(57)【要約】      （修正有）【課題】妨害波の発生源をより簡易かつ迅速に特定する伝導妨害波源探索装置を提供する。【解決手段】２線を１対とした通信線を伝搬する信号の電圧時間波形を測定する電圧測定部と、１対の通信線を伝搬する信号の電流時間波形を測定する電流測定部と電圧時間波形の差を計算する減算処理部１３ｂと、電圧時間波形の和を計算する加算処理部１３ａと、減算処理部、加算処理部および電流測定部のそれぞれの時間波形を高速フーリエ変換するＦＦＴ演算部１４ａと、信号成分の電力スペクトルを計算する信号電力スペクトル演算部１５ａと、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂと、任意の電力閾値を設定する閾値設定部１６と、電力閾値を超えた周波数範囲を抽出する周波数抽出部１７と、周波数抽出部で得られた周波数範囲の成分以外をカットするフィルタ処理部１８と、フィルタ処理した結果を表示する出力表示部１９とを備える。【選択図】図１
2015010849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２線を１対とした通信線を伝搬する信号の電圧時間波形を測定する電圧測定部と、
前記１対の通信線を伝搬する信号の電流時間波形を測定する電流測定部と、
前記電圧時間波形の差を計算する減算処理部と、
前記電圧時間波形の和を計算する加算処理部と、
前記減算処理部、加算処理部および電流測定部のそれぞれの時間波形を高速フーリエ変換して電圧の信号成分の周波数スペクトル、電圧の妨害波成分の周波数スペクトル、電流の周波数スペクトルをそれぞれ得るＦＦＴ演算部と、
前記電圧の信号成分の周波数スペクトルから信号成分の電力スペクトルを計算する信号電力スペクトル演算部と、
前記電圧の妨害波成分の周波数スペクトルと電流の周波数スペクトルから妨害波成分の電力スペクトルを計算する妨害波電力スペクトル演算部と、
前記信号成分の電力スペクトルに対して任意の電力閾値を設定する閾値設定部と、
前記信号成分の電力スペクトルのうち、前記電力閾値を超えた周波数範囲を抽出する周波数抽出部と、
前記クロススペクトル演算部で得られた妨害波成分の電力スペクトルのうち、前記周波数抽出部で得られた周波数範囲の成分以外をカットするフィルタを適用するフィルタ処理部と、
前記フィルタ処理した結果を表示する出力表示部とを備えることを特徴とする伝導妨害波源探索装置。
【請求項２】
電圧プローブは非接触型の容量性電圧プローブまたは接触型のハイインピーダンスプローブを用いることを特徴とする請求項１に記載の伝導妨害波源探索装置。
【請求項３】
電流プローブは非接触型の誘導性電流プローブを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の伝導妨害波源探索装置。
【請求項４】
クロススペクトル演算部は式（２）を用いることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の伝導妨害波源探索装置。
Ｐ１（ｆ）＝｛Ｖ１（ｆ）Ｉ１＊（ｆ）＋Ｖ１＊（ｆ）Ｉ１（ｆ）｝              式（２）
式（２）中、Ｖ１（ｆ）は加算処理した電圧の時間波形のＦＦＴスペクトルを示し、Ｉ１（ｆ）は電流の時間波形のＦＦＴスペクトルを示し、Ｖ１＊（ｆ）、Ｉ１＊（ｆ）はそれぞれＶ１（ｆ）、Ｉ１（ｆ）の複素共役を示す
【請求項５】
電力スペクトル演算部は式（１）を用いることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の伝導妨害波源探索装置。
Ｐ２（ｆ）＝｛Ｖ２（ｆ）Ｖ２＊（ｆ）｝                      式（１）
式（１）中、Ｖ２（ｆ）は、減算処理した電圧の時間波形のＦＦＴスペクトルであり、Ｖ２＊（ｆ）はＶ２（ｆ）の複素共役を示す
【請求項６】
電流の周波数スペクトルに対して、電圧プローブと電流プローブ間に生じる時間波形の位相差を補正する位相補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の伝導妨害波源探索装置。
【請求項７】
フィルタ処理部は、周波数抽出部で得られた周波数範囲を保持し、以降複数の測定ポイントで得られた妨害波成分の電力スペクトルに対して、フィルタ処理を実施することを特徴とする請求項１記載の伝導妨害波源探索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧プローブおよび電流プローブを用いて伝導妨害波の発生源を特定する伝導妨害波源探索装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電話やインターネットをはじめとする通信サービスの提供中に、外来の電磁妨害波が通信線や電源線を伝搬して通信機器に侵入した場合、電話の音声信号に可聴雑音が重畳する事象やインターネットサービスが中断する事象といった、様々な通信故障が発生することがある。
【０００３】
このような通信故障が発生した場合の対処として、（１）妨害波の発生源を特定して除去する方法や、（２）妨害波による影響を受けている通信装置に対して妨害波除去フィルタを挿入する方法がある。妨害波源の特定には、妨害波による通信故障の発生時と同期して動作している電気機器・電子機器から、当該機器を妨害波源と特定する方法がある。一方で妨害波除去フィルタによる対策では、コモンモードチョークコイルにより妨害波の通信機器への侵入を阻止する方法や、コンデンサを用いて妨害波をアースにバイパスする方法や、トランスにより絶縁し、所望の周波数以外を遮断する方法などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３４４６８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
通信故障が発生した場合、上記のような対処により故障回復を図るが、妨害波源の特定において、通信サービスのように長い通信線で通信機器同士を接続する形態の場合、通信機器から離れた地点で妨害波が混入し、通信線を伝搬して通信機器に侵入することで故障が発生するケースが存在する。このように、通信機器と妨害波源が離れている場合では、妨害波源の特定に多大な時間と稼働を必要とする課題があった。
【０００６】
一方で、妨害波除去フィルタによる対策では、フィルタによって適用可能な妨害波の周波数が異なるため、まず通信機器に影響を与えている妨害波の周波数を特定し、その周波数に応じたフィルタを選定しなければならない課題があった。
【０００７】
また、対策効果を高めるためには通信機器への妨害波の侵入経路を特定する必要があるのに対し、現状ではその特定が困難なため、通信機器に接続されたケーブル（通信線・電源線など）全てにフィルタを設置することから、フィルタにかかるコストが増加する課題があった。さらには、フィルタによる対策では妨害波源の特定や除去がされておらず根本的な解決になっていないため、故障が再発する懸念があった。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ケーブル中を伝搬する妨害波の電圧および電流を測定することで、妨害波の発生源をより簡易かつ迅速に特定する伝導妨害波源探索装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、一実施形態に記載された発明は、２線を１対とした通信線を伝搬する信号の電圧時間波形を測定する電圧測定部と、前記１対の通信線を伝搬する信号の電流時間波形を測定する電流測定部と、前記電圧時間波形の差を計算する減算処理部と、前記電圧時間波形の和を計算する加算処理部と、前記減算処理部、加算処理部および電流測定部のそれぞれの時間波形を高速フーリエ変換して電圧の信号成分の周波数スペクトル、電圧の妨害波成分の周波数スペクトル、電流の周波数スペクトルをそれぞれ得るＦＦＴ演算部と、前記電圧の信号成分の周波数スペクトルから信号成分の電力スペクトルを計算する信号電力スペクトル演算部と、前記電圧の妨害波成分の周波数スペクトルと電流の周波数スペクトルから妨害波成分の電力スペクトルを計算する妨害波電力スペクトル演算部と、前記信号成分の電力スペクトルに対して任意の電力閾値を設定する閾値設定部と、前記信号成分の電力スペクトルのうち、前記電力閾値を超えた周波数範囲を抽出する周波数抽出部と、前記クロススペクトル演算部で得られた妨害波成分の電力スペクトルのうち、前記周波数抽出部で得られた周波数範囲の成分以外をカットするフィルタを適用するフィルタ処理部と、前記フィルタ処理した結果を表示する出力表示部とを備えることを特徴とする伝導妨害波源探索装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、妨害波による通信故障の発生時において、簡易かつ迅速に妨害波源を特定する伝導妨害波源探索装置を提供することで、故障回復までの時間を短縮することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態にかかる伝導妨害波源探索装置の概略構成を示す図である。
【図２】電圧プローブ１１ａ、１１ｂによって測定された、通信信号に妨害波が混入した電圧の時間波形である。
【図３】電圧の時間波形をそれぞれ加算処理、および減算処理した結果の電圧の時間波形である。
【図４】信号および妨害波の時間波形に対してＦＦＴ演算した信号成分の電力スペクトル、妨害波成分の電力スペクトルを示す図である。
【図５】信号成分の電力スペクトルに対して一定の閾値で通信信号周波数帯域を抽出し、フィルタ処理をすることで通信信号に影響を与える妨害波スペクトルのみを抽出した結果を示す図である。
【図６】第２の実施形態にかかる伝導妨害波源探索装置の概略構成を示す図である。
【図７】位相補正部の機能を説明する図である。
【図８】周波数の複素平面上での電圧と電流の位相を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる伝導妨害波源探索装置の概略構成図である。伝導妨害波源探索装置１は、測定対象となる通信線の近傍に設置され、通信線を伝搬する妨害波の伝搬方向を判定することができる。伝導妨害波源探索装置１１は、通信線の妨害波を測定し、測定情報（電圧・電流）の信号処理結果から妨害波源を特定する。図示する伝導妨害波源探索装置は、電圧プローブ１１ａ、１１ｂと、電流プローブ１１ｃと、電圧測定部１２ａ、１２ｂと、電流測定部１２ｃと、加算処理部１３ａと、減算処理部１３ｂと、電圧のＦＦＴ演算部１４ａ、１４ｂと、電流のＦＦＴ演算部１４ｃと、電力スペクトル演算部１５ａと、クロススペクトル演算部１５ｂと、閾値設定部１６と、周波数抽出部１７と、フィルタ処理部１８と、表示部１９とを有する。
【００１３】
電圧プローブ１１ａ、１１ｂは通信線を伝搬する信号または妨害波の電圧を測定する。電圧プローブ１１ａおよび１１ｂは、２線を１対とする通信線に対し、１線ずつ取り付ける。電圧プローブは容量性電圧プローブのような非接触型、またはハイインピーダンスプローブのような接触型のどちらでも使うことができる。
【００１４】
電流プローブ１１ｃは、通信線中を伝搬する妨害波電流を測定する。電流プローブ１１ｃは、２線を１対とする通信線をクランプする。電流プローブは誘導性のコイルおよびフェライトおよびフェライトコアで構成される。また、プローブが誘導性のため、通信線中の電流が流れる方向を一定とした場合、電流プローブをクランプする方向によって、電流プローブの出力の正負が変化する。ここでは、通信線中をある方向に電流が流れたとき、電流プローブの出力が正になる場合を電流プローブの向きと決定する。
【００１５】
測定部１２ａ、１２ｂは電圧プローブ１１ａおよび１１ｂから得られた電圧の時間波形を測定する。測定部１２ａ、１２ｂ、１２ｃはプローブの電圧または電流をＡ／Ｄ変換により測定値として得る。時間波形は一定のサンプリング周波数でサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換器等により離散化した電圧レベルを測定することにより得る。なお、サンプリング周波数は所望の測定周波数範囲の２倍以上のサンプリング周波数とする。
【００１６】
加算処理部１３ａは測定部１２ａおよび１２ｂで得られた測定値、すなわち電圧時間波形を加算する。通信信号は一般的に１対の通信線中を逆相の差動信号として伝搬しているのに対し（ノーマルモード）、伝導妨害波は一般的に１対の通信線中を同相で伝搬しているため（コモンモード）、２つの電圧時間波形を加算することで通信信号成分を除去し、伝導妨害波のみの電圧時間波形を得ることができる。
【００１７】
減算処理部１３ｂは測定部１２ａおよび１２ｂで得られた測定値、すなわち電圧時間波形を減算する。前述したように信号成分はコモンモードで通信線中を伝搬しているため、２つの電圧時間波形を減算することで妨害波成分を除去し、通信信号のみの電圧時間波形を得ることができる。
【００１８】
ＦＦＴ演算部１４ａ、１４ｂ、１４ｃでは、加算処理部１３ａ、減算処理部１３ｂおよび測定部１２ｃで得られた時間波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）により時間波形から周波数スペクトルに変換する。ＦＦＴ演算部１４ａは、加算処理部１３ａの演算結果をＦＦＴ演算することにより電流成分の周波数スペクトルを得る。ＦＦＴ演算部１４ｂは、減算処理部１３ｂの演算結果をＦＦＴ演算することにより電圧妨害波成分の周波数スペクトルを得る。ＦＦＴ演算部１４ｃは、測定部１２ｃの測定結果をＦＦＴ演算することにより電圧信号成分の周波数スペクトルを得る。
【００１９】
信号電力スペクトル演算部１５ａは、ＦＦＴ演算部１４ｂで得られた周波数スペクトルに対し、下記式（１）に記述の演算を実施し、信号成分の電力スペクトルを得る。式（１）中、Ｖ２（ｆ）は減算処理した電圧の時間波形のＦＦＴスペクトルを示し、Ｖ２＊（ｆ）は、Ｖ２（ｆ）の複素共役を示す。
Ｐ２（ｆ）＝｛Ｖ２（ｆ）Ｖ２＊（ｆ）｝      ・・・式（１）
【００２０】
妨害波電力スペクトル演算部１５ｂはＦＦＴ演算部１４ａ、１４ｃで得られた周波数スペクトルに対し、下記式（２）に記述の演算を実施し、雑音成分（妨害波成分）の電力スペクトルを得る。式（２）中、Ｖ１（ｆ）は加算処理した電圧の時間波形のＦＦＴスペクトルを示し、Ｉ１（ｆ）は電流の時間波形のＦＦＴスペクトルを示し、Ｉ１＊（ｆ）、Ｖ１＊（ｆ）はそれぞれＩ１（ｆ）、Ｖ１（ｆ）の複素共役を示す。
Ｐ１（ｆ）＝｛Ｖ１（ｆ）Ｉ１＊（ｆ）＋Ｖ１＊（ｆ）Ｉ１（ｆ）｝  ・・・式（２）
【００２１】
閾値設定部１６は、信号電力スペクトル演算部１５ａで得られた信号成分の電力スペクトルの電力レベルを比較するための電力値を閾値として設定する。閾値はユーザがボタンやダイヤルといった入力手段を用いて任意に設定できるものとする。
【００２２】
周波数抽出部１７では、信号電力スペクトル演算部１５ａで得られた信号成分の電力スペクトルの電力レベルと、閾値設定部１６で設定された閾値（電力値）と比較し、閾値を超える電力レベルである周波数を通信信号周波数帯域としてその範囲を抽出する。
【００２３】
フィルタ処理部１８では、周波数抽出部１７で抽出された周波数帯域を用いて、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂで得られたスペクトルをフィルタ処理し、通信信号と同一周波数帯における妨害波の電力スペクトルを得る。フィルタ処理部１８は、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂで得られた電力スペクトルに対し、周波数抽出部１７で得られた周波数帯域と同一の周波数の電力スペクトルのみを抽出する処理を行う。
【００２４】
出力表示部１９では、フィルタ処理部１８で得られたスペクトルを画面に表示する。出力表示部１９は、フィルタ処理部１８でフィルタ処理したスペクトルを画面に表示する。
【００２５】
次に、伝導妨害波源探索装置の動作について説明する。
【００２６】
まず、電圧プローブ１１ａ、１１ｂおよび測定部１２ａ、１２ｂは通信線を伝搬する信号（通信信号および妨害波の合成）の時間波形を測定する。図２は、電圧プローブ１１ａ、１１ｂで２線を１対とする通信線の片線の電圧を、大地に対してそれぞれ測定した例（対地電圧）を示している。この例では、通信信号と妨害波が混在している。
【００２７】
次に、加算処理部１３ａおよび減算処理部１３ｂは、それぞれ測定した電圧時間波形を加算、減算する。図３は、加算処理部１３ａ、減算処理部１３ｂによって電圧プローブ１１ａおよび１１ｂの測定値をそれぞれ加算、減算により演算処理した結果を示している。加算によって得られた時間波形は一般的に妨害波電圧であるコモンモード電圧の時間波形になり、減算によって得られた波形は一般的に信号電圧であるノーマルモード電圧の時間波形となる。加算処理では、通信信号が差動（逆相）信号であるため打ち消しあい、通信信号に含まれているノイズ成分（雑音成分）の時間波形が抽出される。一方で減算処理では、同相成分であるノイズ成分が消去され、通信信号の時間波形のみが抽出される。この時間波形に対し、ＦＦＴ演算部１４ａ、１４ｂでＦＦＴ演算を実施し、周波数スペクトルを得る。
【００２８】
次に、電流プローブ１１ｃは、２線を１対とする信号線をクランプし、電流の時間波形を測定部１２ｃで測定する。測定した電流時間波形に対し、ＦＦＴ演算部１４ｃにおいてＦＦＴ演算を実施し、電流成分の周波数スペクトルを得る。
【００２９】
ＦＦＴ演算部１４ｂで得られた周波数スペクトルは信号電力スペクトル演算部１５ａにおいて式（２）により電力スペクトルに変換される。この変換により通信信号（信号成分）の電力スペクトルを得る。一方、ＦＦＴ演算部１４ａおよび１４ｃで得られた周波数スペクトルは、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂにおいて式（１）によりクロススペクトルに変換される。この変換により伝導妨害波の電力スペクトルを得る。
【００３０】
図４は、信号電力スペクトル演算部１５ａおよび妨害波電力スペクトル演算部１５ｂの演算結果を示している。図４上段は、信号電力スペクトル演算部１５ａにより演算して得られる通信信号の電力スペクトルの周波数帯域を示している。図４下段は、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂにより演算して得られる妨害波の電力スペクトルの周波数帯域を示している。また、クロススペクトルによって得られる妨害波の電力スペクトルはスペクトル符号が正であれば電流プローブの“向き”と同一方向に妨害波が伝搬していることを示し、負であれば電流プローブの“向き”と反対方向に妨害波が伝搬していることを示している。
【００３１】
信号電力スペクトル演算部１５ａで得られた信号成分の電力スペクトルに対して、閾値設定部１６で設定された閾値との電力レベルを比較し、閾値を超えるスペクトル電力レベルである周波数範囲を周波数抽出部１７で抽出する。また、クロススペクトル演算部１５ｂで得られた妨害波成分の電力スペクトルに対して、周波数抽出部１７で抽出された周波数範囲をフィルタ処理部１８により適用し、通信信号の電力スペクトルと同一の周波数範囲に対する電力スペクトルを抽出する。抽出した妨害波の電力スペクトルを表示部に表示する。
【００３２】
図５は、妨害波スペクトルをフィルタ抽出した結果を示す図である。図５に示すように、信号電力スペクトル演算部１５ａの演算結果に対し、閾値設定部１６で設定された閾値（電力値）とを比較し、閾値以上となる周波数範囲が、周波数抽出部１７で抽出される。抽出した周波数範囲のノイズ成分のみを取り出すように、妨害波電力スペクトル演算部１５ｂの演算結果の妨害波の電力スペクトルをフィルタ処理部１８で処理している。この処理により、通信信号の通信周波数帯域内に存在する妨害波の電力スペクトルのみを出力表示部１９に表示し、電力スペクトルのスペクトル符号の正負によって妨害波の伝搬方向を判定する。周波数抽出部１７で、閾値以上となる周波数範囲が特定された後に、信号線の複数の箇所で、電圧プローブ１１ａ、電流プローブ１１ｃによる測定を行い、演算して得られた妨害波の電力スペクトルに対してフィルタ処理部１８によるフィルタ処理を行うことによって、妨害波の波形の変化を出力表示部１９において表示することができる。すなわち、妨害波の伝搬の方向の判定を複数の測定点に対して実施し、その結果から最終的に妨害波源（の位置）を特定することができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態の伝導妨害波源探索装置に、位相補正部２０が追加された構成を備える伝導妨害波源探索装置である。図６は第２の実施形態の伝導妨害波源探索装置２０を示す図である。伝導妨害波源探索装置１０は、ＦＦＴ演算部１４ｃと妨害波電力ススペクトル演算部との間に位相補正部２０が設けられている以外は、図１の伝導妨害波源探索装置１と同様の構成である。
【００３４】
位相補正部２０は、電圧プローブおよび電流プローブの間の位相差の周波数特性を予め測定しておき、実際の波形（時間波形をＦＦＴしたもの）に対して補正をする。具体的には、電圧プローブおよび電流プローブでそれぞれ測定した値について、電流プローブの測定値をＩ（ｆｉ）＝Ｉ（ｆｉ）×ｅｊθｆｉにより位相補正する。ここでｅはオイラー定数であり、θｆｉは、周波数ｆｉにおける電圧プローブと電流プローブとの間の位相差である。図８は、周波数の複素平面上での電圧と電流の位相を示す図である。図８に示すように、電圧プローブおよび電流プローブの間の位相差は、周波数の複素平面上での回転に相当する。
【００３５】
図７は、位相補正部の機能を説明する図である。図７（ａ）は電圧プローブと電流プローブとの間に位相差がない場合であり、図７（ｂ）は電圧プローブと電流プローブとの間に位相差がある場合を示す。図７（ａ）、（ｂ）において、図示左側が電圧、電流、電力との関係を示し、図示右側がスペクトルを示す。電力スペクトルは、電圧および電流の時間波形それぞれをＦＦＴし、Ｐ（ｆｉ）＝１／２｛Ｖ（ｆｉ）Ｉ＊（ｆｉ）＋Ｖ＊（ｆｉ）Ｉ（ｆｉ）｝で計算される。Ｉ（ｆｉ）＊、Ｖ（ｆｉ）＊は、それぞれＩ（ｆｉ）、Ｖ（ｆｉ）の複素共役を示す。
【００３６】
図７（ａ）に示すように、電圧プローブと電流プローブとの間に位相差がない場合は、その電力スペクトルは正になるのに対し、図７（ｂ）に示すように、電圧プローブと電流プローブとの間に位相差δがある場合は、スペクトルが負になってしまう。本実施形態では、位相補正部２０を設けたことによって、電圧プローブと電流プローブとの間に位相差δをなくすことで正しい第１の電力スペクトルの符号を得ることができる。すなわち、電圧プローブおよび電流プローブの時間波形に対して位相差が発生した場合に、第１の電力スペクトルの符号が反転して出力されてしまうことを防止している。
【符号の説明】
【００３７】
１  伝導妨害波源探索装置
１１ａ、１１ｂ  電圧プローブ
１１ｃ  電流プローブ
１２ａ、１２ｂ、１３ｃ  測定部
１３ａ  加算処理部
１３ｂ  減算処理部
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ  ＦＦＴ演算部
１５ａ  電力スペクトル演算部
１５ｂ  クロススペクトル演算部
１６    閾値設定部
１７    周波数抽出部
１８    フィルタ処理部
１９    出力表示部
２０    位相補正部
【図１】
2015010849.tif 000003
【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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