(57)【要約】【課題】屈伸される電線・ケーブルの断線が確実に検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置を提供する。【解決手段】移動機器の電線・ケーブルに高周波パルスを注入し応答信号を検出して記録し、該応答信号波形から上記電線・ケーブルの断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、上記電線・ケーブルの屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動機器に接続され上記移動機器の移動とともに屈曲運動を行う電線・ケーブルに高周波パルスを注入し、
上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出し、
該応答信号の波形を記録し、
該応答信号波形から上記電線・ケーブルの断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、
上記電線・ケーブルの屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定することを特徴とする電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項２】
上記移動機器を複数の停止位置で停止させ、
該複数の停止位置に停止中に応答信号波形を記録し、
該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定することを特徴とする請求項１記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項３】
上記移動機器が所定の移動区間を移動する間に複数の応答信号波形を記録し、
該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定することを特徴とする請求項１記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項４】
上記断線特徴量として応答信号波形から初期の応答信号波形を差し引いた差分波形のピーク値を用いることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項５】
上記複数の断線特徴量の平均、分散、標準偏差等の統計量を求め、該統計量から断線を推定することを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出方法。
【請求項６】
移動機器に接続され上記移動機器の移動とともに屈曲運動を行う電線・ケーブルに高周波パルスを注入する高周波パルス発生器と、
上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する検出器と、
該応答信号の波形を記録する波形記録器と、
該応答信号波形から上記電線・ケーブルの断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段と、
上記電線・ケーブルの屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定する断線推定手段とを備えたことを特徴とする電線・ケーブルの断線検出装置。
【請求項７】
上記移動機器を複数の停止位置で停止させ、
上記波形記録器が上記複数の停止位置に停止中に応答信号波形を記録し、
上記断線推定手段が該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定することを特徴とする請求項６記載の電線・ケーブルの断線検出装置。
【請求項８】
上記波形記録器が、上記移動機器が所定の移動区間を移動する間に複数の応答信号波形を記録し、
上記断線推定手段が、上記複数の応答信号波形断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定することを特徴とする請求項６記載の電線・ケーブルの断線検出装置。
【請求項９】
上記断線推定手段が、上記断線特徴量として応答信号波形から初期の応答信号波形を差し引いた差分波形のピーク値を用いることを特徴とする請求項６〜８いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出装置。
【請求項１０】
上記断線推定手段が、上記複数の断線特徴量の平均、分散、標準偏差等の統計量を求め、該統計量から断線を推定することを特徴とする請求項７〜１０いずれか記載の電線・ケーブルの断線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、屈伸される電線・ケーブルの断線が確実に検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電線・ケーブルの断線（素線の断線、部分断線）を検出する方法として、電線・ケーブルに高周波パルス信号を注入し、電線・ケーブルに現れる反射信号波形を利用する方法がある。
【０００３】
移動機器において運転中の電線・ケーブルを対象にした方法として、商用周波数よりも周波数が高い高周波パルス信号を電線・ケーブルにコンデンサを介して注入し、ＣＴ（非接触式の電流検出器）により電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する。応答信号を記録し、応答信号の経時変化を調べることで断線を検出する。
【０００４】
従来、測定（高周波パルス信号の注入と応答信号波形の記録）を一定時間ごとに行い、最初に記録した初期波形と時間経過後の変化波形を比較することにより、差分波形を求め、この差分波形をもとに断線の判定を行う。さらに、高周波パルス信号と応答信号波形中の差分波形（断線箇所からの反射）との時間差から断線箇所を推定する。
【０００５】
図８に示されるように、健全な電線・ケーブルからの応答信号波形（初期波形；太線）と断線が生じている電線・ケーブルからの応答信号波形（変化波形；細線）との差分波形２０１が電線・ケーブル往復伝搬時間Ｔａ（高周波パルス信号が検出器を通過してから移動機器の接続部又は機器側高周波阻止用インダクタで反射した信号が検出器に伝搬するまでの時間）の間に現れている。なお、初期波形と変化波形はほぼ同形状であり、差分波形２０１は僅かに現れている。この差分波形１０１は、断線箇所におけるインピーダンス変化により生じている。つまり、変化波形では、注入した高周波パルス信号が断線箇所で一部反射したことにより、初期波形にはなかった部分を有するため、図示のような差分波形２０１が得られる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３１０５号公報
【特許文献２】特開２００６−２２０４６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電線・ケーブルが移動機器の移動に随伴して屈伸（屈曲運動）されることで、導体を構成している複数の素線が疲労して断線するが、その後の屈伸によって、ときには断線した素線同士が接触し合い、ときにはまた分離するので、断線が生じている電線・ケーブルからの応答信号波形が健全な電線・ケーブルからの応答信号波形と差がないことがある。このような場合、断線が生じていることを確実に検出できない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、屈伸される電線・ケーブルの断線が確実に検出できる電線・ケーブルの断線検出方法及びその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】
上記目的を達成するために本発明の方法は、移動機器に接続され上記移動機器の移動とともに屈曲運動を行う電線・ケーブルに高周波パルスを注入し、上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出し、該応答信号の波形を記録し、該応答信号波形から上記電線・ケーブルの断線に特徴的な断線特徴量を抽出し、上記電線・ケーブルの屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定するものである。
【００１０】
上記移動機器を複数の停止位置で停止させ、該複数の停止位置に停止中に応答信号波形を記録し、該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定してもよい。
【００１１】
上記移動機器が所定の移動区間を移動する間に複数の応答信号波形を記録し、該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定してもよい。
【００１２】
上記断線特徴量として応答信号波形から初期の応答信号波形を差し引いた差分波形のピーク値を用いてもよい。
【００１３】
上記複数の断線特徴量の統計量を求め、該統計量から断線を推定してもよい。
【００１４】
また、本発明の装置は、移動機器に接続され上記移動機器の移動とともに屈曲運動を行う電線・ケーブルに高周波パルスを注入する高周波パルス発生器と、上記電線・ケーブルに生じる応答信号を検出する検出器と、該応答信号の波形を記録する波形記録器と、該応答信号波形から上記電線・ケーブルの断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段と、上記電線・ケーブルの屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定する断線推定手段とを備えたものである。
【００１５】
上記移動機器を複数の停止位置で停止させ、上記波形記録器が上記複数の停止位置に停止中に応答信号波形を記録し、上記断線推定手段が該複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定してもよい。
【００１６】
上記波形記録器が、上記移動機器が所定の移動区間を移動する間に複数の応答信号波形を記録し、上記断線推定手段が、上記複数の応答信号波形断線特徴量から上記電線・ケーブルの断線を推定してもよい。
【００１７】
上記断線推定手段が、上記断線特徴量として応答信号波形から初期の応答信号波形を差し引いた差分波形のピーク値を用いてもよい。
【００１８】
上記断線推定手段が、上記複数の断線特徴量の統計量を求め、該統計量から断線を推定してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２０】
（１）屈伸される電線・ケーブルの断線が確実に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２２】
図１に示されるように、本発明の断線検出装置１は、移動機器２に接続され上記移動機器２の移動とともに屈曲運動を行う電線・ケーブル３に高周波パルスを注入する高周波パルス発生器４と、上記電線・ケーブル３に生じる応答信号を検出する検出器５と、該応答信号の波形を記録する波形記録器６と、該応答信号波形から上記電線・ケーブル３の断線に特徴的な断線特徴量を抽出する断線特徴量抽出手段７と、上記電線・ケーブル３の屈曲運動の間に記録した複数の応答信号波形の断線特徴量から上記電線・ケーブル３の断線を推定する断線推定手段８とを備えたものである。
【００２３】
高周波パルス信号を発生する高周波パルス信号発生器４と電線・ケーブル３との間には、高周波パルス信号を電線・ケーブル３の導体９に注入するためのコンデンサ１０が設けられる。検出器５は、高周波パルス信号発生器４からコンデンサ１０までの間の信号注入線に設けられ、注入される高周波パルス信号から電線・ケーブル３の遠端で反射してくる遠端反射波までの応答信号を非接触で検出することができる高周波ＣＴである。
【００２４】
また、この断線検出装置では、高周波パルス信号が商用周波数電源１１に流入しないよう、電線・ケーブル３の商用周波数電源側に高周波阻止用インダクタ１２が取り付けられる。移動機器２のノイズカット機能が弱い場合は、電線・ケーブル３の機器側にも高周波阻止用インダクタ１２を取り付けるとよい。
【００２５】
検出対象の電線・ケーブル３においては、移動機器２が電線・ケーブル３により商用周波数電源１１からの電源供給を受けている。移動機器２が移動して電線・ケーブル３が頻繁に屈伸されるため断線が発生する。これを検出するため、高周波パルス信号発生器４からコンデンサ１０を介して電線・ケーブル３に高周波パルス信号を注入する。高周波パルス信号は、検出器５を通過し、電線・ケーブル３の導体９を伝搬し、移動機器２の接続部又は高周波阻止用インダクタ１２で反射して検出器５まで伝搬してくる。注入される高周波パルス信号とその応答信号は、信号注入線に設置された検出器５によって検出され、応答信号波形として高周波波形記録測定器６に記録される。
【００２６】
本実施形態においては、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように、移動機器２１は水平移動することにより、固定部２２を通る直線と平行に最近位置２３から最遠位置２４までの直線区間を往復移動する。また、電線・ケーブル２５は固定部２２から上記直線に沿って最遠位置２４の外方まで伸ばして敷設され、そこからＵ字状に折り返して移動機器２１に接続される。よって、移動機器２１が移動するに伴い、電線・ケーブル２５の折り返し位置が移動し、電線・ケーブル２５は折り返し位置が通過する箇所において大きく屈伸される。
【００２７】
図３〜図５は、移動機器２１の動作と高周波パルス信号を注入し応答信号を記録するサンプリングタイミングを示す図である。
【００２８】
図３に示した実施形態では、移動機器２１は、最近位置２３から最遠位置２４に到達するまで一定速度で移動し、最遠位置２４で反転して最近位置２３に到達するまで一定速度で移動し、そこでしばらくの間待機するという動作パターンを有する。１動作パターン内における高周波パルス信号の注入と応答信号の記録を行うサンプリングタイミングｓ１，ｓ２，…は任意である。移動機器２１がこの動作パターンを繰り返すと、サンプリングタイミングｓ１，ｓ２，…も繰り返される。
【００２９】
図４に示した実施形態では、移動機器２１が固定部側に戻る度に少しずつ異なる停止位置で停止して待機するものとし、断線検出装置１は、移動機器２１が停止位置で停止中である時に高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を行う。
【００３０】
図示のように、移動機器２１は、固定部側から最遠位置２４まで一定速度で移動し、最遠位置２４で反転して一定速度で固定部側に戻ってしばらく待機するという動作パターンを有する。しかし、固定部側に戻る度に少しずつ異なる停止位置４１，４２，４３で停止して待機する。１動作パターンに１回のサンプリングタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３は、移動機器２１が停止中の状態になって行う。
【００３１】
図５に示した実施形態では、応答信号波形記録手段２は、移動機器２１が所定の移動区間を往路移動中（復路でも往復でもよい）である時に、高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を行う。
【００３２】
図示のように、移動機器２１は、固定部側から最遠位置２４まで一定速度で移動し、最遠位置２４で反転して一定速度で固定部側に戻ってしばらく待機するという動作パターンを有する。１動作パターン内に４回のサンプリングタイミングｕ１〜ｕ４とし、往路移動中に一定時間間隔で行う。このように、移動機器２１が所定の移動区間を移動中にサンプリングを行うことで、移動機器２１がほぼ同じ位置を繰り返し通る際のサンプルが得られるので、統計的な振る舞いを見る上で利点がある。
【００３３】
以下、本発明の断線検出装置１の動作を説明する。
【００３４】
図６に示されるように、電線・ケーブルが健全なときの応答信号波形（破線）６１と、電線・ケーブルが断線しているときの応答信号波形（実線）６２とは、大部分で一致し、部分的に異なる。なお、破線は実線に重ならないようずらして描いてある。電線・ケーブルの長さは１５ｍ、パルス伝播速度は２×１０8ｍ／ｓ、ケーブル遠端はオープンとする。
【００３５】
健全時応答信号波形６１及び断線時応答信号波形６２において時間軸０ｎｓに位置するピーク６３が入射パルスに相当し、時間軸１５０ｎｓに位置するピーク６４がケーブル遠端反射に相当する。断線時応答信号波形６２において時間軸１００ｎｓに位置する小さなピーク６５が断線箇所からの反射に相当する。ピーク６５は実際よりも大きく描いてある。
【００３６】
図７に示されるように、図６の健全時応答信号波形６１と断線時応答信号波形６２との差分波形７１には、時間軸１００ｎｓに位置する小さなピーク７２のみがある。このピーク７２は図６のピーク６５に由来する。ピーク７２のピーク値を断線特徴量と呼ぶことにする。
【００３７】
従来技術では、このピーク７２のピーク値があらかじめ設定したしきい値を超えたとき、断線が発生していることが検出されると共に、断線箇所が検出される。しかし、課題として述べたように、断線が発生していても、断線した素線同士が接触しているとピーク７２が小さくなり、検出ができない。そこで、本発明では、電線・ケーブル２５が移動機器２１の移動に随伴して屈伸される間に、高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を繰り返す。
【００３８】
いま、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように、電線・ケーブル２５が断線箇所２６で断線を生じているものとする。既に説明したように、移動機器２１が移動するに伴い、電線・ケーブル２５の折り返し位置が移動し、電線・ケーブル２５は折り返し位置が通過する箇所において大きく屈伸される。このため、図２（ａ）、図２（ｃ）のときは断線箇所２６が直線状であるが、図２（ｂ）のときは断線箇所２６がＵ字状となる。
【００３９】
図２（ａ）、図２（ｃ）のように断線箇所２６が直線状の場合、断線している素線同士が接触し合う可能性があり、接触したときは断線箇所２６のインピーダンスが小さくなる。よって、この状態で電線・ケーブル２５に高周波パルス注入すると断線箇所２６からの反射波形を含まない図２（ｄ）、図２（ｆ）のような差分波形が得られることがある。一方、 図２（ｂ）のように断線箇所２６がＵ字状になると、断線している素線同士が離れる傾向があり、離れたときは断線箇所２６のインピーダンスが大きくなる。よって、この状態で電線・ケーブル２５に高周波パルス注入すると断線箇所２６からの反射波形を含んだ図２（ｅ）のような差分波形が得られやすい。
【００４０】
本発明では、電線・ケーブル２５が移動機器２１の移動に随伴して屈伸される間に、高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を繰り返し、これらの応答信号波形から断線により現れる断線特徴量をそれぞれ抽出するので、電線・ケーブル２５に断線が生じていても、図２（ｄ）、図２（ｆ）のような差分波形のときには断線特徴量は小さいが、図２（ｅ）のような差分波形が得られたときは断線特徴量がしきい値よりも大きいので、断線が推定される。
【００４１】
断線特徴量の統計量を求め、この統計量から断線率を推定することもできる。例えば、高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を３回繰り返したとき、図２（ｄ）〜図２（ｆ）の３つの差分波形が得られ、断線特徴量であるピーク値が０，１，０であったとする。断線特徴量の分散は０．３３となる。これより、あらかじめ断線特徴量の分散と断線率との関係を調べて作製した検量線（表１はその検量線マップ）に分散を代入して断線率は６０％と推定することができる。
【００４２】
【表１】
2008122323.tif 000003
【００４３】
統計量として平均、標準偏差を用いることもできる。例えば、高周波試験信号の注入と応答信号波形の記録を３回繰り返したとき、図２（ｄ）〜図２（ｆ）の３つの差分波形が得られ、断線特徴量であるピーク値が０，１，０であったとする。断線特徴量の平均は０．３３となる。表１より、断線率は６０％と推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態を示す断線検出装置の構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明における移動機器の移動と電線・ケーブルの屈伸を説明するための平面図、（ｄ）〜（ｆ）は（ａ）〜（ｃ）に対応する差分波形の図である。
【図３】本発明における移動機器の移動パターンとサンプリングタイミングを示すタイミング図である。
【図４】本発明における移動機器の移動パターンとサンプリングタイミングを示すタイミング図である。
【図５】本発明における移動機器の移動パターンとサンプリングタイミングを示すタイミング図である。
【図６】本発明における応答信号波形の時間波形図である。
【図７】本発明における差分波形の時間波形図である。
【図８】従来の断線検出方法を説明するための応答信号波形の時間波形図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  断線検出装置
２  移動機器
３  電線・ケーブル段
４  高周波パルス発生器
５  検出器
６  波形記録器
７  断線特徴量抽出手段
８  断線推定手段
２１  移動機器
２２  固定部
２３  最近位置
２４  最遠位置
２５  電線・ケーブル
【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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