(57)【要約】【課題】  この発明は、既存の遮断器に対して容易に取り付け可能な位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置を提供することを目的とする。【解決手段】  遮断器の開閉動作時に可動接触子５のストローク動作に連動して直動する主軸６に反射板１３を固着し、光を円錐状に放射する光源を備える照明光学系により前記反射板１３の直動可能範囲を照明し、受光光学系で前記反射板によって反射された光を受光して受光量に基づいた検出信号を出力するようにした。さらに、前記検出信号に基づいて前記反射板１３の位置信号を信号処理部が出力し、前記位置信号の時系列データに基づいてモニタリング部１５が開閉動作特性を計測するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器の開閉動作時に可動接触子のストローク動作に連動して直動する主軸に固着された反射板と、
光を円錐状に放射する光源を備え、前記光源からの光で前記反射板の直動可能範囲を照明する照明光学系と、
前記反射板によって反射された前記光源からの光を撮像素子の検出面にて受光し、受光量に基づいた検出信号を出力する受光光学系と、
前記検出信号に基づいて前記反射板の位置信号を出力する信号処理部と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項２】
反射板が拡散反射板であり、
受光光学系が前記拡散反射板によって拡散反射された光を撮像素子の検出面に結像する結像光学素子を備えることを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項３】
照射光学系がシリンドリカルレンズを備え、前記シリンドリカルレンズが光源から円錐状に放射された光を主軸の直動方向と垂直でかつ拡散反射板の面と平行な方向に集光することを特徴とする請求項２に記載の位置検出装置。
【請求項４】
結像光学素子が、ピンホール又はレンズのいずれかであることを特徴とする請求項２又は請求項３のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項５】
反射板が再帰性反射板であり、
照明光学系が光を一旦反射させて前記再帰性反射板の直動可能範囲を照明するハーフミラーを備え、
受光光学系が前記再帰性反射板によって鏡面反射された後、前記ハーフミラーを透過した光を受光することを特徴とする請求項１に記載の位置検出装置。
【請求項６】
照射光学系がシリンドリカルレンズを備え、前記シリンドリカルレンズが光源から放射された円錐状の光を主軸の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板の面と平行な方向に集光して楕円錐状にすることを特徴とする請求項５に記載の位置検出装置。
【請求項７】
受光光学系が結像光学素子を備え、前記結像光学素子が光源から円錐状に放射された光が再帰性反射板で鏡面反射されて集光する位置に設けられることを特徴とする請求項５又は請求項６のいずれかに記載の位置検出装置。
【請求項８】
結像光学素子が、ピンホールであることを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
結像光学素子が、再帰性反射板の実像を撮像素子の検出面に結像するレンズであることを特徴とする請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
位置信号の時系列データに基づいて開閉動作特性を計測するモニタリング部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の開閉動作特性計測装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の開閉動作特性計測装置を備えることを特徴とする遮断器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主回路を開閉する遮断器の主軸の位置を計測する位置検出装置と、これを用いた開閉動作特性計測装置及び遮断器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主回路を開閉する遮断器は、固定接触子と直動可能な主軸に固着された可動接触子とを備え、主軸の直動動作によって固定接触子と可動接触子が接触することで閉極し、固定接触子と可動接触子が離れることで開極するようになっている。その際、可動接触子のストローク動作による開閉が行われる瞬間とその近傍において、可動接触子の位置と移動速度が安定して再現されることが遮断器の信頼性確保にとって重要であり、製造時や定期点検時、場合によっては通常動作時の動作毎に、可動接触子のストローク動作である開閉動作特性を計測することが行われる。
【０００３】
従来の主軸の位置を検出する位置検出装置は、可動接触子が固着された主軸に主軸の直動量を回転量に変換する機構を取り付け、まず、その回転量をロータリーエンコーダで検出し、その回転量から主軸の直動量を求めることで、可動接触子の位置を計測するようにしていた。また、この位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置は、この位置検出装置が計測した位置データから主軸の移動速度を測定して開閉動作特性を計測するようにしていた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１４５２１７号公報（第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の位置検出装置とこれを用いた開閉動作特性計測装置は上記のように構成されているので、既存の遮断器に取り付けるにおいて、ピストン運動を行う主軸に改造を施すために遮断器の一部を分解することが必要となったり、遮断器が高電圧設備であることから、遮断器本体や主軸に隣接させて直動回動変換機構を配置するに際し、高電圧に配慮して配置することが必要であった。従って、主軸の改造のための作業や高電圧に配慮した配置を行う必要があることから、従来の位置検出装置及び開閉動作特性計測装置を既存の遮断器に取り付けることが容易では無いという問題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するために為されたもので、既存の遮断器に対して容易に取り付け可能な位置検出装置とこれを用いた開閉動作特性計測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】
【０００７】
この発明に係る位置検出装置は、遮断器の開閉動作時に可動接触子のストローク動作に連動して直動する主軸に反射板を固着し、光を円錐状に放射する光源を備える照明光学系により前記光源からの光で前記反射板の直動可能範囲を照明し、受光光学系で前記反射板によって反射された前記光源からの光を撮像素子の検出面にて受光して受光量に基づいた検出信号を出力するようにした。さらに、前記検出信号に基づいて前記反射板の位置信号を信号処理部が出力するようにした。
【０００８】
また、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置は、前記位置検出装置が出力する位置信号の時系列データに基づいてモニタリング部が開閉動作特性を計測するようにした。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、主軸の位置の計測に光を用い、主軸に反射板を固着して、照明光学系で離れた位置から反射板の直動可能範囲を照明し、受光光学系で離れた位置から反射板で反射された光を受光して、受光量に基づいて信号処理部で主軸の位置を計測し、計測された位置データに基づいてモニタリング部で開閉動作特性を計測するようにしたので、主軸に単に反射板を固着するだけでそれ以外の主軸の一切の改造は不要で、さらに、反射板以外の位置検出装置の本体は高電圧機器である遮断器の本体や主軸から離れた位置に配置することが可能なので、位置検出装置を配置する上で高電圧に配慮する必要も無いことから、既存の遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態による位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置を取り付ける遮断器が電源の母線と主回路に電力を供給するための送電線との間を開閉するガス遮断器である場合を例に説明する。
【００１１】
なお、遮断器がガス絶縁方式に限られるわけでは無く、例えば、真空絶縁や油絶縁や空気絶縁等の他の絶縁方式のものであってもこの発明に係る開閉動作特性計測装置は適用可能で、また、遮断器が開閉するのが母線と送電線との間に限られるわけでは無く、例えば、送電線と負荷との間であっても良いのは言うまでも無い。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１を電力系統設備等に既に設けられているガス遮断器に取り付けた構成を示す構成図である。
【００１３】
図１に示すように、ガス遮断器は、母線１に接続された固定接触子２と送電線３に接続された固定接触子４との間を開閉するものであり、可動接触子５がストローク動作を行い、固定接触子２及び固定接触子４とに接触することで閉極し、可動接触子５が固定接触子２及び固定接触子４と離れることで開極するようになっている。
【００１４】
可動接触子５がストローク動作を行うために、可動接触子５は主軸６の一端に固定されており、主軸５の他端に設けられた主軸駆動部７によって、主軸５は矢印８の示す両方の向きに直動可能となっている。
【００１５】
固定接触子２、固定接触子４、及び可動接触子５は、ガス遮断器の本体である圧力容器９内に設けられており、この圧力容器９には六弗化硫黄等の絶縁ガスが封入されている。なお、主軸６が圧力容器９に導入される箇所には、主軸６が直動する際に圧力容器９から絶縁ガスが漏れることが無いように、軸シール部１０が設けられている。なお、主軸６や主軸６を駆動する主軸駆動部７は、圧力容器９のように密閉はされていないが、ガス遮断器自体が高電圧機器であることから、外部と距離を確保するために筐体１１の中に設けられている。
【００１６】
なお、主軸６をどのように駆動するかは、駆動制御部１２が主軸駆動部７の動作を制御することで行われる。
【００１７】
次に、ガス遮断器に取り付けられたこの発明に係る開閉動作特性計測装置の実施の形態１について、図１を用いて構成を説明する。
【００１８】
ガス遮断器の開閉動作時に可動接触子５のストローク動作に連動して直動する主軸６には、反射板１３が固着されており、可動接触子５のストローク動作範囲に対応して、反射板１３の直動可能範囲が決まっている。図１においては、反射板１３の直動可能範囲は矢印８の示す幅の範囲となっている。
【００１９】
反射板位置測定部１４は、光を用いて反射板１３の位置を測定するものであり、反射板位置測定部１４から出力された反射板１３の位置信号はモニタリング部１５に送られ、この位置信号の時系列データに基づいてガス遮断器の開閉動作特性がモニタリング部１５で計測される。
【００２０】
モニタリング部１５で得られたガス遮断器の開閉動作特性のデータは、駆動制御部１２に送られ、駆動制御部１２はこのデータに基づいて主軸駆動部７を制御する。もし、開閉動作特性に異常があれば、駆動制御部１２はガス遮断器に故障が発生しているとして、駆動制御部１２を制御してガス遮断器の開閉動作を中止し、故障発生を発報する。
【００２１】
図２は、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１の構成を詳細に説明するための詳細構成図であり、図１に示すガス遮断器の内の主軸６と図１に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板１３及び反射板位置測定部１４を抜き出したものである。また、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００２２】
図２において、図１に記載の反射板１３に対応するのは拡散反射板１３ａであり、照明された光を拡散反射する。従って、拡散反射板１３ａで反射された光は広い範囲に広がって伝搬していくため、拡散反射板１３ａから距離が離れると著しく反射された光の強度が低下する。
【００２３】
また、図２において、主軸６は矢印８の両方の向きに直動するようになっており、この主軸６に固着された拡散反射板１３ａの直動可能範囲は、図１に記載の可動接触子５のストローク動作範囲に対応して、矢印８の幅の示す範囲となっている。
【００２４】
また、拡散反射板１３ａを照明する照明光学系１６ａは、光を円錐状に放射する、例えば、ランプ、ＬＥＤ、または半導体レーザ等の光源１７を備えており、光源１７からの光で拡散反射板１３ａの直動可能範囲を照明している。
【００２５】
照明光学系１６ａで拡散反射板１３ａの直動可能範囲が照明され、拡散反射板１３ａで拡散反射された光は、受光光学系１８ａで受光される。受光光学系１８ａは、拡散反射板１３ａで拡散反射されて広がった光を集光する結像光学素子であるレンズ１９ａと、集光された拡散反射板１３ａからの光を受光して受光量に基づいた検出信号を出力する撮像素子２０とを備えている。
【００２６】
レンズ１９ａは、拡散反射板１３ａで拡散反射された光が撮像素子２０の検出面に結像するように配置されている。
【００２７】
なお、上記では、結像光学素子としては、レンズである場合を説明したが、結像機能があればレンズに限られるわけではなく、例えば、フレネルゾーンプレートや凹面ミラーであっても良いのは言うまでも無い。
【００２８】
なお、結像光学素子がピンホールであっても拡散反射板１３ａで拡散反射された光を撮像素子２０の検出面に結像させることは可能であるが、拡散反射板１３ａで拡散反射された光は拡散反射板１３ａから距離が離れると反射された光の強度が著しく低下するため、ピンホールを通過できる光のみを検出したのでは撮像素子２０から出力される検出信号は非常に弱くなってしまい、開閉動作特性を計測することができない。
【００２９】
次に、撮像素子２０から出力された検出信号は信号処理部２１に送られ、信号処理部２１は、この検出信号に基づいて拡散反射板１３ａの位置信号を得る信号処理を行い、得られた位置信号は、図１に記載のモニタリング部１５に送られる。
【００３０】
なお、図１に記載の反射板位置測定部１４は、図２の照射光学系１６ａと受光光学系１８ａと信号処理部２１から構成されている。
【００３１】
次に、この開閉動作特性計測装置の動作について、以下に図１と図２を用いて詳細に説明する。
【００３２】
図１に示すガス遮断器は、可動接触子５のストローク動作によって、可動接触子５が固定接触子２及び固定接触子４と接触すると閉極し、可動接触子５が固定接触子２及び固定接触子４と離れると開極する。
【００３３】
その際、ガス遮断器の開閉が行われる瞬間とその近傍での可動接触子５のストローク動作があらかじめ設定されたとおりに再現性良く行われることは、ガス遮断器の性能と信頼性を確保する上で極めて重要であり、所定のストローク動作で開閉できなくなると、大きな開閉サージを引き起こしたり、ガス遮断器の故障を招く恐れがある。
【００３４】
そこで、可動接触子５のストローク動作である開閉動作特性を、ガス遮断器の製造時や定期点検時、場合によっては通常動作時の動作毎に計測することが行われる。
【００３５】
さて、例えば、ガス遮断器が閉極した状態にあり、送電線３の点検を実施する必要が生じた場合にはガス遮断器を開極させることとなるが、その場合、接触子５を固定接触子２及び固定接触子４から引き離すストローク動作が行われる。
【００３６】
その際、接触子５のストローク動作に連動して直動する主軸６が駆動制御部１２で制御された主軸駆動部７によって駆動され、主軸６に固着された図２に示す拡散反射板１３ａは矢印８の幅が示す直動可能範囲で移動することとなる。
【００３７】
光を円錐状に放射する光源１７を備えた照明光学系１６ａは矢印８の幅が示す直動可能範囲を照明しており、拡散反射板１３ａは直動可能範囲内で移動するので、常に光源１７からの光を拡散反射している。
【００３８】
拡散反射板１３ａで拡散反射された光は、受光光学系１８ａで受光される。その際、レンズ１９ａは１次元ないしは２次元のＣＣＤやフォトダイオードアレイ等の撮像素子２０の検出面に結像するように配置されているので、拡散反射板１３ａの移動に伴なって、検出面上を拡散反射板１３ａの像が移動する。この像の移動を反映した撮像素子２０から出力される検出信号を信号処理部２１で信号処理することにより、拡散反射板１３ａの位置を示す位置信号が得られる。
【００３９】
図３は、一例として１次元ＣＣＤである撮像素子２０から出力された検出信号の強度を、横軸を画素位置として、プロットした検出信号強度分布図である。
【００４０】
図３において、矢印２２の位置でピークとなっている実線の分布波形は可動接触子５が固定接触子２及び固定接触子４と接触してガス遮断器が閉極している状態の場合を示しており、矢印２３の位置でピークとなっている破線の分布波形はガス遮断器が開極している状態の場合を示している。
【００４１】
ガス遮断器が開極動作を行うと、閉極状態であった矢印２２の位置でピークとなっている実線の分布波形が、拡散反射板１３ａの移動に伴なって矢印２４の示す向きに移動し、矢印２３の位置に達して開極状態となる。ここで、分布波形のピークの位置と主軸６の位置とは一対一に対応しているので、このピーク位置から拡散反射板１３ａの位置を得ることができる。
【００４２】
図４は、ガス遮断器が開極動作を行った際の検出信号強度の分布波形のピークの位置を、横軸を時間として、プロットした位置信号強度時間変化図である。
【００４３】
図４に示すように、ガス遮断器が開極動作を行うと、拡散反射板１３ａの位置に対応した位置信号の強度は、ガス遮断器が閉極している状態の矢印２５の位置に対応した位置信号の値からガス遮断器が開極している状態の矢印２６の位置に対応した位置信号の値に時間とともに移動している。
【００４４】
以上のように、主軸６に固着された拡散反射板１３ａの位置が信号処理部２１から出力される位置信号の強度から得ることができる。
【００４５】
ところで、可動接触子５と拡散反射板１３ａはいずれも主軸６に固着されており、それれぞれの固着されている位置は異なるが、可動接触子５の位置と拡散反射板１３ａの位置は一対一に対応している。
【００４６】
従って、図１に記載のモニタリング部１５において、信号処理部２１から出力され、時間とともに刻々変化していく位置信号のデータから、可動接触子５のストローク動作であるガス遮断器の開閉動作特性を計測する。言い換えると、位置信号の時系列データから可動接触子５の位置とその位置での移動速度が計測されることとなる。
【００４７】
以上のように、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１は、主軸６の位置の計測に光を用いており、遮断器の開閉動作時に可動接触子５のストローク動作に連動して直動する主軸６に拡散反射板１３ａを固着し、光を円錐状に放射する光源１７を備える照明光学系１６ａにより前記拡散反射板１３ａの直動可能範囲を照明し、受光光学系１８ａで前記拡散反射板１３ａによって反射された前記光源１７からの光を撮像素子２０の検出面に結像光学素子である例えばレンズ１９ａで結像させ、結像された光の受光量に基づいて前記撮像素子２０から検出信号を出力するようにした。さらに、前記検出信号に基づいてモニタリング部１５が開閉動作特性を計測するようにした。
【００４８】
この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１は、以上のように構成されているので、主軸６に単に拡散反射板１３ａを固着するだけでそれ以外の主軸６の一切の改造は不要で、さらに、拡散反射板１３ａ以外の開閉動作特性計測装置の本体は高電圧機器であるガス遮断器の本体や主軸６から離れた位置に配置することが可能なので、開閉動作特性計測装置を配置する上で高電圧に配慮する必要も無いことから、既存のガス遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果がある。
【００４９】
なお、上記では既存のガス遮断器に対してこの開閉動作特性計測装置を取り付けることを述べたが、電力系統設備等に新設するガス遮断器に取り付ける場合においても、開閉動作特性計測装置を配置する上で高電圧に配慮する必要が無いことから、取り付けが容易で、その結果、ガス遮断器自体の設計が容易になるという効果がある。
【００５０】
実施の形態２．
実施の形態１の開閉動作特性計測装置では、主軸６に固着する反射板として拡散反射板１３ａを用いたが、拡散反射板１３ａで拡散反射された光は広がって伝搬していくため、拡散反射板１３ａから受光光学系までの距離が離れると検出信号の強度が著しく低下すると同時に、撮像素子２０から出力される画素位置に対する検出信号の強度分布は極めてブロードとなって、ピーク位置を得ることが困難となる。従って、広がった光を集光する結像光学素子である例えばレンズ１９ａを用いて撮像素子２０の検出面に結像させることが必要である。
【００５１】
さらに、ガス遮断器への取り付け上の制約から主軸６と反射板位置測定部１４との距離を大きく離して配置する必要がある場合は、主軸６に固着された拡散反射板１３ａと反射位置測定部１４を構成する受光光学系１８ａとの距離が大きくなって、たとえ、拡散反射板１３ａで反射されて広がって伝搬する光を結像光学素子であるレンズ１９ａで集光するにしても、レンズ１９ａの仕様を選択するにおいて開口数、焦点距離、レンズ口径等から決まる制約があり、集光できる能力に限度があるため、撮像素子２０から出力される検出信号が著しく低下して、ガス遮断器の開閉動作特性の計測が困難となる。
【００５２】
そこで、主軸６に固着する反射板１３として拡散反射板１３ａに代えて再帰性反射板を用いると、再帰性反射板で鏡面反射された光は広がること無しに直進し、再帰性反射板から受光光学系までの距離が離れても拡散反射板１３ａの場合に比べると検出信号の強度低下は大幅に少ない。
【００５３】
従って、再帰性反射板を用いることで、再帰性反射板と撮像素子２０の検出面が離れていても撮像素子２０から出力される検出信号の強度は著しく低下することは無く、さらに、画素位置に対する検出信号の強度分布も著しくブロードとなることは無いので、結像光学素子を必ずしも用いる必要が無く、さらに、主軸６と反射板位置測定部１４との距離を大きく離して配置する必要がある場合においても、検出信号の強度は著しく低下することは無いので、開閉動作特性を計測することが可能となる。
【００５４】
図５は、再帰性反射板の一例であるビーズ素子型再帰性反射板の構造を説明するための構造断面図である。
【００５５】
図５に示すビーズ素子型再帰性反射板は、ガラス等の光学的に透明な素材で形成されたビーズ２７が樹脂フィルム等の基材２８上に２次元状に配列された構造となっている。ビーズ２７の球表面の半分には反射層２９が設けられており、光は反射層２９で反射される。反射層２９と反対側のビーズ２７の表面にはビーズ２７が傷つかないように保護層３０で全面を覆われている。
【００５６】
平面波である入射光３１がビーズ素子型再帰性反射板に入射すると、入射光３１は、保護層３０を透過した後、ビーズ２７に入り、反射層２９で反射される。反射層２９で反射された後は、ビーズ２７から出て、保護層３０を透過して出射される。この際、ビーズ素子型再帰性反射板を出射した出射光３２の出射角は入射光３１がビーズ素子型再帰性反射板に入射した際の入射角と等しく、出射光３２の伝搬する向きは入射光３１の伝搬する向きと逆となっている。
【００５７】
以上のように、ビーズ素子型再帰性反射板は、入射光３１が入射してきた方向と同じ方向でかつ反対の向きに反射光３２を鏡面反射するという特徴を持っており、拡散反射板のように拡散反射するわけではないので、反射光３２は広がって伝搬せずに直進する。従って、反射光３２は、ビーズ素子型再帰性反射板からの距離が大きくなっても拡散反射板の場合に比べると単位面積当たりの強度が著しく低下するようなことが無いという特徴を持っている。
【００５８】
図６は、反射板として再帰性反射板を用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態２の構成を詳細に説明するための詳細構成図であり、図１に示すガス遮断器の内の主軸６と図１に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板１３及び反射板位置測定部１４を抜き出したものである。また、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００５９】
図６において、図１に記載の反射板１３に対応するのは再帰性反射板１３ｂであり、具体的には図５に示したビーズ素子型再帰性反射板である。再帰性反射板１３ｂは、図５に示すように、入射光３１は入射してきた方向と同じ方向でかつ反対の向きに鏡面反射されるので、反射光３２は広がって伝搬せずに直進するという特徴を持っている。
【００６０】
また、図６において、照明光学系１６ｂは、光を円錐状に放射する光源１７とハーフミラー３３を備えており、光源１７からの光はハーフミラー３３で一旦反射されて再帰性反射板１３ｂの直動可能範囲を照明する。
【００６１】
照明光学系１６ｂで再帰性反射板１３ｂの直動可能範囲が照明され、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射された光は、受光光学系１８ｂで受光される。受光光学系１８ｂは、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて直進してきた光を受光する撮像素子２０を備えている。
【００６２】
再帰性反射板１３ｂで鏡面反射された光は広がること無しに直進して撮像素子２０の検出面に達するので、撮像素子２０から出力される検出信号の強度は十分に大きく、さらに、画素位置に対する検出信号の強度分布もピーク位置を得ることができないほどブロードとなることは無い。
【００６３】
次に、撮像素子２０から出力された検出信号は信号処理部２１に送られ、信号処理部２１は、この検出信号に基づいて再帰性反射板１３ｂの位置信号を得る実施の形態１と同様の信号処理を行い、得られた位置信号は、図１に記載のモニタリング部１５に送られて、ガス遮断器の開閉動作特性が計測される。
【００６４】
この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態２は、以上のように構成されているので、実施の形態１と同様に、既存のガス遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果がある。
【００６５】
さらに、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態２は、反射板が再帰性反射板１３ｂであるので反射された光がほとんど広がらずに直進して撮像素子２０の検出面に到達することから、ガス遮断器への取り付け上の制約から主軸６と反射板位置測定部１４との距離を大きく離して配置する必要がある場合においても、撮像素子２０から出力される検出信号が著しく低下することが無く、ガス遮断器の開閉動作特性を計測することができるという効果がある。
【００６６】
なお、上記では、再帰性反射板１３ｂがビーズ素子型であるとして説明したが、例えば３面体コーナーキューブ素子型のような再帰性反射の機能を有する反射板であれば良いのは言うまでも無い。
【００６７】
実施の形態３．
実施の形態２の受光光学系１８ｂは撮像素子２０のみを備えているが、撮像素子２０から出力される検出信号のバックグラウンドノイズを低減するために、結像光学素子をさらに備えるようにすれば、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００６８】
図７は、実施の形態２の受光光学系１８ｂに代えて、撮像素子２０と結像光学素子であるピンホール１９ｂを備える受光光学系１８ｃを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態３の構成を説明するための構成図であり、図１に示すガス遮断器の内の主軸６と図１に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板１３及び反射板位置測定部１４を抜き出したものである。また、図１及び図６と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００６９】
図７において、ピンホール１９ｂは、照明光学系１６ｂの光源１７から円錐状に放射された光が再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて集光する位置に設けられている。従って、照明光学系１６ｂで照明され、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて広がること無しに直進する光は、ピンホール１９ｂを遮られること無く通過して撮像素子２０の検出面に達することができる。
【００７０】
一方、照明光学系１６ｂの光源１７から放射された光のうち、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されなかった光は大部分が主軸６や図１に示す筐体１１の内壁等を照明することとなり、主軸６や筐体１１の内壁等で拡散反射された光の一部は反射板位置測定部１４に戻ってくることとなって、いわゆる迷光が発生する。主軸６や筐体１１の内壁等の拡散反射率が高いと、このような迷光の一部は撮像素子２０の検出面に到達し、検出信号のバックグラウンドノイズを増加させ、開閉動作特性計測装置の計測精度を低下させる原因となる。
【００７１】
このような迷光に対して、実施の形態３の受光光学系１８ｃは、ピンホール１９ｂを備え、上記に述べたように、ピンホール１９ｂは照明光学系１６ｂの光源１７から円錐状に放射された光が再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて集光する位置に設けられているので、主軸６や筐体１１の内壁等で拡散反射されて広がって伝搬する迷光は、極めて一部しかピンホール１９ｂを通過して撮像素子２０の検出面に到達することができず、迷光の大部分はピンホール１９ｂで遮られることとなる。
【００７２】
従って、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態３においては、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することができ、実施の形態２の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００７３】
実施の形態４．
実施の形態３では、受光光学系１８ｃの結像光学素子としてピンホール１９ｂを用いた場合を説明したが、ピンホール１９ｂの代わりにレンズを用いても、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することが可能である。
【００７４】
図８は、実施の形態３の受光光学系１８ｃに代えて、撮像素子２０と結像光学素子であるレンズ１９ｃを備える受光光学系１８ｄを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態４の構成を説明するための構成図であり、図７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００７５】
図８において、レンズ１９ｃは、実施の形態３と同様に、照明光学系１６ｂの光源１７から円錐状に放射された光が再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて集光する位置に設けられている。従って、照明光学系１６ｂで照明され、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて広がること無しに直進する光は、レンズ１９ｃの設けられた位置に集光し、そのまま、レンズ１９ｃを通過して直進し、撮像素子２０の検出面に到達する。言い換えれば、再帰性反射板１３ｂで鏡面反射された光の光跡はレンズ１９ｃの有無に関わらず、略同じである。
【００７６】
さらに、レンズ１９ｃは、再帰性反射板１３ｂで拡散反射された光が撮像素子２０の検出面で集光するように焦点距離の値が設定されている。言い換えると、再帰性反射板１３ｂの実像がレンズ１９ｃによって撮像素子２０の検出面に結像するということである。従って、信号処理部２１において撮像素子２０から出力された検出信号から再帰性反射板１３ｂの位置を示す位置信号を得る際に、撮像素子２０の検出面で受光される光は再帰性反射板１３ｂで鏡面反射されて到達した光だけでなく、再帰性反射板１３ｂで拡散反射されレンズ１９ｃで結像された光も加わることとなるので、再帰性反射板１３ｂの位置を反映する検出信号のピークの強度は、実施の形態３の結像光学素子としてピンホール１９ｂを用いた場合よりも大きくすることができる。
【００７７】
一方、主軸６や筐体１１の内壁等で拡散反射された光の一部は反射板位置測定部１４に戻ってくることとなって、いわゆる迷光となるが、筐体１１の内壁等とレンズ１９ｃとの距離と再帰性反射板１３ｂとレンズ１９ｃとの距離は大きく異なっていることから、筐体１１の内壁等で拡散反射された光はレンズ１９ｃによっては撮像素子２０の検出面に結像されることはないため、画素位置に対して極めてブロードとなり、検出信号のバックグラウンドノイズをわずかしか増加させない。
【００７８】
なお、主軸６で拡散反射された光については、主軸６とレンズ１９ｃとの距離と再帰性反射板１３ｂとレンズ１９ｃとの距離は略同じであり、照明光学系１６ｂで照明され主軸６で拡散反射された光の一部はレンズ１９ｃで撮像素子２０の検出面に結像されることとなる。しかし、主軸６の表面が再帰性反射板１３ｂの拡散反射率よりも十分に小さい拡散反射率を有している場合は、主軸６で拡散反射された光は、検出信号のバックグラウンドノイズをわずかしか増加させないこととなる。
【００７９】
以上のように、結像光学素子としてレンズ１９ｃを用いることで、筐体の内壁等で拡散反射した光に起因する迷光の影響を抑制することができ、また、主軸の表面が再帰性反射板の拡散反射率よりも十分に小さい拡散反射率を有していれば、主軸で拡散反射された光に起因する迷光を十分に小さいとみなすことができるので、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態４においては、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することができ、実施の形態２の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００８０】
実施の形態５．
実施の形態１の照明光学系１６ａにおいて、光を円錐状に放射する光源１７を用いているが、シリンドリカルレンズを備えるようにして、光源１７から円錐状に放射する光を一旦主軸６の直動方向と垂直でかつ拡散反射板１３ａの面と平行な方向に集光するようにすれば、拡散反射板１３ａを照明する光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体１１の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態１の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００８１】
図９は、シリンドリカルレンズ３４の集光機能を説明するための断面図で、図９（ａ）はシリンドリカルレンズ３４の長手方向から見た断面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の側面側から見た断面図である。図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００８２】
シリンドリカルレンズ３４は、光源１７から円錐状に放射された光を、図９（ａ）から明らかなようにシリンドリカルレンズ３４の長手方向から見た面においてのみ集光し、図９（ｂ）から明らかなように図９（ａ）の側面側から見た面においては集光しないという特徴を持ち、光源１７から円錐状に放射された光は楕円錐状となる。
【００８３】
図１０は、実施の形態１の照明光学系１６ａに代えて、光源１７とシリンドリカルレンズ３４を備える照明光学系１６ｃを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態５の構成を説明するための構成図であり、図１に示すガス遮断器の内の主軸６と図１に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板１３及び反射板位置測定部１４を抜き出したものである。また、図１及び図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００８４】
図１０において、シリンドリカルレンズ３４は、照明光学系１６ｃの光源１７から円錐状に放射された光が主軸６の直動方向と垂直でかつ拡散反射板１３ａの面と平行な方向に集光する向きに配置されており、光源１７から円錐状に放射された光は、シリンドリカルレンズ３４で楕円錐状となる。
【００８５】
従って、照明光学系１６ｃで照明される光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体１１の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態１の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００８６】
実施の形態６．
実施の形態２、実施の形態３、及び、実施の形態４の照明光学系１６ｂに、さらにシリンドリカルレンズ３４を備えるようにして、光源１７から円錐状に放射する光を一旦主軸６の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板１３ｂの面と平行な方向に集光するようにすれば、再帰性反射板１３ｂを照明する光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体１１の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態２、実施の形態３、及び、実施の形態４の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００８７】
図１１は、実施の形態４の照明光学系１６ｂに代えて、光源１７とシリンドリカルレンズを備える照明光学系１６ｃを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態６の構成を説明するための構成図であり、図１に示すガス遮断器の内の主軸６と図１に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板１３及び反射板位置測定部１４を抜き出したものである。また、図１及び図７と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
【００８８】
図１１において、シリンドリカルレンズ３４は、照明光学系１６ｃの光源１７から円錐状に放射された光が主軸６の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板１３ｂの面と平行な方向に集光する向きに配置されている。
【００８９】
従って、照明光学系１６ｃで照明される光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体１１の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態４の場合に比べて、主軸６と反射板位置測定部１４との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
【００９０】
なお、上記では実施の形態４の照明光学系１６ｂを照明光学系１６ｃに代えた場合のみを説明したが、実施の形態２及び実施の形態３の照明光学系１６ｂを照明光学系１６ｃに代えた場合においても、同様の効果が得られることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１をガス遮断器に取り付けた構成を示す構成図である。
【図２】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態１の構成を詳細に説明するための詳細構成図である。
【図３】撮像素子２０から出力された検出信号の強度を、横軸を画素位置として、プロットした検出信号強度分布図である。
【図４】ガス遮断器が開極動作を行った際の検出信号強度の分布波形のピークの位置を、横軸を時間として、プロットした位置信号強度時間変化図である。
【図５】ビーズ素子型再帰性反射板の構造を説明するための構造断面図である。
【図６】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態２の構成を詳細に説明するための詳細構成図である。
【図７】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態３の構成を説明するための構成図である。
【図８】この発明に係る開閉動作特性計測装置の実施の形態４の構成を説明するための構成図である。
【図９】シリンドリカルレンズ３４の集光機能を説明するための断面図である。
【図１０】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態５の構成を説明するための構成図である。
【図１１】この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態６の構成を説明するための構成図である。
【符号の説明】
【００９２】
５  可動接触子
６  主軸
１３  反射板
１３ａ  拡散反射板
１３ｂ  再帰性反射板
１５  モニタリング部
１６ａ  照明光学系
１６ｂ  照明光学系
１６ｃ  照明光学系
１７  光源
１８ａ  受光光学系
１８ｂ  受光光学系
１８ｃ  受光光学系
１８ｄ  受光光学系
１９ａ  レンズ
１９ｂ  ピンホール
１９ｃ  レンズ
２０  撮像素子
２１  信号処理部
３３  ハーフミラー
３４  シリンドリカルレンズ
【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】
2009198178.tif 000010
【図９】
2009198178.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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