WO2019035323A1

WO2019035323A1 - 信号処理システム及び信号処理方法

Info

Publication number: WO2019035323A1
Application number: PCT/JP2018/027706
Authority: WO
Inventors: 浩章辻本; 一徳高畠
Original assignee: Sirc Co ltd; Osaka University NUC; Osaka City University PUC
Current assignee: Sirc Co ltd; Osaka Metropolitan University; University of Osaka NUC
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2018-07-24
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2020-02-15
Also published as: JPWO2019035323A1

Abstract

本発明の一側面に係る信号処理システムは、信号を受信する受信装置と、受信した信号に対応して受信装置に流れる解析対象電流の異なる周波数の成分をそれぞれ検出する複数の検出装置と、を備える。各検出装置は、解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された磁性素子と、所定の周波数の交流電流を磁性素子に出力する電流源と、信号の周波数が特定の周波数である場合に、解析対象電流の周波数及び所定の周波数の和又は差の成分の電流を通過させるフィルタと、磁性素子とフィルタとの間に配置され、磁性素子を含む回路に流れる電流を検出する検出器と、を有する。

Description

信号処理システム及び信号処理方法

　本発明は、信号処理システム及び信号処理方法の技術に関する。

　信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施する信号処理システムが様々な分野で利用されている。例えば、特許文献１では、人体に取り付けられた接触検知センサにより、体内に向かって送信された超音波信号の反射信号である心拍状態に関する検知信号を取得し、取得した検知信号の周期を高速フーリエ変換により処理してリアルタイムで周波数解析を行う心拍状態解析装置が提案されている。

特開２０１５－２２９０３０号公報

　周波数毎の強さの時間変化を解析する時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な信号処理システムでは、一般的に、高速なＡ／Ｄ変換器及び演算能力の高いコンピュータが用いられる。そのため、従来の時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な信号処理システムは、高価でかつ大型であった。

　本発明は、一側面では、このような実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な低価格及び小型の信号処理システム及びその方法を提供することである。

　本発明は、上述した課題を解決するために、以下の構成を採用する。

　すなわち、本発明の一側面に係る信号処理システムは、信号を受信する受信部、及び受信した信号の周波数に応じた周波数の解析対象電流を流す配線部を有する受信装置と、前記解析対象電流の異なる周波数の成分をそれぞれ検出するように構成された複数の検出装置と、を備え、前記各検出装置は、前記配線部から所定の距離を空けて配置され、前記配線部に流れる前記解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された磁性素子であって、一対の駆動端子及び一対の測定端子を有する磁性素子と、前記一対の駆動端子に接続され、所定の周波数の交流電流を前記磁性素子に出力する電流源と、前記磁性素子と回路を形成するように前記一対の測定端子に接続され、前記信号の周波数が特定の周波数である場合に、前記解析対象電流の周波数及び前記所定の周波数の和又は差の成分の電流を通過させるように構成されたフィルタと、前記一対の測定端子のいずれか一方及び前記フィルタの間に配置され、前記回路に流れる前記電流を検出するように構成された検出器と、を有する。

　当該構成に係る信号処理システムは、信号を受信する受信装置と、受信した信号に応じて受信装置の配線部に流れる解析対象電流を検出する複数の検出装置と、を備える。各検出装置の磁性素子は、受信装置の配線部から所定の距離を空けて配置され、当該配線部に流れる解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成される。この磁性素子に電流源から交流電流を供給すると、磁性素子を含む回路には、測定対象である信号の周波数に対応する解析対象電流の周波数と既知である電流源の交流電流の周波数との和及び差の２つの周波数成分を有する電流が流れることになる。そのため、これら２つの周波数成分のいずれかを利用して、それぞれ異なる特定の周波数の成分を複数の検出装置により検出するようにすることで、信号の周波数毎の強さの時間変化を特定することができる。また、当該磁性素子は、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子等であり、安価でかつ小型に作製可能である。したがって、当該構成によれば、信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な低価格及び小型の信号処理システムを提供することができる。なお、受信装置により受信される信号には、光、無線信号、振動等あらゆる種類の信号が含まれてもよい。また、解析対象電流は、受信した信号の電圧に由来してもよい。すなわち、上記検出装置による解析対象電流の検出は、受信した信号の電圧の検出を目的として行われてもよい。

　上記一側面に係る信号処理システムにおいて、前記信号は、音声信号又は超音波信号であってよい。当該構成によれば、音声信号又は超音波信号を利用した信号処理システムを実現することができる。

　上記一側面に係る信号処理システムは、前記信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部を更に備えていてもよい。当該構成によれば、リアルタイムに実施可能な時間周波数解析を利用した情報通信を実現することができる。

　また、本発明の一側面に係る信号処理方法は、受信装置により信号を受信するステップと、受信した信号の周波数に応じた周波数の解析対象電流を前記受信装置の配線部に流すステップと、前記解析対象電流の異なる周波数の成分をそれぞれ検出可能に構成された複数の検出装置により、前記配線部に流れる前記解析対象電流の各周波数の成分の強さを特定するステップと、を備え、前記各検出装置は、前記配線部から所定の距離を空けて配置され、前記配線部に流れる前記解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された磁性素子であって、一対の駆動端子及び一対の測定端子を有する磁性素子と、前記一対の駆動端子に接続され、所定の周波数の交流電流を前記磁性素子に出力する電流源と、前記磁性素子と回路を形成するように前記一対の測定端子に接続され、前記信号の周波数が特定の周波数である場合に、前記解析対象電流の周波数及び前記所定の周波数の和又は差の成分の電流を通過させるように構成されたフィルタと、前記一対の測定端子のいずれか一方及び前記フィルタの間に配置され、前記回路に流れる前記電流を検出するように構成された検出器と、を有する。当該構成によれば、低価格及び小型の信号処理システムにより信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施する方法を提供することができる。

　上記一側面に係る信号処理方法において、前記信号は、音声信号又は超音波信号であってよい。当該構成によれば、音声信号又は超音波信号を利用した信号処理方法を実現することができる。

　上記一側面に係る信号処理方法は、前記信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す対応関係情報に基づいて、受信した信号の示す情報の内容を特定するステップを更に備えてよい。当該構成によれば、リアルタイムに実施可能な時間周波数解析を利用した情報通信を実現することができる。

　本発明によれば、信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な低価格及び小型の信号処理システム及びその方法を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る信号処理システムの一例を模式的に例示する。図２は、実施の形態に係る各検出装置の一例を模式的に例示する。図３は、実施の形態に係る制御装置の一例を模式的に例示する。図４は、実施の形態に係る信号処理システムの処理手順の一例を模式的に例示する。図５は、実施の形態に係る信号処理システムの使用例を模式的に例示する。図６は、実施の形態に係る信号処理システムの使用例を模式的に例示する。図７は、実施例に係る信号処理システムの構成を示す。図８Ａは、音声解析ソフトウェアを用いた音声信号の解析結果を示す。図８Ｂは、信号処理システムによる音声信号の測定結果を示す。

　以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。

　§１　構成例
　まず、図１を用いて、本実施形態に係る信号処理システム１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る信号処理システム１の構成の一例を模式的に例示する。図１に示されるとおり、本実施形態に係る信号処理システム１は、受信装置２、複数の検出装置３、及び制御装置５を備えている。以下、各構成要素について説明する。

　［受信装置］
　まず、受信装置２について説明する。本実施形態に係る受信装置２は、時間周波数解析の対象となる信号を受信する受信部２１と、受信した信号の周波数に応じた周波数の解析対象電流を出力する電流源２２と、電流源２２から出力される解析対象電流を流す配線部２３と、を備えている。

　解析対象となる信号の種類は、実施の形態に応じて適宜選択されてよい。例えば、解析対象となる信号は、音声信号、超音波信号、電磁波信号等であってよい。受信部２１は、解析対象となる信号の種類に応じて、当該信号を受信可能に適宜構成される。例えば、受信部２１は、マイクロフォン、超音波受信器、アンテナ等で構成されてよい。

　電流源２２は、受信部２１で受信した信号の周波数に対応する周波数の解析対象電流を配線部２３に出力するように構成される。例えば、電流源２２は、受信部２１で受信した信号と同一の周波数の解析対象電流を配線部２３に出力するように構成される。このような電流源２２には、バイポーラ電源等が用いられてよい。

　配線部２３は、例えば、導線等により、電流源２２から出力される解析対象電流が流れるように適宜構成される。配線部２３には、抵抗器等の素子が含まれてもよい。

　［検出装置］
　次に、図２を更に用いて、各検出装置３について説明する。図２は、本実施形態に係る検出装置３の構成の一例を模式的に例示する。各検出装置３は、国際公開第２０１５／０５６３９７号に記載の電流測定装置と同様に構成可能である。図２の例では、本実施形態に係る各検出装置３は、磁性素子３１、電流源３２、ローパスフィルタ３３、及び検出器３４を備えている。

　磁性素子３１は、受信装置２の配線部２３から所定の距離を空けて配置され、当該配線部２３に流れる解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成される。すなわち、磁性素子３１は、外部から印加された磁界によって、電流の流れ方が変化する性質を有するように構成される。このような磁性素子３１には、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子等を用いることができる。

　磁性素子３１は、一対の駆動端子３１１及び一対の測定端子３１２を備える。磁性素子３１に磁気抵抗素子を用いる場合には、各駆動端子３１１及び各測定端子３１２は共通の端子で構成されてよい。一方、磁性素子３１にホール素子を用いる場合には、一対の測定端子３１２は、一対の駆動端子３１１を配置する方向に対して直角に配置されてもよい。各端子（３１１、３１２）の配置は、利用する磁性素子の種類に応じて、適宜決定されてよい。

　なお、磁性素子３１は、配線部２３との距離が一定になるようにホルダ等により適宜固定されてよい。磁性素子３１に磁気抵抗素子を用いる場合には、磁性素子３１は、磁性素子３１の厚み方向の真下又は真上に配線部２３を構成する導線が配置されるように固定されるのが好ましい。磁性素子３１にホール素子を用いる場合には、磁性素子３１は、磁性素子３１に流れる電流に並行でかつ磁性素子３１に隣接する位置に配線部２３を構成する導線が配置されるように固定されるのが好ましい。

　また、磁性素子３１の表面には、銅等の導体により、傾斜した連続パターンが形成されてよい。例えば、磁性素子３１の表面には、バーバーポール型のパターン等が形成されてよい。これにより、外部から印加される磁界に応じた磁性素子３１の抵抗値の変化量を大きくすることができる。すなわち、配線部２３の周囲に生じる磁界が小さくても、磁性素子３１の抵抗値が変化するようにし、後述する原理による時間周波数解析の実施を可能にすることができる。

　一対の駆動端子３１１には、電流源３２が接続される。電流源３２は、所定の周波数の交流電流を磁性素子３１に出力するように構成される。この電流源３２には、例えば、テクシオ社のＦＧＸ－２９５等のシグナルジェネレータを用いることができる。一方、一対の測定端子３１２には、磁性素子３１と回路３５を形成するように、ローパスフィルタ３３及び検出器３４が接続される。検出器３４は、一対の測定端子３１２のいずれか一方とローパスフィルタ３３との間に配置されてよい。検出器３４は、回路３５に流れる電流を検出するように構成される。この検出器３４には、例えば、コンテック社のＡＩＯ－１６０８０２ＡＹ－ＵＳＢ等のアナログ入出力ターミナルを接続したＰＣ（Personal Computer）を用いることができる。

　＜解析原理＞
　次に、各検出装置３による時間周波数解析の原理について説明する。受信装置２が信号を受信することにより、配線部２３に流れる解析対象電流をＩ₁とし、電流源３２により磁性素子３１に供給される交流電流をＩ₂とする。このとき、配線部２３の周囲に形成される磁界Ｈは、以下の数１により表される。

　ここで、αは、比例定数である。配線部２３の近傍に磁性素子３１が配置されると、配線部２３の周囲に形成される磁界Ｈの影響を受けて、磁性素子３１の抵抗値は変化する。この抵抗値の変化ΔＲ_mrは、以下の数２により表される。

　ここで、βは、比例定数である。数２の式に数１の式を代入すると、以下の数３の式が得られる。

　磁性素子３１には電流Ｉ₂が流れているため、磁性素子３１の両端間の電圧の変化ΔＶ_mrは、以下の数４の式により表される。

　外部からの磁界Ｈによる影響がないときの磁性素子３１の抵抗値をＲ_m0とした場合、磁性素子３１の両端間の電圧Ｖ_mrは、以下の数５の式により表される。

　ここで、配線部２３に流れる解析対象電流Ｉ₁は、受信した信号の周波数に対応するため、以下の数６の式のように表わすことができる。同様に、磁性素子３１に流れる電流Ｉ₂は、所定の周波数の交流電流であるため、以下の数７の式のように表わすことができる。

　ｉ₁、ｉ₂は、各電流の大きさを表す。ｆ₁は、解析対象電流の周波数を表わし、受信した信号の周波数に対応する。ｆ₂は、電流源３２から供給される交流電流の周波数を表わす。ｔは、時間を表わす。πは、円周率である。数６及び数７の式を数５に代入し、三角関数の積和公式を適用することで、磁性素子３１の両端間の電圧Ｖ_mrは、以下の数８により表される。

　γは、比例定数である。したがって、数８で示されるとおり、磁性素子３１の両端間では、解析対象電流の周波数と電流源３２による交流電流の周波数との和（ｆ₁＋ｆ₂）及び差（ｆ₁－ｆ₂）の２つの周波数成分の電圧を観測することができる。そのため、各検出装置３の電流源３２の周波数ｆ₂とフィルタ（ローパスフィルタ３３）のカットオフ周波数とを適宜設定することで、各検出装置３により異なる周波数成分の強さを検出することができ、これによって、信号の時間周波数解析が可能となる。

　本実施形態では、以下のとおり、差（ｆ₁－ｆ₂）の成分を利用して、信号の時間周波数解析を行う。すなわち、各検出装置３のローパスフィルタ３３のカットオフ周波数をｆ₁及びｆ₂よりも十分小さく設定する。そうすると、和（ｆ₁＋ｆ₂）の周波数成分は観測されなくなり、電流源３２の周波数ｆ₂が解析対象電流の周波数ｆ₁とほぼ一致する場合に、磁性素子３１の両端間で、以下の数９に示すような電圧Ｖ_mrを観測することができるようになる。

　そこで、各検出装置３の電流源３２から出力される交流電流の周波数ｆ₂をそれぞれ異なる周波数に設定する。これにより、受信した信号の周波数が特定の周波数である場合に、ローパスフィルタ３３は、解析対象電流の周波数ｆ₁及び交流電流の周波数ｆ₂の差の成分の電流を通過させるように構成される。つまり、受信装置２がある周波数の信号を受信した場合に、配線部２３に流れる解析対象電流の周波数ｆ₁とほぼ一致する周波数の交流電流を出力するように設定された検出装置３のローパスフィルタ３３のみが、差（ｆ₁－ｆ₂）の成分を通過させるようにすることができる。

　その結果、各検出装置３は、受信装置２の配線部２３に流れる解析対象電流の異なる周波数の成分の強さ、すなわち、受信した信号の対象周波数の強さをそれぞれ検出可能に構成される。したがって、本実施形態に係る各検出装置３によれば、受信した信号の対象周波数の強さをそれぞれ特定可能であるため、当該受信した信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施することができるようになる。

　なお、本実施形態では、時間周波数解析の対象とすることができる周波数の数は、信号処理システム１に設けた検出装置３の数に対応する。そのため、信号処理システム１に設ける検出装置３の数は、時間周波数解析の対象とする周波数の数に応じて適宜決定されてよい。２つ以上の検出装置３を設けることで、２つ以上の周波数を時間周波数解析の対象とすることができる。

　また、信号に複数の周波数成分が重畳している場合、すなわち、配線部２３に複数の周波数成分を有する解析対象電流が流れる場合でも、上記の原理は同様に成立する。そのため、受信対象とする信号は、単一の周波数成分で構成されるのではなく、複数の周波数成分で構成されてもよい。この場合、対応する複数の検出装置３により、信号を構成する各周波数成分を検出することができる。なお、検出装置３による解析対象電流の検出は、電圧の検出を目的として行われてもよい。

　［制御装置］
　次に、図３を更に用いて、制御装置５について説明する。図３は、本実施形態に係る制御装置５の構成の一例を模式的に例示する。図３に示されるとおり、本実施形態に係る制御装置５は、制御部５１、記憶部５２、及び外部インタフェース５３が電気的に接続されたコンピュータである。なお、図３では、外部インタフェースを「外部Ｉ／Ｆ」と記載している。

　制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含み、情報処理に応じて各構成要素の制御を行う。記憶部５２は、例えば、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の補助記憶装置であり、制御部５１で実行されるプログラム等を記憶する。本実施形態では、記憶部５２には、対応関係情報５２１が保持されている。対応関係情報５２１は、信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す。このような対応関係情報５２１は、例えば、テーブル形式のデータ等で構成されてよい。

　外部インタフェース５３は、外部装置と接続するためのインタフェースであり、接続する外部装置の種類に応じて適宜構成される。本実施形態では、制御装置５は、外部インタフェース５３を介して各検出装置３に接続する。これにより、制御装置５は、各検出装置３を制御し、対象周波数成分の検出結果を各検出装置３から取得する。

　なお、制御装置５の具体的なハードウェア構成に関して、実施形態に応じて、適宜、構成要素の省略、置換及び追加が可能である。例えば、制御部５１は、複数のハードウェアプロセッサを含んでもよい。制御装置５は、複数台のコンピュータで構成されてもよい。また、制御装置５は、提供されるサービス専用に設計された情報処理装置の他、汎用のＰＣ等であってよい。検出器３４に汎用のＰＣを利用する場合には、制御装置５により、各検出装置３の検出器３４の少なくとも一部を構成してもよい。

　§２　動作例
　次に、図４を用いて、上記信号処理システム１の動作例について説明する。図４は、本実施形態に係る信号処理システム１の処理手順の一例を模式的に例示する。なお、以下で説明する処理手順は、本発明の「信号処理方法」に相当する。ただし、以下で説明する処理手順は一例に過ぎず、各処理は可能な限り変更されてよい。また、以下で説明する処理手順について、実施の形態に応じて、適宜、ステップの省略、置換、及び追加が可能である。

　（ステップＳ１０１）
　ステップＳ１０１では、受信装置２の受信部２１により信号を受信する。信号の発信源は、特に限定されなくてもよい。例えば、後述する図５に示されるトンネルの超音波探傷試験に信号処理システム１を利用する場合には、信号の発信源は、公知の超音波発信器であり、受信装置２の受信部２１により、トンネルの壁からの反射波（超音波信号）を受信する。また、例えば、探傷試験を打撃により行う場合には、信号の発信源は、打撃を行う部分であり、受信装置２の受信部２１により、打撃音（音声信号）を受信する。また、例えば、後述する図６に示す超音波通信に信号処理システム１を利用する場合には、信号の発信源は、公知の超音波発信器等で構成された送信装置であり、受信装置２の受信部２１により、通信相手の送信装置から送信された超音波信号を受信する。

　（ステップＳ１０２及びステップＳ１０３）
　次のステップＳ１０２では、電流源２２を駆動し、ステップＳ１０１で受信した信号の周波数に応じた解析対象電流を受信装置２の配線部２３に流す。解析対象電流の周波数は、受信した信号の周波数と同じでよい。次のステップＳ１０３では、各検出装置３により、配線部２３に流れる解析対象電流の各周波数の成分の強さを特定する。

　上記のとおり、ステップＳ１０２において、解析対象電流が配線部２３に流れると、配線部２３の周囲に形成される磁界により、磁性素子３１の抵抗値が変化する。これにより、磁性素子３１を含む回路３５には、解析対象電流の周波数と電流源３２による交流電流の周波数との和（ｆ₁＋ｆ₂）及び差（ｆ₁－ｆ₂）の２つの周波数成分の電流が流れる。

　そこで、各検出装置３の電流源３２は、他の検出装置３とは異なる所定の周波数の交流電流を出力するように構成されている。そして、各検出装置３のローパスフィルタ３３は、十分小さなカットオフ周波数を有することで、受信した信号の周波数が対応する特定の周波数であり、解析対象電流の周波数ｆ₁及び交流電流の周波数ｆ₂がほぼ一致する場合に、両周波数の差（ｆ₁－ｆ₂）の成分の電流を通過させるように構成されている。

　そのため、ステップＳ１０３では、各検出装置３は、受信装置２の配線部２３に流れる解析対象電流の異なる周波数の成分の強さをそれぞれ検出することで、受信した信号の対応する周波数の強さをそれぞれ特定することができる。したがって、受信装置２及び各検出装置３が上記ステップＳ１０１～Ｓ１０３の一連の処理を継続的に実施することで、本実施形態に係る信号処理システム１は、受信した信号における各周波数（各検出装置３の対応する周波数）成分の強さの時間変化を特定することができる。すなわち、本実施形態に係る信号処理システム１は、受信した信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施することができる。

　（ステップＳ１０４）
　次のステップＳ１０４では、制御装置５の制御部５１が、対象周波数成分の検出結果を各検出装置３から取得する。そして、制御部５１は、記憶部５２に格納されている対応関係情報５２１に基づいて、ステップＳ１０１で受信した信号の示す情報の内容を特定する。これにより、本実施形態に係る信号処理システム１は、本動作例に係る処理手順を終了する。

　なお、受信した信号が対象の周波数を有する状態と有さない状態とをオンとオフとに対応付けることによって、各検出装置３は、１ビットの情報を受信する受信装置として利用することができる。そのため、本実施形態によれば、例えば、１００個の検出装置３を信号処理システム１に設けることで、１サイクルに１００ビットの情報を受信することができる。

　［特徴］
　以上のとおり、本実施形態に係る信号処理システム１によれば、上記ステップＳ１０１～Ｓ１０３の一連の処理により、受信した信号における各周波数（各検出装置３の対応する周波数）成分の強さの時間変化を特定することができる。そして、このような処理を可能にする各検出装置３の磁性素子３１は、例えば、磁気抵抗素子、ホール素子等であり、安価でかつ小型に作製可能である。したがって、本実施形態によれば、信号の時間周波数解析をリアルタイムに実施可能な低価格及び小型の信号処理システムを提供することができる。

　また、上記実施形態では、制御装置５の記憶部５２が、信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す対応関係情報５２１を記憶している。これにより、信号処理システム１は、上記ステップＳ１０４により、受信した信号の示す情報の内容を特定することができる。したがって、本実施形態によれば、音声信号、超音波信号等の様々な種類の信号を利用した情報通信を実現することができる。

　§３　使用例
　次に、図５及び図６を用いて、本実施形態に係る信号処理システム１の使用例について説明する。図５及び図６は、本実施形態に係る信号処理システム１の使用例を模式的に例示する。

　具体的に、図５は、本実施形態に係る信号処理システム１を利用して、トンネルの超音波探傷試験を行う場面を例示する。この使用例では、公知の超音波発信器（不図示）により、欠陥を探索するトンネルの壁面に向けて超音波を発信する。そして、信号処理システム１により、壁面で反射した反射波の時間周波数解析を行う。内部に欠陥のない部分では、底面付近で超音波は反射する。一方、内部に欠陥がある部分では、送信した超音波の一部は底面付近に届かず、欠陥の部分で反射する。そのため、信号処理システム１により、この反射の違いを判定することで、トンネルに欠陥があるか否かを調査することができる。

　また、図６は、本実施形態に係る信号処理システム１を利用して、超音波による情報通信を２者間で実施する場面を例示する。この使用例では、公知の超音波発信器等で構成される送信装置６により、一方の利用者が他方の利用者に向けて超音波信号を送信する。超音波信号の各周波数の成分の強さは、通信相手に伝達する情報の内容及び対応関係情報５２１に基づいて特定される。他方の利用者は、信号処理システム１により、一方の利用者から受信した超音波信号の時間周波数解析を行い、かつ、対応関係情報５２１に基づいて、受信した超音波信号の示す情報の内容を特定する。これによって、２者間で、情報のやりとりを行うことができる。なお、超音波は水中を伝搬可能である。そのため、情報通信を行う２者のうちの少なくとも一方は水中に居てもよい。したがって、本実施形態に係る信号処理システム１によれば、水中における無線情報通信を実現することができる。

　§４　変形例
　以上、本発明の実施形態を説明してきたが、前述までの説明はあらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施形態と同様の点については、適宜説明を省略した。以下の変形例は適宜組み合わせ可能である。

　＜４．１＞
　上記実施形態では、受信した信号の示す情報の内容を特定するため、制御装置５は、対応関係情報５２１を保持している。しかしながら、受信した信号の示す情報の内容を特定しない場合には、対応関係情報５２１は省略されてもよい。この場合、上記ステップＳ１０４の処理は省略されてよい。

　＜４．２＞
　上記実施形態に係る各検出装置３は、ローパスフィルタ３３によって、受信した信号の周波数が対応する特定の周波数である場合に、解析対象電流の周波数及び交流電流の周波数の和及び差の２つの成分のうちの差の成分を取り出すことができるようになっている。これにより、各検出装置３は、受信した信号の対応する周波数の強さを特定可能に構成されている。しかしながら、各検出装置３の構成は、このような例に限定されなくてもよい。

　各検出装置３は、受信した信号の周波数が対応する特定の周波数である場合に、解析対象電流の周波数及び交流電流の周波数の和及び差の２つの成分のうちの和の成分を取り出して、受信した信号の対応する周波数の強さを特定するように構成されてもよい。この場合、各検出装置３は、例えば、ローパスフィルタ３３に代えて、バンドパスフィルタを備えてよい。

　各検出装置３のバンドパスフィルタは、受信した信号の周波数が対応する特定の周波数である場合に、解析対象電流の周波数及び交流電流の周波数の和の成分の電流を通過させるように構成される。すなわち、受信した信号の周波数が解析対象電流の周波数と一致する場合には、各検出装置３のバンドパスフィルタのカットオフ周波数は、解析対象とする信号の特定の周波数と電流源３２の交流電流の周波数との和の値が通過帯域に含まれるように設定される。

　上記のように設定されるのであれば、各検出装置３のバンドパスフィルタのカットオフ周波数は相違するように設定されてもよいし、一致するように設定されてもよい。各検出装置３のバンドパスフィルタのカットオフ周波数が相違するように設定される場合、各検出装置３が、受信した信号の異なる周波数の成分の強さを特定可能に構成されるのであれば、各検出装置３の電流源３２は、同じ周波数の交流電流を出力するように構成されてもよい。

　一方、各検出装置３のバンドパスフィルタのカットオフ周波数が一致するように設定される場合、各検出装置３の電流源３２の周波数は異なるように設定される。この場合、各検出装置３は、バンドパスフィルタのカットオフ周波数と電流源３２の周波数との差の周波数の交流電流を検出するように構成される。バンドパスフィルタのカットオフ周波数を変更するのに比べて、各検出装置３の電流源３２の周波数を変更するのは容易である。そのため、バンドパスフィルタのカットオフ周波数を同じにし、各検出装置３の電流源３２の周波数を異なるようにすることで、信号処理システム１の製造コストを抑えることができる。なお、「バンドパスフィルタのカットオフ周波数が同じ」であるとのケースには、各バンドパスフィルタのカットオフ周波数が完全には一致しないが、同じ周波数帯の電流を通過可能なバンドパスフィルタを利用するケースが含まれてもよい。

　更に、バンドパスフィルタを通過する電流は交流電流である。そのため、検出結果の出力の観点から、回路３５には、全波整流平滑回路等を配置してもよい。

　以下、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

　図７は、実施例に係る信号処理システムを模式的に例示する。図７に示すとおり、実施例として、３つの検出装置を備える信号処理システムを構成した。各検出装置は、電流源、磁性素子、バンドパスフィルタ、及び全波整流平滑回路により構成した。１０００Ｈｚ、１１００Ｈｚ、１２００Ｈｚの音声信号を検出するため、各検出装置の電流源の周波数は、６００Ｈｚ、５００Ｈｚ、４００Ｈｚに設定し、各検出装置のバンドパスフィルタは、１６００Ｈｚの周波数成分を通過させるように設定した。各検出装置は、アナログ入出力モジュール等を介してコンピュータに接続し、コンピュータによって、各検出装置の動作をモニタした。

　この実施例に係る信号処理システムにより１０００Ｈｚ、１１００Ｈｚ、及び１２００Ｈｚの音声信号の検出が可能か否かを確認するために、バイポーラ電源に接続した配線を各検出装置の磁性素子上に配置した。バイポーラ電源は、スマートフォンのステレオ出力端子に接続した。これにより、スマートフォンのマイクで受信した音声信号を増幅して出力するようにした。

　図８Ａは、スマートフォンのマイクで受信させた音声信号の時間周波数解析の結果を示す。図８Ｂは、コンピュータにより各検出装置の出力をモニタした結果を示す。図８Ａ及び図８Ｂに示すとおり、音声信号を時間周波数解析した結果と各検出装置の出力の結果とは一致した。これにより、上記信号処理すステムは、信号の周波数解析に利用可能であることが分かった。

　１…信号処理システム、
　２…受信装置、
　２１…受信部、２２…電流源、２３…配線部、
　３…検出装置、
　３１…磁性素子、３１１…駆動端子、３１２…測定端子、
　３２…電流源、
　３３…ローパスフィルタ、３４…検出器、３５…回路、
　５…制御装置、
　５１…制御部、５２…記憶部、５３…外部インタフェース、
　５２１…対応関係情報

Claims

　信号を受信する受信部、及び受信した信号の周波数に応じた周波数の解析対象電流を流す配線部を有する受信装置と、
　前記解析対象電流の異なる周波数の成分をそれぞれ検出するように構成された複数の検出装置と、
を備え、
　前記各検出装置は、
　　前記配線部から所定の距離を空けて配置され、前記配線部に流れる前記解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された磁性素子であって、一対の駆動端子及び一対の測定端子を有する磁性素子と、
　　前記一対の駆動端子に接続され、所定の周波数の交流電流を前記磁性素子に出力する電流源と、
　　前記磁性素子と回路を形成するように前記一対の測定端子に接続され、前記信号の周波数が特定の周波数である場合に、前記解析対象電流の周波数及び前記所定の周波数の和又は差の成分の電流を通過させるように構成されたフィルタと、
　　前記一対の測定端子のいずれか一方及び前記フィルタの間に配置され、前記回路に流れる前記電流を検出するように構成された検出器と、
を有する、
信号処理システム。
　前記信号は、音声信号又は超音波信号である、
請求項１に記載の信号処理システム。
　前記信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す対応関係情報を記憶する記憶部を更に備える、
請求項１又は２に記載の信号処理システム。
　受信装置により信号を受信するステップと、
　受信した信号の周波数に応じた周波数の解析対象電流を前記受信装置の配線部に流すステップと、
　前記解析対象電流の異なる周波数の成分をそれぞれ検出可能に構成された複数の検出装置により、前記配線部に流れる前記解析対象電流の各周波数の成分の強さを特定するステップと、
を備え、
　前記各検出装置は、
　　前記配線部から所定の距離を空けて配置され、前記配線部に流れる前記解析対象電流により生じる磁界に応じて抵抗値が変化するように構成された磁性素子であって、一対の駆動端子及び一対の測定端子を有する磁性素子と、
　　前記一対の駆動端子に接続され、所定の周波数の交流電流を前記磁性素子に出力する電流源と、
　　前記磁性素子と回路を形成するように前記一対の測定端子に接続され、前記信号の周波数が特定の周波数である場合に、前記解析対象電流の周波数及び前記所定の周波数の和又は差の成分の電流を通過させるように構成されたフィルタと、
　　前記一対の測定端子のいずれか一方及び前記フィルタの間に配置され、前記回路に流れる前記電流を検出するように構成された検出器と、
を有する、
信号処理方法。
　前記信号は、音声信号又は超音波信号である、
請求項４に記載の信号処理方法。
　前記信号の周波数と当該周波数の信号により示される情報との対応関係を示す対応関係情報に基づいて、受信した信号の示す情報の内容を特定するステップを更に備える、
請求項４又は５に記載の信号処理方法。