(57)【要約】  【課題】  既存の電界センサでは、電界発生源の位置特定を行う際、測定対象である電界の、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向の成分を、それぞれ独立に測定することはできなかった。  【解決手段】  本発明は、立方体状の金属製筺体の各面に導電性電極が配置された電界検出部位を持つ三次元電界センサ装置、および、金属球体に分割球面状の導電性電極が配置された電界検出部位を持つ三次元電界センサ装置である。また、本発明は、前記三次元電界センサ装置とアンテナ装置などの電磁波検出装置を組み合わせた電磁界発生源探知システムに関するものでもある。【選択図】            図１
2009156661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方体状で接地電極に接続可能な金属製筺体と、
金属製筺体の少なくとも５面の各々に対向配置され、互いに絶縁された少なくとも５枚の導電性電極と、
各電極ごとの電圧を検出する電圧センサと、
からなる三次元電界センサ装置。
【請求項２】
電圧センサからの検出結果を各電極について比較する比較演算部と、
比較演算部での比較結果に基づいて電界ベクトルを演算するベクトル演算部と、
をさらに有する請求項１に記載の三次元電界センサ装置。
【請求項３】
電圧センサは筺体内部に配置される請求項１または２に記載の三次元電界センサ装置。
【請求項４】
比較演算部とベクトル演算部も筺体内部に配置される請求項３に記載の三次元電界センサ装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一に記載の三次元電界センサ装置と、さらに
それぞれの中心を一致させるとともにそれぞれの軸が相互に直交するように三組のコイルを組み合わせて構成された複合コイル部と、
外来電磁波によってコイルに生じる起電力を各コイルごとに検知する検知部と、
検知部にて検知した各コイルの起電力に応じて電磁波発生源の方位を計算する第一方位計算部とを有するアンテナ装置と、
からなる電磁界発生源探知システム。
【請求項６】
金属球と、この金属球面に離隔して配置される分割金属性球面であって、経方向にほぼ等分割し、分割されたそれぞれの曲面に、互いに絶縁された導電性電極と各電極ごとの電圧を検出する電圧センサを有する三次元電界センサ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間上任意の場所にて発生した電界を検知し、その電界発生源を特定するためのセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
既存の電界センサを用いて電界の発生源の位置方向を特定するためには、電界センサを複数組み合わせて電界の検出を行うか、電界センサの向きを変えて幾度も測定を行うなどの必要がある。したがって、既存の電界センサを用いて電界の発生源の位置方向を特定する際に、操作に手間がかかる。また、これらの手段により電界の発生源の位置方向の特定を行ったとしても、必ずしも電界センサの感知方向が正確に電界の発生源の位置方向を向くとは限らず、正確な電界の発生源の位置方向を特定することは難しいと考えられる。
【０００３】
特許文献１に係る発明は、互いに直交する軸方向に配列された静電容量センサにより、前記静電容量センサの置かれた場所に生じている電界の複数のベクトル成分を検出することができる。
【特許文献１】特表２００７−５０８５４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１にかかる電界センサは、自身の電界検出部位が球状や円筒状などの形状をとり、またその電界検出部位は、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向に対して均等に配置されていない。したがって、特許文献１にかかる電界センサでは、測定対象である電界の、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向の成分を、それぞれ独立に測定することはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、第一の発明として、立方体状で接地電極に接続可能な金属製筺体と、金属製筺体の少なくとも５面の各々に対向配置され、互いに絶縁された少なくとも５枚の導電性電極と、  前記筺体の内部もしくは外部に設置され各電極ごとの電圧を検出する電圧センサと、からなる三次元電界センサ装置を提供する。
【０００６】
また、第二の発明として、電圧センサからの検出結果を各電極について比較する比較演算部と、比較演算部での比較結果に基づいて電界ベクトルを演算するベクトル演算部と、を、前記筺体の内部もしくは外部にさらに有する、第一の発明に記載の三次元電界センサ装置を提供する。
【０００７】
また、第三の発明として、第一もしくは第二の発明に記載の三次元電界センサ装置と、さらにそれぞれの中心を一致させるとともにそれぞれの軸が相互に直交するように三組のコイルを組み合わせて構成された複合コイル部と、外来電磁波によってコイルに生じる起電力を各コイルごとに検知する検知部と、検知部にて検知した各コイルの起電力に応じて電磁波発生源の方位を計算する第一方位計算部とを有するアンテナ装置と、からなる電磁界発生源探知システムを提供する。
【０００８】
また、第四の発明として、第一から第三の発明に係る金属製筺体および導電性電極にかわり、金属球と、この金属球面に離隔して配置される分割金属性球面であって、経方向にほぼ等分割し、分割されたそれぞれの曲面に、互いに絶縁された導電性電極と各電極ごとの電圧を検出する電圧センサを有する三次元電界センサを提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本件発明の三次元電界センサにより、測定対象である電界の、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向の成分を、それぞれ独立に検出することができる。
【００１０】
また、本件発明の三次元電界センサにおいては、電界検出部位を、立方体状の金属製筺体各面に導電性電極を設置するだけで構成できる。したがって、簡易な構成であり、かつ、安価な三次元電界センサが実現する。また、検出した電界の強度や位置方向を演算する装置などを前記筺体内部に格納し、データ表示用のノートパソコンなどと組み合わせて用いることで、持ち運び可能な三次元電界センサ装置が実現する。
【００１１】
また、本件発明の三次元電界センサを、他の電磁波検出装置などと組み合わせて使うことにより、各センサおよび各検出装置が検出した信号の状態から検出対象となる電界の発生原因を特定することなどか可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる様態で実施しうる。なお、以下の実施形態と請求項の関係は次の通りである。
実施形態１は、主に請求項１、および、２について説明する。
実施形態２は、主に請求項３、および、４について説明する。
実施形態３は、主に請求項５について説明する。
実施形態４は、主に請求項６について説明する。
＜＜実施形態１＞＞
＜実施形態１の概要＞
【００１３】
本実施形態は、測定対象である電界の、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向の成分を、それぞれ独立に検出する三次元電界センサ装置に関するものである。
＜実施形態１の機能的構成＞
【００１４】
図３は、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例を示す図である。図３に示すように、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置（０３０１）は、金属製筺体および導電性電極（０３０２）と、電圧センサ（０３０３）と、比較演算部（０３０４）と、ベクトル演算部（０３０５）と、からなる。
【００１５】
（金属製筺体についての説明）金属製筺体は、立方体状で接地電極に接続可能なものである。図１は、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置の構成の一例を示すものである。図１において、金属製筺体は、金属製の板を片仮名の「コ」の形状に折り曲げ、前記折り曲げることでできる各角を直角にし、かつ、前記折り曲げられることでできる各面が互いに同じ大きさの正方形を形成するようにしたもの（０１０１）（０１０２）を二つ、互いを立方体になるよう組み合わせることで、構成される。この金属製筺体底面部からはケーブルが延びていて、接地電極に接続している（０１０９）。
【００１６】
なお、図１に示す金属製筺体は、本実施形態に係る金属製筺体の構成の一例に過ぎない。前記金属製筺体は、その形状が立方体で、接地電極に接続可能なものであれば、いかなる構成をとってもかまわない。
【００１７】
また、前記金属製筺体の材質については、導電性であり、また、検出する電界に影響を及ぼさない限りで、いかなる材質のものを用いてもかまわない。一例として、銅板の表面にクロムをメッキしたものが好ましい。
【００１８】
（導電性電極についての説明）導電性電極は、金属製筺体の少なくとも５面の各々に対向配置され、互いに絶縁されている。図１において、各導電性電極（０１０３）は、金属製筺体の各面とほぼ同じ大きさの正方形状の板からなる。各導電性電極（０１０３）の裏面にはケーブル（０１０５）が接続されていて、そのケーブル（０１０５）は金属製筺体に設けられた穴（０１０４）を通じて、金属製筺体の底面に設けられたコネクタ（０１０６）に接続している。なお、前記穴（０１０４）とケーブル（０１０５）とは、相互に絶縁されている。
【００１９】
図３の、三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例に示すように、金属製筺体の各面に絶縁材料で固定された各導電性電極（０３０２）は、電界を検知した際に自身に生じる電位の変化（０３０６）を、自身の裏面に接続されたケーブル（０１０５）を通して電圧センサ（０３０３）に伝える。
【００２０】
本実施形態にかかる三次元電界センサ装置により電界を検出する際、電界発生源と各導電性電極との間、および、各導電性電極と金属製筺体の各面との間には、それぞれコンデンサが形成される。したがって、金属製筺体を零電位として、電界発生源と各導電性電極との間、および、各導電性電極と金属製筺体の各面との間には電位差が生じ、前記零電位に対する各導電性電極の電位は変化する。
【００２１】
図２は、金属製筺体と、導電性電極との固定方法の一例を示すものである。図２（ａ）（ｂ）に示すように、金属製筺体の各面と、各導電性電極（０２０１）とを固定する際には、前記各導電性電極（０２０１）の外周部全体に絶縁材料製のスペーサー（０２０２）を設け、前記スペーサー（０２０２）と前記筺体の各面とを固定することで、前記筺体と前記導電性電極との間に埃やゴミが入らないようにするのが好ましい。また、図２（ｂ）のように、導電性電極（０２０３）とほぼ同じ形状、大きさの絶縁板（０２０４）を用いて、導電性電極（０２０３）の全面を金属製筺体に固定してもかまわない。その他、金属製筺体と導電性電極とが電気的に接続しない限り、金属製筺体と、導電性電極との固定方法については、様々な様態をとることができる。なお、前記絶縁板（０２０４）の材質については、比誘電率の低いものが好ましい。これは、導電性電極と金属製筺体との間に生じる電位差を大きくすることで、電界センサの感度を上げるためである。また、金属製筺体と導電性電極との間隔については、導電性電極と金属製筺体との間に生じる電位差を小さくするために、ある程度大きくする必要がある。ただし、前記間隔を大きくしすぎることにより、各導電性電極が自身の裏面からも電界を感知してしまう。この点を加味すると、前記間隔を大きくしすぎない必要がある。例えば、金属製筺体の各辺の長さが１５ｃｍである場合、前記間隔は５ｍｍ程度が好ましい。
【００２２】
なお、図１に示す三次元電界センサ装置は、金属製筺体の底面側に導電性電極が配置されていない構成をとっている。しかし、本実施形態にかかる金属製筺体においては、必要に応じて、その底面に導電性電極を配置することができる。
【００２３】
（電圧センサについての説明）電圧センサは、各導電性電極ごとの電圧を検出する。ここでいう電圧とは、各導電性電極と電界発生源との間に生ずる電圧、すなわち、前記金属製筺体を零電位とした時の各導電性電極と電界発生源との電位差のことである。図３の、三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例に示すように、電圧センサ（０３０３）は、各導電性電極の電位の変化を検知し、各導電性電極ごとの電圧信号（０３０７）を生成し、比較演算部（０３０４）に伝達する。
【００２４】
電圧センサは、金属製筺体の底面に設けられたコネクタ（０１０６）から延長されたケーブルを通じて伝達される各導電性電極の電位の変化を検出する。なお、図１において、電圧センサ（０１０７）は、金属製筺体の外部に配置されているが、前記筺体の内部に格納する構成をとってもかまわない。
【００２５】
なお、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置の電圧センサを、電流センサに代えて用いることもある。
【００２６】
（比較演算部についての説明）比較演算部は、電圧センサからの検出結果を各電極について比較する。電圧センサからの検出結果とは、電界検出の際に生じる、各導電性電極の電位の変化のことである。図３の、三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例に示すように、比較演算部（０３０４）は、各導電性電極ごとの電圧信号（０３０７）をもとに、比較演算後の電圧データ（０３０８）を生成し、ベクトル演算部（０３０５）へと伝達する。
【００２７】
比較演算部においては、図４（ａ）、（ｂ）に例示するような演算処理により比較演算後の電圧データを生成する。たとえば、図４に示すように、たがいに直交する３つの軸であるｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の交点を原点（０４０１）とする三次元直交座標系において、金属製筺体（０４０３）は、自身の中心が原点（０４０１）の位置と一致し、前記筺体の各面は前記各軸とそれぞれ直交するように配置されている。ここで、点Ｐ（０４０２）において電界が発生し、ｘ軸のプラス方向からＥｘ１（０４０４），ｘ軸のマイナス方向からＥｘ２（０４０５），ｙ軸のプラス方向からＥｙ１（０４０６），ｙ軸のマイナス方向からＥｙ２（０４０７），ｚ軸のプラス方向からＥｚ（０４０８），の電界成分を前記筺体の各面上に配置された各導電性電極が受けた場合について述べる。各軸のプラス方向およびマイナス方向からの電界成分（０４０９）について、まず、ｘ軸のプラス方向からの成分からマイナス方向からの成分を引いた値、すなわち、ｘ軸方向の合計電界成分を算出する。ここでは、ｘ軸のプラス方向成分はＥｘ１、マイナス方向成分はＥｘ２であるので、ｘ軸方向の合計電界成分はＥｘ１−Ｅｘ２となる。同様の方法で、ｙ軸方向の合計電界成分についても算出する。ここでは、ｙ軸のプラス方向成分はＥｙ１、マイナス方向成分はＥｙ２であるので、ｙ軸方向の合計電界成分はＥｙ１−Ｅｙ２となる。ｚ軸方向に関しては、そのままＥｚをｚ軸方向の合計電界成分とする。このようにして算出した各軸方向ごとの合計電界成分の値を、自身をベクトルとした場合のそのベクトルの大きさで割り（０４１０）、各軸方向ごとの電圧比ＥＸ、ＥＹ、ＥＺ（０４１１）とする。前記電圧比の値に関するデータが比較演算後の電圧データである。なお、上記演算処理においては、本実施形態に係る三次元電界センサ装置の電界検出部位がｚ軸のマイナス方向からの電界を感知しない構成（図１に示すような構成）をとることを想定している。しかし、本実施形態に係る三次元電界センサ装置の電界検出部位は、ｚ軸のマイナス方向からの電界を感知する構成をとることもできる。したがって、そのような構成をとる三次元電界センサ装置は、自身の比較演算部において上記と同様の演算処理を行う際に、ｚ軸のマイナス方向からの電界成分についても加味して演算をおこなう。また、上記演算処理においては、ｘ軸、ｙ軸のプラス方向からの成分とマイナス方向からの成分との差電圧の値を前記各軸方向の合計電界成分とする構成をとっている（たとえば、ｘ軸方向の合計電界成分はＥｘ１−Ｅｘ２）が、必ずしもこの構成をとる必要はない。たとえば、前記各軸方向の合計電界成分については、前記各軸のプラス方向からの成分とマイナス方向からの成分のうちいずれか一成分を前記各軸方向ごとの合計電界成分としてもかまわない。
【００２８】
（ベクトル演算部についての説明）ベクトル演算部は、比較演算部での比較結果に基づいて電界ベクトルを演算する。比較結果とは、図４にて説明したＥＸ、ＥＹ、ＥＺ（０４１１）の値のことである。図３の、三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例に示すように、ベクトル演算部（０３０５）は、比較演算後の電圧データ（０３０８）をもとに、電界発生源方位ベクトルデータ（０３０９）を生成する。
【００２９】
図４（ｃ）は、ベクトル演算部において電界発生源方位ベクトルデータを生成する際に行われる演算処理の仕方を例示するものである。一般に、任意の三次元直交座標系における、大きさ１を持つベクトル（ｓ，ｔ，ｕ）は、自身と前記座標系のｘｚ平面とがなす角θ`と、自身とｘｙ平面とがなす角φ`と、を用いて、（ｃｏｓφ`ｃｏｓθ`，ｃｏｓφ`ｓｉｎθ`，ｓｉｎφ`）と表すことができる（０４１３）。この仕組みを用いて、比較演算後の電圧データにおけるＥＸ、ＥＹ、ＥＺ（０４１２）の値を、図４（ａ）においてベクトルＯＰとｘｚ平面とがなす角θと、ベクトルＯＰとｘｙ平面とがなす角φと、に変換する。このようにして求められたφ、θ（０４１４）の値に関するデータが、電界発生源方位ベクトルデータである。
＜実施形態１のハードウエア的構成＞
【００３０】
図１において、比較演算部およびベクトル演算部は、コンピュータ（０１０８）、および、前記コンピュータ中の記憶装置に記憶されているプログラムなどにより構成される。図５は、本実施形態に係る比較演算部およびベクトル演算部を実現するためのデータが、ＣＰＵ（０５０１）、ＨＤＤ（０５０２）、メインメモリ（０５０３）、Ｉ／Ｏ（０５０４）などからなる計算機に、どのように格納されているかを示すものである。この図にあるように、メインメモリには比較演算プログラム（０５０６）、ベクトル演算プログラム（０５０８）が展開される。そして、比較演算部における演算処理は、比較演算プログラム（０５０６）により行われ、ベクトル演算部における演算処理は、ベクトル演算プログラム（０５０８）により行われる。比較演算プログラム（０５０６）は、電界センサからＩ／Ｏ（０５０４）を介して送られてきた各導電性電極ごとの電圧信号（０５０５）に基づいて演算を行い、比較演算後の電圧データ（０５０７）を生成し、メインメモリに格納する。次に、メインメモリに格納された比較演算後の電圧データ（０５０７）を用いて、メインメモリに展開されているベクトル演算プログラム（０５０８）が演算を行い、電界発生源方位ベクトルデータ（０５０９）を生成し、メインメモリへ格納する。
＜実施形態１の処理の流れ＞
【００３１】
図６は、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置における処理の流れを示す図である。図６に示すように、前記処理は電界検出ステップ（Ｓ０６０１）、比較演算ステップ（Ｓ０６０２）、ベクトル演算ステップ（Ｓ０６０３）の三段階のステップからなる。
【００３２】
まず、電界検出ステップ（Ｓ０６０１）において、立方体状で接地電極に接続可能な金属製筺体と、金属製筺体の少なくとも５面の各々に対向配置され、互いに絶縁された少なくとも５枚の導電性電極と、各電極ごとの電圧を検出する電圧センサと、を用いて、電界の検出を行う。
【００３３】
次に、比較演算ステップ（Ｓ０６０２）において、電圧センサからの検出結果を各電極について比較する。
【００３４】
次に、ベクトル演算ステップ（Ｓ０６０３）において、比較演算部での比較結果に基づいて電界ベクトルを演算する。
＜実施形態１の効果＞
【００３５】
本実施形態に係る三次元電界センサ装置により、測定対象である電界の、三次元空間状においてたがいに直交する３つの軸方向の成分を、それぞれ独立に検出することができる。また、前記三次元電界センサ装置は、簡易な構成、かつ、安価で実現できる。
＜＜実施形態２＞＞
＜実施形態２の機能的構成＞
【００３６】
本実施形態の機能的構成は、基本的には実施形態１と同じである。ただし、本実施形態の三次元電界センサ装置にかかる電圧センサと、比較演算部およびベクトル演算部と、のうち少なくともいずれか一つは筺体内部に配置される点で異なる。また、比較演算部およびベクトル演算部については、小型コンピュータ、および、前記小型コンピュータの記憶装置内に記憶されているプログラムなどにより構成される。
【００３７】
図７は、実施形態２に係る三次元電界センサ装置の構成例を示すものである。図７に示すように、電圧センサ（０７０３）と、比較演算部およびベクトル演算部を構成する超小型コンピュータ（０７０４）は、金属製筺体（０７０１）（０７０２）の中に配置される。そして、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置により生成される電界発生源方位ベクトルデータの出力のみ、前記金属製筺体の外部に設置されたノートパソコン（０７０５）においてなされる。なお、上記金属製筺体（０７０１）（０７０２）と、上記電圧センサ（０７０３）および上記小型コンピュータ（０７０４）と、については、相互に絶縁されていて、また互いが別途独立に接地電極（０７０６〜０７０８）と接続している。また、前記小型コンピュータ（０７０４）から金属製筺体外への出力はデジタル信号により行われることが好ましい。また、前記小型コンピュータ（０７０４）については、本実施形態にかかる三次元電界センサ装置の測定結果や演算結果を記憶する部位を備えていることが好ましい。これは、前記部位に記憶されている情報を取り出し、利用するためである。
＜実施形態２の効果＞
【００３８】
本件発明に係る三次元電界センサ装置が、本実施形態のような構成をとることにより、電圧センサ（０７０３）と比較演算部およびベクトル演算部とを結ぶケーブルに対する外来ノイズを抑えることができる。したがって、本実施形態により、より正確な電界の検出が可能となる。また、本実施形態に係る三次元電界センサ装置を、データ表示用のノートパソコンなどと組み合わせて用いるなどすることで、持ち運び可能な三次元電界センサ装置が実現する。
＜＜実施形態３＞＞
＜実施形態３の概要＞
【００３９】
本実施形態は、実施形態１あるいは２に記載の三次元電界センサ装置と、電磁波を検出するためのアンテナ装置と、により電界と電磁波を同時に検出する電磁界発生源探知システムについてのものである。
＜実施形態３の機能的構成＞
【００４０】
本実施形態にかかる電磁界発生源探知システムは、実施形態１もしくは２に記載の三次元電界センサ装置と、複合コイル部および検知部および第一方位計算部からなるアンテナ装置と、からなる。なお、前記三次元電界センサ装置については、実施形態１もしくは２に記載の三次元電界センサ装置と構成がほぼ同じであるので、説明は省略する。
【００４１】
（アンテナ装置に係る複合コイル部についての説明）複合コイル部は、それぞれの中心を一致させるとともにそれぞれの軸が相互に直交するように三組のコイルを組み合わせて構成されたものである。図８は、本実施形態にかかる複合コイル部を説明するものである。図８に示すように、それぞれの中心を一致させるとともにそれぞれの軸が相互に直交するように構成された３つの円形の各コイル（０８０１）、（０８０２）、（０８０３）は、電磁波発生源（０８０４）からの電磁波（０８０５）を受け、それぞれ起電力を生じる。その起電力は検知部へと伝達される。
【００４２】
各コイル（０８０１）、（０８０２）、（０８０３）に生じる起電力は、電磁波の発生位置と複合コイル部との相対的位置関係によりそれぞれ異なる。たとえば、図９に示すように、コイルＡ（０９０１）、コイルＢ（０９０２）、コイルＣ（０９０３）の軸方向がそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向を向いている場合について述べる。各コイル（０９０１）（０９０２）（０９０３）が感知する電磁波の強度は、電磁波の絶対強度Ｉ（０９０４）の各コイル軸方向に対する射影量で表される。図９において、コイル外部からの電磁波の絶対強度はＩ（０９０４）であり、前記電磁波の進行方向はｘｚ平面に対し角度θ、ｘｙ平面に対し角度φをなす。コイルＡ（０９０１）の軸方向はｙ軸方向であるので、コイルＡ（０９０１）が感知するコイル外部からの電磁波の強度は、電磁波の絶対強度（具体的にはｘｙｚ空間における単位時間当たりの磁束の変化量）Ｉ（０９０４）のｙ軸方向に対する射影量であるＩｓｉｎθｃｏｓφ（０９０５）となる。同様に、コイルＢ（０９０２）の軸方向はｘ軸方向であるので、コイルＢ（０９０２）が感知するコイル外部からの電磁波の強度は、電磁波の絶対強度Ｉ（０９０４）のｘ軸方向に対する射影量であるＩｃｏｓθｃｏｓφ（０９０６）となる。同様に、コイルＣ（０９０３）の軸方向はｚ軸方向であるので、コイルＣ（０９０３）が感知するコイル外部からの電磁波の強度は、電磁波の絶対強度Ｉ（０９０４）のｚ軸方向に対する射影量であるＩｓｉｎφ（０９０７）となる。
【００４３】
各コイルが生成する起電力の大きさは、上記各コイルが感知するコイル外部からの電磁波の強度に比例する。すなわち、コイルＡ（０９０１）、コイルＢ（０９０２）、コイルＣ（０９０３）が生成する起電力の大きさはそれぞれＩｓｉｎθｃｏｓφ、Ｉｃｏｓθｃｏｓφ、Ｉｓｉｎφに比例するということになる。そして、測定により得られた、各コイルに生じた起電力の大きさと、前文に記述した関係を用いて角度θ、φを算出することで、電磁波の発生位置と複合コイル部との相対的位置関係を知ることができる。
【００４４】
コイルの種類については、それぞれの中心を一致させるとともにそれぞれの軸が相互に直交するように構成するにあたり差し支えのない限り、ソレノイドコイルや平面コイルなど、多重コイル以外のものを用いてもかまわない。なお、各コイル（０８０１）、（０８０２）、（０８０３）のインピーダンスはそれぞれ同一であるのが好ましい。検知部において各コイルの感知した電磁波強度を計算する際に、各コイルのインピーダンスの違いを加味する必要を回避するためである。また、各コイルの面積についてもそれぞれ同一であるのが好ましい。検知部において各コイルの感知した電磁波強度を計算する際に、各コイルの面積の違いを加味する必要を回避するためである。なお、単に導線とその導線を絶縁する塩化ビニル製チューブを多重巻きにして作られたコイルを用いる場合のように、各コイルの形状を維持する必要がある場合、コイル組み立て体のような、コイルの固定具を用いる。また、各コイルについては、コイルの巻き数を複数回巻くことにより巻数に比例した出力を得ることができる。これによりアンテナ装置の高感度化を図ることができる。
【００４５】
（アンテナ装置に係る検知部についての説明）検知部は、外来電磁波によってコイルに生じる起電力を各コイルごとに検知する。
【００４６】
検知部については、検知した起電力を、コンピュータなどの演算処理装置で処理できるよう変換する装置を用いる。たとえば、検知した起電力をもとに、コンピュータなどの演算処理装置で外部からの電磁波の強度や発生源を割り出す場合、検知した起電力をデジタル化するためにＡ／Ｄボードを用いる。
【００４７】
（アンテナ装置に係る第一方位計算部についての説明）第一方位計算部は、検知部にて検知した各コイルの起電力に応じて電磁波発生源の方位を計算する。
【００４８】
第一方位計算部においては、電磁波の発生源の方向の特定に関する演算処理を、図９および段落００４１にて説明した、各コイルに生じた起電力の大きさと角度θ、φとの関係式に、測定によって得られた各コイルに生じた起電力の大きさの値を代入し、角度θ、φを求めることで行う。
＜実施形態３の具体的使用例＞
【００４９】
図１０に示すのは、本実施形態にかかる電磁界発生源探知システムを用いた部分放電探知装置の全貌である。本装置は、金属製筺体および前記筺体の底面を除く各面に配置された導電性電極（１００６）と、電圧センサ（１００７）と、複合コイル部（１００９）と、検知部であるＡ／ＤボードＡ（１０１０）と、比較演算部（１０１４）およびベクトル演算部（１０１５）および第一方位計算部（１０１６）として機能するコンピュータ（１００８）と、発電所などに設置されている変圧器（１００１）において部分放電が発生していない側の電流線（１０１３）を流れる電流の電圧の変化をデジタル変換するＡ／ＤボードＢ（１０１１）と、からなる。また、前記コンピュータはさらに、電界センサが検知した電位の変化、および、複合コイル部が検知した起電力が、変圧器内で起こった部分放電によるものであるか否かを判断する信号判別部（１０１７）としても機能する。
【００５０】
高圧電流の流れる導電体、たとえば高圧電線や、発電所内の変圧器と接続しているブッシングの内部を走る電線などは、その内部に高圧の電流が流れているため、自身が絶縁体により包まれていても、自身の周囲に電界や電磁波を放射することがある。ここで、発電所などに設置されている変圧器（１００１）内において、絶縁破壊（１００２）由来の部分放電が生じると、部分放電の発生している側の電流線（１０１２）には異常電流が走る。この異常電流は、変圧器に接続しているブッシング（１００３）の内部を走る電線を通過するときに、異常な変異を伴った電界（１００４）および電磁波（１００５）を、ブッシングの周囲に発生させる。
【００５１】
（本具体的使用例における三次元電界センサ装置の動作の説明）本部分放電探知装置においては、まず、前記異常な変異を伴った電界（１００４）を金属製筺体の底面を除く各面に配置された各導電性電極（１００６）が検知し、前記各導電性電極の電位が変化する。この各電位の変化は、電圧センサ（１００７）に伝達される。電圧センサ（１００７）は、この各電位の変化をもとに、各導電性電極ごとの電圧信号を生成する。前記電圧信号は、コンピュータ（１００８）に伝達される。また、前記電界（１００４）の検出と同時に、変圧器（１００１）において部分放電が発生していない側の電流線（１０１３）を流れる電流の電圧の変化を、デジタル変換するＡ／ＤボードＢ（１０１１）が参照信号に変換する。前記参照信号は、コンピュータ（１００８）に伝達される。
【００５２】
図１１は、本具体的使用例の、比較演算部およびベクトル演算部および第一方位計算部および信号判別部が、ＣＰＵ（１１０１）、ＨＤＤ（１１０２）、メインメモリ（１１０３）、Ｉ／Ｏ（１１０４）などからなるコンピュータにおいて、どのように機能するかを示すものである。まず、メインメモリ（１１０３）には、比較演算部の機能を果たす比較演算プログラム（１１０７）、ベクトル演算部の機能を果たすベクトル演算プログラム（１１０９）、第一方位計算部の機能を果たす第一方位計算プログラム（１１１２）、信号判別部の機能を果たす信号判別プログラム（１１１４）が展開される。比較演算プログラム（１１０７）は、電界センサからＩ／Ｏ（１１０４）を介して送られてきた各導電性電極ごとの電圧信号（１１０５）、および、デジタル変換するＡ／ＤボードＢからＩ／Ｏ（１１０４）を介して送られてきた参照信号（１１０６）に基づいて演算を行い、比較演算後の電圧データ（１１０８）を生成し、メインメモリに格納する。次に、メインメモリに格納された比較演算後の電圧データ（１１０８）を用いて、メインメモリに展開されているベクトル演算プログラム（１１０９）が演算を行い、電界発生源方位ベクトルデータ（１１１０）を生成し、メインメモリへ格納する。
【００５３】
本具体的使用例において、比較演算プログラム（１１０７）は、比較演算後の電圧データ（１１０８）を生成する際に、参照信号（１１０６）と各導電性電極ごとの電圧信号（１１０５）との周期性を比較し、前記電圧信号の中の有意な差のみを取り出し、実施形態１および２に記載の各軸ごとの電圧比の算出処理の元となるデータとする。その様子を、図１２の（１）に示す。図１２（１ａ）において、比較演算プログラム（１１０７）は、まず、参照信号（１２０１）と前記電圧信号の各軸方向の成分（１２０２）とを同じ時間軸上で比較する。ここで、前記各軸方向の成分（１２０２）上に、参照信号（１２０１）の周期と同じ周期を持つ複数のピーク（１２０３〜１２０５）があれば、図１２（１ｂ）に示すように前記複数のピークのみを取り出す（１２０６〜１２０８）。そして、各軸方向成分ごと、前記複数のピークの強度の平均値を算出する（１２０９）。この平均値を、実施形態１および２に係る比較演算部の演算処理と同じ演算処理の対象とする。なお、図１２（１）においては、各軸成分ごと３つのピークについての平均値を算出する様子を描いたが、対象となるピークの数は、３つよりも多くとも少なくともよい。
【００５４】
また、本具体的使用例における比較演算後の電圧データ（１１０８）および電界発生源方位ベクトルデータ（１１１０）は、前記各軸ごとの電圧比ＥＸ、ＥＹ、ＥＺ（０４１１）の値や、φ、θ（０４１４）の値についての情報のみならず、前記ピークの周期についての情報も保持する。
【００５５】
（本具体的使用例におけるアンテナ装置の動作の説明）本具体的使用例にかかる部分放電探知装置は、上述した方法により電界（１００４）を検出するのと同時に、以下に説明する方法により電磁波（１００５）の検出も行う。まず、複合コイル部が、前記異常な変異を伴った電磁波（１００４）を複合コイル部（１００９）が検知し、起電力を生じる。この起電力は、検知部であるＡ／ＤボードＡ（１０１０）に伝達される。Ａ／ＤボードＡ（１０１０）は、この起電力を、デジタル信号である起電力信号に変換する。前記起電力信号は、コンピュータ（１００８）に伝達される。
【００５６】
図１１において、第一方位計算プログラム（１１１２）は、Ａ／ＤボードＡからＩ／Ｏ（１１０４）を介して送られてきた起電力信号（１１１１）、および、デジタル変換するＡ／ＤボードＢからＩ／Ｏ（１１０４）を介して送られてきた参照信号（１１０６）に基づいて演算を行い、磁界の発生源方位および起電力の強度に関するデータ（１１１３）を生成し、メインメモリに格納する。
【００５７】
本具体的使用例において、第一方位計算プログラム（１１１２）は、磁界の発生源方位および起電力の強度に関するデータ（１１１３）を生成する際に、参照信号（１１０６）と起電力信号（１１１１）との周期性を比較し、前記電圧信号の中の有意な差のみを取り出したうえで、実施形態１および２に係る比較演算部の演算処理と同じ演算処理の対象とする。その様子を、図１２の（２）に示す。図１２（２ａ）において、第一方位計算プログラム（１１１２）は、まず、参照信号（１２１０）と前記起電力信号の各軸方向の成分（１２１１）とを同じ時間軸上で比較する。ここで、前記各軸方向の成分（１２１１）上に、参照信号（１２１０）の周期と同じ周期を持つ複数のピーク（１２１２〜１２１４）があれば、図１２（２ｂ）に示すように前記複数のピークのみを取り出す（１２１５〜１２１７）。そして、各軸方向成分ごと、前記複数のピークの強度の平均値を算出する（１２１８）。この平均値を、前記電磁波の発生源の方向の特定に関する演算処理の対象とする。なお、図１２（２）においては、各軸成分ごと３つのピークについての平均値を算出する様子を描いたが、対象となるピークの数は、３つよりも多くとも少なくともよい。
【００５８】
また、本具体的使用例における磁界の発生源方位および起電力の強度に関するデータ（１１１３）は、図９、および、段落００４１に記載の角度θ、φの値についての情報のみならず、前記ピークの周期についての情報も保持する。
【００５９】
（本具体的実施例における信号判別部の説明）信号判別部（１０１７）は、電界センサが検知した電位の変化、および、複合コイル部が検知した起電力が、変圧器内で起こった部分放電によるものであるか否かを判断する。前記判断は、異常な変異を伴った電界（１００４）および電磁波（１００５）の発生源が同じであるか否か、により行う。前記発生源が同じである場合、その異常な変異を伴った電界（１００４）および電磁波（１００５）は、部分放電に起因して発生したものである、ということになる。逆に、前記発生源が同じでない場合、その異常な変異を伴った電界（１００４）および電磁波（１００５）は、部分放電に起因して発生したものではなく、別の理由により発生したものである、ということになる。
【００６０】
図１１において、信号判別プログラム（１１１４）は、電界発生源方位ベクトルデータ（１１１０）と、磁界の発生源方位および起電力の強度に関するデータ（１１１３）とをもとに、異常な変異を伴った電界（１００４）および電磁波（１００５）が部分放電に起因して発生したものであるか否かをしめす判別結果データ（１１１５）を生成し、メインメモリに格納する。
【００６１】
（本具体的実施例における処理の流れ）図１３に、本具体的実施例における処理の流れを示す。まず、異常な変異を伴った電界を検知させることで、各導電性電極が自身の電位の変化を検知する。（Ｓ１３０１）。次に、電圧センサが、各導電性電極ごとの電圧信号を生成する（Ｓ１３０２）。ここで、比較演算部は、参照信号の周期と、前記電圧信号の各ピークの出現周期とが同じであるか否か判断する（Ｓ１３０３）。同じである場合、比較演算部は前記各軸ごとの電圧比についての情報と前記電圧信号中の各ピークの出現周期についての情報とを含む比較演算後の電圧データを生成する（Ｓ１３０４）。次に、ベクトル演算部は、電界発生源の方位についての情報と前記各ピークの出現周期についての情報とを含む、電界発生源方位ベクトルデータを生成する（Ｓ１３０５）。次に、異常な変異を伴った電磁波を検知することで、複合コイル部が起電力を生成する。（Ｓ１３０６）。次に、検知部が、前記起電力を起電力信号に変換する。ここで、第一方位計算部が、参照信号の周期と、前記起電力信号の各ピークの出現周期とが同じであるか否か判断する（Ｓ１３０７）。同じである場合、第一方位計算部が、磁界の発生源の方位および磁界により各コイルごとに発生した起電力の強度についての情報と、前記起電力信号の方位についての情報と前記各ピークの出現周期についての情報と、を含む磁界の発生源方位および起電力の強度に関するデータを生成する（Ｓ１３０８）。そして、信号判別部が、電界センサが検知した電位の変化、および、複合コイル部が検知した起電力が、変圧器内で起こった部分放電に起因して生じたものであるか否かを判断する（Ｓ１３０９）。
＜実施形態３の効果＞
【００６２】
本実施形態により、各センサおよび検出装置が検出した信号の状態から検出対象となる電界の発生原因を特定することなどか可能となる。
＜＜実施形態４＞＞
＜実施形態４の概要＞
【００６３】
本実施形態は、球状の電界検出部位を持つ三次元電界センサに関するものである。
＜実施形態４の機能的構成＞
【００６４】
本実施形態に係る三次元電界センサは、金属球と、導電性電極と、電圧センサと、からなる。図１４に、本実施形態にかかる三次元電界センサの構成例を示す。
【００６５】
（金属球についての説明）図１４においては、金属球は、ふたつの同じ形の金属製の半球殻（１４０１）（１４０２）を組み合わせたものにより構成されている。これは、前記金属球の中に、電圧センサ（１４０６）や、電圧センサからの信号を処理する小型コンピュータ（１４０７）などを格納できるようにするためである。また、前記半球殻の片方には、導電性電極（１４０３）の電位の変化を伝達するケーブル（１４０４）を通すための穴（１４０５）が開けられている。なお、この金属球の材質は、実施形態１に記載の金属製筺体の材質と同様である。また、本実施形態に係る金属球の構成は、図１４に示すような、ふたつの同じ形の金属製の半球殻（１４０１）（１４０２）を組み合わせたものに限定されるものではない。
【００６６】
（導電性電極についての説明）導電性電極は、前記金属球の球面に離隔して配置される分割金属性球面である。前記分割金属製球面は、金属製球面の球殻を経方向にほぼ等分割したものである。また、分割されたそれぞれの曲面は互いに絶縁されている。図１４においては、導電性電極（１４０３）は、球殻を経方向に六等分割したものからなるが、本実施形態にかかる導電性電極は、必ずしも球殻を経方向に六等分割したものに限らない。前記球殻については、１２等分割のものや３等分割のものなど、より多く等分割したものやより少なく等分割したものを用いてもかまわない。また、前記分割の方向についても経方向に限定されず、経方向とともにまたは単独に緯方向に複数等分割されたものを用いてもかまわない。なお、この導電性電極の材質は、実施形態１に記載の導電性電極の材質と同様である。各導電性電極は、その裏面にケーブル（１４０４）が接続されてる。前記ケーブル（１４０４）は前記穴（１４０５）を経由して、前記金属球内部へと延長されている。なお、本実施形態にかかる導電性電極と、前記金属球との固定方法については、実施形態１と同様に、絶縁材料製のスペーサーを導電性電極の外周部全体に設けて、前記スペーサーと金属球とを固定するのが好ましい。また、導電性電極（１４０３）とほぼ同じ形状、大きさの絶縁板を用いて、導電性電極（１４０３）の全面を前記金属球に固定してもかまわない。その他、実施形態１と同様に、金属球と導電性電極（１４０３）とが相互に絶縁されている限り、金属球と、導電性電極との固定方法については、様々な様態をとることができる。また、前記絶縁板の材質については、実施形態１同様に、比誘電率の高いものが好ましい。
【００６７】
（電圧センサについての説明）電圧センサは、前記各導電性電極ごとの電圧を検出する。図１４においては、電圧センサ（１４０６）が、自身が生成した信号を演算処理する小型コンピュータ（１４０７）とともに金属球の中に格納され、前記小型コンピュータが演算した結果を、前記金属球の外部に設置されたコンピュータ（１４０８）で表示する構成をとっているが、必ずしもこのような構成をとる必要はない。電圧センサは金属球の外部に配置されてもよい。また、前記小型コンピュータは、本実施形態における必須の構成要件ではない。電圧センサが生成した信号を前記小型コンピュータ以外のもので演算処理してもよい。また、電圧センサが生成した信号の演算処理と、その処理結果を表示する装置が一緒であってもかまわない。
【００６８】
なお、本実施形態に係る三次元電界センサは、実施形態１から３にかかる金属製筺体および導電性電極および電界センサの代わりに用いることが可能である。
＜実施形態４の効果＞
【００６９】
実施形態１から３の三次元電界センサ装置は、その電界検出部位の形状が立方体状である。ゆえに、高電圧の電界が前記金属製筺体にかかった際に、前記筺体の角の部分からコロナ放電が生じる可能性がある。このコロナ放電は、電界の正確な検出を妨害するものである。しかし、本実施形態の三次元電界センサの電界検出部位の形状は球形状である。したがって、コロナ放電が生じることはない。したがって、本実施形態の三次元電界センサを用いることで、電界検出部位が立方体状のものよりも、より正確に電界の検出を行うことができる。また、本実施形態にかかる導電性電極を、経方向により多く等分割して用いることで、より分解能の高い電界発生源の特定などが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態１にかかる三次元電界センサ装置の構成の一例を示す図
【図２】金属製筺体と、導電性電極との固定方法の一例を示す図
【図３】実施形態１にかかる三次元電界センサ装置の機能ブロックの一例を示す図
【図４】比較演算部およびベクトル演算部における演算処理の一例を説明するための図
【図５】実施形態１の比較演算部およびベクトル演算部をハードウエアで構成した場合の構成例を示す図
【図６】実施形態１にかかる三次元電界センサ装置における処理の流れを示す図
【図７】実施形態２に係る三次元電界センサ装置の構成例を示す図
【図８】実施形態３にかかる複合コイル部を説明する図
【図９】実施形態３にかかる複合コイル部の各コイルに生じる起電力強度と、電磁波の発生位置と複合コイル部との相対的位置関係と、の関係を示す図
【図１０】実施形態にかかる電磁界発生源探知システムを用いた部分放電探知装置の全貌を示す図
【図１１】実施形態３にかかる具体的使用例の、比較演算部およびベクトル演算部および第一方位計算部および信号判別部を、ハードウエアで構成した場合の構成例を示す図
【図１２】実施形態３にかかる具体的使用例において、各導電性電極ごとの電圧信号中のピーク、および、起電力信号中のピークを抽出する様子を示す図
【図１３】実施形態３の具体的実施例における処理の流れを示す図
【図１４】実施形態４にかかる三次元電界センサの構成例を示す図
【符号の説明】
【００７１】
０１０１  金属製筺体（上面側）
０１０２  金属製筺体（底面側）
０１０３  導電性電極
０１０４  金属性筺体に設けられた穴
０１０５  ケーブル
０１０６  コネクタ
０１０７  電圧センサ
０１０８  コンピュータ
０１０９  接地電極
【図１】
2009156661.tif 000003
【図２】
2009156661.tif 000004
【図３】
2009156661.tif 000005
【図４】
2009156661.tif 000006
【図５】
2009156661.tif 000007
【図６】
2009156661.tif 000008
【図７】
2009156661.tif 000009
【図８】
2009156661.tif 000010
【図９】
2009156661.tif 000011
【図１０】
2009156661.tif 000012
【図１１】
2009156661.tif 000013
【図１２】
2009156661.tif 000014
【図１３】
2009156661.tif 000015
【図１４】
2009156661.tif 000016