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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-13
(45)【発行日】2023-03-22
(54)【発明の名称】非接触音響解析システム
(51)【国際特許分類】
G01N 29/12 20060101AFI20230314BHJP
G01N 29/46 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
G01N29/12
G01N29/46
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019095500
(22)【出願日】2019-05-21
(65)【公開番号】P2020190460
(43)【公開日】2020-11-26
【審査請求日】2022-04-21
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ［公開の事実１］ 刊行物：土木学会第７３回年次学術講演会予稿集 第８２３－８２４頁 発行日：平成３０年８月１日 集会名：土木学会第７３回年次学術講演会 ［公開の事実２］ 刊行物：日本音響学会２０１８年秋季研究発表会講演論文集 第７４３－７４４頁 発行日：平成３０年８月２９日 集会名：日本音響学会２０１８年秋季研究発表会 ［公開の事実３］ 刊行物：第３９回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム（ＵＳＥ２０１８）（平成３０年１０月２９日～３１日開催）に配布されたＵＳＢメモリー 収録日：平成３０年９月２８日 集会名：第３９回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム ［公開の事実４］ 刊行物：ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ２０１８（平成３０年１０月２２日～２５日開催）に配布されたＵＳＢメモリー 収録日：平成３０年１０月１日 集会名：ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ２０１８ ［公開の事実５］ 集会名：日本非破壊検査協会 平成３０年度 秋季講演大会，神戸商工会議所 開催日：平成３０年１１月１５日 ［公開の事実６］ 刊行物：日本音響学会２０１９年春季研究発表会講演論文集 第７０３－７０４頁 発行日：平成３１年２月１９日 集会名：日本音響学会２０１９年春季研究発表会 ［公開の事実７］ 刊行物：安全・安心な社会を築く先進材料・非破壊計測技術シンポジウム論文集 第３１－３４頁 発行日：平成３１年３月７日
(73)【特許権者】
【識別番号】593232206
【氏名又は名称】学校法人桐蔭学園
(73)【特許権者】
【識別番号】000172813
【氏名又は名称】佐藤工業株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000003687
【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000221546
【氏名又は名称】東電設計株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】501091006
【氏名又は名称】株式会社東設土木コンサルタント
(74)【代理人】
【識別番号】100137589
【弁理士】
【氏名又は名称】右田 俊介
(74)【代理人】
【識別番号】100160864
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 政治
(72)【発明者】
【氏名】杉本 恒美
(72)【発明者】
【氏名】杉本 和子
(72)【発明者】
【氏名】歌川 紀之
(72)【発明者】
【氏名】黒田 千歳
(72)【発明者】
【氏名】森岡 宏之
(72)【発明者】
【氏名】中川 貴之
(72)【発明者】
【氏名】杉崎 直人
【審査官】越柴 洋哉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２２４８９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９６８５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０９００９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３８２３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】再公表特許第２０１７／１９９４５５（ＪＰ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－２１５６００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０９－５０６４２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００６／０２２５５０９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８５６２６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０３９４０９０５（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造物の測定面に音波を照射して前記測定面を加振する音響発信源と、前記測定面に定めた複数の計測点において前記測定面に対する振動速度スペクトルを計測するレーザードップラー振動計と、
前記レーザードップラー振動計によって計測された前記振動速度スペクトルのそれぞれに対して周波数毎のスペクトルエントロピーである空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する解析装置と、
を備え、
前記構造物の欠陥部の共振周波数帯域および前記レーザードップラー振動計の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、前記解析装置が出力することを特徴とする非接触音響解析システム。
【請求項2】
前記測定面に定める複数の計測点の配列が格子点になっていることによって、前記測定面が二次元空間を構成しており、前記解析装置は、前記二次元空間を構成する複数の計測点において計測された前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用する請求項１に記載の非接触音響解析システム。
【請求項3】
前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第１の閾値以下である場合、当該振動速度スペクトルが計測された計測点の内部に欠陥が生じているものと解析する請求項１または２に記載の非接触音響解析システム。
【請求項4】
前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第２の閾値以上である場合、当該振動速度スペクトルが前記レーザードップラー振動計のレーザーヘッドの共振周波数又は共振周波数帯域であるものと解析する請求項１から３のいずれか一項に記載の非接触音響解析システム。
【請求項5】
前記第１の閾値が、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値の中央値より小さく、前記第２の閾値が、前記中央値より大きい請求項３に従属する請求項４に記載の非接触音響解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、非接触音響解析システムに関する。
【背景技術】
【0002】
検査対象物に対して音波を照射することによって、接触せずに検査対象物の健全性を解析する手法が知られている。
この種の非接触音響解析システムとして、下記の特許文献１を例示する。
この種の非接触音響解析システムとして、下記の特許文献１を例示する。
【0003】
特許文献１には、空中音波で検査対象面を加振し，レーザードップラー振動計(LDV：Laser Doppler Vibrometer)を用いて検査対象面の振動速度を測定することによって、欠陥部における共振周波数を検出することによって、検査対象面内部の欠陥の有無を解析する手法（以下、非接触音響探査法）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１７－９００９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に記載されている非接触音響探査を用いると、音源からの直接波や周囲からの反響等の影響により、高感度のレーザードップラー振動計が共振しやすい周波数帯域が生じうる。
通常の距離からの非接触音響探査は、その周波数帯域がごく狭い帯域（２０～３０Ｈｚ程度）に限られるため、その周波数帯域を除いたデータ解析でも、その周波数帯域と欠陥部における共振周波数が完全に重ならない限りは欠陥検出の目的を十分に達成できる。
一方、遠距離からの非接触音響探査については、距離が離れるほど空中音波の音圧を大きくする必要があるものの、解放的な空間（例えば、高架橋の下部）で実施される場合には、通常の距離からの非接触音響探査と同じように、通常と同様のデータ解析でも特に問題を生じない。しかしながら、閉鎖的な空間（例えば、地下空洞）では、周囲を囲むコンクリートからの反響や残響等の影響により、レーザードップラー振動計のレーザーヘッドの共振周波数帯域が広がる傾向にあり、通常と同様のデータ解析では欠陥検出に支障をきたす場合がある。
通常の距離からの非接触音響探査は、その周波数帯域がごく狭い帯域（２０～３０Ｈｚ程度）に限られるため、その周波数帯域を除いたデータ解析でも、その周波数帯域と欠陥部における共振周波数が完全に重ならない限りは欠陥検出の目的を十分に達成できる。
一方、遠距離からの非接触音響探査については、距離が離れるほど空中音波の音圧を大きくする必要があるものの、解放的な空間（例えば、高架橋の下部）で実施される場合には、通常の距離からの非接触音響探査と同じように、通常と同様のデータ解析でも特に問題を生じない。しかしながら、閉鎖的な空間（例えば、地下空洞）では、周囲を囲むコンクリートからの反響や残響等の影響により、レーザードップラー振動計のレーザーヘッドの共振周波数帯域が広がる傾向にあり、通常と同様のデータ解析では欠陥検出に支障をきたす場合がある。
【0006】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、解放空間及び閉鎖空間のいずれにおいても有効に非接触音響探査を実施可能とする非接触検査システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によれば、構造物の測定面に音波を照射して前記測定面を加振する音響発信源と、前記測定面に定めた複数の計測点において前記測定面に対する振動速度スペクトルを計測するレーザードップラー振動計と、前記レーザードップラー振動計によって計測された前記振動速度スペクトルのそれぞれに対して周波数毎のスペクトルエントロピーである空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する解析装置と、を備え、前記構造物の欠陥部の共振周波数帯域および前記レーザードップラー振動計の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、前記解析装置が出力することを特徴とする非接触音響解析システムが提供される。
【0008】
上記発明は、レーザードップラー振動計の計測結果（測定面上の複数の計測点において計測された振動速度スペクトル）に対して空間スペクトルエントロピーを適用して解析を行うものである。この空間スペクトルエントロピーは、振動速度スペクトルに係る情報エントロピーを複数の計測点において計測された振動速度スペクトルに対して周波数毎に算出したものであり、測定面における振動速度分布の白色性を周波数毎に解析することができる。
欠陥部におけるたわみ共振周波数帯域においては、測定面における振動速度分布の白色性が低くなる傾向があり、レーザードップラー振動計の共振周波数帯域における測定面における振動速度分布の白色性が高くなる傾向があるため、上記発明は、これらを区別した解析を実現でき、解放空間及び閉鎖空間のいずれで実施する非接触音響探査においても十分な精度で欠陥部を検出することができる。
欠陥部におけるたわみ共振周波数帯域においては、測定面における振動速度分布の白色性が低くなる傾向があり、レーザードップラー振動計の共振周波数帯域における測定面における振動速度分布の白色性が高くなる傾向があるため、上記発明は、これらを区別した解析を実現でき、解放空間及び閉鎖空間のいずれで実施する非接触音響探査においても十分な精度で欠陥部を検出することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、解放空間及び閉鎖空間のいずれにおいても有効に非接触音響探査を実施可能とする非接触検査システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の解析に用いる空間スペクトルエントロピーの原理を示す概念図である。
【図2】本発明に係る非接触音響解析システムの構成図である。
【図3】本発明の評価試験に用いたコンクリート試供体の説明図である。
【図4】円形空洞欠陥の中心部に対応する計測点における振動速度スペクトルを示す図である。
【図6】従来方法によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
【図7】空間スペクトルエントロピーの適用によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
【図8】地下大空洞の天井面を撮影した画像を示す図である。
【図9】欠陥部と判断された計測点における振動速度スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、適宜に説明を省略する。
【0012】
＜スペクトルエントロピーについて＞
スペクトルエントロピーとは、一般的には時間信号に対して用いられ、時間信号のスペクトルを確率分布とみなし情報エントロピーを計算したものであり、その時間信号の白色性を示す特徴量である。
本発明では、レーザードップラー振動計の計測結果に対してスペクトルエントロピーを援用する。なお、本発明に用いるスペクトルエントロピーについては、単一の測定点に対するスペクトルエントロピーと区別するために空間スペクトルエントロピーと呼称する。
スペクトルエントロピーとは、一般的には時間信号に対して用いられ、時間信号のスペクトルを確率分布とみなし情報エントロピーを計算したものであり、その時間信号の白色性を示す特徴量である。
本発明では、レーザードップラー振動計の計測結果に対してスペクトルエントロピーを援用する。なお、本発明に用いるスペクトルエントロピーについては、単一の測定点に対するスペクトルエントロピーと区別するために空間スペクトルエントロピーと呼称する。
【0013】
図１は、本発明の解析に用いる空間スペクトルエントロピーの原理を示す概念図である。
図１に示すように、測定面２上にある測定点の振動速度スペクトルの周波数軸を考える。図１に図示される周波数軸は、各計測点（計測点ｒａ、計測点ｒｂ、計測点ｒｃ）における複数の振動速度スペクトル（振動速度スペクトルＳａ、振動速度スペクトルＳｂ、振動速度スペクトルＳｃ）を示している。
本発明の解析において空間スペクトルエントロピーを適用するにあたり、解析装置は測定面２に配置された複数の計測点のそれぞれについてスペクトルエントロピーを計算することが好ましい。
以下の式（１）は、本発明の解析に用いる空間スペクトルエントロピーの演算式の一具体例を示すものである。
図１に示すように、測定面２上にある測定点の振動速度スペクトルの周波数軸を考える。図１に図示される周波数軸は、各計測点（計測点ｒａ、計測点ｒｂ、計測点ｒｃ）における複数の振動速度スペクトル（振動速度スペクトルＳａ、振動速度スペクトルＳｂ、振動速度スペクトルＳｃ）を示している。
本発明の解析において空間スペクトルエントロピーを適用するにあたり、解析装置は測定面２に配置された複数の計測点のそれぞれについてスペクトルエントロピーを計算することが好ましい。
以下の式（１）は、本発明の解析に用いる空間スペクトルエントロピーの演算式の一具体例を示すものである。
【0014】
【数1】
【0015】
ここで、Si,j(f)は、測定面２に定めた各計測点（ri,j）で計測された信号を離散フーリエ変換して得られるパワー・スペクトルの周波数成分を表すものであり、単位はHz（ヘルツ）である。
また、Pi,j(f)は、測定面２に定めた各計測点（ri,j）におけるパワー・スペクトルの周波数成分が、測定面内で存在する確率である。
また、Pi,j(f)は、測定面２に定めた各計測点（ri,j）におけるパワー・スペクトルの周波数成分が、測定面内で存在する確率である。
【0016】
上述したように、上記の演算式は測定面２の全体（二次元の計測空間）に拡張されるものである。ここで、測定面２は、全ての領域が平面であることに限られず、領域の少なくとも一部に曲面が含まれてもよい。
【0017】
＜本発明に係る解析システム１０について＞
図２は、本発明に係る非接触音響解析システム（以下、「解析システム」と略記する場合がある）１０の構成図である。
図２は、本発明に係る非接触音響解析システム（以下、「解析システム」と略記する場合がある）１０の構成図である。
【0018】
解析システム１０は、構造物１の測定面２に音波を照射することをもって種々の解析（例えば、構造物１の内部に生じた欠陥部３の有無の解析等）を行うシステムである。
解析システム１０は、少なくとも以下の音響発信源１１、レーザードップラー振動計１３、及びコンピュータ１５を備える。
音響発信源１１は、構造物１の測定面２に音波を照射して測定面２を加振する。
レーザードップラー振動計１３は、測定面２に定めた複数の計測点（例えば、計測点ｒ１、計測点ｒ２、計測点ｒ３、計測点ｒ４及び計測点ｒ５）において測定面２に対する振動速度スペクトルを計測する。
コンピュータ１５は、レーザードップラー振動計１３によって複数の計測点において計測された振動速度スペクトルに対して空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する機能（本発明の解析装置に相当するもの）を有する。
本発明に係る解析システム１０は、構造物１の欠陥部３の共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、コンピュータ１５が出力することを特徴とする。
解析システム１０は、少なくとも以下の音響発信源１１、レーザードップラー振動計１３、及びコンピュータ１５を備える。
音響発信源１１は、構造物１の測定面２に音波を照射して測定面２を加振する。
レーザードップラー振動計１３は、測定面２に定めた複数の計測点（例えば、計測点ｒ１、計測点ｒ２、計測点ｒ３、計測点ｒ４及び計測点ｒ５）において測定面２に対する振動速度スペクトルを計測する。
コンピュータ１５は、レーザードップラー振動計１３によって複数の計測点において計測された振動速度スペクトルに対して空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する機能（本発明の解析装置に相当するもの）を有する。
本発明に係る解析システム１０は、構造物１の欠陥部３の共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、コンピュータ１５が出力することを特徴とする。
【0019】
図２に図示した構成は一具体例であり、本発明の実施における解析システム１０は、不図示の構成が追加されてもよい。
例えば、音響発信源１１から照射する音波の周波数を制御する装置（ファンクションジェネレータ）や音響発信源１１から照射する音波の出力を増幅させる装置（オーディオアンプ）等が追加されてもよい。
また、音響発信源１１は、必ずしも固定的に設置される必要はなく、不図示の移動体（車両や航空機等）に搭載されて移動可能であってもよい。
例えば、音響発信源１１から照射する音波の周波数を制御する装置（ファンクションジェネレータ）や音響発信源１１から照射する音波の出力を増幅させる装置（オーディオアンプ）等が追加されてもよい。
また、音響発信源１１は、必ずしも固定的に設置される必要はなく、不図示の移動体（車両や航空機等）に搭載されて移動可能であってもよい。
【0020】
解析システム１０によって解析される構造物１としては、例えば、コンクリート構造物（橋梁やトンネル等の建築物）や鋼構造物（鋼橋や鉄塔の構造物）等が挙げられる。
【0021】
音響発信源１１には、測定面２を面的に加振しうるフラットスピーカを好ましく用いることができる。音響発信源１１には、フラットスピーカの他、パラメトリックスピーカ、ラウドスピーカ、パルスレーザ、高圧ガスガン、衝撃波管等を用いることができる。
【0022】
音響発信源１１から測定面２に照射される音波は、測定面２に係る振動速度がレーザードップラー振動計１３によって測定できる程度に、測定面２を振動させることができる音波であればよい。
音響発信源１１から送出される音波の周波数は、欠陥部３の共振特性に合わせて調整可能であることが好ましく、可聴帯域の音波（音響波）及び可聴帯域より高い帯域の音波（超音波）を含みうる。
音響発信源１１から送出される音波の周波数は、欠陥部３の共振特性に合わせて調整可能であることが好ましく、可聴帯域の音波（音響波）及び可聴帯域より高い帯域の音波（超音波）を含みうる。
【0023】
レーザードップラー振動計１３は、音波により加振された測定面２の振動速度を光学的に計測する手段である。
レーザードップラー振動計１３は、１００～１５０メートル程度離れている位置に存在する測定面２についても振動速度を計測可能であるため、構造物１が比較的大きな建築物であっても解析対象としうる。
レーザードップラー振動計１３は、１００～１５０メートル程度離れている位置に存在する測定面２についても振動速度を計測可能であるため、構造物１が比較的大きな建築物であっても解析対象としうる。
【0024】
レーザードップラー振動計１３については、１回の計測で１点における計測が可能なシングルレーザタイプのものを用いることも可能である。
しかしながら、レーザードップラー振動計１３は、１回の計測で複数点における計測が可能なスキャニングレーザタイプのものを用いることが好ましい。言い換えれば、測定面２に定める計測点（図２の例によれば、計測点ｒ１、計測点ｒ２、計測点ｒ３、計測点ｒ４、計測点ｒ５）が複数になっており、レーザードップラー振動計１３は、測定面２上に定められた複数の計測点において振動速度スペクトルを並行して計測するものであることが好ましい。
これにより、コンピュータ１５（解析装置）は、測定面２上に定められた複数の計測点において計測された振動速度スペクトルのそれぞれに対して空間スペクトルエントロピーを適用することができる。
しかしながら、レーザードップラー振動計１３は、１回の計測で複数点における計測が可能なスキャニングレーザタイプのものを用いることが好ましい。言い換えれば、測定面２に定める計測点（図２の例によれば、計測点ｒ１、計測点ｒ２、計測点ｒ３、計測点ｒ４、計測点ｒ５）が複数になっており、レーザードップラー振動計１３は、測定面２上に定められた複数の計測点において振動速度スペクトルを並行して計測するものであることが好ましい。
これにより、コンピュータ１５（解析装置）は、測定面２上に定められた複数の計測点において計測された振動速度スペクトルのそれぞれに対して空間スペクトルエントロピーを適用することができる。
【0025】
測定面２に定める複数の計測点については、上述した空間スペクトルエントロピーを用いることを前提とするならば、その配列が格子点になっていることによって測定面２が二次元空間を構成していることが好ましい。そして、コンピュータ１５（解析装置）は、二次元空間を構成する複数の計測点において計測された振動速度スペクトルに対して空間スペクトルエントロピーを適用することが好ましい。しかしながら、本発明の実施はこの実施態様に限られない。
例えば、測定面２に定める複数の計測点が直線状に配列されていることや、測定面２に定める計測点がランダムな配置であることを許容する。なお、これらの変形例において、コンピュータ１５が解析に用いる空間スペクトルエントロピーの演算式は、式（１）のまま適用することができる。
例えば、測定面２に定める複数の計測点が直線状に配列されていることや、測定面２に定める計測点がランダムな配置であることを許容する。なお、これらの変形例において、コンピュータ１５が解析に用いる空間スペクトルエントロピーの演算式は、式（１）のまま適用することができる。
【0026】
コンピュータ１５は、本発明の解析装置に相当する機能を有する他に、音響発信源１１による音波の出力を制御する機能や音響発信源１１の出力と同期してレーザードップラー振動計１３による計測を開始させる機能等を更に有してもよい。
コンピュータ１５を実現するハードウェアは、上述した種々の機能を実現できるものであれば特に限定されず、汎用的なコンピュータを用いることができる。
コンピュータ１５を実現するハードウェアは、上述した種々の機能を実現できるものであれば特に限定されず、汎用的なコンピュータを用いることができる。
【0027】
＜本発明の評価試験について＞
以下、本発明（上述の空間スペクトルエントロピーを適用して解析を行う解析システム１０）の評価試験について、説明する。
以下、本発明（上述の空間スペクトルエントロピーを適用して解析を行う解析システム１０）の評価試験について、説明する。
【0028】
（評価試験方法について）
図３は、本発明の評価試験に用いたコンクリート試供体１Ａの説明図である。
コンクリート試供体１Ａ自体の大きさは、幅２ｍ、高さ２ｍ、奥行き０．３ｍである。
コンクリート試供体１Ａの内部には、空洞欠陥を模した円形の発泡スチロール（以下、円形空洞欠陥３Ａと称する）が埋設されている。
円形空洞欠陥３Ａの直径Ｒは２００ｍｍであり、円形空洞欠陥３Ａの厚みＤ２は２５ｍｍである。
円形空洞欠陥３Ａが埋設されている深さＤ１は、コンクリート試供体１Ａの表面から６０ｍｍである。
図３は、本発明の評価試験に用いたコンクリート試供体１Ａの説明図である。
コンクリート試供体１Ａ自体の大きさは、幅２ｍ、高さ２ｍ、奥行き０．３ｍである。
コンクリート試供体１Ａの内部には、空洞欠陥を模した円形の発泡スチロール（以下、円形空洞欠陥３Ａと称する）が埋設されている。
円形空洞欠陥３Ａの直径Ｒは２００ｍｍであり、円形空洞欠陥３Ａの厚みＤ２は２５ｍｍである。
円形空洞欠陥３Ａが埋設されている深さＤ１は、コンクリート試供体１Ａの表面から６０ｍｍである。
【0029】
音響発信源１１からコンクリート試供体１Ａの測定面２までの距離は５．０ｍである。
レーザードップラー振動計１３からコンクリート試供体１Ａの測定面２までの距離は７．７ｍである。
音響発信源１１から出力される音波には、トーンバースト波（２０００～６０００Ｈｚ、変調周波数２００Ｈｚ、インターバル５０ｍ秒）が用いられる。ここでトーンバースト波とは、所定のインターバルごとに周波数の異なる要素波形を複数含むものをいう。
この評価試験における加算平均回数は５回であり、計測点の数は１２１点（１１×１１）である。
レーザードップラー振動計１３からコンクリート試供体１Ａの測定面２までの距離は７．７ｍである。
音響発信源１１から出力される音波には、トーンバースト波（２０００～６０００Ｈｚ、変調周波数２００Ｈｚ、インターバル５０ｍ秒）が用いられる。ここでトーンバースト波とは、所定のインターバルごとに周波数の異なる要素波形を複数含むものをいう。
この評価試験における加算平均回数は５回であり、計測点の数は１２１点（１１×１１）である。
【0030】
（測定結果について）
図４は、円形空洞欠陥３Ａの中心部に対応する計測点における振動速度スペクトルを示す図である。
図４に図示する２５００Ｈｚ付近の共振ピークＰ１は、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振によるものである。
図４に図示する４１００Ｈｚ付近の共振ピークＰ２は、円形空洞欠陥３Ａの共振によるものである。
図４は、円形空洞欠陥３Ａの中心部に対応する計測点における振動速度スペクトルを示す図である。
図４に図示する２５００Ｈｚ付近の共振ピークＰ１は、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振によるものである。
図４に図示する４１００Ｈｚ付近の共振ピークＰ２は、円形空洞欠陥３Ａの共振によるものである。
【0031】
図５は、図４に図示した振動速度スペクトルに空間スペクトルエントロピーを適用した解析結果を示す図である。
図５に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、２５００Ｈｚ付近（ピークＰ３）で増加しており、４１００Ｈｚ付近（ピークＰ４）で減少している。
図５に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、２５００Ｈｚ付近（ピークＰ３）で増加しており、４１００Ｈｚ付近（ピークＰ４）で減少している。
【0032】
図４と図５を比較すれば明らかであるように、ピークＰ３はレーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振によるものであり、ピークＰ４は円形空洞欠陥３Ａの共振によるものであり、これらの値の大小に着目することによって、各々の共振周波数帯域を適切に区別することが可能である。
従って、コンピュータ１５が図５に示す解析結果を出力することによって、解析者はコンクリート試供体１Ａの円形空洞欠陥３Ａの共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を目視により識別することができる。
従って、コンピュータ１５が図５に示す解析結果を出力することによって、解析者はコンクリート試供体１Ａの円形空洞欠陥３Ａの共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を目視により識別することができる。
【0033】
（円形空洞欠陥の映像化について）
図６は、従来方法によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
図７は、空間スペクトルエントロピーの適用によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
なお、図６及び図７において白色破線で囲っている領域は、円形空洞欠陥３Ａが内在している位置を示すものである。
図６は、従来方法によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
図７は、空間スペクトルエントロピーの適用によって測定結果を映像化した画像を示す図である。
なお、図６及び図７において白色破線で囲っている領域は、円形空洞欠陥３Ａが内在している位置を示すものである。
【0034】
図６及び図７は共に、コンピュータ１５が、レーザードップラー振動計１３によって測定された振動速度スペクトルから、目的とする時間帯及び周波数帯域を選択的に抽出して不要信号を除去し、不要信号除去後の振動速度スペクトルに基づいて計測点ごとの振動エネルギー比を算出して可視化したものである。
但し、上述した空間スペクトルエントロピーを適用した解析（図５参照）によって、円形空洞欠陥３Ａの共振周波数は４１００Ｈｚ付近と推測されるので、図７の映像化については、振動エネルギー比を算出する周波数帯域を４０００～４２５０Ｈｚに絞り込んでいる。一方、図６の映像化については、従来方法に従って、トーンバースト波の全周波数帯域である２０００～６０００Ｈｚについて振動エネルギー比を算出した。
但し、上述した空間スペクトルエントロピーを適用した解析（図５参照）によって、円形空洞欠陥３Ａの共振周波数は４１００Ｈｚ付近と推測されるので、図７の映像化については、振動エネルギー比を算出する周波数帯域を４０００～４２５０Ｈｚに絞り込んでいる。一方、図６の映像化については、従来方法に従って、トーンバースト波の全周波数帯域である２０００～６０００Ｈｚについて振動エネルギー比を算出した。
【0035】
図６と図７を比較すると、空間スペクトルエントロピーを適用した解析結果（図７の画像）の方が従来方法の解析結果（図６の画像）に比べて、円形空洞欠陥３Ａの位置をより忠実に再現していることがわかる。
また、空間スペクトルエントロピーを適用した解析結果の方が、従来方法の解析結果に比べて、円形空洞欠陥３Ａが内在している位置とその周囲（健全な部分）との間の階調差（コントラスト）が大きくなることがわかる。
また、空間スペクトルエントロピーを適用した解析結果の方が、従来方法の解析結果に比べて、円形空洞欠陥３Ａが内在している位置とその周囲（健全な部分）との間の階調差（コントラスト）が大きくなることがわかる。
【0036】
＜閉鎖空間における本発明の実施について＞
続いて、実際の閉鎖空間における本発明の実施について説明する。
続いて、実際の閉鎖空間における本発明の実施について説明する。
【0037】
（実施環境について）
閉鎖空間として地下大空洞を選定し、その地下大空洞の天井面を測定面２として、本発明に係る解析システム１０を用いた非接触音響探査法を実施した。
なお、当該天井面は、吹き付けコンクリートになっている。
閉鎖空間として地下大空洞を選定し、その地下大空洞の天井面を測定面２として、本発明に係る解析システム１０を用いた非接触音響探査法を実施した。
なお、当該天井面は、吹き付けコンクリートになっている。
【0038】
音響発信源１１から測定面２までの距離は２１．５ｍである。
レーザードップラー振動計１３から測定面２までの距離は２２．０ｍである。
音響発信源１１から出力される音波には、マルチトーンバースト波を用いた。ここでマルチトーンバースト波とは、所定のインターバルごとに到来する１回の送出タイミングにおいて、そのインターバルより短い時間長さであって且つ各々が異なる周波数である要素波形を複数含むものをいう。マルチトーンバースト波は、１回の出力で複数とおり周波数帯域にわたってカバーすることができるので、試験時間の短縮を図ることができる。
レーザードップラー振動計１３から測定面２までの距離は２２．０ｍである。
音響発信源１１から出力される音波には、マルチトーンバースト波を用いた。ここでマルチトーンバースト波とは、所定のインターバルごとに到来する１回の送出タイミングにおいて、そのインターバルより短い時間長さであって且つ各々が異なる周波数である要素波形を複数含むものをいう。マルチトーンバースト波は、１回の出力で複数とおり周波数帯域にわたってカバーすることができるので、試験時間の短縮を図ることができる。
【0039】
図８は、地下大空洞の天井面（測定面２）を撮影した画像を示す図である。
図８に示される数字は計測点の識別番号であり、各数字の左側に示す+（プラス）の標記は計測点の位置を示している。
図８に示すとおり、この実施において測定面２に定めた計測点の数は１２１点（１１×１１）である。
また、図８における白色破線で囲われている領域は、地下大空洞における断層ＦＡの位置を示すものである。
図８に示される数字は計測点の識別番号であり、各数字の左側に示す+（プラス）の標記は計測点の位置を示している。
図８に示すとおり、この実施において測定面２に定めた計測点の数は１２１点（１１×１１）である。
また、図８における白色破線で囲われている領域は、地下大空洞における断層ＦＡの位置を示すものである。
【0040】
（測定結果について）
図９は、欠陥部と判断された計測点（図８に「６０」の識別番号が付与された計測点）における振動速度スペクトルを示す図である。
図９に図示する６００Ｈｚ付近の共振ピークＰ５は、地下大空洞の天井面における欠陥部の共振によるものである。
図９に図示する６３０Ｈｚ付近の共振ピークＰ６及び１４８０Ｈｚ付近の共振ピークＰ７は、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振によるものである。
図９は、欠陥部と判断された計測点（図８に「６０」の識別番号が付与された計測点）における振動速度スペクトルを示す図である。
図９に図示する６００Ｈｚ付近の共振ピークＰ５は、地下大空洞の天井面における欠陥部の共振によるものである。
図９に図示する６３０Ｈｚ付近の共振ピークＰ６及び１４８０Ｈｚ付近の共振ピークＰ７は、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振によるものである。
【0041】
図１０は、図９に図示した振動速度スペクトルに空間スペクトルエントロピーを適用した解析結果を示す図である。
図１０に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、６００Ｈｚ付近（ピークＰ８及びピークＰ９）で減少し、当該付近が地下大空洞の天井面における欠陥部の共振周波数帯域であることがわかる。
図１０に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、６３０Ｈｚ付近（ピークＰ１０）及び１４８０Ｈｚ付近（ピークＰ１１）で増加し、当該付近がレーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振周波数帯域であることがわかる。
図１０に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、６００Ｈｚ付近（ピークＰ８及びピークＰ９）で減少し、当該付近が地下大空洞の天井面における欠陥部の共振周波数帯域であることがわかる。
図１０に示すように、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの値は、６３０Ｈｚ付近（ピークＰ１０）及び１４８０Ｈｚ付近（ピークＰ１１）で増加し、当該付近がレーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振周波数帯域であることがわかる。
【0042】
また、図１０には、当該解析結果における空間スペクトルエントロピーの中央値Ｍが図示されている。
図１０に示すように、ピークＰ８及びピークＰ９は中央値Ｍより小さい値であり、ピークＰ１０及びピークＰ１１は中央値Ｍより大きい値である。
従って、中央値Ｍより小さい閾値（以下、第１の閾値と称す）と、中央値Ｍより大きい閾値（以下、第２の閾値と称す）と、を適切に定めることによって、以下のような解析が可能になる。
まず、空間スペクトルエントロピーが第１の閾値以下である場合、コンピュータ１５（解析装置）は、その振動速度スペクトルが計測された計測点の内部に欠陥が生じているものと解析することができる。一方、空間スペクトルエントロピーが第２の閾値以上である場合、コンピュータ１５（解析装置）は、その振動速度スペクトルがレーザードップラー振動計のヘッドの共振周波数又は共振周波数帯域であるものと解析することができる。
従って、コンピュータ１５が上記のような閾値を用いた解析の結果を出力することによって、地下大空洞の天井面の欠陥部の共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を自動的に（目視判断を要さずに）識別することができる。
図１０に示すように、ピークＰ８及びピークＰ９は中央値Ｍより小さい値であり、ピークＰ１０及びピークＰ１１は中央値Ｍより大きい値である。
従って、中央値Ｍより小さい閾値（以下、第１の閾値と称す）と、中央値Ｍより大きい閾値（以下、第２の閾値と称す）と、を適切に定めることによって、以下のような解析が可能になる。
まず、空間スペクトルエントロピーが第１の閾値以下である場合、コンピュータ１５（解析装置）は、その振動速度スペクトルが計測された計測点の内部に欠陥が生じているものと解析することができる。一方、空間スペクトルエントロピーが第２の閾値以上である場合、コンピュータ１５（解析装置）は、その振動速度スペクトルがレーザードップラー振動計のヘッドの共振周波数又は共振周波数帯域であるものと解析することができる。
従って、コンピュータ１５が上記のような閾値を用いた解析の結果を出力することによって、地下大空洞の天井面の欠陥部の共振周波数帯域およびレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域を自動的に（目視判断を要さずに）識別することができる。
【0043】
なお、上記の第１の閾値を用いた解析及び第２の閾値を用いた解析は、本発明の実施において必ずしもコンピュータ１５が実行可能である必要はなく、双方を実行できなくてもよいし、いずれか一方のみが実行できてもよい。
また、上記の第１の閾値を用いた解析及び第２の閾値を用いた解析は、欠陥部の共振周波数帯域とレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域とを、コンピュータ１５が自動的に識別可能とするための手法の一具体例に過ぎず、これに代えて別の手法を用いてもよい。
また、上記の第１の閾値を用いた解析及び第２の閾値を用いた解析は、欠陥部の共振周波数帯域とレーザードップラー振動計１３の共振周波数帯域とを、コンピュータ１５が自動的に識別可能とするための手法の一具体例に過ぎず、これに代えて別の手法を用いてもよい。
【0044】
また、図示省略するが、コンピュータ１５は、図７に示した画像と同様に、本試験の測定結果についても計測点ごとの振動エネルギー比を算出して可視化した画像を生成してもよい。
【0045】
＜まとめ＞
以上、説明したように、本発明に係る解析システム１０は、空間スペクトルエントロピーを適用した解析処理を行うことによって、検査対象物（構造物１）に内在する欠陥部３の共振周波数帯域と、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振周波数帯域と、を区別して検出することができる。
また、本発明に係る解析システム１０は、空間スペクトルエントロピーについて適切な閾値を設定することによって、これらの共振周波数帯域を自動的に検出することができる。
以上、説明したように、本発明に係る解析システム１０は、空間スペクトルエントロピーを適用した解析処理を行うことによって、検査対象物（構造物１）に内在する欠陥部３の共振周波数帯域と、レーザードップラー振動計１３のレーザーヘッドの共振周波数帯域と、を区別して検出することができる。
また、本発明に係る解析システム１０は、空間スペクトルエントロピーについて適切な閾値を設定することによって、これらの共振周波数帯域を自動的に検出することができる。
【0046】
本実施形態は以下の技術思想を包含する。
（１）構造物の測定面に音波を照射して前記測定面を加振する音響発信源と、前記測定面に定めた複数の計測点において前記測定面に対する振動速度スペクトルを計測するレーザードップラー振動計と、前記レーザードップラー振動計によって計測された前記振動速度スペクトルのそれぞれに対して周波数毎のスペクトルエントロピーである空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する解析装置と、を備え、前記構造物の欠陥部の共振周波数帯域および前記レーザードップラー振動計の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、前記解析装置が出力することを特徴とする非接触音響解析システム。
（２）前記測定面に定める複数の計測点の配列が格子点になっていることによって、前記測定面が二次元空間を構成しており、前記解析装置は、前記二次元空間を構成する複数の計測点において計測された前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用する（１）に記載の非接触音響解析システム。
（３）前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第１の閾値以下である場合、当該振動速度スペクトルが計測された計測点の内部に欠陥が生じているものと解析する（１）または（２）に記載の非接触音響解析システム。
（４）前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第２の閾値以上である場合、当該振動速度スペクトルが前記レーザードップラー振動計のレーザーヘッドの共振周波数又は共振周波数帯域であるものと解析する（１）から（３）のいずれか一つに記載の非接触音響解析システム。
（５）前記第１の閾値が、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値の中央値より小さく、前記第２の閾値が、前記中央値より大きい（３）に従属する（４）に記載の非接触音響解析システム。
（１）構造物の測定面に音波を照射して前記測定面を加振する音響発信源と、前記測定面に定めた複数の計測点において前記測定面に対する振動速度スペクトルを計測するレーザードップラー振動計と、前記レーザードップラー振動計によって計測された前記振動速度スペクトルのそれぞれに対して周波数毎のスペクトルエントロピーである空間スペクトルエントロピーを適用することによって、当該振動速度スペクトルが計測された計測点を解析する解析装置と、を備え、前記構造物の欠陥部の共振周波数帯域および前記レーザードップラー振動計の共振周波数帯域を識別可能にする解析結果を、前記解析装置が出力することを特徴とする非接触音響解析システム。
（２）前記測定面に定める複数の計測点の配列が格子点になっていることによって、前記測定面が二次元空間を構成しており、前記解析装置は、前記二次元空間を構成する複数の計測点において計測された前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用する（１）に記載の非接触音響解析システム。
（３）前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第１の閾値以下である場合、当該振動速度スペクトルが計測された計測点の内部に欠陥が生じているものと解析する（１）または（２）に記載の非接触音響解析システム。
（４）前記解析装置は、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値が第２の閾値以上である場合、当該振動速度スペクトルが前記レーザードップラー振動計のレーザーヘッドの共振周波数又は共振周波数帯域であるものと解析する（１）から（３）のいずれか一つに記載の非接触音響解析システム。
（５）前記第１の閾値が、前記振動速度スペクトルに対して前記空間スペクトルエントロピーを適用して導出される値の中央値より小さく、前記第２の閾値が、前記中央値より大きい（３）に従属する（４）に記載の非接触音響解析システム。
【符号の説明】
【0047】
１ 構造物
１Ａ コンクリート試供体
２ 測定面
３ 欠陥部
３Ａ 円形空洞欠陥
１０ 解析システム
１１ 音響発信源
１３ レーザードップラー振動計
１５ コンピュータ
１Ａ コンクリート試供体
２ 測定面
３ 欠陥部
３Ａ 円形空洞欠陥
１０ 解析システム
１１ 音響発信源
１３ レーザードップラー振動計
１５ コンピュータ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】