(57)【要約】【課題】  検出対象の電圧の有無を、接地を必要とせずに検出可能であり、検出器の帯電や電磁波による検出精度を抑えることを可能とする。【解決手段】  導体を検出対象に対向して設置し、検出対象の電圧の有無を検出する電圧検出器であって、前記導体を音波で振動させることにより、検出対象および大地と導体との間に形成される静電容量を可変することにより、検出対象の電圧に応じた交流電圧が導体に発生される電圧検出器。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象と対向して設置される導体と、
前記導体を音波で振動させるスピーカと、
前記スピーカを駆動する駆動信号を生成する交流発生部と、を備え、
前記導体の振動により生じる前記導体と基準電位との間の電位差の変化に基づいて、前記検出対象に印加されている電圧を検出する、電圧検出器。
【請求項２】
前記導体と前記検出対象を電気的に接続する接続抵抗を備える、請求項１記載の電圧検出器。
【請求項３】
前記駆動信号の周波数を用いて、前記電位差の変化を同期検波する同期検波回路を有する、請求項１記載の電圧検出器。
【請求項４】
前記導体に接続された抵抗と、
前記導体と前記抵抗の電位差を増幅する増幅回路を有し、
前記同期検波回路は、
前記増幅回路の出力を入力とし、前記交流発生部の出力で同期検波する、請求項３記載の電圧検出器。
【請求項５】
前記同期検波回路の出力から前記検出対象の電圧印加有無を判定し、作業者に通知する電圧印加通知部を備える、請求項４記載の電圧検出器。
【請求項６】
前記スピーカ及び前記交流発生部を格納する導電体で構成されたシールドを備える、請求項１記載の電圧検出器。
【請求項７】
前記シールドの前記スピーカと対向する面に孔が形成されており、前記孔の直径は、前記スピーカから発される音波と同一の周波数の電磁波の波長の１０分の１以下である、請求項６記載の電圧検出器。
【請求項８】
前記スピーカからの音波を前記導体に伝達する音響パイプを備える、請求項１記載の電圧検出器。
【請求項９】
前記スピーカと音響パイプの距離、および前記音響パイプと前記導体の距離は、音響パイプの開口端補正より短い、請求項８記載の電圧検出器。
【請求項１０】
検出対象との間に電気容量を形成する導体と、
前記導体を音波で振動させるスピーカと、
前記スピーカを駆動する駆動信号を生成する交流発生部と、
前記導体と該導体に接続した抵抗の電位差を増幅する増幅回路と、
前記増幅回路の出力と前記交流発生部からの信号を入力として同期検波を行う同期検波回路と、
前記同期検波回路の出力に基づいて、前記検出対象に印加されている電圧を検出して通知する電圧印加通知部を備える、電圧検出器。
【請求項１１】
導体を検出対象に対して設置し、前記検出対象における電圧を検出する電圧検出方法であって、
前記導体に音波を当てることで、前記導体と前記検出対象との間に形成される静電容量、および、前記導体と大地との間に形成される静電容量を変化させることにより、前記検出対象の電圧に応じた検出電圧を前記導体に発生させ、前記検出電圧に基づいて前記検出対象における電圧を検出することを特徴とする電圧検出方法。
【請求項１２】
前記導体と検出対象を抵抗で接続する請求項１１に記載の電圧検出方法。
【請求項１３】
前記音波を発生させるためにスピーカおよび該スピーカを駆動するための交流発生部を用いる際に、前記スピーカおよび前記交流発生部を導体シールドで覆い静電遮蔽する請求項１１に記載の電圧検出方法。
【請求項１４】
前記導体と前記スピーカの間に、音波を収束させるための音響パイプを用いる請求項１３に記載の電圧検出方法。
【請求項１５】
前記検出電圧は前記交流発生部からの信号により同期検波する、請求項１３に記載の電圧検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接地線を用いることなく電圧を検出可能な電圧検出技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば直流電気鉄道の架線や饋電線のように、電圧の印加された対象物の点検・工事では、対象物の停電作業を行うことがある。停電作業では、電力指令員が該当する対象物の停電を変電所の遮断器を開放することで実施し、作業者が電力指令員より停電の連絡を受け、片端がレールに接地された検電器を対象物に接触させて、電圧のないことを確認する。ここで、作業性を高めるために、接地線を用いる必要のない検電器が求められている。
【０００３】
例えば特許文献１には、接地線を接続することなく、対象物が停電したことを検出する直流電圧検出器が開示される。この特許文献１に開示された直流電圧検出器は、電鉄沿線や一般家庭、工場などに設置された電力設備の充電部について、その充電部における直流電圧の有無を検出する直流電圧検出器である。なお、この電圧検出器では非接触での検知が可能とされる。
【０００４】
特許文献１の直流電圧検出器は、筐体の内部に設けられた検知電極を被検出対象物に近接させ、被検出対象物と検知電極との間に形成される電極間浮遊静電容量と、筐体の内部シールドと大地との間に形成される対地間浮遊静電容量との間に、静電容量を可変とすることにより直流電圧に応じた交流電流を発生させる交流発生部を具備したものである。
【０００５】
この直流電圧検出器は、交流発生部から出力される交流電流に基づいて被検出対象物における直流電圧の有無を検出することができるので、接地線が不要となり、作業性および安全性の向上を図ることができる。
【０００６】
特許文献２は、超音波を発生するとともに、超音波を検知することのできる圧電センサに関する技術である。圧電体に接触させた振動板と端子において、圧電体に接触させた振動板と端子間に電圧を印加し、圧電体がひずむことで振動板を振動させ、超音波を発生させる。また、受信した超音波により振動板が振動し、圧電効果により振動板と端子間に電圧を発生することで、超音波を検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５７２７０７４号
【特許文献２】特開２０１１−１５１６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、架線等の検査対象物の停電作業を行うにあたっては、感電防止のために電線の加圧状態を間違いなく、かつ直感的に把握（例えば、加圧状態の可視化）したいというニーズがある。
【０００９】
しかし、非常設の携帯型非接触検電器では、検査対象物が高所の場合に設置に労力を要するという問題がある。また、例えば複数線区を擁する大駅構内のように、架線等の対象物が輻輳していると、作業員が手にした検電器を検電対象である上空の架線へ向けても、どの回線を検電しているのか分からないという問題があった。
【００１０】
一方、線路沿線に検電装置を常設する場合には、接地線をレールまで常設した設備とすると、雷害等で軌道回路に悪影響を及ぼす可能性があり、弱点箇所となる問題があった。また、加圧中の架線は列車運転に供されているので、設備不良で地絡が生じる可能性を考えると、高抵抗とはいえ架線に常時接地を施すのは望ましくない。
【００１１】
よって、これらの問題を考慮すると、線路沿線で常設可能な方式であり、且つ接地を要しない電圧検出器が求められている。また、非接地で常設された検電装置となると、接地式のそれと比較して周辺環境などからのノイズの影響を受けやすくなることを踏まえると、電線の加圧状態を客観的に信頼性高く把握したいという更なる課題がある。 
【００１２】
この点、特許文献１は、静電容量を可変とすることにより、被検知対象物の直流電圧に応じた交流電流を発生させており、静電容量を変化させるための交流発生部を検知電極近傍に具備する。このため、交流発生部を駆動する信号が交流発生部から電磁波として放射され、検知電極が電磁波を受けることで、被検知対象物に直流電圧が無いときであっても直流電圧が有るときと同様に交流電流が発生し、被検出対象物の電圧の有無を検出できなくなる可能性がある。
【００１３】
そこで、本発明の課題は、接地線が無くても電圧の有無を確実に検出可能にし得る電圧検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する本発明の一側面は、検出対象と対向して設置される導体と、導体を音波で振動させるスピーカと、スピーカを駆動する駆動信号を生成する交流発生部と、を備え、導体の振動により生じる導体と基準電位との間の電位差の変化に基づいて、検出対象に印加されている電圧を検出する、電圧検出器である。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の他の一側面は、検出対象との間に電気容量を形成する導体と、導体を音波で振動させるスピーカと、スピーカを駆動する駆動信号を生成する交流発生部と、導体と該導体に接続した抵抗の電位差を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力と交流発生部からの信号を入力として同期検波を行う同期検波回路と、同期検波回路の出力に基づいて、検出対象に印加されている電圧を検出して通知する電圧印加通知部を備える、電圧検出器である。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の他の一側面は、導体を検出対象に対して設置し、検出対象における電圧を検出する電圧検出方法であって、導体に音波を当てることで、導体と検出対象との間に形成される静電容量、および、導体と大地との間に形成される静電容量を変化させることにより、検出対象の電圧に応じた検出電圧を導体に発生させ、検出電圧に基づいて検出対象における電圧を検出することを特徴とする電圧検出方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、接地線が無くても電圧の有無を正確に検出可能にし得る電圧検出器および電圧検出方法を提供することができる。そして、本発明を対象物に常設することで、隣接する類似の物体と誤認することなく、対象物の加圧の有無を確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態で、電圧検出器を示す機能ブロック図である。
【図２】導体と検出対象と大地の静電容量の関係を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態の外観斜視図である。
【図４】本発明の実施形態２で、スピーカと交流発生部を導体シールドで覆った電圧検出器のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態２で、導体シールドに対し一つの孔を設けた際の二面図である。
【図６】本発明の実施形態２で、導体シールドに対し複数の孔を設けた際の二面図である。
【図７】本発明の実施形態３で、導体とスピーカの間に音響パイプを設置した電圧検出器のブロック図である。
【図８】本発明の実施形態３で、音響パイプを使用した場合の外観斜視図である。
【図９】本発明の実施形態３で、曲折した音響パイプを使用した場合の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００２０】
以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。
【００２１】
図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【００２２】
本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。
【００２３】
以下で説明される実施例では、導体を検出対象と対向して設置することで、その検出対象の電圧の有無を検出する電圧検出器もしくは電圧検出方法であって、導体から離して設置される音波発生部からの音波で導体を振動させることで、検出対象と導体の間に形成される静電容量と、導体と大地の間に形成される静電容量を可変とすることにより、検出対象の電圧に応じた交流電圧を発生させている。検出対象の電圧は、直流であっても交流であっても同様の原理で検出が可能である。音波を用いて導体を振動させることにより、導体や検出対象と音波発生源の間の距離を確保することができるので、電磁波の影響を低減することができる。
【００２４】
実施例における音波発生方法は、これに限定されるものではないが、交流信号を生成する交流発生部とスピーカから構成することができる。スピーカより発した音波を導体に当てることで、交流信号の周波数で導体を振動させることができ、検出対象の電圧に応じた交流電圧を導体に発生させることができる。
【００２５】
また交流発生部およびスピーカを導体シールドで覆うことで、交流信号の周波数をもつ電磁波の放射を抑制することができる。そして、交流信号の周波数をもつ電磁波が導体に交流電圧を発生させることを防ぎ、検出対象の電圧に応じた交流電圧を導体に発生させることができる。
【実施例１】
【００２６】
図１に本発明の実施形態における電圧検出器１５を含む、電圧検出システムの構成を示す。本電圧検出器は検出対象１と大地１２との間の電圧印加の有無を検出するものである。
【００２７】
電圧検出器１５は、例えば電気鉄道の架線や饋電線などの検出対象１と対向して設置された検知電極となる導体２と、検出対象１と導体２を接続する抵抗３と、導体２と接続する抵抗４と、導体２を音波で振動させるスピーカ５と、スピーカ５を駆動する信号を生成する交流発生部６と、導体２と導体２に接続した抵抗４の電位差を増幅する増幅回路７と、増幅回路７の出力を交流発生部６の出力で同期検波する同期検波回路８と、同期検波回路８の検波出力から検出対象１の電圧印加有無を判定し作業者に通知する電圧印加通知部９と、交流発生部６と増幅回路７と同期検波回路８と電圧印加通知部９を駆動する電池１０から構成される。
【００２８】
電圧検出器１５は検出対象１に対して、常設できるものとする。なお以下の説明において、直流電源１１により検出対象１と基準電位である大地（グラウンド）１２との間に直流電圧を印加している。直流電圧としては、例えば７５０Ｖ以上の高電圧が想定される。なお、本実施例では直流電圧に限らず、交流電圧でも測定可能である。
【００２９】
図２を用いて、検出対象１に印加された電圧の有無を検出する原理を説明する。図２は図１の構成を等価な回路として示した図である。図２に示すように、導体２は検出対象１および大地１２との間にそれぞれ浮遊静電容量Ｃ１（ｘ）およびＣ２（ｘ）を形成する。ただしｘは大地１２と導体２との間の距離を示す。
【００３０】
ここで検出対象１に直流電源１１により直流電圧Ｖ１が印加されているとき、検出対象１と導体２は抵抗３にて接続されているため、定常的には導体２も検出対象１と等電位であり、検出対象１と導体２の間に形成される浮遊静電容量Ｃ１（ｘ）には電荷が帯電しない。一方、導体２と大地１２は電位が異なるため、その間に形成される浮遊静電容量Ｃ２（ｘ）には電荷Ｑが帯電している。
【００３１】
大地１２と導体２との距離ｘの変化が、導体２と検出対象１の間の抵抗３とＣ１（ｘ）により定まる時定数より十分速い場合、導体２上の電荷Ｑは変化しない。このとき大地１２と導体２との距離ｘがｘ’に変化したとすると、導体２と大地１２の間に形成される浮遊静電容量Ｃ２（ｘ）はＣ２（ｘ’）と変化するが、電荷Ｑは変化しないため、導体２と大地１２の間の電圧が変化することになる。なお、このときの導体２と大地１２の間の電圧の変化量δＶは以下の式で表される。
δＶ＝（Ｃ１（ｘ）−Ｃ１（ｘ’））÷（Ｃ１（ｘ’）＋Ｃ２（ｘ’））×Ｖ１
【００３２】
この式より、大地１２と導体２との距離ｘを、導体２と検出対象１の間の時定数より十分速い速度で変化させたとき、検出対象１の直流電圧Ｖ１に応じて、導体２と大地１２の間の電圧の変化量が得られることがわかる。
【００３３】
例として、検出対象１と大地１２との距離を５ｍ、検出対象１と導体２との距離を０．５ｍ、導体２と大地との距離ｘを４．５ｍとし、導体２と大地との距離がｘ’＝４．５０１ｍに変化したときの導体２と大地１２の間の電圧の変化量δＶを以下に示す。
【００３４】
電磁界シミュレーションにより、導体２と大地１２との距離が４．５ｍのときの検出対象１と導体２の間に形成される浮遊静電容量Ｃ１（ｘ）、導体２と大地１２との距離が４．５０１ｍのときの検出対象１と導体２の間に形成される浮遊静電容量Ｃ１（ｘ’）、導体２と大地１２との距離が４．５０１ｍのときの大地１２と導体２の間に形成される浮遊静電容量Ｃ２（ｘ’）として以下の値が得られた。
Ｃ１（ｘ）＝０．９３９ｐＦ
Ｃ１（ｘ’）＝０．９３８ｐＦ
Ｃ２（ｘ’）＝０．７５３ｐＦ
【００３５】
検出対象１に直流電源１１により直流電圧Ｖ１が１５００Ｖ印加されているとき、導体２と大地１２の間の電圧の変化量δＶは以下の式より０．４７１Ｖとなる。
δＶ＝（Ｃ１（ｘ）−Ｃ１（ｘ’））÷（Ｃ１（ｘ’）＋Ｃ２（ｘ’））×Ｖ１
【００３６】
このとき、大地１２と導体２との距離を、導体２と検出対象１の間の時定数より十分速い速度で変化させる手段として、音波発生部、具体的にはスピーカ５、から発生させた音波により、導体２を振動させる構造とすることで実現可能とする。
【００３７】
上記の例では、電圧Ｖ１は直流１５００Ｖとした。ただし、上記の式より、電圧Ｖ１が交流電圧であっても、同様にδＶとの関係が保たれることは明らかである。
【００３８】
上記のように、本実施例では導体２と検出対象１とは抵抗３を介して接続しているため、検出対象１と大地１２との間に直流電圧を印加した場合、検出対象１および導体２には電荷が帯電する。一方、検出対象１と大地１２との間に直流電圧を印加しない場合、検出対象１および導体２に帯電していた電荷は大地１２へ放電される。すなわち検出対象１に直流電圧が無いときに、検知電極となる導体２に電荷が帯電することを抑制することができる。導体２に電荷が帯電していると、検出対象１に直流電圧が無いときであっても、あたかも検出対象１に電圧がかかっているような検出信号が誤検出されてしまう。本実施例の構成では、検出対象１の直流電圧に応じた交流電圧を導体２に発生させることができる。
【００３９】
これに対して、特許文献１に開示される直流電圧検出器は、検知電極が被検出対象物および大地と交流的に接続されており、直流的には接続されていない。そのため検知電極が帯電した場合、被検出対象物に直流電圧が無いときであっても直流電圧が有るときと同様に検知電極に電荷が存在し交流電流が発生するため、常に直流電圧が有ると判断してしまい被検出対象物の直流電圧の有無を検出できなくなる。
【００４０】
図１に戻り、スピーカ５は、交流発生部６より生成された信号で駆動され、スピーカ５の音圧周波数特性が良い周波数（例えば４ｋＨｚ）で音波を発生させることとする。スピーカ５としては、通常の音響用のスピーカ（例えば周波数帯域２０〜５０ｋＨｚ程度）でよいが、音圧レベルの大きなものが望ましい。
【００４１】
また、導体２は音波によって交流発生部６より生成された信号の周波数で振動するもの、例えば薄い金属膜である。また、導体２は、張力を持った状態、あるいは、ばね性を持った状態で固定されることが望ましい。
【００４２】
本構成では導体２を振動させる手段として音波を使用することで、導体２とスピーカ５との間に空間を設けることが可能であるため、スピーカ５および交流発生部６が発する電磁波を、導体２が受信することを抑制することが出来る。
【００４３】
電磁波の発生源が導体２に近接している場合、検出対象１に電圧が印加されてないときにも、電磁波の発生源より発せられた電磁波を導体２にて受信することにより、導体２に電圧が誘起される。これにより、検出対象１に電圧が印加されているときと同様に交流電流が発生し、検出対象１への電圧印加の有無を誤検出する現象が生じ得る。
【００４４】
本実施例では導体２とスピーカ５との間に空間を設けることにより、スピーカ５および交流発生部６が発する電磁波を、導体２にて受信することを抑制することが可能となる。このことにより、検出対象１への電圧印加の有無の誤検出を抑制し、検出対象１への電圧印加の有無を確実に検出できるようになる。
【００４５】
以上のように、本実施例では、特許文献１のように、静電容量を可変とすることにより電圧に応じた交流電流を発生させる交流発生部が導体２の近傍に存在しない。このため、交流発生部を駆動する信号が交流発生部から電磁波として放射され、検知電極や筐体が電磁波を受けることで、検出対象に電圧が無いときであっても電圧が有るときと同様に交流電流が発生し、検出対象の電圧の有無を検出できなくなるという問題を避けることができる。
【００４６】
導体２と、導体２に接続した抵抗４の電位差は微小であるため、後段で信号処理を行いやすくするため、増幅回路７は電位差を増幅して出力する。検出対象１に電圧が印加されているときに増幅回路７が出力を得るためには、導体２と抵抗４の間の時定数が、導体２の振動周期より十分長くなるよう抵抗４の抵抗値を設定する必要がある。
【００４７】
同期検波回路８は、増幅回路７の出力信号７０１を交流発生部６の出力信号６０１で同期検波し、同期検波の結果を同期検波出力信号８０１として、電圧印加通知部９に出力する。導体２を自由空間中に設置すると、導体２がアンテナとして作用し、背景雑音となる自由空間中の電磁波を受信して、検出対象１の電圧印加有無によらず電圧変化が生じる。また導体２は検出対象１と接続しているため、検出対象１に印加された電圧が、検出対象１と導体２の間の時定数より遅く変動した場合、導体２の電圧変化として現れる。これらの電圧変化は検出対象１の電圧印加有無によらず発生するため、検出対象１の電圧印加有無を判定する際に妨げとなる。
【００４８】
本実施例では、所望する電圧変化はスピーカ５からの音波による振動により生じるため、スピーカ５を駆動する信号である交流発生部６の出力信号６０１と同期している。一方自由空間中の電磁波は交流発生部６の出力信号と同期していない。そのため、同期検波回路８で増幅回路７の出力信号７０１を交流発生部６の出力信号６０１で同期検波を行うことで、交流発生部６の出力信号６０１と同期していない自由空間中の電磁波の影響を除去することができる。
【００４９】
一方スピーカ５からの音波による振動により生じた、検出対象１と導体２と大地１２の間の静電容量の変化により生じた電圧変化は、交流発生部６の出力信号６０１と同期しており、同期検波回路８は増幅回路７の出力信号７０１を交流発生部６の出力信号６０１で同期検波を行うことで、検出対象１と導体２と大地１２の間の静電容量の変化により生じた電圧変化を同期検波出力信号８０１として抽出することができる。すなわち検出対象１に電圧が印加されているときのみ、交流発生部６の出力信号６０１に同期した、同期検波出力信号８０１を得ることができる。
【００５０】
電圧印加通知部９は、同期検波回路８の同期検波出力信号８０１から、検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されているかを判定し、判定結果を通知する。そのために例えば電圧印加通知部９は、同期検波回路８の同期検波出力信号８０１の大きさが、所定のしきい値以上かを判定する。そして、同期検波回路８の同期検波出力信号８０１の大きさが、所定のしきい値未満の場合、検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないと判定する。また、同期検波回路８の同期検波出力信号８０１の大きさが、所定のしきい値以上の場合、検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていると判定する。検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されているかの判定結果は、作業者に通知される。
【００５１】
図３を用いて作業者への通知方法の一例を示す。図３（ａ）は、電圧印加通知部９の判定結果を作業者に通知するためのＬＥＤ１６を電圧検出器１５に具備したものである。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていると判定した場合、電圧印加通知部９はＬＥＤ１６を点灯もしくは点滅することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていることを通知することができる。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないと判定した場合、電圧印加通知部９はＬＥＤ１６を消灯することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないことを通知できる。
【００５２】
図３（ｂ）は、電圧印加通知部９の判定結果を作業者に通知するための報知用スピーカ１７を電圧検出器１５に具備したものである。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていると判定した場合、電圧印加通知部９は報知用スピーカ１７から音を発することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていることを通知することができる。報知用スピーカ１７より発する音は、単一の音のほかにメロディや音声を用いても構わない。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないと判定した場合、電圧印加通知部９は報知用スピーカ１７より音を発しない、もしくは電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されているときとは異なる音を発することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないことを通知できる。
【００５３】
図３（ｃ）は、電圧印加通知部９の判定結果を作業者が所持する端末１８に通知するための送信部１９を電圧検出器１５に具備したものである。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていると判定した場合、電圧印加通知部９は送信部１９から作業者が所持する端末１８に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されているという判定結果を送信し、端末１８が判定結果を表示することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていることを通知することができる。電圧印加通知部９が検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないと判定した場合、電圧印加通知部９は送信部１９から作業者が所持する端末１８に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないという判定結果を送信し、端末１８が判定結果を表示することで、作業者に検出対象１に所定の規定値以上の電圧が印加されていないことを通知できる。送信部１９は、端末１８に対して無線通信などにより、直接通知を行うことができる。また、送信部１９は、端末１８に対して、図示しないネットワークを介して送信することもできる。ネットワークは広域網であっても地域網であってもよい。また、送信部１９は、ネットワーク中のサーバを介して端末１８に情報を送信してもよい。この場合には、サーバの情報処理能力を利用して、サーバが提供できるさらに詳細な情報を端末１８に送信することもできる。
【００５４】
図１に戻り、電池１０は、交流発生部６と増幅回路７と同期検波回路８と電圧印加通知部９を駆動する。電池１０は乾電池の他、太陽電池や無線電力伝送、およびこれらとキャパシタの組み合わせでも実現することができる。
【実施例２】
【００５５】
図４に本発明の実施例２における電圧検出器１５を含む、電圧検出システムの構成を示す。本電圧検出器は、検出対象１と、導体２と、抵抗３と、抵抗４と、スピーカ５と、交流発生部６と、スピーカ５と交流発生部６を覆う導体シールド１３と、増幅回路７と、同期検波回路８と、電圧印加通知部９と、電池１０から構成される。なお以下の説明において、検出対象１は直流電源１１により大地１２に対して直流電圧を印加している。
【００５６】
導体シールド１３は導体で構成され、スピーカ５と交流発生部６を覆っている。導体シールド１３を、導体２と抵抗４で接続することで、スピーカ５と交流発生部６を静電遮蔽し、スピーカ５と交流発生部６から発する電磁波を導体２が受信することを抑制する。
【００５７】
導体シールド１３が存在しない場合、スピーカ５と交流発生部６から発する電磁波を導体２が受信した場合には、検出対象１の電圧印加有無によらず導体２に交流電圧が発生することがある。この所望しない交流電圧は、交流発生部６の出力信号と同期しているため、同期検波回路８で除去することができない。そのため検出対象１に電圧が無いときでも、電圧印加通知部９で電圧が有ると誤判定する可能性があり、本電圧検出器の精度を下げる要因となり得る。導体シールド１３でスピーカ５と交流発生部６を覆い静電遮蔽することによりこの電磁波を抑制し、本電圧検出器の精度を高めることができる。
【００５８】
なおスピーカ５を導体シールド１３で完全に密閉すると、スピーカ５から導体２への音波も抑制し、導体２の振動および発生する交流電圧変化が小さくなってしまう。そのため導体シールド１３には、スピーカ５と交流発生部６より発せられる電磁波を遮蔽し、かつスピーカ５から発せられる音波を妨げないことが求められる。
【００５９】
図５に、導体シールド１３の具体的な構成の一例を示す。図５(a)は導体シールド１３のスピーカ５と対向する面の平面図である。図５(b)は図５(a)のＡ−Ａ断面図である。導体シールド１３のうち、スピーカ５と導体２の間に存在する箇所に、孔１３ａを開けることでスピーカ５から発せられる音波を妨げないように出来る。なお、導体シールド１３がスピーカ５と交流発生部６より発せられる電磁波を有効に遮蔽するために、孔１３ａの直径は、スピーカ５から発される音波と同一の周波数の電磁波の波長の１０分の１以下であることが望ましい。
【００６０】
図６に、導体シールド１３の具体的な構成の他の例を示す。図６(a)は導体シールド１３のスピーカ５と対向する面の平面図である。図６(b)は図６(a)のＡ−Ａ断面図である。この例は、孔１３ａを複数開ける例である。図６の例では、孔１３ａの直径が図５の例よりも小さくなっている。
【００６１】
また導体シールド１３をスピーカ５から発される音波と同じ周波数で共振させることでも、スピーカ５から発せられる音波を導体２へ伝達することができる。導体シールド１３をスピーカ５から発される音波と同じ周波数で共振させるためには、導体シールド１３のうち、スピーカ５と導体２の間に存在する箇所の固有振動数が、スピーカ５から発される音波の周波数以下であることが望ましい。
【実施例３】
【００６２】
図７に本発明の実施例３における電圧検出器１５を含む、電圧検出システムの構成を示す。本電圧検出器は、検出対象１と、導体２と、抵抗３と、抵抗４と、スピーカ５と、交流発生部６と、スピーカ５と導体２間で音波を伝搬する音響パイプ１４と、増幅回路７と、同期検波回路８と、電圧印加通知部９と、電池１０から構成される。なお以下の説明において、検出対象１は直流電源１１により大地１２に対して直流電圧を印加している。
【００６３】
図８に本発明の実施例３における外観斜視図を示す。外観からは見えないスピーカ５を内蔵する電圧検出器の筐体８１は、例えば架線や饋電線である検出対象１に、ベルト８２等で固定され常設されている。スピーカ５と導体２の間に音響パイプ１４を設置することで、スピーカ５が発する音波を集約し、導体２に対し効率良く音圧を与える。
【００６４】
スピーカ５が発する音波が音響パイプ１４内で定在波を形成し、導体２に対し効率よく音圧を与えるためには、音響パイプ１４の径は音波の波長より十分短いことが望ましい。
【００６５】
またスピーカ５と音響パイプ１４の距離、および音響パイプ１４と導体２の距離は、音響パイプ１４の開口端補正より短いことが望ましい。ここで円筒内部の空気が共振する際、共振の腹は円筒の開口部より外部に存在するが、その共振の腹と開口部の距離のことを開口端補正という。一般的に径より全長が十分長い円筒内部の空気が共振する場合、開口端補正は円筒（音響パイプ１４）の断面半径の０．６倍程度の長さであることが知られている。
【００６６】
さらに音響パイプ１４は、スピーカ５が発する音波が音響パイプ１４内で定在波を形成する長さとすることが望ましい。ここで、音響パイプ１４の長さをＬ、音速をｖとすると、音響パイプ１４のスピーカ５側の端面から導体２側の端面に音波が伝わるまでの時間はＬ／ｖであり、導体２からの反射波がスピーカ５側の端面に伝わるまでの時間も同様にＬ／ｖである。ただしスピーカ５と音響パイプ１４の距離、および音響パイプ１４と導体２の距離は、音響パイプ１４の長さより十分短いためここでは考慮しない。
【００６７】
上記より、音波がスピーカ５側の端面から、再びスピーカ５側の端面に反射波として返ってくるまでの時間は２Ｌ／ｖとなる。この時間でスピーカ５が発する音波がｎ周期（ｎは整数）進む場合、スピーカ５から発する音波と返ってきた反射波は打ち消しあい、音圧が低下する。逆に、スピーカ５から発する音波がｎ＋１／２周期（ｎは整数）進む場合、スピーカ５から発する音波と返ってきた反射波は強め合い、音圧は増加する。
【００６８】
以上より、スピーカ５が発する音波が音響パイプ１４内で定在波を形成する長さは、２Ｌ／ｖの間に音波がｎ＋１／２周期進む音響パイプ１４の長さであり、音波は往路にｎ／２＋１／４周期、復路にｎ／２＋１／４周期進むため、音波の波長のｎ／２＋１／４の長さである。
【００６９】
また、音響パイプ１４の先端に導体２を取付ける構造としても良い。その場合、音響パイプ１４の材質は、導体２、スピーカ５と電気的に接続されないよう絶縁体とする必要がある。また音響パイプ１４の内壁は、音が乱反射しないよう、表面粗さが低いものとすることが望ましい。
【００７０】
また、スピーカ５は通常、前後に位相の逆転した音波を発生するが、スピーカ５の音波を有効に音響パイプ１４に伝達するため、スピーカ５の片側（例えば前側）からの音波のみ音響パイプ１４に伝達することが望ましい。このため、スピーカ５の縁部が音響パイプ１４の開口に密着することが望ましい。
【００７１】
また、音響パイプ１４の形状は、音圧を導体２に伝えられるものであれば良く、湾曲や曲折した形状であっても構わない。
【００７２】
図９に、本発明の実施例３における曲折した音響パイプ１４を使用した場合の、外観斜視図を示す。
【００７３】
以上説明した本発明の実施例によれば、検出対象と導体の間に形成される静電容量と、導体と大地の間に形成される静電容量を、導体から離して設置される音波発生部からの音波により導体を振動させることで可変としている。これにより、検出器に接地線を接続することなく検出対象の電圧に応じた交流電圧を検出することができ、検出対象の電圧の有無を確認する作業の作業性を向上することができる。
【００７４】
また導体の振動に音波を使用することで、導体と交流発生部の距離を離すことができ、交流発生部からの電磁波により導体に交流電圧が発生するのを抑制し、検出対象の電圧の有無を常に検出可能となる。
【００７５】
また導体と検出対象が抵抗を介して接続されることで、検出対象と大地との間に電圧を印加する場合、検出対象および導体に電荷が帯電する。また検出対象と大地との間に電圧を印加しない場合、検出対象および導体に帯電していた電荷は大地へ放電される。すなわち検出対象と大地との間に電圧を印加する場合のみ、導体に電荷が帯電する。振動により帯電した導体と大地との間の距離を変化させることにより、導体と大地の間の静電容量が変化する。検出対象と大地との間に電圧を印加する場合のみ導体に電荷が帯電し、導体と大地との間の静電容量の変化に応じた交流信号が導体に生じる。検出対象と大地との間に電圧を印加しない場合は導体に電荷が帯電せず、導体と大地との間の静電容量の変化に応じた交流信号は導体に生じない。このことから、振動により導体と大地との間の距離を変化させることにより、検出対象と大地との間の電圧印加の有無を検出可能となる。
【符号の説明】
【００７６】
１  検出対象
２  導体
３  抵抗
４  抵抗
５  スピーカ
６  交流発生部
７  増幅回路
８  同期検波回路
９  電圧印加通知部
１０  電池
１１  直流電源
１２  大地
１３  導体シールド
１３ａ  孔
１４  音響パイプ
１５  電圧検出器
１６  ＬＥＤ
１７  報知用スピーカ
１８  端末
１９  送信部
ｘ  導体２と大地１２との距離
ｘ’  導体２と大地１２との距離
Ｃ１（ｘ）  検出対象１と導体２の間の静電容量
Ｃ２（ｘ）  導体２と大地１２の間の静電容量
Ｖ１  検出対象１に印加された直流電圧
δＶ  導体２の電圧の変化量
Ｌ  音響パイプの長さ
ｖ  音速
ｎ  整数
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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