響媒質部８１及び光ファイバ４ｎ，４ｐが受波した際に、どの程度の光路長変化が得られるかをヘテロダイン計測計８０を用いて検出する。光ヘテロダイン計測計８０を用いれば、光波の位相変化を電気信号として検出することができて、周波数特性を測定することができる。この計測系においては、スペクトラムアナライザ８８より出力される信号により、オーディオアンプ８７を介してスピーカ８５を駆動して音を出力する。そして、その音を標準マイクロホン８３及び光音響媒質部８１で受波し、標準マイクロホン８３で計測した音圧に対する光音響媒質部８１の出力を計測する。光音響媒質部８１としては、一例として、長手方向を１７ｍｍ、短手方向を１５ｍｍ、厚み方向をｄ＝５ｍｍのシリカ乾燥ゲルを用いた。光ファイバ４は、コア４ｇ及びクラッド４ｈの材料が石英ガラスで構成され、シリコン樹脂による一次被覆４ｊと、アラミド繊維による緩衝材４ｋと、塩化ビニルによる外皮４ｍとで構成される光ファイバを用いた。光ファイバは、一例として、クラッド外径が１２５μｍ、モードフィールド径が約１０．４μｍ、１次被覆径が０．９ｍｍ、緩衝材と外皮を含む外形が２．８ｍｍのものを用いた。光波は出射側ファイバ４ｎより入射され、光音響媒質部８１の長手方向に向かって伝搬して透過した後、ミラー８２で反射されて、再度、光音響媒質部８１を伝搬透過し、受光側ファイバ４ｐに入射される。シリカ乾燥ゲルは、一例として、密度が０．１０８ｇ/ｃｍ３、音速が５０ｍ/ｓｅｃのものを用いた。また、比較のために、図２２に示すように、一端と他端がそれぞれ受光側光ファイバ４ｐと出射側光ファイバ４ｎとに接続された３ｍの光ファイバ９０を、直径１５ｃｍ程度の円状に巻いて束ねたものを、机８６の台８６ａの下の光音響媒質部８１と同様な位置に配置して、音響波受波の周波数特性を測定した。測定結果を図８及び図５に示す。
【０１４９】
図８は、１ｋＨｚ以下の可聴域の音響波に対する周波数特性の測定結果である。ここでは、シリカ乾燥ゲルの感度及び光ファイバの感度の周波数特性は、凡そ、その差が１０ｄＢ程度以内の小さな差しかないのがわかる。図５は、超音波域を含む１ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの周波数特性の測定結果である。これを見ると、高い周波数であればあるほど、シリカ乾燥ゲルと光ファイバとの感度に大きな差が現れることがわかる。また、図５で示した周波数より高い周波数領域においても、スピーカー８５の代わりに、高周波の超音波が出力可能であるツイータを用いるなどして実験を行ったが、測定に用いたツイータの出力に対して、光ファイバの出力が検出限界を下回った。これに対して、シリカ乾燥ゲルでは、２００ｋＨｚまで検出できることが確認できた。そのため、シリカ乾燥ゲルが光ファイバに対して高い感度が取れる傾向は、高周波数域においても同様と考えられる。従来の電気機械式のマイクロホンに比較して高周波の周波数を感知することができるため、周波数の選択範囲が広いことも、シリカ乾燥ゲルを用いる利点として挙げられる。
【０１５０】
シリカ乾燥ゲルに対して、光ファイバが高周波において大きな感度低下を生じた理由としては、光ファイバにおいては、光波が導波路中のコア部のみを導波しており、コア部中を導波する光波と音響波が接触する必要があるからと考えられる。光ファイバ４は、一次被覆又は緩衝材又は外皮に覆われており、緩衝材又は外皮に用いられているアラミド繊維又は可塑性樹脂材料は音響波を大きく減衰させる。波の減衰は、およそ波長と比較してどの程度の長さを伝搬するかにしたがって大きくなる。そのため、低周波の音響波は波長が長いため、光ファイバの外径が波長に比較して十分短く、緩衝材又は外皮において殆ど減衰されることなくコア部まで到達することができ、光ファイバにおいても音響波が検出される。一方、高周波の音響波は波長が短いため、光ファイバの外径が波長に対して無視できなくなる。このため、緩衝材又は外皮で減衰されてコア部まで到達することができなくなり、光ファイバにおいて音響波が検出されない。感度の差が生じる周波数は、導波路部を被覆する材料及び大きさに依存すると考えられるが、本光ファイバではおよそ９ｋＨｚ程度で差が現れている。
【０１５１】
工場施設内は可聴音による雑音が非常に多い環境であり、一例として、異常音の検知の際には、検出ターゲット周波数として周囲雑音が小さい２０ｋＨｚ以上の超音波領域を用いる。第１実施形態によれば、シリカ乾燥ゲルと光ファイバとの組み合わせでセンサ部２を構成することで、超音波領域における検出感度に桁違いの差を設けることができる。このため、シリカ乾燥ゲルにおいてのみ、異常音である超音波を選択的に検出することが可能となる。
【０１５２】
[第２実施形態]
図２３に、第２実施形態による異常音検知装置の構成を示す。
【０１５３】
第２実施形態による異常音検知装置は、第１実施形態による異常音検知装置と異なり、センサ部２を透過した光波を光電変換部６で受波して異常音を検知することができる。また、第１実施形態では異常音を受波する部分に光音響媒質部５を用いているが、光音響媒質部５の代わりに、光音響媒質部５及びファイバグレーティング１５で構成されるファブリペローファイバ共振器１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，・・・・・）を用いる。ファイバグレーティング１５とは、水素ローディング処理を施した光ファイバのコアに、エキシマレーザなどの短波長レーザを照射してその屈折率を変化させ、これにより回折格子を形成して作製するファイバ型デバイスである。このデバイスは、特定の波長域の光波を反射するストップ域を持つような光フィルタ機能を有する。隣接するファブリペローファイバ共振器１６と１６とは（言い換えれば、ファイバグレーティング１５とファイバグレーティング１５とは）、光ファイバ４で接続されている。
【０１５４】
光音響媒質部５の前段及び後段にそれぞれファイバグレーティング１５を配置してファブリペローファイバ共振器１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，・・・・・を構成することにより、図２４に示すような透過特性を示す。すなわち、図２４の３つのグラフ（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図２４の（ａ）に示す構成のファブリペローファイバ共振器１６ａ、１６ｂ，１６ｃのそれぞれの透過特性を示すための、波長λと透過係数Ｔとの関係を示すグラフである。各透過特性においては、透過率が０となるストップ域が存在するが、共振波長λａ、λｂ、λｃにおいては、ストップ域にあってもファブリペロー共振により光波が透過する。図２４の４つのグラフ（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ）は、光源３からファブリペローファイバ共振器１６ａまでの段、ファブリペローファイバ共振器１６ａからファブリペローファイバ共振器１６ｂまでの段、ファブリペローファイバ共振器１６ｂからファブリペローファイバ共振器１６ｃまでの段、ファブリペローファイバ共振器１６ｃからその後のファブリペローファイバ共振器までの段のそれぞれにおける光波のスペクトルを示すための、共振波長λ（λａ，λｂ，λｃ）とスペクトル強度Ｉとの関係を示すグラフである。
【０１５５】
それぞれのファブリペローファイバ共振器１６ａ，１６ｂ，１６ｃの透過特性においては、ストップ域の中に透過域の共振波長λａ，λｂ，λｃが存在する。このストップ域中の透過域の共振波長λａ，λｂ，λｃは、ファイバグレーティング１５で反射される光波が共振することにより生じた透過域の共振波長λａ，λｂ，λｃであるため、共振器中の光音響媒質部５で摂動が生じる場合には、該波長域において大きな位相変化あるいは光強度変化を得ることができる。また、該波長域を除く波長の光波においては、大きな位相変化あるいは光強度変化を得ることはできない。
【０１５６】
センサ部２を透過した光波は、波長フィルタ１７を介して光電変換部６で受光される。
波長フィルタ１７は、センサ部２を透過した光波の任意波長を弁別して取り出すことができる。波長フィルタ１７としては、例えば図２５のように回折格子１７ａと２つのコリメートミラー１７ｃ，１７ｄとスリット１７ｄとを組み合わせたものを用いることができる。
【０１５７】
第２実施形態による異常音検知装置では、例えば、信号処理部７の記憶部７ｈにおいて、異常音を受波する部分が配置されている場所の情報と、その部分に用いられているファブリペローファイバ共振器１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，・・・・・）の共振波長λａ，λｂ，λｃ，・・・・・とを対応付けてデータとして予め保持している。また、光電変換部６で光波を受光する際に、波長フィルタ１７を用いてファブリペローファイバ共振器１６の各共振波長λａ，λｂ，λｃを弁別して受光するように予め調整する。例えば、ファブリペローファイバ共振器１６ａの共振波長λａの光波は受波するが、その他の共振器１６ｂ，１６ｃ，・・・・・の共振波長λｂ、λｃ，・・・・・に相当する波長の光波を含まないように波長フィルタ１７を調整して光波を受光することにより、ファブリペローファイバ共振器１６ａで受波した異常音を検知することができる。他のファブリペローファイバ共振器１６ｂ，１６ｃ，・・・・・についてもそれぞれ同様で、波長フィルタ１７を透過する光波の波長が共振波長に該当した共振器においてのみ異常音が検知される。そのため、取得信号が閾値を超えて異常音を検知した場合には、波長フィルタ１７の透過波長は、異常音が検知されたファブリペローファイバ共振器１６の共振波長に対応していると推定することができる。よって、信号処理部７が、予め持っている位置情報と共振波長とを照合することにより、異常音の検知箇所を同定することが可能となる。
【０１５８】
なお、波長フィルタ１７において波長の弁別を行わずに透過光を全て光電変換部６で受光すると、全てのファブリペローファイバ共振器１６で受波された異常音が積算されて検知される。そのため、通常は、波長フィルタ１７において波長の弁別を行わずに異常音をモニタしておいて、積算された検知信号が閾値を超えた際に異常を検知して、その後、波長を弁別して異常箇所を同定するという使い方をすることができる。第１実施形態とは異なってパルス光を用いないため、波長の弁別を行わない場合においては、異常音が間欠音で合った場合などでも、高い精度での検出が可能になる。
【０１５９】
この際の異常音の検知及び異常箇所の同定の様子の一例を図２６に示す。図２６では、（ａ）に示すように、全てのファブリペローファイバ共振器１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，・・・・・）で受波された異常音を検知するために波長弁別を行わずに光波を受光する第１光電変換部６ａと、波長フィルタ１７により波長弁別された光波を受光する第２光電変換部６ｂとを用いている。光波を、これら２つの光電変換部６ａ，６ｂに分岐して入力するために、ファイバカプラ１８を用いている。なお、図２６の例では、ファブリペローファイバ共振器１６ｂで異常音が発生している状態を示している。
【０１６０】
まず、異常音を検知するための第１ステップ（図１８のステップＳ１１２参照）として、信号処理部７は、受信部７ｂで受信した第１光電変換部６ａの出力波形（図２６の（ｂ）参照）から、低周波成分を除去した信号をフィルタリング処理部７ｃで取得する。
【０１６１】
次いで、第２ステップ（図１８のステップＳ１１３，Ｓ１１４参照）として、取得した信号が閾値（異常音閾値）を超えたかどうかを異常音判定部７ｄで比較し、閾値を超えれば異常音が発生していると異常音判定部７ｄで判断する。図２６の（ｃ）は、取得した信号が異常音閾値を越えている状態を示している。
【０１６２】
異常音が検知された場合には、異常箇所の同定作業を同定部７ｆで行う（図１８のステップＳ１１５，Ｓ１１６参照、（図２６の（ｄ）〜（ｆ）参照））。なお、図２６の（ｄ）〜（ｆ）のグラフは、波長フィルタ１７で透過させる波長をそれぞれλａ、λｂ、λｃとした場合に取得される信号を表している。それらの縦軸のＶλａ、Ｖλｂ、Ｖλｃは、それぞれ、波長λａ、λｂ、λｃの電圧である。
【０１６３】
まず、同定作業の第１ステップＳ４０１としてファブリペローファイバ共振器１６に合わせて波長フィルタ１７の透過波長を調整する。波長フィルタ１７の透過波長は、例えば、図２５の構成でグレーティング１７ａの角度で中心周波数を変えることができ、スリット１７ｄの幅で透過帯域を変えられる。そのときのグレーティング１７ａの角度を変えるための透過波長調整用の情報は、記憶部７ｈに保持されて、記憶部７ｈからグレーティング１７ａの角度を変更する駆動装置に入力されて、自動的に透過波長を調整することができる。
【０１６４】
なお、各ファブリペロー共振器１６の共振波長λは、記憶部７ｈに、ファブリペロー共振器１６ａの位置と対応付けてデータベースとして予め保持しておく必要がある。例えば、まず最初に、ファブリペローファイバ共振器１６ａに合わせるように、波長フィルタ１７の透過波長を共振波長λａに合わせる。
【０１６５】
第２ステップＳ４０２として、光電変換部６ｂの出力信号を受信部７ｂで取得する。例えば、透過波長がλａであればファブリペローファイバ共振器１６ａで検知された信号が受信部７ｂで取得される。
【０１６６】
第３ステップＳ４０３として、第２ステップＳ４１２で取得された信号が、記憶部７ｈに保持された閾値を超えているかを同定部７ｆで判定する。これにより、例えば、透過波長が共振波長λａであれば、ファブリペローファイバ共振器１６ａで異常音が検知されたかどうかが同定部７ｆで判定される。
【０１６７】
以上の同定作業を、全てのファブリペローファイバ共振器１６の共振波長λについてそれぞれ行う。異常音が検知された波長がわかれば、一例として、図３０のようなデータベースを参照して異常音を検知したファブリペロー共振器１６が同定部７ｆでわかるため、異常箇所を同定部７ｆで同定することができる。図２６の例では、（ｄ）及び（ｆ）に示すように、ファブリペローファイバ共振器１６ａ，１６ｃの共振波長λａ，λｃについては異常音が検知されない。しかし、図２６の（ｅ）に示すように、ファブリペローファイバ共振器１６ｂの共振波長λｂについては、閾値を超えている異常音が検知されている。
【０１６８】
なお、第２実施形態による異常音検知装置は、センサ部２からの反射光を検出しても同様の動作が得られる。図２７のようにセンサ部２の終端に反射部１８を配置し、反射部１８で光波を反射すれば、センサ部２からの光波の反射を促進することができる。センサ部２からの反射光を光電変換部６で受光し、光源３に戻って光が再び入射しないためには、第１実施形態と同様に光入出力ポート９として光サーキュレータを用いればよい。
【０１６９】
第２実施形態によれば、各共振波長において、異常音の時間波形を再現性良く取得できるため、異常音の検知及び異常箇所の同定を精度良く行うことができる。
【０１７０】
図２９Ａ〜図２９Ｅは、２つの光音響媒質部で異常音を検知した際に、異常箇所を同定する方法の変形例を示す図である。このような方法を信号処理部７で実行する場合には、まず、図２９Ａのように、第１の閾値を超える信号以外に、第１の閾値を超えない信号が存在する場合においても、図２９Ｂのようにピーク電圧を異常音判定部７ｄで検知する。次いで、図２９Ｃのような第２の閾値Ｖｓを閾値設定部７ｇで設定することにより、第２の閾値Ｖｓを超えて異常音が検知される箇所が、２箇所、異常音判定部７ｄで検知する。このとき、図２９Ｄのように、２箇所の閾値を超える時刻δｔ１及びδｔ２を計測部７ｅで取得する。次いで、それぞれと図２９Ｅのデータベースの情報とを異常音判定部７ｄで比較して、異常音の検知箇所を同定する。
【０１７１】
なお、本発明を第１〜第２実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本発明は、前記の第１〜第２実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
【０１７２】
前記各信号処理部の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記ＲＡＭ又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
【０１７３】
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをＣＰＵ等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。なお、前記実施形態又は変形例における異常音検知装置は、センサ部と検出部とを備える異常音検知装置であって、
前記センサ部は、複数の光音響媒質部と、前記複数の光音響媒質部を接続する光ファイバとを備え、
前記検出部は、
光波を出力する光源と、
前記光源に接続され前記光波が内部に入射されてその内部を伝搬する光源側ファイバと、
前記光源側ファイバと、前記センサ部の一端を構成する光ファイバと、光電変換部側ファイバとが接続されて、前記光源側ファイバを伝搬する光波を前記センサ部の前記光ファイバへ伝搬させ、さらに前記センサ部の前記光ファイバより反射した光波を前記光電変換部側ファイバへ伝搬させる光入出力ポートと、
前記光電変換部側ファイバに接続されて前記センサ部からの反射光を受光して電気信号に変換する光電変換部と、
信号処理部とを備える、異常音検知装置である。このような異常音検知装置に使用される前記信号処理部を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、コンピュータに、
前記光電変換部からの前記電気信号と閾値とを比較して異常音の発生の有無を検知する異常音判定部と、
前記異常音判定部で、前記電気信号が前記閾値を越えていると判定して異常音の発生を検知した場合には、前記電気信号から取得した時間情報と前記複数の光音響媒質部の位置情報とを基に、前記異常音の発生箇所を同定する同定部と、
として機能させるための信号処理プログラムである。
【０１７４】
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど）に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
【０１７５】
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
【０１７６】
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
本発明にかかる異常音検知装置及び方法は、超音波域の異常音の発生箇所を同定することができるので、工場内の配管のガス漏れ又は装置の異常診断に有用である。
【符号の説明】
【０１７８】
１  検出部
２  センサ部
３  光源
４  光ファイバ
４ａ  光源側光ファイバ
４ｂ  光電変換部側ファイバ
４ｃ  出射側光ファイバ
４ｄ  受光側光ファイバ
４ｇ  コア
４ｈ  クラッド
４ｉ  導波路部
４ｊ  １次被覆部
４ｋ  緩衝材
４ｍ  外皮
４ｎ  出射側光ファイバ
４ｐ  受光側光ファイバ
５  光音響媒質部
６  光電変換部
６ａ  第１光電変換部
６ｂ  第２光電変換部
７  信号処理部
７ａ  基準時刻情報取得部
７ｂ  受信部
７ｃ  フィルタリング処理部
７ｄ  異常音判定部
７ｅ  計測部
７ｆ  同定部
７ｇ  閾値設定部
７ｈ  記憶部
７ｉ  差分処理部
８  異常検知対象物
９  光入出力ポート
１０ａ  出射側結合レンズ
１０ｂ  受光側結合レンズ
１１  結合レンズ系冶具
１２  参照光発生部
１４  光スイッチ
１５  ファイバグレーティング
１６、１６ａ〜１６ｊ  ファブリペローファイバ共振器
１７  波長フィルタ
１７ａ  回折格子
１７ｃ，１７ｄ  コリメートミラー
１７ｅ  スリット
１８  反射部
７０  ４分岐ファイバカプラ
８０  光ヘテロダイン計測計
８１  光音響媒質部
８２  ミラー
８３  標準マイクロホン
８４  標準マイクロホン用アンプ
８５  スピーカ
８６  机
８７  オーディオアンプ
８８  スペクトラムアナライザ
８９  無響箱
１１１  導波路
１１４  障害（摂動）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2013253831.tif 000007
【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013253831.tif 000011
【図７Ａ】
2013253831.tif 000012
【図７Ｂ】
2013253831.tif 000013
【図７Ｃ】
2013253831.tif 000014
【図７Ｄ】
2013253831.tif 000015
【図７Ｅ】
2013253831.tif 000016
【図７Ｆ】
2013253831.tif 000017
【図８】
2013253831.tif 000018
【図９】
2013253831.tif 000019
【図１０】
2013253831.tif 000020
【図１１】
2013253831.tif 000021
【図１２】
2013253831.tif 000022
【図１３Ａ】
2013253831.tif 000023
【図１３Ｂ】
2013253831.tif 000024
【図１３Ｃ】
2013253831.tif 000025
【図１３Ｄ】
2013253831.tif 000026
【図１３Ｅ】
2013253831.tif 000027
【図１３Ｆ】
2013253831.tif 000028
【図１４】
2013253831.tif 000029
【図１５Ａ】
2013253831.tif 000030
【図１５Ｂ】
2013253831.tif 000031
【図１５Ｃ】
2013253831.tif 000032
【図１５Ｄ】
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【図１６】
2013253831.tif 000034
【図１７Ａ】
2013253831.tif 000035
【図１７Ｂ】
2013253831.tif 000036
【図１７Ｃ】
2013253831.tif 000037
【図１７Ｄ】
2013253831.tif 000038
【図１７Ｅ】
2013253831.tif 000039
【図１８】
2013253831.tif 000040
【図１９Ａ】
2013253831.tif 000041
【図１９Ｂ】
2013253831.tif 000042
【図１９Ｃ】
2013253831.tif 000043
【図１９Ｄ】
2013253831.tif 000044
【図１９Ｅ】
2013253831.tif 000045
【図１９Ｆ】
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【図２０】
2013253831.tif 000047
【図２１】
2013253831.tif 000048
【図２２】
2013253831.tif 000049
【図２３】
2013253831.tif 000050
【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９Ａ】
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【図２９Ｂ】
2013253831.tif 000057
【図２９Ｃ】
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【図２９Ｄ】
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【図２９Ｅ】
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【図３０】
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