(57)【要約】【課題】直流電車線の活線状態を検知する検電装置の内、半導体基板の微細加工により小型化が可能な検電装置を提供する。【解決手段】予め、可動電極１２が変移していない状態での測定値を不図示の制御部で測定しておく。ここで、架線Ｌが活線状態であると固定電極１１が帯電する。また、可動電極１２も帯電して両電極は同電位になる。両電極間に反発力が生じ可動電極１２は、固定電極１１と反対側に力Ｆを受ける。シリコン基板Ｂの歪みによりピエゾ抵抗素子２４ａ、２４ｂの抵抗値が変化し、増幅部２５の出力が変化する。増幅部２５の出力結果は制御部に入力され、その出力結果から制御部が架線Ｌの活線状態を判断する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体により形成され、被測定部と同電位に置かれる固定電極と、
前記固定電極との間に所定の間隔を置いて配置され、前記固定電極との間にクーロン力を生じることにより変形を生じる可動電極と、
前記可動電極の変形を電気信号に変換するセンサ手段と、
前記センサ手段の変換結果から前記被測定部が活線状態であるかを判定する判定手段と、
を具備する事を特徴とする検電装置。
【請求項２】
前記センサ手段は、ピエゾ抵抗素子等の圧力センサ回路により構成され、前記可動電極の変形により抵抗の値が変化することで電気信号への変換を行う事を特徴とする請求項１に記載の検電装置。
【請求項３】
前記センサ手段は、静電容量測定回路により構成され、前記可動電極の変形により電極間の静電容量の値が変化した時に該静電容量の測定結果に基づき電気信号への変換を行う事を特徴とする請求項１に記載の検電装置。
【請求項４】
前記固定電極と、前記可動電極とが同一の半導体基板に搭載されたことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の検電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電車線区間における架線レール間へのＤＣ１５００Ｖの活線状態を検出および表示する架線用あるいは携帯型の検電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道の架線自体の工事あるいは架線の近くで行われる工事においては、作業場の安全を確保するため、架線が活線状態であるか否かを確実に判定する必要がある。このため検電装置が使用されている。
【０００３】
直流電車線の活線状態を検知する検電装置には、（１）検電器、（２）静電電圧計、（３）液晶を利用したもの、（４）ピエゾ効果を利用したもの、（５）電界による屈折率の変化を利用したものなどがある。検電器は必ずしも接地を要しないが、他は何れも接地を必要とする。また検電器も感度を向上させるには接地が必要であり、ＤＣ１５００Ｖにおいても同様であった。
【０００４】
上記の検電器については、以下に示すものがある。１つ目は箔検電器で図６のように金属箔を折り畳んだ形から、電荷を加えた時に帯電し反発力を生じさせて箔を開かせ、箔の開き具合により検電するといった装置である。この検電器は、電荷の出し入れだけで動作し、箔の弾性といった箔固有の機械的性質のみで感度が決定される。
【０００５】
通常、単一箔の構成で、信頼性を高めるためには複数の箔検電器かもしくは複数枚の検知箔が必要となる。また、感度と信頼性を高める工夫として金箔が用いられてきたが、金箔の加工等の取り扱いには特別な技能が必要となる。
【０００６】
また２つ目はＢｒａｕｎ式検電器で図７のように軸受に金属製の回転アームＡを取り付け、帯電された物が近づいた時の回転アームＡの回転量で検電するといった装置である。この検電器は、電荷の出し入れだけで動作し、通常の機械加工の範囲で製作できるので大量生産可能である。
【０００７】
また、金箔のような特別の材料を必要としない。ゼロ点位置の設定のために錘Ｗを使用する代わりに、バネを用いる場合もある。また直流電車線の活線状態を検知する検電装置に関する従来の技術としては、例えば特許文献１に示すようなものが知られている。
【特許文献１】特開平０７−１０７６５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の技術において、１つ目の箔検電器については、箔保護容器が箔の寸法よりは小さくならないため、小型化に限界があるといった問題があった。また、２つ目のＢｒａｕｎ式検電器については、軸受の摩擦を考慮すると大型化せざるを得ないという問題があった。
【０００９】
本発明はかかる課題を解決するためになされたもので、直流電車線の活線状態を検知する検電装置であって、半導体基板の微細加工により小型化が可能な検電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、導体により形成され、被測定部と同電位に置かれる固定電極と、前記固定電極との間に所定の間隔を置いて配置され、前記固定電極との間にクーロン力を生じることにより変形を生じる可動電極と、前記可動電極の変形を電気信号に変換するセンサ手段と、前記センサ手段の変換結果から前記被測定部が活線状態であるかを判定する判定手段と、を具備する事を特徴とする検電装置である。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記センサ手段は、ピエゾ抵抗素子等の圧力センサ回路により構成され、前記可動電極の変形により抵抗の値が変化することで電気信号への変換を行う事を特徴とする請求項１に記載の検電装置である。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記センサ手段は、静電容量測定回路により構成され、前記可動電極の変形により電極間の静電容量の値が変化した時に該静電容量の測定結果に基づき電気信号への変換を行う事を特徴とする請求項１に記載の検電装置である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記固定電極と、前記可動電極とが同一の半導体基板に搭載されたことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の検電装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、半導体基板の微細加工により作製できることにより、小型化が可能な検電装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態について説明する。図１は本実施形態による検電装置の構成を示す構成図である。図１の左図はシリコン基板Ｂ上の回路構成を示し、右図は直流電車線の架線Ｌに対しシリコン基板Ｂを含めた検電装置を設置した時の検電装置の設置状態の一例を示している。図１の検電装置は電極部１０と回路部２０とから構成され、電極部１０は、シリコン基板Ｂ上に固定された固定電極１１と、固定電極１１の近傍に設置された可動電極１２とから構成されている。
【００１６】
回路部２０は、電力を供給する不図示の駆動電源と、駆動電源に接続された入力端子２１と、検電のために所定の基準電圧を供給する基準電圧源２３と、シリコン基板Ｂ上の可動電極１２の設置部に位置しているブリッジ回路部（センサ手段に相当）２４と、ブリッジ回路部２４での出力を増幅する増幅部２５と、増幅部２５の出力結果から電極間の微小開度を求める不図示の制御部（判定手段に相当）とから構成されている。
【００１７】
ブリッジ回路部２４はピエゾ抵抗素子２４ａ、２４ｂと比較抵抗２４ｃ、２４ｄとから構成され、可動電極１２が変移した時に、変移によるシリコン基板Ｂの歪みにより各ピエゾ抵抗素子２４ａ、２４ｂの抵抗値が変化することで可動電極１２の変移量に基づいた電気的な測定値の変化を出力することが可能になる。
【００１８】
架線Ｌは固定電極１１に電気的に接続され、また固定電極１１はワイヤ２７を介して可動電極１２に電気的に接続され、架線Ｌと同電位にされている。図１で、固定電極１１と可動電極１２との間を電気的に接続する位置は両電極の先端にしているが、これらが同電位とされる限りこの位置に限るものではない。また、回路部２０の内のピエゾ抵抗素子２４ａ、２４ｂ以外の部品はシリコン基板Ｂ上に置かない構成も可能で、膜技術により形成することによって、量産可能な構成とする事が望ましい。
【００１９】
次に、本実施形態の検電装置の動作について以下に説明する。予め、可動電極１２が変移していない状態での回路部２０の測定値を制御部で測定しておく。ここで、架線Ｌが活線状態であるとすると固定電極１１が帯電する。また、可動電極１２も帯電して両電極は同電位になる。両電極間に反発力が生じ可動電極１２は、固定電極１１と反対側に力Ｆを受ける。図２はシリコン基板Ｂと、可動電極１２とを示した図である。可動電極１２に電荷を帯電させる事により力Ｆが発生し、電極間の微小開度による変移を発生させる。
【００２０】
可動電極１２が力Ｆを受けると、シリコン基板Ｂが歪み、この歪みによりピエゾ抵抗素子２４ａ、２４ｂの抵抗値が変化し、この抵抗値の変化に応じて増幅部２５の出力が変化する。増幅部２５の出力は、制御部に出力され、その出力結果から制御部が架線Ｌの活線状態を判断する。
【００２１】
以上のような構成にすることで、微小電荷による電極間の微小開度を電気的に検出して、接地なしでは検出不可能であった低電圧における蓄積電荷の検出が可能となる。また、電気的に測定値を得られ、半導体基板の微細加工により高信頼性で小型化が可能な検電装置を実現する事ができる。なお、力Ｆの検出手段としては、図３に示すように、Ｆ＝ｍ・ａ（ｍ：質量、ａ：加速度）であるから、加速度センサを用いて力Ｆを検出する事が可能である。
【００２２】
次に、図面を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。図４は本実施形態における検電装置の構成を示す回路図である。図４の検電装置は、電極部３０と、測定回路部４０とから構成され、電極部３０は、架線Ｌと接続された電極３１と、片面は絶縁物Ｄを介し電極３１に固定されていて、もう片方の面は電極３１に対向している電極３２とを有している。両電極はコイルＬ１を介し電気的に接続されている。
【００２３】
測定回路部４０は、コイルＬ１とコンデンサＣ１、Ｃ２と、抵抗Ｒ１〜Ｒ３と、トランジスタＴｒと、電源４１と、受信機４２とから構成されている。
【００２４】
本実施形態の検電装置の動作については、まず予め、電極３１が変移していない状態での発振周波数を測定し、受信機４２に出力しておく。ここで、架線Ｌが活線状態であるとすると電極３１が帯電する。また、電極３２も帯電して両電極は同電位になる。両電極間に反発力が生じ電極３２は、電極３１と反対側に力Ｆを受ける。
【００２５】
電極３１が力Ｆにより変移することで、両電極間の静電容量Ｃが変化し、その変化した静電容量Ｃの値を測定する。測定は、発振回路の発振周波数ｆ０を受信機４２が受信して、下式（１）から静電容量Ｃを算出する。
ｆ０  ＝  （１／２π）・（Ｌ１×Ｃ）―（１／２）      …  （１）
算出した静電容量Ｃの結果から、架線Ｌの活線状態を判断する。なお、この場合の受信機４２としては例えばＦＭ受信機等を使用することが可能である。
【００２６】
以上のような構成にすることで第１の実施形態の時と同様に、微小電荷による電極間の微小開度を電気的に検出し、接地なしでは検出不可能であった低電圧における蓄積電荷の検出が可能となる。また、電気的に測定値を得られ、半導体基板の微細加工により高信頼性で小型化が可能な検電装置を実現する事ができる。
【００２７】
次に、図面を参照して本発明の第３の実施形態について説明する。図５は本実施形態における検電装置の構成を示す回路図である。図５の検電装置は、第１の検電部５０と、第２の検電部６０とから構成され、第１の検電部５０は、第２の実施形態と同様の構成をとっており、架線Ｌが接続された電極５１と、片面は絶縁物Ｄ５０を介し電極に固定されていて、もう片方の面は電極５１に対向している電極５２と、コイルＬ５１とコンデンサＣ５１、Ｃ５２と、抵抗Ｒ５１〜Ｒ５３と、トランジスタＴｒ５０と、電源５３と、受信機５４とを有している。電極５１、５２はコイルＬ５１を介し電気的に接続されている。
【００２８】
また、第２の検電部６０は、架線Ｌが接続された電極６１と、片面は絶縁物Ｄ６０を介し電極６１に固定されていて、もう片方の面は電極６１に対向している電極６２と、コイルＬ６１とコンデンサＣ６１、Ｃ６２と、抵抗Ｒ６１〜Ｒ６３と、トランジスタＴｒ６０と、電源６３と、受信機６４とを有している。電極６１、６２はコイルＬ６１を介し電気的に接続されている。電極６１の電極６２との対向している部分は、帯電による弾性変形がほとんど生じない程度に厚みがあるものとする。また、第１の検電部５０と、第２の検電部６０とは電極５１、６１の形状の相違以外は、使用する部材の材質や回路部品を同一にする。
【００２９】
本実施形態の検電装置の動作については、第２の実施形態と同様に架線Ｌが活線状態の時、電極５１が帯電により変移する。一方、電極６１が帯電するが、ほとんど変移しない。この時の受信機５４、６４での測定周波数ｆ１、ｆ２から制御部が下式（２）の演算をする。
Δｆ  ＝  ｆ１―ｆ２      …  （２）
制御部は演算結果から架線Ｌの活線状態を判断する。なお、この場合の受信機５４、６４としては例えばＦＭ受信機等を使用することが可能である。
【００３０】
以上の事により、例えば温度による周波数の変化ΔｆＴは測定周波数ｆ１、ｆ２の両方に現れるが、帯電により生じた周波数の変動Δｆｑは測定周波数ｆ１のみに現れる。よって測定周波数ｆ１、ｆ２の差分である式（２）のΔｆを求めることにより、測定値から温度による周波数の変化ΔｆＴの影響を抑えた補正値を求める事ができる。
以上のような構成にすることで、温度による測定値の変動を抑える事ができるので、測定の高信頼性化が可能な検電装置を実現する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる検電装置の構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施形態にかかる検電装置の検出方法を説明するための説明図である。
【図３】加速度センサを使用した場合の検出方法を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる検電装置の構成を示す回路図である。
【図５】本発明の第３の実施形態にかかる検電装置の構成を示す回路図である。
【図６】本発明の従来技術にかかる箔検電器の動作イメージを示す概要図である。
【図７】本発明の従来技術にかかるＢｒａｕｎ式検電器の構造を示す構造図である。
【符号の説明】
【００３２】
１１…固定電極、  １２…可動電極、  ２１…入力端子、  ２２…電源、  ２３…基準電圧源、  ２４…ブリッジ回路部、  ２５…増幅部
【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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