利用非线性超声波调制技术的构造物的无线诊断装置及利用该装置的安全诊断方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及构造物的无线诊断装置，具体地，涉及提供线性信号去除技术和第一 边带频谱生成技术来精密地检测构造物的损伤与否的利用非线性超声波调制技术的构造 物的无线诊断装置。
【背景技术】
[0002] -般，桥梁、大型设施、地下埋设物等基础产业设施应着社会各界成员的各种要求 而逐渐被大型化及尖端化。由此，投入各种新技术、新施工法、新材料等，并且作为投入这些 新技术的前提条件，需要对安全性等进行检测。另外，随着老化的构造物的数量逐渐增多， 其趋势是正在加速导入用于评价构造物的现有状态的精密安全诊断技术或用于维护管理 的测量系统。
[0003] 而这样的社会基础设施的安全诊断管理系统通常通过由具备安全检查资格证的 检查者来执行无损检测而实现。但是，由于这样的安全诊断检查是定期执行的，其存在如下 的问题点：难以立刻检测损伤、在检查过程中需中止构造物的运营、由于需要人力来一一检 查，因此产生诸多包括人工费在内的检查费用等。另外，金属构造物损伤的约90%是因疲劳 裂痕而产生的。疲劳裂痕从肉眼无法观测的微小尺寸开始发展，且只有到其发展到总疲劳 裂痕寿命的80%的情况下，才能通过以往的损伤检测方式进行确认。存在如下问题：疲劳 裂痕变大，从而对其进行修复的费用增加。
[0004] 韩国授权专利第0784582号（2007年12月04日授权）涉及利用压电元件的构造 物的损伤测量装置及方法，但存在如下问题：在供给的电力较弱的情况下，无法精密地检测 有无裂痕。
【发明内容】
[0005] 所要解决的技术课题
[0006] 本发明为了解决上述的问题点，提供一种如下的利用非线性超声波调制技术的构 造物的无线诊断装置：通过线性信号去除技术和同步解调技术来提取一次调制信号，将改 变超声波频率而生成的一次调制信号进行结合而生成第一边带频谱，并根据第一边带频谱 来诊断构造物有无裂痕。
[0007] 用于解决课题的手段
[0008] 为了解决上述的课题，本发明的利用非线性超声波调制技术的构造物的安全诊断 方法的特征在于，包括：施加所有彼此不同的频率信号而使构造物振动的步骤；将通过上 述振动而产生的上述构造物的响应转换为数字信号的步骤；从上述数字信号去除上述频率 信号的高谐波响应和线性响应而进行同步解调，从而提取一次调制信号的步骤；改变上述 彼此不同的频率信号的频率而提取一次调制信号，并结合上述一次调制信号而生成第一边 带频谱（FSS)的步骤；及根据上述第一边带频谱判断上述构造物有无裂痕的步骤。
[0009] 作为本发明的另一实施例，本发明的利用非线性超声波调制技术的构造物的疲劳 裂痕测量方法的特征在于，包括：将彼此不同的两个频率的超声波中的一个超声波施加到 附着于构造物的同心双重压电转换器的内侧，将另一个超声波施加到上述同心双重压电转 换器的外侧而使上述构造物振动的步骤；将通过上述振动而在上述构造物产生的响应转换 为第一数字信号的步骤；将通过仅将上述一个超声波施加到上述同心双重压电转换器而产 生的上述构造物的响应转换为第二数字信号的步骤；将通过仅将上述另一个超声波施加到 上述同心双重压电转换器而产生的上述构造物的响应转换为第三数字信号的步骤；及对于 从上述第一数字信号去除上述第二数字信号和上述第三数字信号而得到的信号进行同步 解调而判断上述构造物有无裂痕的步骤。
[0010] 作为本发明的另一实施例，本发明的利用非线性超声波调制技术的构造物的疲劳 裂痕测量系统的特征在于，包括：高频生成部，其根据第一控制信号而生成高频的超声波； 低频生成部，其根据第二控制信号而生成低频的超声波；第一压电转换器，其附着于上述构 造物而将上述低频的超声波施加到上述构造物；第二压电转换器，其附着于上述构造物而 将上述高频的超声波施加到上述构造物；第三压电转换器，其将根据上述超声波而产生的 构造物的响应转换为电信号；数字转换器，其将上述第三压电转换器的输出转换为数字信 号；控制部，其控制上述第一控制信号和上述第二控制信号的激活时间；及数字信号处理 部，其从上述数字转换器的输出，去除线性响应和高谐波响应并进行同步解调，从而输出上 述构造物的疲劳裂痕信息。
[0011] 作为本发明的另一实施例，本发明的利用非线性超声波调制技术的构造物的无线 诊断装置的特征在于，包括：频率生成部，其输出彼此不同的频率的激励信号和探测信号； 压电转换部，其将上述激励信号和上述探测信号施加到构造物而引发振动，并以电信号输 出上述构造物的响应；数字转换器，其将上述压电转换部的输出转换为数字信号；数字信 号处理部，其对上述数字转换器的输出进行线性信号去除并进行同步解调而提取一次调制 信号并生成第一边带频谱；及无线传送部，其无线传送上述第一边带频谱。
[0012] 发明效果
[0013] 本发明能够在不中止构造物的运转的状态下检测损伤，因此能够从疲劳裂痕的初 期进行检测，并将诊断结果通过无线来传送到远处的检查系统，从而能够将构造物的裂痕 变大的情况防患于未然。
[0014] 本发明通过构造物的诊断结果的无线传送而能够实现实时安全检查，因此能够大 大减少因投入人力而产生的检查费用。
[0015] 根据本发明的独特的信号处理技术和测量方法，发现能够精密地判断有无损伤的 频率，将该频率的超声波施加到构造物而诊断损伤，因此虽然所施加的超声波的电压水平 显著低于以往技术，但能够精密地判断有无损伤，能够大大减小诊断装置的耗电。
[0016] 本发明从疲劳裂痕的初期开始进行检测，能够将裂痕变大的情况防患于未然，因 此能够延长社会基础设施、航空器及铁道车辆等的寿命，能够确保这些设施的安全性。
[0017] 本发明在供给低电力的情况下也能够精密地诊断，能够将诊断传感器小型化。因 此，不受诊断传感器的尺寸的限制而能够广泛地应用。
【附图说明】
[0018] 图1是根据构造物的有无损伤而表示的频率响应特性。
[0019] 图2是将本发明中使用的航空器的机体和机翼连接的接头凸耳（fitting-lug)构 造物的实物模型。
[0020] 图3是利用本发明的非线性超声波调制技术的构造物的无线诊断装置的结构图。
[0021] 图4是用于执行本发明的构造物的安全诊断实验的测量系统的概略图。
[0022] 图5是根据本发明的信号处理技术和构造物的损伤与否而表示的输出特性。
[0023] 图6是本发明的第一频带中的第一边带频谱的输出特性。
[0024] 图7是本发明的第二频带中的FSS输出特性。
[0025] 图8是用于说明本发明的线性信号去除处理技术的图。
【具体实施方式】
[0026] 下面，参照附图，对本发明的具体实施例进行说明。在例示的附图中，为了确保发 明的明确性，仅对核心内容进行扩大图示，省略了附带内容，因此本发明不能限定于附图而 进行解释。
[0027] 本发明作为检测因损伤而在构造物上发生的非线性而应用到损伤的诊断的发 明，将向构造物施加彼此不同频率的超声波而从构造物检测的调制成分，通过线性信 号去除（linear response subtraction，以下称为"LRS"）和同步解调（synchronous demodula