(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法において使用されるセンサであり、センサ素子が磁気インピーダンス効果素子であり、該素子に基づく出力特性が極性判別可能なリニア特性であり、該磁気インピーダンス効果素子の最大感磁方向が電線と同心円の周方向に直角な方向に向けられている電線用導体欠陥検知用センサにおいて、重畳若しくは加算されてセンサ出力とされる各検出出力を得るために磁気インピーダンス効果素子が電線の周方向に１８０°隔てた２箇を対とする２対とされ、この異なる対が前記周方向に隔離され、全磁気インピーダンス効果素子が電線中心から等距離の位置に配設されており、対をなす両磁気インピーダンス効果素子の感磁方向が逆方向とされ、対をなす各磁気インピーダンス効果素子に基づく検出出力が重畳若しくは加算され、更にこの２箇の出力が重畳若しくは加算されてセンサ出力とされることを特徴とする電線の導体欠陥検知用センサ。
【請求項２】
電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法において使用されるセンサであり、センサ素子が磁気インピーダンス効果素子であり、該素子に基づく出力特性が極性判別可能なリニア特性であり、該磁気インピーダンス効果素子の最大感磁方向が電線と同心円の周方向に直角な方向に向けられている電線用導体欠陥検知用センサにおいて、重畳若しくは加算されてセンサ出力とされる各検出出力を得るために磁気インピーダンス効果素子が電線の周方向に１８０°隔てた２箇を対とする２対とされ、この異なる対が前記周方向に隔離され、全磁気インピーダンス効果素子が電線中心から等距離の位置に配設されており、対をなす両磁気インピーダンス効果素子の感磁方向が同方向とされ、各対の磁気インピーダンス効果素子に基づく両検出出力が差動増幅され、これら２箇の差動増幅出力が重畳若しくは加算されてセンサ出力とされることを特徴とする電線の導体欠陥検知用センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電線の撚線導体の欠陥を検知するのに使用するセンサに関し、通電・活線状態で断線、傷、不導体化並びに応力腐食割れ等の劣化といった不良を検出するのに有用なセンサである。
【背景技術】
【０００２】
断線、傷、不導体化並びに応力腐食割れ等の劣化といった不良（欠陥）を検出する方法の一つとして、実際に流れている負荷電流が欠陥部分で流れの乱れを生じ、それによって発生する磁場の変化を検出する方法が知られている。
電線の撚線導体に欠陥が発生すると、その箇所の導体断面の輪郭が非円形化され、同断面の電流路中心がずれる結果、導体電流に基づく周回路磁界の分布が変化する。
そこで、この周回路磁界分布の変化や電流路断面の中心変位を検出して前記撚線導体の欠陥を検知することが提案されている。（特許文献１、非特許文献１）
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−７３６３１号公報
【非特許文献１】野中崇、他２名，「配電線の非破壊磁気探傷に関する基礎的検討」Ｔ，ＩＥＥjapan,Ｖｏｌ，１２１−Ａ，Ｎｏ．３，２００１，ｐ２８２−２８７
【０００４】
特許文献１では、図１１に示す、電線の周囲にサーチコイル１ｏ，１ｏ’を１８０°隔てた対の複数対にて電線中心から等距離の位置に配設し、サーチコイルのコア方向と電線同心円の接線方向とを一致させ、各対の両サーチコイルの出力の差をセンサ出力としている。
図１１において、撚線導体の電流路断面の中心の変位がゼロ、すなわち周回路磁界分布変化が無い場合、両コイルの出力が等しくセンサ出力が０となり欠陥無しと評価される。周回路磁界分布変化が生じている場合、両コイルの出力が等しくならずにセンサ出力が発生し、欠陥有りと判定される。
【０００５】
非特許文献１では、図１２に示すように電流路断面の中心Ｃ1(Cx1,Cy1)が任意座標点ｐ1(x1,y1)及びｐ2(x2,y2)とそれら任意座標点ｐ1(x1,y1)及びｐ2(x2,y2)での磁束密度(Ｂｘ1，Ｂy1)及び(Ｂｘ2，Ｂy2)から次式で与えられることから
【数１】
0004698958.tif 000002
任意座標点ｐ1(x1,y1)における磁束密度(Ｂｘ1，Ｂy1)及びｐ2(x2,y2)における磁束密度(Ｂｘ2，Ｂy2)をサーチコイルにより測定し、これらの測定値から電流路断面の中心座標Ｃ1(Cx1,Cy1)を計算し、この中心座標の変位から撚線導体の欠陥を評価している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
導体電流をＩとすると、導体中心から距離ｒにおける磁束密度Ｂは、
Ｂ＝μoＩ／（２πｒ）
で与えられ、導体中心のずれ距離をΔＬとすれば、磁束密度変化ΔＢはΔＢ∝ＢΔＬ／ｒとなる。
架線された電線には、数１０Ａ〜数１００Ａの電流が通電されており、電線外周上での磁束密度は極めて高い。例えば、電流値を１５０Ａ、電線半径を１５ｍｍとすると、電線表面での磁束密度は１６００Ａ／ｍもの高磁束密度となる。サーチコイル等の磁界センサには、測定限度があり１６００Ａ／ｍもの高磁界を測定することは困難である。
【０００７】
しかるに、上記従来例では、サーチコイルをその感磁方向を電線の周回路磁界の方向に向けて配設しており、１５０Ａもの高導体電流に対しては、レンジ上、サーチコイルを電線中心からかなり隔てた位置に配置する必要があり、センサの大型化が避けられない。
更に、特許文献１記載の従来例では、電線の周囲にサーチコイルを１８０°隔てた対で電線中心から等距離を隔てた位置に２箇配設し、撚線導体の導電路断面の電流中心がずれたときの両サーチコイルの出力差をセンサ出力としているが、前記のΔＢ∝ＢΔＬ／ｒから理解できる通り、サーチコイルを電線中心からかなり隔てた位置に配置してｒを大きくすると、それだけ両サーチコイルの出力差が小さくなってセンサ出力が低減し、充分な検出感度を保証し難い。
【０００８】
近来、高い磁界検出分解能、微小寸法の磁界センサ素子として磁気インピーダンス効果素子が開発されている。
【０００９】
本発明の目的は、電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法に使用するセンサにおいて、センサ素子に磁気インピーダンス効果素子を用いてセンサの検出精度の向上及び小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法において使用されるセンサであり、センサ素子が磁気インピーダンス効果素子であり、該素子に基づく出力特性が極性判別可能なリニア特性であり、該磁気インピーダンス効果素子の最大感磁方向が電線と同心円の周方向に直角な方向に向けられている電線用導体欠陥検知用センサにおいて、重畳若しくは加算されてセンサ出力とされる各検出出力を得るために磁気インピーダンス効果素子が電線の周方向に１８０°隔てた２箇を対とする２対とされ、異なる対が前記周方向に隔離され、全磁気インピーダンス効果素子が電線中心から等距離の位置に配設されており、対をなす両磁気インピーダンス効果素子の感磁方向が逆方向とされ、対をなす各磁気インピーダンス効果素子に基づく検出出力が重畳若しくは加算され、更にこの２箇の出力が重畳若しくは加算されてセンサ出力とされることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る電線の導体欠陥検知用センサは、電線の導体の欠陥を該電線の導体電流に基づく周回路磁界の導体欠陥無しのときの基準周回路磁界に対する分布変化から検出する方法において使用されるセンサであり、センサ素子が磁気インピーダンス効果素子であり、該素子に基づく出力特性が極性判別可能なリニア特性であり、該磁気インピーダンス効果素子の最大感磁方向が電線と同心円の周方向に直角な方向に向けられている電線用導体欠陥検知用センサにおいて、重畳若しくは加算されてセンサ出力とされる各検出出力を得るために磁気インピーダンス効果素子が電線の周方向に１８０°隔てた２箇を対とする２対とされ、異なる対が前記周方向に隔離され、全磁気インピーダンス効果素子が電線中心から等距離の位置に配設されており、対をなす両磁気インピーダンス効果素子の感磁方向が同方向とされ、各対の磁気インピーダンス効果素子に基づく両検出出力が差動増幅され、これら２箇の差動増幅出力が重畳若しくは加算されてセンサ出力とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
センサ素子の最大感磁方向を電線の外周方向と直角方向としてあるから、センサ素子の最大感磁方向に作用する磁界成分が小さく、周回路磁界強さの大なる電線の外面に接近してセンサ素子を配することによりセンサを小型化できる。
撚線導体の欠陥に基づく撚線導体の導電路断面中心のずれによりセンサ素子に作用する周回路磁界の電線外周法線方向成分を感磁させており、その感磁成分が小であっても、磁気インピーダンス効果素子に基づく高い検出分解能のために高精度の検出を保証できる。
従って、センサの検出精度の向上及び小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１はセンサユニットの参考例を示している。
図１において、１は磁気インピーダンス効果素子であり、自発磁化の方向がワイヤ周方向に対し互いに逆方向の磁区が交互に磁壁で隔てられた構成の外殻部を有する、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス合金ワイヤが使用されている。かかる零磁歪乃至は負磁歪のアモルファス磁性ワイヤに高周波励磁電流を流したときに発生するワイヤ両端間出力電圧中のインダクタンス電圧分は、ワイヤの横断面内に生じる円周方向磁束によって上記の円周方向に易磁化性の外殻部が円周方向に磁化されることに起因して発生する。従って、周方向透磁率μθは同外殻部の円周方向の磁化に依存する。而るに、この通電中のアモルファスワイヤの軸方向（最大感磁方向）に被検出磁界を作用させると、上記通電による円周方向磁束と被検出磁界磁束との合成により、上記円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれ、それだけ円周方向への磁化が生じ難くなり、上記周方向透磁率μθが変化し、上記インダクタンス電圧分が変動することになる。この変動現象は磁気インダクタンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。更に、上記通電電流の周波数がＭＨｚオ−ダになると、高周波表皮効果が大きく現れ、表皮深さδ＝（２ρ／wμθ）１／２（μθは前記した通り円周方向透磁率、ρは電気抵抗率、wは角周波数をそれぞれ示す)がμθにより変化し、このμθが前記した通り、被検出磁界によって変化するので、ワイヤ両端間出力電圧中の抵抗電圧分も被検出磁界で変動するようになる。この変動現象は磁気インピーダンス効果と称され、これは上記高周波励磁電流（搬送波）が被検出波（信号波）で変調される現象ということができる。
【００１４】
図１において、２は磁気インピーダンス効果素子に高周波励磁電流を加えるための高周波電源、３は磁気インピーダンス効果素子の軸方向に作用する被検出磁界（信号波）で前記高周波励磁電流（搬送波）を変調させた被変調波を復調する復調回路、４は復調波を増幅する増幅回路、５は出力端、６は負帰還用コイル、７はバイアス磁界用コイルである。磁気インピーダンス効果素子１には、零磁歪乃至は負磁歪のアモルファスワイヤの外、アモルファスリボン、アモルファススパッタ膜等も使用できる。
【００１５】
磁気インピーダンス効果素子においては、前記した通り励磁電流に基づく円周方向磁束と被検出磁界による軸方向磁束との合成により、円周方向に易磁化性を有する外殻部に作用する磁束の方向が円周方向からずれされるために、周方向透磁率μθが変化し、インダクタンスが変動され、この円周方向透磁率μθの高周波表皮効果の表皮深さの変化でインピーダンスが変動される。従って、被検出磁界の±により上記合成磁界による周方向ずれφも±φになるが、周方向の磁界の減少倍率cos(±φ)は変わらず、従ってμθの減少度は被検出磁界の方向の正負によっては変化されない。従って、被検出磁界−出力特性は、図２の（イ）のように被検出磁界をｘ軸に、出力をｙ軸にとると、ｙ軸に対してほぼ左右対称となる。この被検出磁界−出力特性は非線形である。非線形特性では、高感度の測定が困難である。そこで、負帰還用コイル６で負帰還をかけて図２の（ロ）に示すように特性を直線化している。図２の（ロ）において、Δｗは、負帰還無しのときの利得Ａが非常に大きく帰還率βのみにより利得が定まるリニア範囲である。しかし、この出力特性では、被検出磁界の極性判別を行ない得ないので、バイアス用コイル７でバイアス磁界をかけ、図２の（ハ）に示すように極性判別可能としている。すなわち、図２の（ロ）の特性を、バイアス磁界によりｘ軸のマイナス方向に移動させ、被検出磁界の最大範囲−Ｈmax〜＋Ｈmaxを単斜め線領域の範囲内に納めている。更に、図２の（ニ）に示すように０点調整により原点を通る直線特性としている。従って、図２の（ニ）において被検出磁界を＋Ｈeとすると出力が＋Ｅoとなり、被検出磁界を−Ｈeとすると出力が−Ｅoとなって被検出磁界を極性判別のもとで正確に測定できる。
【００１６】
前記極性判別可能なリニア出力特性を得るのに図３に示すように、出力より反転入力端子に負帰還をかけた演算増幅器Ｑ(負帰還路挿入インピーダンスＺ２、入力側挿入インピーダンスＺ１)を使用することもできる。この場合、負帰還用コイルに挿入した抵抗をＲ、同コイルの巻数をｎ、長さをＬ、復調増幅部３４の利得をＡ、被検出磁界をＨex、出力をＥoutとすると、
【００１７】
Ａ≫Ｚ１ＲＬ／（Ｚ２ｎ）
【００１８】
のもとで
【００１９】
Ｅout＝ＲＬＺ１Ｈex／（ｎＺ２）＋ＶccＺ１Ｒ／〔Ｚ２（Ｚ２＋Ｒ）〕
【００２０】
が成立し、この出力特性を諸定数（Ｚ１，Ｚ２，抵抗Ｒ，コイル巻数ｎ等）の調整によりｘ軸の±方向にシフトさせることができ、その調整により極性判別可能な斜め直線部を最大被検出磁界の範囲±Ｈmax内に位置させることが可能となり、更にｙ軸方向の０点調整により図２の（ニ）に示すような極性判別可能な直線性の出力特性を得ることができる。
【００２１】
上記高周波励磁電流としては、例えば連続正弦波、パスル波、三角波等の通常の高周波を使用でき、高周波励磁電流源としては、例えばハートレー発振回路、コルピッツ発振回路、コレクタ同調発振回路、ベース同調発振回路のような通常の発振回路の外、水晶発振器の矩形波出力を直流分カットコンデンサを経て積分回路で積分しこの積分出力の三角波を増幅回路で増幅する三角波発生器、ＣＯＭＳ−ＩＣを発振部として使用した三角波発生器等を使用できる。
【００２２】
上記の復調回路としては、例えば被変調波を演算増幅回路で半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成、被変調波をダイオードで半波整流しこの半波整流波を並列ＲＣ回路またはＲＣローパスフィルターで処理して半波整流波の包絡線出力を得る構成等を使用できる。
【００２３】
上記の例では、被変調波の復調によって被検出量を取り出しているが、これに限定されず、磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界による磁界検出信号から被検出磁界に相当する被検出量を取り出し得るものであれば、適宜の回路構成を使用できる。
【００２４】
前記負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルは磁気インピーダンス効果素子に巻き付けることができる。また、図４に示すように磁気インピーダンス効果素子とループ磁気回路を構成する鉄芯に負帰還用コイル及びバイアス磁界用コイルを巻き付けることもできる。
図４の（イ）は鉄芯付き磁気インピーダンス効果ユニットの一例を示す側面図、図４の（ロ）は同じく底面図、図４の（ハ）は図４の（ロ）におけるハ−ハ断面図である。
図４において、１００は基板チツプであり、例えばセラミックス板を使用できる。１０１は基板片の片面に設けた電極であり、エレメント接続用突部１０２を備えている。この電極は導電ペースト、例えば銀ペーストの印刷・焼付けにより設けることができる。１ｘは電極１０１，１０１の突部１０２，１０２間にはんだ付けや溶接により接続した磁気インピーダンス効果素子であり、前記した通り零磁歪乃至負磁歪のアモルファスワイヤ、アモルファスリボン、スパッタ膜等を使用できる。１０３はＣ型鉄芯、６ｘはＣ型鉄芯に巻装した負帰還用コイル、７ｘは同じくバイアス磁界用コイルであり、磁気インピーダンス効果素子１ｘとＣ型鉄芯１０３とでループ磁気回路を構成するように、Ｃ型鉄芯１０３の両端を基板片１００の他面に接着剤等で固定してある。鉄芯材料としては、残留磁束密度の小さい磁性体であればよく、例えば、パーマロイ、フェライト、鉄、アモルファス磁性合金の他、磁性体粉末混合プラスチック等を挙げることができる。
【００２５】
図５−１は電線の導体欠陥検知用センサの参考例示す図面である。
図５−１において、８は本発明のセンサが装着される電線を示し、硬銅素線を撚合せて成る撚合導体８１上にポリエチレンやポリ塩化ビニル等の合成樹脂被覆層を設けてある。９はセンサ基板であり、電線に装着するためのスリット９１を設けてある。ｕはセンサユニットであり、前記した通り磁気インピーダンス効果素子１、復調回路３、増幅器４、負帰還用コイル６、バイアス磁界用コイル７等から成り、図２の（ニ）に示す極性判別可能なリニア出力特性を有し、磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向を電線と同心円の周方向と直角方向（法線方向）としてある。５はセンサ出力端、２は高周波励磁電源である。
【００２６】
図５−１において、撚線導体の導体素線に欠陥が存在しないとき、導体電流に基づく周回路磁界の方向は撚線導体中心ｏと同心の円周方向であり、撚線導体中心から距離ｒ隔たった位置での周回路磁界の磁界強度Ｈは
【００２７】
Ｈ＝Ｉ／（２πｒ）
【００２８】
で与えられる。この周回路磁界は磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向に直角に交差し、この磁界の磁気インピーダンス効果素子に作用する最大感磁方向成分が零であるから、この状態でのセンサ出力はゼロ出力である。
撚線導体の何れかの導体素線に欠陥が発生すると、撚線導体の導電路断面中心が前記の中心ｏよりｏ’にずれ、図５−２のＨ’で示すように周回路磁界の分布が前記の周回路磁界Ｈを基準として変化する。
図５−２に示すように、磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向（軸方向）とずれの方向とがなす角度をα、ずれ距離をΔＬとすれば、
【００２９】
ｘ２＝ｒ２＋（ΔＬ）２−２ｒ・ΔＬcosα
【００３０】
sinξ/ΔＬ＝sinα/ｘ
【００３１】
が成立し、導電路断面中心ｏ’のもとでの距離ｘでの周回路磁界強さＨ’＝Ｉ／（２πｘ）における磁気インピーダンス効果素子１の感磁成分、すなわち最大感磁方向成分ｈａは、
【００３２】
ｈａ＝Ｈ’sinξ
【００３３】
で与えられる。
上記の諸式からｈａを求めると
【００３４】
〔式１〕    ｈａ≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１−２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００３５】
が成立する。
図５−１におけるセンサ出力端５には、図２の（ニ）に示す極性判別可能なリニア検出特性（勾配係数をｋとする）においてｈａを被検出磁界とする出力ｋｈａがセンサ出力として出力される。
前記電線外周近傍の周方向磁界Ｈはｒが小であるために大であるが、ΔＬ《ｒであるために磁気インピーダンス効果素子の感磁成分ｈａが小さく、磁気インピーダンス効果素子を電線外周の近傍に配設してセンサを小型にできる。また、感磁成分は小さいが、磁気インピーダンス効果素子に基づく高感度検出特性のために高精度の検出が可能であり、従って小さな欠陥でも容易に検知できる。
【００３６】
図６の（イ）は電線の導体欠陥検知用センサに係る上記とは別の参考例を示す図面、図６の（ロ）はその回路図である。
図６の（イ）及び（ロ）において、８は電線、９はセンサ基板である。ｕ，ｕ’は２箇のセンサユニットであり、前記した通り磁気インピーダンス効果素子、復調回路、増幅器、負帰還用コイル、バイアス磁界用コイル等から成り、図２の（ニ）に示す極性判別可能なリニア出力特性を有し、両センサユニットの両磁気インピーダンス効果素子１，１’を電線８の周りに１８０°隔てて電線中心から等距離ｒの位置に配設し、各磁気インピーダンス効果素子１，１’の最大感磁方向を電線と同心円の周方向に直角とし、両磁気インピーダンス効果素子１，１’の感磁方向を逆方向としてある。２は高周波励磁電源、Ａｄは両センサユニットｕ，ｕ’の出力端を接続した加算回路であり、その出力端をセンサ出力端５としてある。
前記両磁気インピーダンス効果素子１，１’の感磁方向を逆方向としてあるから、両センサユニットｕ，ｕ’の出力は逆極性である。
前記の加算は、両センサユニットの出力を検出用抵抗に重畳して流し、その検出用抵抗の端子から重畳電圧出力を取り出すようにして行なってもよい。
【００３７】
撚線導体の何れかの導体素線に欠陥が発生すると、図５−２に示すように、撚線導体の導電路断面中心が前記の中心ｏよりｏ’にずれ、Ｈ’で示すように周回路磁界の分布が前記の周回路磁界Ｈを基準として変化する。
図５−２に示すように、一方の磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向（軸方向）とずれの方向とがなす角度をα、ずれ距離をΔＬとすれば、一方の磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向成分ｈａは、前記した通り
【００３８】
ｈａ≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１−２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００３９】
で与えられ、この磁界成分Ｈａによるセンサユニットｕの出力Ｅａは
【００４０】
Ｅａ＝ｋｈａ
【００４１】
で与えられる。
他方の磁気インピーダンス効果素子１’の最大感磁方向成分ｈａ’は、前記ｈａにおいて、αを−（π−α）と置き、周回路磁界の方向が逆方向であることを勘案し、
【００４２】
ｈａ’
≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１＋２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００４３】
で与えられ、前記出力逆極性のために他方のセンサユニットｕ’の出力Ｅａ’は
【００４４】
Ｅａ’＝−ｋｈａ’
【００４５】
で与えられる。
前記電線外周近傍の周方向磁界Ｈが大であってもΔＬ《ｒであるために前記被検出磁界ｈａ，ｈａ’が小さく、磁気インピーダンス効果素子を電線外周の近傍に配設してセンサを小型にできる。
加算器Ａｄの出力として与えられるセンサ出力Ｅoutは
【００４６】
Ｅout＝Ｅａ＋Ｅａ’＝ｋ（ｈａ−ｈａ’）≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２α
【００４７】
であり、ΔＬ《ｒであるために小さいが、磁気インピーダンス効果素子に基づく高感度検出特性のために高精度検出が可能であり、従って小さな欠陥でも容易に検知できる。
前記両磁気インピーダンス効果素子１，１’に作用する被検出磁界が同一方向・同一値の磁界の場合、ｈａ＝ｈａ’となり、センサ出力Ｅ＝ｋ（ｈａ−ｈａ’）が０となるから、センサ出力がゼロ出力となる。従って、地磁気等の外部ノイズの影響を排除できる。
【００４８】
図７の（イ）は本発明の電線の導体欠陥検知用センサに係る一実施例を示す図面、図７の（ロ）はその回路図である。
図７の（イ）及び（ロ）において、８は電線、９はセンサ基板である。ｕａ、ｕａ’及びｕｂ、ｕｂ’はセンサユニットの対であり、各センサユニットは前記した通り磁気インピーダンス効果素子、復調回路、増幅器、負帰還用コイル、バイアス磁界用コイル等から成り、極性判別可能なリニア出力特性を有し、全磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’，１ｂ，１ｂ’を電線中心から等距離に位置させ、異なる対の素子（１ａ，１ａ’）と（１ｂ，１ｂ’）とを前記周方向に所定の角度βだけ隔離し、各磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’，１ｂ，１ｂ’の最大感磁方向を電線と同心の周方向に直角な方向とし、対をなすセンサユニットｕａ、ｕａ’（ｕｂ、ｕｂ’）の両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’（１ｂ，１ｂ’）は電線の周りに１８０°隔ててその両磁気インピーダンス効果素子の感磁方向を逆方向としてある。２は高周波励磁電源、Ａｄa1（Ａｄb1）は対をなす両センサユニットｕａ，ｕａ’（ｕｂ，ｕｂ’）の出力端を接続した一次加算器、Ａｄ2は両一次加算器Ａｄa1、Ａｄb1の出力端を接続した二次加算器であり、その出力端をセンサ出力端Ｅoutとしてある。
対をなす両センサユニットｕａ、ｕａ’（ｕｂ、ｕｂ’）の両磁気インピーダンス効果素子１a，１a'（１b，１b'）の感磁方向を逆方向としてあるから、対をなす両センサユニットｕａ、ｕａ’（ｕｂ、ｕｂ’）の出力は逆極性である。
【００４９】
前記と同様、撚線導体の何れかの導体素線に欠陥が発生すると、撚線導体の導電路断面中心がずれ、周回路磁界の分布が前記の周回路磁界Ｈを基準として変化する。
図７の（イ）において、第１の対をなすセンサユニットｕａ、ｕａ’の一方の磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’の最大感磁方向（軸方向）とずれの方向とがなす角度を前記と同様にα、第１の対をなすセンサユニットｕａ、ｕａ’の磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’と第２の対をなすセンサユニットｕｂ、ｕｂ’の磁気インピーダンス効果素子１ｂ，１ｂ’とがなす角をβ、前記と同様にずれ距離をΔＬとする。
而して、センサユニットｕａの一方の磁気インピーダンス効果素子１ａの最大感磁方向成分ｈａは、前記した通り
【００５０】
ｈａ≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１−２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００５１】
で与えられ、この一方のセンサユニットの出力Ｅaは
【００５２】
Ｅa＝ｋｈａ
【００５３】
で与えられる。
他方のセンサユニットｕａ’の磁気インピーダンス効果素子１ａ’の最大感磁方向成分ｈａ'は前記した通り、
【００５４】
ｈa'≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１＋２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００５５】
であたえられ、前記逆極性のために他方のセンサユニットの出力Ｅａ’は
【００５６】
Ｅａ’＝−ｋｈａ’
【００５７】
で与えられる。
従って、第１の対をなすセンサユニットｕａ，ｕａ’の一次加算器Ａda1の出力として与えられる出力Ｅａa'は、前記と同様
【００５８】
Ｅａa'＝Ｅａ＋Ｅａ’＝ｋ（ｈａ−ｈａ’）≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２α
【００５９】
である。
第２の対をなすセンサユニットｕｂ，ｕｂ’の一次加算器Ａdb1の出力として与えられる出力Ｅｂb'は、第１の対をなすセンサユニットの磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’と第２の対をなすセンサユニットの磁気インピーダンス効果素子１ｂ，１ｂ’とのなす角がβでり、図５−２から理解できる通り、前記αを（α＋β）とおくことにより、
【００６０】
Ｅｂb'≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２（α＋β）
【００６１】
で与えられる。
従って、センサ出力としての二次加算器Ａd2の出力Ｅab＝Ｅaａ’＋Ｅbｂ’は
【００６２】
Ｅabout≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２〔sin２α＋sin２（α＋β）〕
【００６３】
で与えられる。
この実施例においても、前記電線外周近傍の周方向磁界Ｈが大であってもΔＬ《ｒであるために前記被検出磁界が小さく、磁気インピーダンス効果素子を電線外周の近傍に配設してセンサを小型にできる。またΔＬ《ｒであるために（ΔＬ／ｒ）２が極めて小さく、出力Ｅ１が小であるが、磁気インピーダンス効果素子に基づく高感度検出特性のためにｋを大にでき高精度検出が可能であり、従って小さな欠陥でも容易に検知できる。
前記対をなす両センサセンサの両磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界ｈａ，ｈａ’（ｈｂ，ｈｂ’）が同一方向・同一値の磁界の場合、センサ出力はゼロ出力となる。従って、地磁気等の外部ノイズの影響を排除できる。
【００６４】
図８は本発明４の電線の導体欠陥検知用センサに係る上記とは別の実施例の回路図を示している。
図８において、１，１’は２箇のセンサユニット（磁気インピーダンス効果素子、復調回路、負帰還用コイル、バイアス磁界用コイル等から成る）ｕ，ｕ’の磁気インピーダンス効果素子を示し、図６で説明した通り、電線の周りに１８０°隔てて電線中心から等距離の位置に配設し、各磁気インピーダンス効果素子１，１’の最大感磁方向を電線と同心円の周方向と直角とし、両磁気インピーダンス効果素子１，１’の感磁方向を同方向としてある。２は高周波励磁電源、３（３’）は各磁気インピーダンス効果素子１（１’）に対する復調回路、Ｄmは両復調回路３，３’の出力端を接続した差動増幅器であり、その出力端をセンサ出力端５としてある。
前記したように、撚線導体の何れかの導体素線に欠陥が発生すると、撚線導体の導電路断面中心がずれ、周回路磁界の分布が周回路磁界Ｈを基準として変化する。
磁気インピーダンス効果素子１，１’の最大感磁方向（軸方向）とずれの方向とがなす角度をα、ずれ距離をΔＬとすれば、前記した通り一方の磁気インピーダンス効果素子１の最大感磁方向成分ｈａが
【００６５】
ｈａ≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１−２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００６６】
で与えられ、他方の磁気インピーダンス効果素子１’の最大感磁方向成分ｈａ’が
【００６７】
ｈａ’≒Ｈ（ΔＬ／ｒ）sinα／〔１＋２（ΔＬ／ｒ）cosα〕
【００６８】
で与えられる。
これら磁気インピーダンス効果素子１（１’）の最大感磁方向成分で励磁電流搬送波が変調され、この被変調波が復調回路３（３’）で復調されて復調回路出力として出力される最大感磁方向成分の差（ｈａ−ｈａ’）が差動増幅器Ｄmで増幅され、負帰還用コイルとバイアス磁界用コイルの機能のもとで差動増幅器Ｄmの出力が極性判別可能なリニア特性のセンサ出力とされる。
従って、センサ出力Ｅoutは
【００６９】
Ｅout≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２α
【００７０】
で与えられる。
この実施例においても、前記電線外周近傍の周方向磁界Ｈが大であってもΔＬ《ｒであるために前記被検出磁界が小さく、磁気インピーダンス効果素子を電線外周の近傍に配設してセンサを小型にでき、感磁成分が小さくても磁気インピーダンス効果素子に基づく高感度検出特性のために高精度検出が可能であり、従って小さな欠陥でも容易に検知できる。
また、両磁気インピーダンス効果素子に作用する被検出磁界が同方向・同一値であれば両磁気インピーダンス効果素子の感磁成分ｈａ、ｈａ’（ｈｂ、ｈｂ’）が等しくなるから、センサ出力は０となる。従って、地磁気等の外部ノイズの影響を排除できる。更に、復調回路３，３’に温度変化等に基づく内部ノイズが発生しても、復調回路３と復調回路３’に発生する内部ノイズが相互に同相であるために差動増幅器の出力端には出力されず、内部ノイズの影響も排除できる。
【００７１】
前記のように増幅を差動増幅により行なう場合、図９に示すように一方の磁気インピーダンス効果素子（前記の１）にかけるバイアス磁界Ｈｂの方向と他方の磁気インピーダンス効果素子（前記の１’）にかけるバイアス磁界Ｈｂの方向とが逆方向とされ、互いに逆相の復調出力（磁界検出信号）がＥ＋、Ｅ−で表わされ、その差がＥ±で示すように直線に近づくので、負帰還を省略することも可能である。
【００７２】
図１０は本発明の上記とは別の電線の導体欠陥検知用センサに係る実施例を示す回路図である。
図１０において、ｕａ、ｕａ’及びｕｂ、ｕｂ’はセンサユニットの対であり、ｕａ、ｕａ’、（ｕｂ、ｕｂ’）のそれぞれで実質的に前記図８のセンサ（対をなす磁気インピーダンス効果素子、各磁気インピーダンス効果素子に対する復調回路、差動増幅器、負帰還用コイル、バイアス磁界用コイル等から成る）を構成しており、そのセンサの出力は極性判別可能なリニア出力特性である。この図１０のセンサにおいても、図７の（イ）と同様に全磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’及び１ｂ，１ｂ’を電線中心から等距離に位置させ、各磁気インピーダンス効果素子の最大感磁方向を電線と同心円の周方向と直角とし、対をなす両磁気インピーダンス効果素子１ａと１ａ’（１ｂと１ｂ’）とを電線の周りに１８０°隔ててあるが、その両磁気インピーダンス効果素子１ａと１ａ’（１ｂと１ｂ’）との感磁方向を同方向としてある。２は高周波励磁電源、Ａｄは差動増幅器Ｄma，Ｄmbの出力端を接続した加算乃至は重畳回路である。
前記と同様、磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’の一方１ａ’の最大感磁方向（軸方向）とずれの方向とがなす角度をα、第１の対をなす磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’と第２の対をなす磁気インピーダンス効果素子１ｂ，１ｂ’とがなす角をβ、ずれ距離をΔＬとすると、参考例で説明した通り第１センサユニットの差動増幅器出力Ｅaoutは
【００７３】
Ｅaout≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２α
【００７４】
で与えられる。
また、第２センサユニットの差動増幅器出力Ｅboutは
【００７５】
Ｅbout≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２sin２（α＋β）
【００７６】
で与えら
従って、センサ出力としての加算器Ａｄの出力Ｅabout＝Ｅaout＋Ｅboutは
【００７７】
Ｅabout≒２ｋＨ（ΔＬ／ｒ）２〔sin２α＋sin２（α＋β）〕
【００７８】
で与えられる。
この実施例においても、、前記電線外周近傍の周方向磁界Ｈが大であってもΔＬ《ｒであるために前記被検出磁界が小さく、磁気インピーダンス効果素子を電線外周の近傍に配設してセンサを小型にできる。そして、感磁成分が小さくても磁気インピーダンス効果素子に基づく高感度検出特性のために高精度検出が可能であり、従って小さな欠陥でも容易に検知できる。
また、対をなす両磁気インピーダンス効果素子１ａ，１ａ’（１ｂ，１ｂ’）に作用する被検出磁界が同方向・同一値であれば両磁気インピーダンス効果素子の感磁成分が等しくなり、各センサユニットの差動増幅器出力が０になるから、センサ出力が０となる。従って、地磁気等の外部ノイズの影響を排除できる。更に、復調回路３ａ，３ａ’や３ｂ，３ｂ’に温度変化等に基づく内部ノイズが発生しても、復調回路３ａと復調回路３ａ’（復調回路３ｂと復調回路３ｂ’）に発生する内部ノイズが相互に同相であるために差動増幅器Ｄma（Ｄmb）の出力端には出力されず、内部ノイズの影響も排除できる。
【００７９】
本発明に係るセンサは、既設の架空電線の導体の欠陥の検知に好適に使用できる。
電線の導体の欠陥は絶縁被覆層内側への雨水侵入下での酸化環境のもとで発生するから、欠陥が生じる時点では撚線方向の導体素線間の接触抵抗が酸化皮膜のために極めて高くなっている。この素線間接触抵抗が無限大であると仮定すれば、欠陥を生じた導体素線の電流が他の健全素線より低い状態が電線全長に及び導電路断面中心のずれが電線全長にわたって発生することになり、逆に素線間接触抵抗が零と仮定すれば、欠陥箇所の極く近傍だけで導電路断面中心のずれが生じることとなる。
而るに、本発明者による本センサを使用しての鋭意実験結果によれば、７本撚り撚線方向の外層素線の１本が断線された欠陥において、その断線箇所から左右数１０ｍまでの範囲で導電路断面中心のずれを確認できた。特に、請求項４〜６に係る差動増幅回路を使用したセンサによれば、この範囲を越えてもノイズ排除の高感度のために検知可能であった。
従って、本発明に係るセンサによれば、電柱間スパンの一箇所での検出でも、電線の導体の欠陥を良好に検知できる。
【００８０】
本発明に係るセンサを既設の架空電線に取付け、所定のセンサ出力で警報信号を発信させるようにして既設の架空電線の欠陥に対する安全性を高めることができる。
本発明に係る４個以上の両磁気インピーダンス効果素子を用いて実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】磁界インピーダンス効果素子を用いた磁界検出の基本的回路を示す図面である。
【図２】磁界インピーダンス効果素子を用いた磁界検出の出力特性を示す図面である。
【図３】磁界インピーダンス効果素子を用いた磁界検出の基本的回路の別例を示す図面である。
【図４】Ｃ型鉄心付き磁界インピーダンス効果素子を示す図面である。
【図５−１】センサの参考例を示す図面である。
【図５−２】本発明に係るセンサの感磁成分を説明するための図面である。
【図６】センサの上記とは別の参考例を示す図面である。
【図７】本発明に係るセンサの実施例を示す図面である。
【図８】センサの上記とは別の参考例を示す図面である。
【図９】図８の回路の出力特性を説明するための図面である。
【図１０】本発明に係るセンサの上記とは別の実施例を示す図面である。
【図１１】特許文献１の内容を示す図面である。
【図１２】非特許文献１の内容を示す図面である。
【符号の説明】
【００８２】
１，１’              １８０°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
１ａ，１ａ’          １８０°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
１ｂ，１ｂ’          １８０°隔てられた磁気インピーダンス効果素子
Ｄm                   差動増幅器
Ｄma                  差動増幅器
Ｄmb                  差動増幅器
Ａd                   加算回路
Ａd                   加算回路
Ａd2                  加算回路
Ａda1                 加算回路
Ａdb1                 加算回路
【図１】
0004698958.tif 000003
【図２】
0004698958.tif 000004
【図３】
0004698958.tif 000005
【図４】
0004698958.tif 000006
【図５−１】
0004698958.tif 000007
【図５−２】
0004698958.tif 000008
【図６】
0004698958.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
0004698958.tif 000012
【図１０】
0004698958.tif 000013
【図１１】
0004698958.tif 000014
【図１２】
0004698958.tif 000015