DE112022002877T5

DE112022002877T5 - Detektionsvorrichtung und Detektionsverfahren

Info

Publication number: DE112022002877T5
Application number: DE112022002877.7T
Authority: DE
Inventors: Satoru Sakurazawa; Masato Izawa; Isao Kato; Takumi Asaina; Shota Shimizu; Kanata Nishida
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2024-03-14
Also published as: US20240288511A1; CN117296253A; JP7188656B1; JPWO2022255077A1; WO2022255077A1

Abstract

Eine Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt, eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung misst, eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst, und eine Verarbeitungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Detektionsvorrichtung sowie ein Detektionsverfahren. Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-092768, die am 2. Juni 2021 eingereicht wurde und deren Offenbarung hier vollständig durch Bezugnahme aufgenommen ist, und beansprucht deren Priorität.
HINTERGRUND
PTL 1 (japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2015-536456 ) offenbart ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines elektrischen Kabels. Das Verfahren umfasst das Anlegen einer Breitbandsignalwelle an ein Ende des elektrischen Kabels, wobei die Breitbandsignalwelle phasen- und amplitudenmoduliert ist, das Erfassen der von dem elektrischen Kabel übertragenen und reflektierten Breitbandsignalwelle am Ende des Kabels sowie das Identifizieren von Impedanz-Eigenschaften unter Verwendung der erfassten Breitbandsignalwelle.
Zum Beispiel offenbart PTL 2 (japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2018-179531 ) eine Übertragungsvorrichtung wie folgt. Insbesondere weist die Übertragungsvorrichtung, in der eine erste Karte und eine zweite Karte über einen Verbinder verbunden sind, eine Signalerzeugungseinheit, die ein Wechselstromsignal mit einer Frequenz ausgibt, die höher ist als die Übertragungsrate der in die Übertragungsvorrichtung eingegebenen Daten, sowie eine Beurteilungseinheit, die das Wechselstromsignal über den Verbinder empfängt und auf der Grundlage des Leistungspegels des empfangenen Wechselstromsignals beurteilt, ob die erste Karte und die zweite Karte mit dem Verbinder verbunden sind.
DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
PATENTLITERATUR

PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2015-536456
PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit Veröffentlichungsnummer 2018-179531

DARSTELLUNG
Eine Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst; sowie eine Verarbeitungseinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert.
Ein Detektionsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Detektionsverfahren, das in einer Detektionsvorrichtung durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst das Ausgeben eines Messsignals, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung; das Messen eines Antwortsignals auf das Messsignal von der Übertragungsleitung; und das Berechnen eines Kennwerts, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal angibt, auf der Grundlage des Messsignals, sowie das Detektieren einer Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann nicht nur als Detektionsvorrichtung mit einer solchen charakteristischen Verarbeitungseinheit erzielt werden, sondern auch als integrierte Halbleiterschaltung, die einen Teil oder die Gesamtheit der Detektionsvorrichtung erzielt, oder als System mit der Detektionsvorrichtung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Kommunikationssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Antwortsignals, das von einer Signalmesseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemessen wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Arguments eines komplexen Analysesignals, das von einer Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung berechnet wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zur Festlegung einer Position des Auftretens einer Unterbrechung durch die Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung berechnet wird, gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
8 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Detektionsverarbeitung durchführt.
10 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung Detektionsverarbeitung durchführt.
12 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
13 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Multiplikationssignals zeigt, das von einer Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
14 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Extraktionssignals zeigt, das von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
15 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird.
16 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
17 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Multiplikationssignals zeigt, das von einer Verarbeitungseinheit in einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
18 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Extraktionssignals zeigt, das von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
19 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird.
20 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
21 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis einer Amplitude zeigt, die von einer Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
22 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Reflexionskoeffizienten zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird.
23 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Aus dem Stand der Technik ist eine Technik zur Detektion einer Anomalie einer Übertragungsleitung bekannt.
[Durch die vorliegende Offenlegung zu lösende Probleme]
Über die in den PTLs 1 und 2 beschriebenen Techniken hinaus besteht Bedarf an einer Technik, vermittels der eine Anomalie in einer Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration detektiert werden kann.
Die vorliegende Offenbarung erfolgte, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine Detektionsvorrichtung und ein Detektionsverfahren anzugeben, vermittels derer eine Anomalie in einer Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration detektiert werden kann.
[Vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Offenbarung]
Gemäß der vorliegenden Offenlegung kann eine Anomalie in einer Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration detektiert werden.
[Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung]
Zunächst wird der Inhalt der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung aufgeführt und erläutert.
(1) Eine Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst; sowie eine Verarbeitungseinheit auf, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert.
Wie oben beschrieben können durch Erzeugen eines Differenzsignals, das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal von der Übertragungsleitung, wenn das Messsignal an die Übertragungsleitung ausgegeben wird, und dem Referenzsignal ist, auf der Grundlage des Messsignals und Detektieren der Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des Kennwertes, der die Stärke der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, Sinuswellen und Rechteckwellen verschiedener Frequenzen von niedriger bis hoher Frequenz zum Beispiel als das Messsignal verwendet werden und die Anomalie kann auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal durch einfache Berechnungsverarbeitung detektiert werden, ohne eine Schaltung wie einen Richtkoppler zum Extrahieren eines in der Übertragungsleitung erzeugten Reflexionssignals zu verwenden. Somit kann die Anomalie in einer Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration detektiert werden.
(2) In Konfiguration (1) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie als den Kennwert eine Phasendifferenz zwischen einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Referenzsignal enthalten ist, und einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Differenzsignal enthalten ist, berechnet.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung zu detektieren, indem man sich auf eine Phasenverschiebung eines Signals in der Übertragungsleitung konzentriert. Da ferner die Auswirkung von Rauschen im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der zum Beispiel ein Reflexionskoeffizient als ein Kennwert berechnet wird, bei dem es sich nicht um die Phasendifferenz handelt, verringert werden kann, ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung auf präzisere Art und Weise zu detektieren.
(3) In Konfiguration (1) oder (2) kann die Verarbeitungseinheit konfiguriert sein, als den Kennwert einen Reflexionskoeffizienten zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal zu berechnen.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung zu detektieren, indem man sich auf den Dämpfungsbetrag des Signals in der Übertragungsleitung konzentriert.
(4) In einer der Konfigurationen (1) bis (3) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie den Kennwert unter Verwendung eines Ausgabesignals, das von einem ersten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das erste Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, welches aus dem Differenzsignal und dem Referenzsignal erhalten wird, wobei das erste Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Gleichstromkomponente extrahiert, sowie unter Verwendung eines Ausgabesignals berechnet, das von einem zweiten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das zweite Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, das aus dem Differenzsignal und einem Signal erhalten wird, das durch Verschieben einer Phase einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Referenzsignal enthalten ist, um π/2 erhalten wird, wobei das zweite Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Gleichstromkomponente extrahiert.
Mit einer solchen Konfiguration kann Rauschfestigkeit verbessert werden, so dass es möglich ist, die Anomalie in der Übertragungsleitung auf präzisere Art und Weise zu detektieren.
(5) In einer der Konfigurationen (1) bis (3) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie den Kennwert unter Verwendung eines Ausgabesignals berechnet, das von einem dritten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das dritte Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, welches aus dem Differenzsignal und einem Signal erhalten wird, das eine Komponente mit einer zweiten Frequenz enthält, die sich von der ersten Frequenz unterscheidet, wobei das dritte Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Komponente mit einer Differenzfrequenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz extrahiert.
Da es bei einer solchen Konfiguration möglich ist, den Kennwert durch Verarbeitung des niederfrequenten Ausgabesignals, das von dem dritten Filter ausgegeben wird, unter Verwendung einer Schaltungskonfiguration mit einer niedrigeren Betriebsfrequenz zu berechnen, ist es möglich, die Kosten für Hardware in der Detektionsvorrichtung zu verringern.
(6) In Konfiguration (2) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie die Phasendifferenz unter Verwendung eines Arguments eines komplexen Analysesignals des Referenzsignals und eines Arguments eines komplexen Analysesignals des Differenzsignals berechnet.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, die arithmetische Verarbeitung zur Berechnung der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal zu vereinfachen.
(7) In einer der Konfigurationen (1) bis (6) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie das Differenzsignal erzeugt, das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal und dem Referenzsignal ist, das ein Signal ist, das durch eine Verzögerungseinstellung des Messsignals erhalten wird.
Mit einer solchen Konfiguration ist es durch die Erzeugung des Differenzsignals unter Verwendung des Antwortsignals und des Referenzsignals, das der Verzögerungsverarbeitung entsprechend der Länge der Übertragungsleitung unterzogen wird, zum Beispiel möglich, das Differenzsignal zu erzeugen, in dem das dem Antwortsignal überlagerte Messsignal auf präzisere Art und Weise ausgelöscht wird. So ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung unter Verwendung des erzeugten Differenzsignals auf präzisere Art und Weise zu detektieren und die Position des Auftretens der Anomalie auf präzisere Art und Weise zu bestimmen.
(8) In Konfiguration (7) kann ein Verzögerungsbetrag des Referenzsignals relativ zu dem Messsignal verändert und eingestellt werden.
Mit einer solchen Konfiguration ist es zum Beispiel, da der Verzögerungsbetrag in Übereinstimmung mit der Länge der Übertragungsleitung eingestellt werden kann, möglich, die Anomalie in den Übertragungsleitungen mit verschiedenen Längen auf präzisere Art und Weise zu detektieren und die Position des Auftretens der Anomalie auf präzisere Art und Weise zu bestimmen.
(9) In einer der Konfigurationen (1) bis (6) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie das Differenzsignal erzeugt, das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal und dem Referenzsignal ist, welches das von der Signalmesseinheit gemessene Antwortsignal in einem stabilen Zustand ist.
Da es mit einer solchen Konfiguration möglich ist, das Differenzsignal zu erzeugen, in dem Rauschen unter Verwendung des Antwortsignals nach einer Zeit stabilen Zustands verringert wird, ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung unter Verwendung des erzeugten Differenzsignals auf präzisere Art und Weise zu detektieren.
(10) In einer der Konfigurationen (1) bis (9) kann die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert sein, dass sie eine Position des Auftretens der Anomalie detektiert.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, beim Auftreten einer Anomalie geeignete Maßnahmen zu ergreifen, wie etwa die Reparatur oder den Austausch der Position des Auftretens der Anomalie.
(11) Ein Detektionsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist ein Detektionsverfahren, das in einer Detektionsvorrichtung durchgeführt wird. Das Verfahren umfasst das Ausgeben eines Messsignals, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung; das Messen eines Antwortsignals von der Übertragungsleitung auf das Messsignal; und das Berechnen eines Kennwerts, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal angibt, auf der Grundlage des Messsignals, und das Detektieren der Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts.
Wie oben beschrieben können gemäß dem Verfahren zum Erzeugen des Differenzsignals, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem Antwortsignal von der Übertragungsleitung, wenn das Messsignal an die Übertragungsleitung ausgegeben wird, und dem Referenzsignal auf der Grundlage des Messsignals handelt, sowie zum Detektieren der Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des Kennwerts, der die Stärke der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, zum Beispiel Sinuswellen und Rechteckwellen verschiedener Frequenzen als Messsignal verwendet werden, können Sinuswellen und Rechteckwellen verschiedener Frequenzen von niedriger bis hoher Frequenz zum Beispiel als Messsignal verwendet werden, und die Anomalie kann auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal durch einfache Berechnungsverarbeitung detektiert werden, ohne dass eine Schaltung wie ein Richtkoppler zum Extrahieren eines in der Übertragungsleitung erzeugten Reflexionssignals verwendet wird. Somit ist es möglich, die Anomalie in der Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration zu detektieren.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass gleiche oder sich entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird. Ferner können zumindest manche der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden.
<Erste Ausführungsform>
[Konfiguration und grundlegende Funktionsweise]
1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Kommunikationssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Kommunikationssystem 301 eine Weiterleitungsvorrichtung 101 und eine Vielzahl von Kommunikationsvorrichtungen 111.
Die Weiterleitungsvorrichtung 101 ist mit jeder Kommunikationsvorrichtung 111 über eine Übertragungsleitung 1 verbunden. Insbesondere umfasst die Übertragungsleitung 1 einen Kabelabschnitt und Verbinderabschnitte, die jeweils an einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Kabelabschnitts vorgesehen sind. Der an dem ersten Ende des Kabelabschnitts vorgesehene Verbinderabschnitt ist mit einem Verbinderabschnitt der Weiterleitungsvorrichtung 101 verbunden. Der an dem zweiten Ende des Kabelabschnitts vorgesehene Verbinderabschnitt ist mit einem Verbinderabschnitt der Kommunikationsvorrichtung 111 verbunden. Bei der Übertragungsleitung 1 handelt es sich zum Beispiel um ein Ethernet (eingetragenes Warenzeichen) -Kabel.
Das Kommunikationssystem 301 ist zum Beispiel in einem Fahrzeug montiert. In diesem Fall ist die Kommunikationsvorrichtung 111 zum Beispiel ein fahrzeuginternes elektronisches Steuergerät (ECU). Das Kommunikationssystem 301 kann für ein Heimnetzwerk oder zur Fabrikautomatisierung verwendet werden.
Die Weiterleitungsvorrichtung 101 ist in der Lage, mit der Kommunikationsvorrichtung 111 zu kommunizieren. Die Weiterleitungsvorrichtung 101 führt zum Beispiel eine Weiterleitungsverarbeitung zur Weiterleitung von Informationen durch, die zwischen einer Vielzahl von Kommunikationsvorrichtungen 111 ausgetauscht werden, die mit verschiedenen Übertragungsleitungen 1 verbunden sind. Darüber hinaus fungiert die Weiterleitungsvorrichtung 101 als Detektionsvorrichtung und führt zum Beispiel periodisch eine Detektionsverarbeitung zum Detektieren einer Anomalie in der Übertragungsleitung 1 durch.
[Weiterleitungsvorrichtung]
2 ist eine Darstellung, welche die Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 2 weist die Weiterleitungsvorrichtung 101 eine Weiterleitungseinheit 11, eine Vielzahl von Detektionsverarbeitungseinheiten 71 und eine Vielzahl von Kommunikationsanschlüssen 61 auf. Die Detektionsverarbeitungseinheit 71 umfasst eine Signalausgabeeinheit 12, eine Signalmesseinheit 13, eine Verarbeitungseinheit 14 sowie eine Speichereinheit 15. Die Weiterleitungseinheit 11, die Signalausgabeeinheit 12, die Signalmesseinheit 13 und die Verarbeitungseinheit 14 werden teilweise oder vollständig von einem Prozessor, wie zum Beispiel einer Zentraleinheit (CPU) und einem digitalen Signalprozessor (DSP) verwirklicht. Die Speichereinheit 15 ist zum Beispiel ein nichtflüchtiger Speicher. Der Kommunikationsanschluss 61 ist zum Beispiel ein Verbinder bzw. Stecker oder ein Anschluss. Ein Verbinderabschnitt von Übertragungsleitung 1 ist mit jedem Kommunikationsanschluss 61 verbunden.
[Weiterleitungseinheit]
Die Weiterleitungseinheit 11 führt Weiterleitungsverarbeitung durch. Zum Beispiel führt die Weiterleitungseinheit 11 Weiterleitungsverarbeitung zur Weiterleitung eines Rahmens bzw. Frame zwischen Kommunikationsvorrichtungen 111 durch. Insbesondere sendet die Weiterleitungseinheit 11 einen von einer bestimmten Kommunikationsvorrichtung 111 über die entsprechende Übertragungsleitung 1 und den entsprechenden Kommunikationsanschluss 61 empfangenen Rahmen bzw. Frame an eine andere Kommunikationsvorrichtung 111 über den entsprechenden Kommunikationsanschluss 61 und die entsprechende Übertragungsleitung 1 in Übereinstimmung mit der Ziel-IP-Adresse des Rahmens bzw. Frames.
[Detektionsverarbeitungseinheit]
Zum Beispiel umfasst die Weiterleitungsvorrichtung 101 die gleiche Anzahl von Detektionsverarbeitungseinheiten 71 wie die Anzahl der Kommunikationsanschlüsse 61. Insbesondere ist die Detektionsverarbeitungseinheit 71 entsprechend dem Kommunikationsanschluss 61 vorgesehen und führt Detektionsverarbeitung zur Detektion der Anomalie in der mit dem entsprechenden Kommunikationsanschluss 61 verbundenen Übertragungsleitung 1 durch. Im Folgenden wird die Detektionsverarbeitung durch eine Detektionsverarbeitungseinheit 71 in der Weiterleitungsvorrichtung 101 stellvertretend beschrieben.
(Signalausgabeeinheit)
Die Signalausgabeeinheit 12 gibt ein Messsignal an die Übertragungsleitung 1 aus. Zum Beispiel gibt die Signalausgabeeinheit 12 das Messsignal, das eine Sinuswelle mit einer Frequenz f ist, an die Übertragungsleitung 1 aus. Die Frequenz f ist ein Beispiel für eine erste Frequenz. Insbesondere gibt die Signalausgabeeinheit 12 ein Messsignal ys (t) als Funktion der Zeit t in einer Ausgabeperiode T1 an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 aus. Die Signalausgabeeinheit 12 kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal ohne eine Versatzkomponente an die Übertragungsleitung 1 ausgibt, oder sie kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal mit einer Versatzkomponente an die Übertragungsleitung 1 ausgibt.
Zum Beispiel ist die Ausgabeperiode T1 eine Periode, in der die Weiterleitungseinheit 11 die zu detektierende Weiterleitungsverarbeitung über die Übertragungsleitung 1 nicht durchführt. Insbesondere gibt die Weiterleitungseinheit 11 an die Signalausgabeeinheit 12 eine Periodeninformation aus, die eine Periode angibt, während der die Weiterleitungsverarbeitung über die Übertragungsleitung 1 nicht durchgeführt wird. Die Signalausgabeeinheit 12 empfängt die Periodeninformation von der Weiterleitungseinheit 11 und bestimmt die Ausgabeperiode T1 auf der Grundlage der empfangenen Periodeninformation.
Zum Beispiel speichert die Speichereinheit 15 digitale Daten Dt des Messsignals ys (t), das von der Signalausgabeeinheit 12 an die Übertragungsleitung 1 ausgegeben werden soll, sowie Frequenzinformationen, welche die Frequenz des Messsignals ys (t) angeben. Bei digitalen Daten Dt handelt es sich um Zeitreihendaten, die eine Vielzahl von Werten enthalten, die eine Wellenform einer Sinuswelle angeben.
Die Signalausgabeeinheit 12 gibt eine Sinuswelle mit einem oder mehreren Zyklen an die Übertragungsleitung 1 aus, die während Ausgabeperiode T1 unter Verwendung der in der Speichereinheit 15 gespeicherten Datengruppe detektiert wird. Insbesondere umfasst die Signalausgabeeinheit 12 einen Digital-Analog-Wandler (DAC). Die Signalausgabeeinheit 12 erlangt digitale Daten Dt von der Speichereinheit 15 zu einem Ausgabezeitpunkt in Übereinstimmung mit einem Zyklus C1, der einem Zyklus eines Betriebstaktes des DAC entspricht, und gibt ein Messsignal ys (t), das durch Umwandlung der erhaltenen digitalen Daten Dt in ein analoges Signal durch den DAC erzeugt wird, an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 aus.
Die Signalausgabeeinheit 12 gibt ein Synchronisationssignal, das den Detektionszeitpunkt angibt, an die Signalmesseinheit 13 aus. Wenn die Signalausgabeeinheit 12 das Synchronisationssignal an die Signalmesseinheit 13 ausgibt, beginnt die Signalausgabeeinheit 12 die Ausgabeperiode T1 und gibt das Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, das in der Ausgabeperiode T1 detektiert werden soll.
Die Signalausgabeeinheit 12 erlangt digitale Daten Dt von der Speichereinheit 15 zum Ausgabezeitpunkt gemäß Zyklus C1 und gibt die erlangten digitalen Daten Dt an die Verarbeitungseinheit 14 als digitales Messsignal ysd (t) aus, das als Funktion der Zeit t ausgedrückt wird. Das heißt, die Signalausgabeeinheit 12 gibt Zeitreihendaten des Amplitudenwertes der digitalen Daten Dt an die Verarbeitungseinheit 14 aus. Das digitale Messsignal ysd (t) ist ein Beispiel für ein Referenzsignal.
(Signalmesseinheit)
Die Signalmesseinheit 13 misst ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung 1 auf das von der Signalausgabeeinheit 12 ausgegebene Messsignal ys (t). Zum Beispiel misst die Signalmesseinheit 13 ein Antwortsignal ym (t), das als Funktion der Zeit t in einer Messperiode Tm ausgedrückt wird.
Insbesondere, wenn das Synchronisationssignal von der Signalausgabeeinheit 12 empfangen wird, startet die Signalmesseinheit 13 die Messperiode Tm und misst das Antwortsignal ym (t) in der Messperiode Tm. Die Länge der Messperiode Tm ist zum Beispiel gleich der Länge, die man erhält, wenn man die Umlaufzeit des Messsignals in der Übertragungsleitung 1 von der Länge der Ausgabeperiode T1 subtrahiert.
Die Signalmesseinheit 13 enthält einen Analog-Digital-Wandler (ADC). Die Signalmesseinheit 13 erzeugt ein digitales Antwortsignal ymd (t) durch Abtasten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 durch den ADC zum Abtastzeitpunkt gemäß dem Zyklus C1 in der Messperiode Tm und gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymd (t) an die Verarbeitungseinheit 14 aus.
(Verarbeitungseinheit)
Die Verarbeitungseinheit 14 erzeugt ein Differenzsignal ydiff (t), das eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit 13 gemessenen Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Messsignal ysd (t) ist, auf der Grundlage des Messsignals ys (t).
Insbesondere erzeugt die Verarbeitungseinheit 14 das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des von der Signalausgabeeinheit 12 empfangenen digitalen Messsignals ysd (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t), das von der Signalmesseinheit 13 empfangen wird.
3 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Antwortsignals zeigt, das von einer Signalmesseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gemessen wird. In 3 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 3 stellt das Antwortsignal ym (t) dar, die gestrichelte Linie in 3 stellt das Messsignal ys (t) dar, und die gestrichelte und gepunktete Linie in 3 stellt ein Reflexionssignal yr (t) dar, das durch Reflexion des Messsignals ys (t) in der Übertragungsleitung 1 erhalten wird. 3 zeigt ein Simulationsergebnis jedes Signals, wenn eine Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem der Weiterleitungsvorrichtung 101 zugewandten Ende der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m entfernt ist.
Unter Bezugnahme auf 3 ist das von der Signalmesseinheit 13 gemessene Antwortsignal ym (t) ein Signal, in dem das Messsignal ys (t) dem Reflexionssignal yr (t) überlagert ist. Die Verarbeitungseinheit 14 erzeugt ein Differenzsignal ydiff (t), welches das Reflexionssignal yr (t) angibt, indem sie das digitale Messsignal ysd (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t) subtrahiert.
Die Verarbeitungseinheit 14 berechnet eine Phasendifferenz Φ zwischen der Frequenzkomponente f, die in dem digitalen Messsignal ysd (t) enthalten ist, und der Frequenzkomponente f, die in dem Differenzsignal ydiff (t) enthalten ist, und detektiert eine zu detektierende Anomalie in der Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage der berechneten Phasendifferenz Φ. Insbesondere detektiert die Verarbeitungseinheit 14 in dem Detektionsprozess die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 als die zu detektierende Anomalie in der Übertragungsleitung 1. Die Verarbeitungseinheit 14 detektiert ferner zum Beispiel die Position des Auftretens der Unterbrechung. Die Phasendifferenz Φ ist ein Beispiel für einen Kennwert, der die Stärke der Korrelation zwischen dem digitalen Messsignal ysd (t) und dem Differenzsignal ydiff (t) angibt.
Zum Beispiel berechnet die Verarbeitungseinheit 14 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung eines Arguments θsd (t) eines komplexen Analysesignals Csd (t) eines digitalen Messsignals ysd (t) und eines Arguments θdiff (t) eines komplexen Analysesignals Cdiff (t) eines Differenzsignals ydiff (t).
Insbesondere berechnet die Verarbeitungseinheit 14 das komplexe Analysesignal Csd (t), indem sie eine Hilbert-Transformation des von der Signalausgabeeinheit 12 empfangenen digitalen Messsignals ysd (t) durchführt. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit 14 das komplexe Analysesignal Cdiff (t), indem sie die Hilbert-Transformation an dem erzeugten Differenzsignal ydiff (t) durchführt. Die Verarbeitungseinheit 14 kann die Berechnung des komplexen Analysesignals Csd (t) und die Berechnung des komplexen Analysesignals Cdiff (t) parallel oder nacheinander durchführen.
4 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Arguments eines komplexen Analysesignals zeigt, das von einer Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird. In 4 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse ein Argument [Grad] dar. Die durchgezogene Linie in 4 stellt das Argument Θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) dar, und die gestrichelte Linie in 4 stellt das Argument θsd (t) des komplexen Analysesignals Csd (t) dar. 4 zeigt Simulationsergebnisse des Arguments θdiff (t) und des Arguments θsd (t), die von der Verarbeitungseinheit 14 berechnet werden, wenn die Unterbrechung an einer Position 10 m entfernt von dem Ende auftritt, das der Weiterleitungsvorrichtung 101 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m gegenüberliegt, ähnlich wie in 3.
Die Verarbeitungseinheit 14 berechnet eine Differenz zwischen dem Argument θsd (t) und dem Argument θdiff (t) als Phasendifferenz Φ.
5 ist eine Darstellung, die ein Verfahren zum Angeben einer Position des Auftretens einer Unterbrechung durch eine Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. 5 zeigt einen Zustand, in dem die Unterbrechung DC in der Übertragungsleitung 1 auftritt. Zum Beispiel hat die Übertragungsleitung 1 eine Konfiguration, bei der an einem Endabschnitt, welcher der Kommunikationsvorrichtung 111 zugewandt ist, kein Abschlusswiderstand vorgesehen ist.
Unter Bezugnahme auf 5 wird das von der Signalausgabeeinheit 12 an die Übertragungsleitung 1 ausgegebene Messsignal ys (t) an einem Reflexionspunkt in der Übertragungsleitung 1 reflektiert, um das Reflexionssignal yr (t) zu erzeugen. Wenn zum Beispiel eine Unterbrechung DC in der Übertragungsleitung 1 auftritt, wird das Messsignal ys (t) an der Position der Unterbrechung DC reflektiert. Wenn die Unterbrechung DC hingegen in der Übertragungsleitung 1 nicht auftritt, wird das Messsignal ys (t) an dem Endabschnitt reflektiert, welcher der Kommunikationsvorrichtung 111 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist.
Die Phasendifferenz Φ zwischen dem Messsignal ys (t) und dem Reflexionssignal yr (t) wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt.
[Gleichung 1] $φ = \frac{4 π L f \sqrt{ε r}}{c}$
Dabei ist L der Abstand [m] von dem der Weiterleitungsvorrichtung 101 zugewandten Endabschnitt der Übertragungsleitung 1 zu dem Reflexionspunkt des Messsignals ys (t), c ist die Lichtgeschwindigkeit [m/Sek] und εr ist die Permitivitätszahl der Übertragungsleitung 1.
Das heißt, ein Abstand L von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 101 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, zum Reflexionspunkt des Messsignals ys (t) wird durch die folgende Gleichung (2) dargestellt. Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 14 den Abstand L entsprechend der berechneten Phasendifferenz Φ gemäß Gleichung (2).
[Gleichung 2] $L = \frac{c φ}{4 π f \sqrt{ε r}}$
6 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands zeigt, der von einer Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird. In 6 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse den Abstand [mm] von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 101 in der Übertragungsleitung 1 gegenüberliegt, zum Reflexionspunkt dar. 6 zeigt ein Simulationsergebnis des Abstands L, der von der Verarbeitungseinheit 14 berechnet wird, wenn die Unterbrechung an einer Position erfolgt, die 10 m von dem der Weiterleitungsvorrichtung 101 zugewandten Ende der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m entfernt ist, ähnlich wie in den 3 und 4.
Unter Bezugnahme auf 6 bestimmt die Verarbeitungseinheit 14 auf der Grundlage des berechneten Abstands L, ob eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt oder nicht. Wenn die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, detektiert die Verarbeitungseinheit 14 ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1.
Insbesondere speichert die Speichereinheit 15 Übertragungsleitungsinformationen, die eine Länge Lc der Übertragungsleitung 1 angeben, die detektiert werden soll.
Die Verarbeitungseinheit 14 erlangt die Übertragungsleitungsinformationen in der Speichereinheit 15 und berechnet eine Differenzlänge Ldiff durch Subtraktion des berechneten Abstands L von der Länge Lc der Übertragungsleitung 1, die detektiert werden soll, welche durch die erhaltenen Übertragungsleitungsinformationen angegeben wird.
Die Verarbeitungseinheit 14 vergleicht die berechnete Differenzlänge Ldiff mit einem vorbestimmten Schwellenwert Th1 und bestimmt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Insbesondere wenn die Differenzlänge Ldiff kleiner als der Schwellenwert Th1 ist, bestimmt die Verarbeitungseinheit 14, dass keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist. Wenn hingegen die Differenzlänge Ldiff gleich oder größer als der Schwellenwert Th1 ist, bestimmt die Verarbeitungseinheit 14, dass die Unterbrechung an der Position des Abstands L von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 101 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, aufgetreten ist.
Wenn die Verarbeitungseinheit 14 zum Beispiel bestimmt, dass die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist, benachrichtigt die Verarbeitungseinheit 14 den Nutzer über eine Kommunikationseinheit (nicht dargestellt) und die Kommunikationsvorrichtung 111 über das Ergebnis der Feststellung.
Hier ist ein maximaler Abstand Lmax, welcher der maximale Wert des Abstands L ist, der in der Verarbeitungseinheit 14 korrekt berechnet werden kann, 1/2 einer Wellenlänge λ des Messsignals ys (t) und wird durch die folgende Gleichung (3) dargestellt.
[Gleichung 3] $L m a x = \frac{λ}{2} = \frac{c}{2 f \sqrt{ε r}}$
Zum Beispiel werden die Frequenzen f des von der Signalausgabeeinheit 12 ausgegebenen Messsignals ys (t) und die oben beschriebenen Zyklen C1 im Voraus so eingestellt, dass der maximale Abstand Lmax gleich oder größer als die Länge Lc der zu detektierenden Übertragungsleitung 1 ist.
[Betriebsablauf]
Jede Vorrichtung in dem Kommunikationssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist einen Computer mit einem Speicher auf, und eine Recheneinheit wie eine CPU in dem Computer liest ein Programm, das einen Teil oder alle Schritte des folgenden Ablaufdiagramms enthält, aus dem Speicher und führt das Programm aus. Die Programme der Vielzahl von Vorrichtungen können von außen installiert werden. Die Programme der Vielzahl von Vorrichtungen werden in einem Zustand verteilt, in dem sie auf einem Aufzeichnungsmedium oder über eine Kommunikationsleitung gespeichert sind.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
Unter Bezugnahme auf 7 wartet die Weiterleitungsvorrichtung 101 zunächst auf den Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (NEIN in Schritt S102), und beginnt mit der Ausgabe der Periode T1 und der Messperiode Tm (Schritt S104) zu dem Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (JA in Schritt S102).
Als nächstes gibt die Weiterleitungsvorrichtung 101 ein Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, das in der Ausgabeperiode T1 detektiert werden soll, und misst das Antwortsignal ym (t) von der Übertragungsleitung 1 auf das Messsignal ys (t) in der Messperiode Tm. Insbesondere gibt die Weiterleitungsvorrichtung 101 das Messsignal ys (t) für einen Abtastwert an die Übertragungsleitung 1 aus und tastet den Spannungspegel der Übertragungsleitung 1 ab, um ein digitales Antwortsignal ymd (t) für einen Abtastwert zu erzeugen (Schritt S106).
Die Weiterleitungsvorrichtung 101 wiederholt abwechselnd die Ausgabe des Messsignals ys (t) für einen Abtastwert und die Erzeugung des digitalen Antwortsignals ymd (t) für einen Abtastwert, bis die Ausgabeperiode T1 und die Messperiode Tm ablaufen (NEIN in Schritt S108), und erzeugt ein Differenzsignal ydiff (t), das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Messsignal ysd (t) ist, wenn die Ausgabeperiode T1 und die Messperiode Tm ablaufen (JA in Schritt S108). Insbesondere erzeugt die Weiterleitungsvorrichtung 101 das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des digitalen Messsignals ysd (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t) (Schritt S110).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 101 die Phasendifferenz Φ zwischen der in dem digitalen Messsignal ysd (t) enthaltenen Frequenzkomponente f und der in dem Differenzsignal ydiff (t) enthaltenen Frequenzkomponente f. Insbesondere berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 101 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des Arguments θsd (t) des komplexen Analysesignals Csd (t) des digitalen Messsignals ysd (t) und des Arguments Θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) des Differenzsignals ydiff (t) (Schritt S112).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 101 den Abstand L entsprechend der Phasendifferenz Φ gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2) (Schritt S114).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 101 die Differenzlänge Ldiff, indem sie den berechneten Abstand L von der Länge Lc der Übertragungsleitung 1 subtrahiert, die detektiert werden soll (Schritt S116).
Als nächstes vergleicht die Weiterleitungsvorrichtung 101 die berechnete Differenzlänge Ldiff mit dem Schwellenwert Th1 (Schritt S118).
Als nächstes, wenn die Differenzlänge Ldiff kleiner als der Schwellenwert Th1 ist (NEIN in Schritt S120), bestimmt die Weiterleitungsvorrichtung 101, dass keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist (Schritt S122), und wartet auf einen nächsten Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (NEIN in Schritt S102).
Wenn hingegen die Differenzlänge Ldiff gleich oder größer als der Schwellenwert Th1 ist (JA in Schritt S120), bestimmt die Weiterleitungsvorrichtung 101, dass die Unterbrechung an einer Position im Abstand L von dem Endabschnitt, der der Weiterleitungsvorrichtung 101 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, aufgetreten ist (Schritt S124).
Als Nächstes benachrichtigt die Weiterleitungsvorrichtung 101 den Nutzer über die Kommunikationseinheit (nicht dargestellt) und die Kommunikationsvorrichtung 111 über das Bestimmungsergebnis (Schritt S126) und wartet auf einen nächsten Zeitpunkt, zu dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (NEIN in Schritt S102).
In dem Kommunikationssystem 301 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Weiterleitungsvorrichtung 101 derart konfiguriert, dass es die Detektionsverarbeitung durchführt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Eine andere Vorrichtung als die Weiterleitungsvorrichtung 101 in dem Kommunikationssystem 301 kann derart konfiguriert werden, dass sie die Detektionsverarbeitung durchführt. Insbesondere kann die Kommunikationsvorrichtung 111 derart konfiguriert sein, dass sie als Detektionsvorrichtung fungiert und die Detektionsverarbeitung durchführt.
Ferner ist in dem Kommunikationssystem 301 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Übertragungsleitung 1 derart konfiguriert, dass sie den Kabelabschnitt und den Steckerabschnitt aufweist, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Übertragungsleitung 1 kann ein Verdrahtungsmuster sein, das auf einer Leiterplatte ausgebildet ist. In diesem Fall detektiert die Weiterleitungsvorrichtung 101 eine Anomalie in der Übertragungsleitung 1, die ein Verdrahtungsmuster ist.
Bei der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit 14 derart konfiguriert, dass sie die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 als eine Anomalie in der Übertragungsleitung 1 detektiert, die bei der Detektionsverarbeitung detektiert werden soll, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Verarbeitungseinheit 14 kann derart konfiguriert sein, dass sie die Verbindung einer nicht autorisierten Vorrichtung mit der Übertragungsleitung 1 als eine zu detektierende Anomalie in der Übertragungsleitung 1 detektiert. Da sich die Impedanz an einem Verbindungspunkt aufgrund der Verbindung der nicht autorisierten Vorrichtung mit der Übertragungsleitung 1 ändert, wenn eine nicht autorisierte Vorrichtung mit der Übertragungsleitung 1 verbunden ist, wird das von der Signalausgabeeinheit 12 an die Übertragungsleitung 1 ausgegebene Messsignal ys (t) an dem Verbindungspunkt reflektiert und ein Reflexionssignal erzeugt. Die Signalmesseinheit 13 misst ein Antwortsignal, bei dem das Reflexionssignal dem Messsignal ys (t) in der gleichen Weise überlagert wird, wie wenn eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt. Die Verarbeitungseinheit 14 vergleicht den Betrag der Differenzlänge Ldiff mit dem Schwellenwert Th1. Wenn der Betrag der Differenzlänge Ldiff kleiner als der Schwellenwert Th1 ist, stellt die Verarbeitungseinheit 14 fest, dass eine Anomalie, wie zum Beispiel der Anschluss einer nicht autorisierten Vorrichtung, in der Übertragungsleitung 1 nicht aufgetreten ist. Wenn hingegen der Betrag der Differenzlänge Ldiff gleich oder größer als der Schwellenwert Th1 ist, stellt die Verarbeitungseinheit 14 fest, dass eine Anomalie, wie zum Beispiel der Anschluss einer nicht autorisierten Vorrichtung, aufgetreten ist.
Bei der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit 14 derart konfiguriert, dass sie die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des Arguments θsd (t) des komplexen Analysesignals Csd (t) des digitalen Messsignals ysd (t) und des Arguments Θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) des Differenzsignals ydiff (t) berechnet, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Verarbeitungseinheit 14 kann derart konfiguriert sein, dass sie die Phasendifferenz Φ berechnet, ohne das Argument θsd (t) des komplexen Analysesignals Csd (t) und das Argument Θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) des Differenzsignals ydiff (t) zu verwenden. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit 14 derart konfiguriert sein, dass sie die Phasendifferenz Φ durch das folgende Verfahren berechnet.
Das heißt, die Verarbeitungseinheit 14 normalisiert die Amplitude des Differenzsignals ydiff (t) und die Amplitude des digitalen Messsignals ysd (t) auf einen Bereich von ± 1. Die Verarbeitungseinheit 14 berechnet eine Phase P1 des Differenzsignals ydiff (t), indem sie das normalisierte Differenzsignal ydiff (t) durch einen Arkussinus führt, der die Umkehrung einer Sinusfunktion ist. Darüber hinaus berechnet die Verarbeitungseinheit 14 eine Phase P2 des digitalen Messsignals ysd (t), indem sie das normierte digitale Messsignal ysd (t) durch den Arkussinus führt, bei dem es sich um das Inverse bzw. die inverse Abbildung einer Sinusfunktion ist. Dann wickelt die Verarbeitungseinheit 14 zum Beispiel die Phasen P1 und P2 ab und berechnet die Differenz zwischen den Phasen P1 und P2 als Phasendifferenz Φ.
Darüber hinaus ist in der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Verarbeitungseinheit 14 derart konfiguriert, dass sie ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 detektiert, wenn die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Verarbeitungseinheit 14 kann derart konfiguriert sein, dass sie bestimmt, ob eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt oder nicht, jedoch nicht die Position des Auftretens der Unterbrechung detektiert.
Darüber hinaus ist in dem Kommunikationssystem 301 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Übertragungsleitung 1 derart konfiguriert, dass sie keinen Abschlusswiderstand an dem Endabschnitt aufweist, welcher der Kommunikationsvorrichtung 111 zugewandt ist, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Übertragungsleitung 1 kann derart konfiguriert sein, dass sie einen Abschlusswiderstand zur Impedanzanpassung an einem Endabschnitt aufweist, welcher der Kommunikationsvorrichtung 111 zugewandt ist.
In der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verarbeitungseinheit 14 derart konfiguriert, dass sie ein Differenzsignal ydiff (t) erzeugt, indem sie das digitale Messsignal ysd (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t) subtrahiert, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Verarbeitungseinheit 14 kann derart konfiguriert sein, dass sie das Differenzsignal ydiff (t) durch analoge Signalverarbeitung unter Verwendung eines Differenzverstärkers oder dergleichen erzeugt. In diesem Fall wandelt die Verarbeitungseinheit 14 das erzeugte Differenzsignal ydiff (t) unter Verwendung des ADC in ein digitales Signal um, berechnet die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des digitalen Signals und detektiert die Unterbrechung der Verbindung auf der Grundlage der berechneten Phasendifferenz Φ.
In der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Signalausgabeeinheit 12 derart konfiguriert, dass sie das Messsignal, bei dem es sich um eine Sinuswelle handelt, an die Übertragungsleitung 1 ausgibt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Signalausgabeeinheit 12 kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal mit einer Vielzahl von Frequenzkomponenten an die Übertragungsleitung 1 ausgibt, oder sie kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal, bei dem es sich um eine Rechteckwelle handelt, an die Übertragungsleitung 1 ausgibt.
Zum Beispiel speichert die Speichereinheit 15 digitale Daten DtRW, die eine Vielzahl von Werten enthalten, die eine Wellenform einer Rechteckwelle angeben. Die Signalausgabeeinheit 12 erhält digitale Daten DtRW anstelle von digitalen Daten Dt von der Speichereinheit 15 und gibt ein Signal, das durch Umwandlung der erhaltenen digitalen Daten DtRW in ein analoges Signal erhalten wurde, als zu detektierendes Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus.
In diesem Fall enthält die Rechteckwelle eine Frequenzkomponente mit einem ungeraden Vielfachen der Grundfrequenz. Die Signalmesseinheit 13 extrahiert einen Teil der Frequenzkomponenten aus dem analogen Signal, das den Spannungspegel der Übertragungsleitung 1 angibt, zum Beispiel unter Verwendung eines Bandpassfilters (BPF), erzeugt ein digitales Antwortsignal ymd (t) durch Abtasten des extrahierten analogen Signals mit dem ADC und gibt das digitale Antwortsignal ymd (t) an die Verarbeitungseinheit 14 aus. Alternativ wird ein digitales Signal durch Abtasten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 durch den ADC erzeugt, ein Teil der Frequenzkomponenten aus dem digitalen Signal unter Verwendung des BPF extrahiert, und das extrahierte digitale Signal an die Verarbeitungseinheit 14 als digitales Antwortsignal ymd (t) ausgegeben.
Hierbei besteht Bedarf an einer Technik, vermittels der eine Unterbrechung in einer Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration detektiert werden kann.
So ist zum Beispiel eine Technik zur Detektion der Eigenschaften der Übertragungsleitung 1 unter Verwendung der Zeitbereichsreflektometrie (TDR) allgemein bekannt. Wenn eine Änderung der Eigenschaften der Übertragungsleitung 1 mit einer solchen Technik detektiert wird und eine Anomalie in Bezug auf die Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage des Detektionsergebnisses detektiert wird, ist es notwendig, einen ansteigenden Impuls an die Übertragungsleitung 1 mit hoher Reproduzierbarkeit auszugeben, um die Änderung der Eigenschaften der Übertragungsleitung 1 auf präzise Art und Weise zu detektieren, und daher wird ein Hochleistungsimpulssignalgenerator benötigt.
Wenn darüber hinaus Merkmale wie ein S-Parameter der Übertragungsleitung 1 mittels eines Netzwerkanalysators gemessen werden und eine Anomalie in Bezug auf die Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage des Messergebnisses detektiert wird, ist es zur Erzielung einer ausreichenden Detektionsgenauigkeit notwendig, ein teures und kompliziertes Messgerät zu verwenden, und es ist notwendig, das Messgerät jedes Mal zu kalibrieren, wenn Messung durchgeführt wird.
Hingegen gibt bei der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Signalausgabeeinheit 12 das Messsignal einschließlich der ersten Frequenzkomponente an die Übertragungsleitung 1 aus. Die Signalmesseinheit 13 misst ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung 1 als Reaktion auf das von der Signalausgabeeinheit 12 ausgegebene Messsignal. Die Verarbeitungseinheit 14 erzeugt ein Differenzsignal, das eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit 13 gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal ist, auf der Grundlage des Messsignals, berechnet eine Phasendifferenz, die ein Kennwert ist, der die Stärke der Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und detektiert eine Anomalie in der Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage der berechneten Phasendifferenz.
Wie oben beschrieben, kann durch Erzeugen eines Differenzsignals, das eine Differenz zwischen einem Antwortsignal von der Übertragungsleitung 1, wenn ein Messsignal an die Übertragungsleitung 1 ausgegeben wird, und einem Referenzsignal auf der Grundlage des Messsignals ist, und Detektieren einer Anomalie in der Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal, zum Beispiel, Sinuswellen und Rechteckwellen verschiedener Frequenzen von zum Beispiel niedriger Frequenz bis hoher Frequenz können als Messsignal verwendet werden, und die Anomalie kann auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal durch einfache Berechnungsverarbeitung detektiert werden, ohne dass eine Schaltung wie ein Richtkoppler zum Extrahieren eines in der Übertragungsleitung 1 erzeugten Reflexionssignals verwendet wird. Daher ist es in der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, eine Anomalie in der Übertragungsleitung mit einfacher Verarbeitung und Konfiguration zu detektieren.
Da die Anomalie, wie oben beschrieben, auf der Grundlage der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal detektiert wird, ist es ferner möglich, die Anomalie auf präzisere Art und Weise zu detektieren, da der Widerstand gegen das Rauschen im Vergleich zu einer Konfiguration, die zum Beispiel den TDR und den Netzwerkanalysator zur Analyse der Amplitude des Antwortsignals verwendet, hoch ist. Darüber hinaus kann die Anomalie durch einfache Verarbeitung detektiert werden, ohne dass eine arithmetische Verarbeitung wie die schnelle Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt werden muss. Im Vergleich zu einer Konfiguration, die ein optisches Signal oder eine Radiowelle verwendet, ist es ferner möglich, die Anomalie selbst in einem Zustand zu detektieren, in dem eine stehende Welle in der Übertragungsleitung 1 erzeugt wird.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass gleiche oder sich entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
<Zweite Ausführungsform>
Im Vergleich zu der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Ausführungsform auf eine Weiterleitungsvorrichtung 102, die ein Differenzsignal ydiff (t) unter Verwendung des digitalen Messsignals ysd (t) in der Speichereinheit 15 erzeugt. Die Weiterleitungsvorrichtung 102 ist die gleiche wie die Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von den unten beschriebenen Inhalten.
8 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 8 weist die Weiterleitungsvorrichtung 102 verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform eine Detektionsverarbeitungseinheit 72 anstelle der Detektionsverarbeitungseinheit 71 auf. Die Detektionsverarbeitungseinheit 72 weist verglichen mit der Detektionsverarbeitungseinheit 71 eine Signalmesseinheit 23 anstelle der Signalmesseinheit 13 und eine Verarbeitungseinheit 24 anstelle der Verarbeitungseinheit 14 auf. Zum Beispiel weist die Übertragungsleitung 1 einen Abschlusswiderstand an dem Endabschnitt auf, welcher der Kommunikationsvorrichtung 111 zugewandt ist.
Die Detektionsverarbeitungseinheit 72 führt eine Referenzmessverarbeitung durch, um ein Antwortsignal in einem stabilen Zustand zu messen. Insbesondere, führt die Detektionsverarbeitungseinheit 72 die Referenzmessverarbeitung in einem Anfangszustand durch, in dem keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt. Nach der Durchführung der Referenzmessverarbeitung führt die Detektionsverarbeitungseinheit 72 die Detektionsverarbeitung zum Beispiel periodisch durch. Die Detektionsverarbeitungseinheit 72 kann die Referenzmessverarbeitung in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen durchführen, nachdem sie die Referenzmessverarbeitung im Ausgangszustand durchgeführt hat.
(Referenzmessverarbeitung)
Die Signalausgabeeinheit 12 gibt ein Synchronisationssignal an die Signalmesseinheit 23 aus und gibt ein Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, um in der Ausgabeperiode T1 detektiert zu werden.
Wenn das Synchronisationssignal von der Signalausgabeeinheit 12 empfangen wird, startet die Signalmesseinheit 23 die Messperiode Tm und tastet den Spannungspegel der Übertragungsleitung 1 durch den ADC zum Abtastzeitpunkt gemäß dem Zyklus C1 in der Messperiode Tm ab, um ein digitales Antwortsignal ymdR (t) zu erzeugen, das ein digitales Antwortsignal ymd (t) in dem stabilen Zustand ist. Die Signalmesseinheit 23 speichert das erzeugte digitale Antwortsignal ymdR (t) in der Speichereinheit 15. Das digitale Antwortsignal ymdR (t) ist ein Beispiel für ein Referenzsignal.
(Detektionsverarbeitung)
Wie bei der Referenzmessverarbeitung gibt die Signalausgabeeinheit 12 das Synchronisationssignal an die Signalmesseinheit 13 aus und gibt das Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, das in der Ausgabeperiode T1 detektiert werden soll.
Wenn das Synchronisationssignal von der Signalausgabeeinheit 12 empfangen wird, startet die Signalmesseinheit 23 die Messperiode Tm und tastet den Spannungspegel der Übertragungsleitung 1 durch den ADC zum Abtastzeitpunkt gemäß dem Zyklus C1 in der Messperiode Tm ab, um ein digitales Antwortsignal ymdS (t) zu erzeugen, das ein digitales Antwortsignal ymd (t) zum Zeitpunkt des Betriebs ist. Die Signalmesseinheit 23 gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymdS(t) an die Verarbeitungseinheit 24 aus.
Die Verarbeitungseinheit 24 erzeugt das Differenzsignal ydiff (t), das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Antwortsignal ymdR (t) ist, welches das von der Signalmesseinheit 23 in dem stabilen Zustand gemessene Antwortsignal ym(t) ist.
Insbesondere empfängt die Verarbeitungseinheit 24 das digitale Antwortsignal ymdS (t) von der Signalmesseinheit 23, empfängt das digitale Antwortsignal ymdR (t) von der Speichereinheit 15 und erzeugt das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des digitalen Antwortsignals ymdR (t) von dem digitalen Antwortsignal ymdS (t).
Die Verarbeitungseinheit 24 berechnet ein komplexes Analysesignal CmdR (t), indem sie die Hilbert-Transformation an dem von der Speichereinheit 15 empfangenen digitalen Antwortsignal ymdR (t) durchführt. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit 24 das komplexe Analysesignal Cdiff (t), indem sie die Hilbert-Transformation an dem erzeugten Differenzsignal ydiff (t) durchführt. Dann berechnet die Verarbeitungseinheit 24 die Differenz zwischen einem Argument θmdR (t) des komplexen Analysesignals CmdR(t) und dem Argument θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) als Phasendifferenz Φ.
Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 24 den der berechneten Phasendifferenz Φ entsprechenden Abstand L gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2).
Die Verarbeitungseinheit 24 bestimmt auf der Grundlage des berechneten Abstands L, ob eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Wenn eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, detektiert die Verarbeitungseinheit 24 ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1.
Zum Beispiel vergleicht die Verarbeitungseinheit 24 den berechneten Abstand L mit einem vorbestimmten Schwellenwert Th2 und bestimmt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Insbesondere wenn der berechnete Abstand L kleiner als der Schwellenwert Th2 ist, bestimmt die Verarbeitungseinheit 24, dass keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist. Wenn hingegen der berechnete Abstand L gleich oder größer als der Schwellenwert Th2 ist, bestimmt die Verarbeitungseinheit 24, dass die Unterbrechung an der Position des Abstands L von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 102 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, aufgetreten ist.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
Unter Bezugnahme auf 9 führt die Weiterleitungsvorrichtung 102 zunächst eine Referenzmessverarbeitung durch. Insbesondere gibt die Weiterleitungsvorrichtung 102 ein Messsignal ys (t) an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 aus, erzeugt ein digitales Antwortsignal ymdR (t), das ein digitales Antwortsignal ymd (t) in einer Zeit stabilen Zustands ist, und speichert das digitale Antwortsignal ymdR (t) in der Speichereinheit 15 (Schritt S202).
Als nächstes wartet die Weiterleitungsvorrichtung 102 auf den Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden soll (NEIN in Schritt S204), und beginnt mit der Ausgabe der Periode T1 und der Messperiode Tm (Schritt S206) zu dem Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden soll (JA in Schritt S204).
Als nächstes gibt die Weiterleitungsvorrichtung 102 ein Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, das in der Ausgabeperiode T1 detektiert werden soll, und misst das Antwortsignal ym (t) von der Übertragungsleitung 1 auf das Messsignal ys (t) in der Messperiode Tm. Insbesondere gibt die Weiterleitungsvorrichtung 101 das Messsignal ys (t) für einen Abtastwert an die Übertragungsleitung 1 aus und tastet den Spannungspegel der Übertragungsleitung 1 ab, um ein digitales Antwortsignal ymd (t) für einen Abtastwert zu erzeugen (Schritt S208).
Als nächstes wiederholt die Weiterleitungsvorrichtung 102 abwechselnd die Ausgabe des Messsignals ys(t) für einen Abtastwert und die Erzeugung des digitalen Antwortsignals ymd (t) für einen Abtastwert, bis die Ausgabeperiode T1 und die Messperiode Tm ablaufen (NEIN in Schritt S210), und erzeugt das Differenzsignal ydiff (t), das die Differenz zwischen dem Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Antwortsignal ymdR (t) ist, wenn die Ausgabeperiode T1 und die Messperiode Tm ablaufen (JA in Schritt S210). Insbesondere erzeugt die Weiterleitungsvorrichtung 102 das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des digitalen Antwortsignals ymdR (t) in der Speichereinheit 15 von dem digitalen Antwortsignal ymdS (t) (Schritt S212).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 102 die Phasendifferenz Φ zwischen dem digitalen Antwortsignal ymdR(t) und dem Differenzsignal ydiff(t). Insbesondere berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 102 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des Arguments θmdR (t) des komplexen Analysesignals CmdR(t) des digitalen Antwortsignals ymdR (t) und des Arguments θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff(t) des Differenzsignals ydiff (t) (Schritt S214).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 102 den Abstand L entsprechend der Phasendifferenz Φ gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2) (Schritt S216).
Als nächstes vergleicht die Weiterleitungsvorrichtung 101 die berechnete Entfernung L mit dem Schwellenwert Th2 (Schritt S218).
Als nächstes, wenn der Abstand L kleiner als der Schwellenwert Th2 ist (NEIN in Schritt S220), bestimmt die Weiterleitungsvorrichtung 102, dass keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist (Schritt S222), und wartet auf einen nächsten Zeitpunkt, an dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (NEIN in Schritt S204).
Wenn hingegen der Abstand L gleich oder größer als der Schwellenwert Th2 ist (JA in Schritt S220), bestimmt die Weiterleitungsvorrichtung 102, dass die Unterbrechung an einer Position im Abstand L von dem Endabschnitt, der der Weiterleitungsvorrichtung 102 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, aufgetreten ist (Schritt S224).
Als nächstes benachrichtigt die Weiterleitungsvorrichtung 102 den Nutzer über die Kommunikationseinheit (nicht gezeigt) und die Kommunikationsvorrichtung 111 über das Bestimmungsergebnis (Schritt S226) und wartet auf einen nächsten Zeitpunkt, zu dem die Detektionsverarbeitung durchgeführt werden sollte (NEIN in Schritt S204).
Wie oben beschrieben erzeugt die Verarbeitungseinheit 24 in der Weiterleitungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung das Differenzsignal ydiff (t), das die Differenz zwischen dem Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Antwortsignal ymdR (t) ist, welches das Antwortsignal ym (t) ist, das von der Signalmesseinheit 23 in einer Zeit stabilen Zustands gemessen wird.
Mit einer solchen Konfiguration ist es, verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, möglich, das Differenzsignal ydiff (t) mit verringertem Rauschen zu berechnen, und somit ist es möglich, die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 unter Verwendung des berechneten Differenzsignals ydiff (t) auf präzisere Art und Weise zu detektieren. Hingegen ist es in der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung möglich, die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 durch eine einfachere Konfiguration als jener der Weiterleitungsvorrichtung 102 zu detektieren.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass gleiche oder sich entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
<Dritte Ausführungsform>
Verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Ausführungsform auf eine Weiterleitungsvorrichtung 103, die eine Detektionsverarbeitung unter Verwendung des digitalen Messsignals ysd (t) durchführt, das durch Durchführung einer Verzögerungsanpassung an dem an die Übertragungsleitung 1 auszugebenden Messsignal ys (t) erhalten wird. Die Weiterleitungsvorrichtung 103 ist die gleiche wie die Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von den unten beschriebenen Inhalten.
10 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 10 weist die Weiterleitungsvorrichtung 103 verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform eine Detektionsverarbeitungseinheit 73 anstelle der Detektionsverarbeitungseinheit 71 auf. Die Detektionsverarbeitungseinheit 73 weist eine Verarbeitungseinheit 34 anstelle der Verarbeitungseinheit 14 auf und weist ferner eine Verzögerungseinstellungseinheit 16 im Vergleich zu der Detektionsverarbeitungseinheit 71 auf.
Die Signalausgabeeinheit 12 gibt das Synchronisationssignal an die Signalmesseinheit 13 aus und gibt das Messsignal ys (t) an die Übertragungsleitung 1 aus, um in der Ausgabeperiode T1 detektiert zu werden. Die Signalausgabeeinheit 12 erlangt digitale Daten Dt von der Speichereinheit 15 zum Ausgabezeitpunkt gemäß dem Zyklus C1 und gibt die erhaltenen digitalen Daten Dt als digitales Messsignal ysd (t) an die Verzögerungseinstellungseinheit 16 aus.
Wenn das Synchronisationssignal von der Signalausgabeeinheit 12 empfangen wird, startet die Signalmesseinheit 13 die Messperiode Tm, erzeugt ein digitales Antwortsignal ymd (t) durch Abtasten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 durch den ADC zum Abtastzeitpunkt gemäß Zyklus C1 in der Messperiode Tm und gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymd (t) an die Verarbeitungseinheit 34 aus.
Die Verzögerungseinstellungseinheit 16 empfängt das digitale Messsignal ysd (t) von der Signalausgabeeinheit 12, verzögert das empfangene digitale Messsignal ysd (t) und gibt das verzögerte digitale Messsignal ysd (t) an die Verarbeitungseinheit 34 aus. Insbesondere gibt die Verzögerungseinstellungseinheit 16 ein digitales Messsignal ysdD (t), dessen Phase in Bezug auf das Messsignal ys (t), das von der Signalausgabeeinheit 12 an die Übertragungsleitung 1 ausgegeben werden soll, verzögert ist, an die Verarbeitungseinheit 34 aus.
Zum Beispiel kann in der Weiterleitungsvorrichtung 103 der Verzögerungsbetrag des digitalen Messsignals ysdD (t) zum Messsignal ys (t) eingestellt und verändert werden. Insbesondere kann die Verzögerungszeit dt des digitalen Messsignals ysdD (t), das von der Verzögerungseinstellungseinheit 16 an die Verarbeitungseinheit 34 ausgegeben wird, eingestellt und verändert werden. Zum Beispiel stellt der Nutzer die Verzögerungszeit dt in der Verzögerungseinstellungseinheit 16 derart ein, dass die Amplitude des von der Verarbeitungseinheit 34 im Ausgangszustand erzeugten Differenzsignals ydiff (t) kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Die Verzögerungseinstellungseinheit 16 empfängt die Einstellung der Verzögerungszeit dt. Bei der Detektionsverarbeitung verzögert die Verzögerungseinstellungseinheit 16 das von der Signalausgabeeinheit 12 empfangene digitale Messsignal ysd (t) um die Verzögerungszeit dt und gibt das verzögerte Signal an die Verarbeitungseinheit 34 aus.
Die Verarbeitungseinheit 34 erzeugt ein Differenzsignal ydiff (t), das eine Differenz zwischen dem Antwortsignal ym (t) und dem digitalen Messsignal ysdD (t) ist, das ein Signal ist, das durch die Durchführung der Verzögerungseinstellung an dem Messsignal ys (t) erhalten wird. Insbesondere erzeugt die Verarbeitungseinheit 34 das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des von der Verzögerungseinstellungseinheit 16 empfangenen digitalen Messsignals ysdD (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t), das von der Signalmesseinheit 13 empfangen wird.
Die Verarbeitungseinheit 34 berechnet das komplexe Analysesignal Csd (t), indem sie die Hilbert-Transformation an dem von der Verzögerungseinstellungseinheit 16 empfangenen digitalen Messsignal ysdD (t) durchführt. Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit 34 das komplexe Analysesignal Cdiff(t), indem sie die Hilbert-Transformation an dem erzeugten Differenzsignal ydiff (t) durchführt. Dann berechnet die Verarbeitungseinheit 34 die Differenz zwischen dem Argument θsd (t) des komplexen Analysesignals Csd (t) und dem Argument Θdiff (t) des komplexen Analysesignals Cdiff (t) als Phasendifferenz Φ.
Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 34 den der berechneten Phasendifferenz Φ entsprechenden Abstand L gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2).
Die Verarbeitungseinheit 34 bestimmt auf Grundlage des berechneten Abstands L, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Wenn die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, detektiert die Verarbeitungseinheit 34 ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1.
Zum Beispiel vergleicht die Verarbeitungseinheit 34 den berechneten Abstand L mit dem vorbestimmten Schwellenwert Th2 und bestimmt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Insbesondere bestimmt, wenn der berechnete Abstand L kleiner als der Schwellenwert Th2 ist, die Verarbeitungseinheit 34, dass keine Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist. Wenn hingegen der berechnete Abstand L gleich oder größer als der Schwellenwert Th2 ist, bestimmt die Verarbeitungseinheit 34, dass die Unterbrechung an der Position des Abstands L von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 103 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, aufgetreten ist.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
Unter Bezugnahme auf 11 empfängt die Weiterleitungsvorrichtung 103 zunächst die Einstellung einer Verzögerungszeit dt (Schritt S302).
Als Nächstes führt die Weiterleitungsvorrichtung 103 eine Verarbeitung durch, die jener von Schritt S102 bis Schritt S114 in 7 als Verarbeitung von Schritt S304 bis Schritt S316 entspricht, und führt eine Verarbeitung durch, die jener von Schritt S218 bis Schritt S226 in 9 als Verarbeitung von Schritt S318 bis Schritt S326 entspricht.
Die Weiterleitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine Konfiguration auf, bei der die Verzögerungszeit dt des digitalen Messsignals ysd (t) in der Verzögerungseinstellungseinheit 16 eingestellt und verändert werden kann, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Verzögerungszeit dt des digitalen Messsignals ysd (t) in der Verzögerungseinstellungseinheit 16 kann ein vorbestimmter Wert sein, zum Beispiel entsprechend der Länge der Übertragungsleitung 1, so dass die Amplitude des von der Verarbeitungseinheit 34 erzeugten Differenzsignals ydiff (t) kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass gleiche oder sich entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
<Vierte Ausführungsform>
Verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Ausführungsform auf eine Weiterleitungsvorrichtung 104, welche die Phasendifferenz Φ vermittels Korrelationsdetektion berechnet. Die Weiterleitungsvorrichtung 104 ist die gleiche wie die Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von den unten beschriebenen Inhalten.
12 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 12 weist die Weiterleitungsvorrichtung 104 verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform eine Detektionsverarbeitungseinheit 74 anstelle der Detektionsverarbeitungseinheit 71 auf. Die Detektionsverarbeitungseinheit 74 weist im Vergleich zu der Detektionsverarbeitungseinheit 71 eine Signalausgabeeinheit 22 anstelle der Signalausgabeeinheit 12 sowie eine Verarbeitungseinheit 44 anstelle der Verarbeitungseinheit 14 auf. Die Verarbeitungseinheit 44 weist LPFs 4A und 4B sowie Mischer 5A und 5B auf.
Die Signalausgabeeinheit 22 gibt das Messsignal, das eine Sinuswelle ist, an die Übertragungsleitung 1 aus. Insbesondere gibt die Signalausgabeeinheit 22 das Synchronisationssignal an die Signalmesseinheit 13 aus und gibt das Messsignal ys(t) an die Übertragungsleitung 1 aus, um in der Ausgabeperiode T1 detektiert zu werden. Insbesondere empfängt die Signalausgabeeinheit 22 digitale Daten Dt von der Speichereinheit 15 zum Ausgabezeitpunkt gemäß dem Zyklus C1 und gibt das Messsignal ys(t), das durch Umwandlung der erhaltenen digitalen Daten Dt in ein analoges Signal durch den DAC erzeugt wird, an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 aus.
Ferner gibt die Signalausgabeeinheit 22 die von der Speichereinheit 15 erhaltenen digitalen Daten Dt als digitales Messsignal ysd(t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus. Die Signalausgabeeinheit 22 gibt ferner ein digitales Messsignal ysdP(t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus, das durch Verschiebung der Phase der in dem digitalen Messsignal ysd(t) enthaltenen Frequenzkomponente f um π/2 unter Bezugnahme auf die Frequenzinformationen in der Speichereinheit 15 erhalten wird.
Wenn die Signalmesseinheit 13 das Synchronisationssignal von der Signalausgabeeinheit 22 empfängt, startet sie die Messperiode Tm, erzeugt ein digitales Antwortsignal ymd (t) durch Abtasten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 mit einer Abtastfrequenz fs durch den ADC in der Messperiode Tm und gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymd (t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus. Dabei ist die Abtastfrequenz fs der Kehrwert des Zyklus C1.
Die Verarbeitungseinheit 44 erzeugt das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des von der Signalausgabeeinheit 22 empfangenen digitalen Messsignals ysd (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t), das von der Signalmesseinheit 13 empfangen wird.
Dann berechnet die Verarbeitungseinheit 44 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des von dem LPF 4A ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe eines Multiplikationssignals Ms1 (t) des digitalen Messsignals ysd (t) und des Differenzsignals ydiff (t) in das LPF (Tiefpassfilter) 4A und des von dem LPF 4A ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe eines Multiplikationssignals Ms2 (t) des digitalen Messsignals ysdP (t) und des Differenzsignals ydiff (t) in das LPF 4B. Das LPF 4A ist ein Beispiel für ein erstes Filter. Das LPF 4B ist ein Beispiel für ein zweites Filter.
Insbesondere erzeugt die Verarbeitungseinheit 44 das Multiplikationssignal Ms1 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysd (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5A, und erzeugt das Multiplikationssignal Ms2 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysdP (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5B.
13 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Multiplikationssignals zeigt, das von der Verarbeitungseinheit bei der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 13 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 13 stellt das Multiplikationssignal Ms1 (t) dar, und die gestrichelte Linie in 13 das Multiplikationssignal Ms2 (t). 13 zeigt die Simulationsergebnisse der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t), die von der Verarbeitungseinheit 44 in dem Fall berechnet werden, in dem die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m zugewandt ist.
Wenn das digitale Messsignal ysd (t) eine Cosinus-Welle ist, werden die Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) durch die folgenden Gleichungen (4) und (5) ausgedrückt.
[Gleichung 4] $M s 1 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} {cos (2 ω t + φ) + cos φ}$

[Gleichung 5] $M s 2 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} {sin (2 ω t + φ) + sin φ}$
Dabei ist A1 die Amplitude des Messsignals ys (t), A2 die Amplitude des Reflexionssignals yr (t) und ω eine der Frequenz f entsprechende Winkelfrequenz. Wie in den Gleichungen (4) und (5) dargestellten, enthalten die Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) eine Frequenzkomponente Fc, die das Doppelte der Frequenz f des Messsignals ys (t) beträgt, sowie eine Gleichstromkomponente Dc, die einen konstanten Term darstellt.
Die Verarbeitungseinheit 44 dämpft die Frequenzkomponente Fc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) unter Verwendung der oben beschriebenen LPFs 4A und 4B, um Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t) zu erzeugen, die durch Extraktion der Gleichstromkomponente Dc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) erhalten werden. Die Grenzfrequenzen der LPFs 4A und 4B sind zum Beispiel gleich oder niedriger als die doppelte Frequenz f. Die LPFs 4A und 4B dämpfen eine Frequenzkomponente auf Grundlage der Frequenz f des Messsignals ys(t).
Zum Beispiel verwendet die Verarbeitungseinheit 44 ein Mittelwertfilter als LPFs 4A und 4B. Das erste Mittelwertfilter empfängt das Multiplikationssignal Ms1 (t) und gibt das Extraktionssignal MsD1 (t) aus, das ein Mittelwert des Multiplikationssignals Ms1 (t) für jede Abtastzahl N ist. Das zweite Mittelwertfilter empfängt das Multiplikationssignal Ms2 (t) und gibt das Extraktionssignal MsD2 (t) aus, das ein Mittelwert des Multiplikationssignals Ms2 (t) für jede Abtastzahl N ist. Hier ist N eine natürliche Zahl. Zum Beispiel erfüllen die Abtastzahl N, die Abtastfrequenz fs und die Frequenz f die folgende Gleichung (6).
[Gleichung 6] $f s = N \times f$
Im Ergebnis heben sich die positiven und negativen Werte des Multiplikationssignals Ms1 (t) durch den ersten Mittelwertfilter auf, und man erhält das Extraktionssignal MsD1 (t), in dem die Frequenzkomponente Fc des Multiplikationssignals Ms1 (t) gedämpft ist. Ferner heben sich die positiven und negativen Werte des Multiplikationssignals Ms2 (t) durch den zweiten Mittelwertfilter auf, und man erhält das Extraktionssignal MsD2 (t), in dem die Frequenzkomponente Fc des Multiplikationssignals Ms2 (t) abgeschwächt ist.
Die Abtastzahl N, die Abtastfrequenz fs und die Frequenz f können Werte sein, welche die folgende Gleichung (7) erfüllen. Somit kann der ADC, der eine Abtastung mit der niedrigeren Abtastfrequenz fs durchführt, als ADC zur Erzeugung des digitalen Antwortsignals ymd (t) verwendet werden.
[Gleichung 7] $f s = \frac{f}{N}$
14 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Extraktionssignals zeigt, das von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 14 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 14 stellt das Extraktionssignal MsD1 (t) dar, und die gestrichelte Linie in 14 stellt das Extraktionssignal MsD2 (t) dar. 14 zeigt die Simulationsergebnisse der Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t), die von der Verarbeitungseinheit 44 in dem Fall berechnet werden, in dem die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, der der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m zugewandt ist, ähnlich wie in 13.
Das Extraktionssignal MsD1 (t), das ein Ausgabesignal des ersten Mittelwertfilters ist, und das Extraktionssignal MsD2 (t), das ein Ausgabesignal des zweiten Mittelwertfilters ist, werden durch die folgenden Gleichungen (8) und (9) ausgedrückt.
[Gleichung 8] $M s D 1 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} \times cos φ$

[Gleichung 9] $M s D 2 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} \times sin φ$
Die Verarbeitungseinheit 44 berechnet die Phasendifferenz Φ anhand der Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t) gemäß der folgenden Gleichung (10).
[Gleichung 10] $φ = {tan}^{- 1} {\frac{M s D 2 (t)}{M s D 1 (t)}}$
Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 44 den der berechneten Phasendifferenz Φ entsprechenden Abstand L gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2).
15 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird. In 15 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] dar, und die vertikale Achse stellt den Abstand [m] von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt ist, zum Reflexionspunkt dar. 15 zeigt ein Simulationsergebnis des Abstands L, der von der Verarbeitungseinheit 44 berechnet wird, wenn die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m zugewandt ist, ähnlich wie in den 13 und 14.
Unter Bezugnahme auf 15 stimmt der von der Verarbeitungseinheit 44 berechnete Abstand L im Wesentlichen mit 10 m überein, d.h. dem Abstand zwischen dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 zugewandt ist, und der Unterbrechungsposition. Wie oben beschrieben, ist es durch das Detektionsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, zu detektieren, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht, sowie die Position des Auftretens der Unterbrechung.
Nach der Berechnung des Abstands L bestimmt die Verarbeitungseinheit 44 anhand des berechneten Abstands L, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Wenn die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, detektiert die Verarbeitungseinheit 44 ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1. Das Verfahren zur Bestimmung, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht, und das Verfahren zur Ermittlung der Position, an der die Unterbrechung aufgetreten ist, sind wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
16 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Betriebsablaufs definiert, wenn die Weiterleitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Detektionsverarbeitung durchführt.
Unter Bezugnahme auf 16 führt die Weiterleitungsvorrichtung 104 zunächst eine ähnliche Verarbeitung durch wie die von Schritt S102 bis Schritt S110 in 7 als Verarbeitung von Schritt S402 bis Schritt S410.
Als nächstes erzeugt die Weiterleitungsvorrichtung 104 das Multiplikationssignal Ms1 (t) durch Multiplizieren des digitalen Messsignals ysd (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5A und erzeugt das Multiplikationssignal Ms2 (t) durch Multiplizieren des digitalen Messsignals ysdP(t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5B (Schritt S412).
Als Nächstes erzeugt die Weiterleitungsvorrichtung 104 Extraktionssignale MsD1(t) und MsD2 (t), indem es die Frequenzkomponente Fc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) unter Verwendung des Mittelwertfilters abschwächt (Schritt S414).
Als nächstes berechnet die Weiterleitungsvorrichtung 104 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung der Extraktionssignale MsD1(t) und MsD2(t) gemäß der oben beschriebenen Gleichung (10) (Schritt S416).
Als nächstes führt die Weiterleitungsvorrichtung 104 eine Verarbeitung durch, die der von Schritt S114 bis Schritt S126 in 7 ähnlich ist, wie die Verarbeitung von Schritt S418 bis Schritt S430.
Bei der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet die Verarbeitungseinheit 44 die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des Ausgabesignals, das von dem LPF 4A durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms1 (t) in das LPF 4A ausgegeben wird, und des Ausgabesignals, das von dem LPF 4B durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms2 (t) in das LPF 4B ausgegeben wird, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit 44 derart konfiguriert sein, dass sie anstelle der LPFs 4A und 4B einen BPF zur Extraktion einer Gleichstromkomponente verwendet. Ferner erzeugt die Signalmesseinheit 13 zum Beispiel ein digitales Antwortsignal ymd (t) durch Abtasten und Halten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 bei der Frequenz f des Messsignals ys (t) und gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymd(t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus. In diesem Fall kann die Verarbeitungseinheit 44 derart konfiguriert sein, dass sie die Phasendifferenz Φ unter Verwendung der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) ohne Verwendung der LPFs 4A und 4B berechnet.
In der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Signalausgabeeinheit 22 derart konfiguriert, dass sie das Messsignal, das eine Sinuswelle ist, an die Übertragungsleitung 1 ausgibt, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein. Die Signalausgabeeinheit 22 kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal mit mehreren Frequenzkomponenten an die Übertragungsleitung 1 ausgibt, oder sie kann derart konfiguriert sein, dass sie ein Messsignal, das eine Rechteckwelle ist, an die Übertragungsleitung 1 ausgibt. Insbesondere erhält die Signalausgabeeinheit 22 digitale Daten DtRW, die eine Vielzahl von Werten enthalten, die eine Wellenform einer Rechteckwelle von der Speichereinheit 15 angeben, und gibt ein Signal, das durch Umwandlung der erhaltenen digitalen Daten DtRW in ein analoges Signal erhalten wird, als Messsignal ys (t) an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 aus. Die Signalausgabeeinheit 22 gibt die von der Speichereinheit 15 erhaltenen digitalen Daten DtRW als digitales Messsignal ysdRW (t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus. Die Signalausgabeeinheit 22 gibt ferner ein digitales Messsignal ysdRWP (t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus, bei dem es sich um ein Signal handelt, das durch Verschieben der Phase des digitalen Messsignals ysdRW (t) um π/2 erhalten wird.
Die Signalmesseinheit 13 erzeugt ein digitales Antwortsignal ymdRW (t) durch Abtasten des Spannungspegels der Übertragungsleitung 1 durch den ADC mit der Abtastfrequenz fs und gibt das erzeugte digitale Antwortsignal ymdRW (t) an die Verarbeitungseinheit 44 aus.
Die Verarbeitungseinheit 44 erzeugt ein Differenzsignal ydiffR (t) durch Subtraktion des von der Signalausgabeeinheit 22 empfangenen digitalen Messsignals ysdRW (t) von dem digitalen Antwortsignal ymdRW (t), das von der Signalmesseinheit 13 empfangen wird. Die Verarbeitungseinheit 44 extrahiert ein Signal mit einem Teil der Frequenzkomponenten aus dem digitalen Messsignal ysdRW (t) unter Verwendung des BPF und erzeugt das Multiplikationssignal Ms1 (t) durch Multiplizieren des extrahierten Signals mit dem Differenzsignal ydiffR (t). Darüber hinaus extrahiert die Verarbeitungseinheit 44 ein Signal mit einem Teil der Frequenzkomponenten aus dem digitalen Messsignal ysdRWP (t) unter Verwendung des BPF und erzeugt das Multiplikationssignal Ms2 (t) durch Multiplikation des extrahierten Signals mit dem Differenzsignal ydiffR (t). Die Verarbeitungseinheit 44 verwendet die LPFs 4A und 4B, um Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t) zu erzeugen, die durch Extraktion der Gleichstromkomponente Dc der Multiplikationssignale Ms1(t) und Ms2 (t) erhalten werden, und verwendet die erzeugten Extraktionssignale MsD1(t) und MsD2 (t) zur Berechnung der Phasendifferenz Φ gemäß der oben beschriebenen Gleichung (10). Da die mit dem BPF zu extrahierende Frequenzkomponente in der Verarbeitungseinheit 44 beliebig eingestellt werden kann, ist es möglich, die Detektionsverarbeitung durch Fokussierung auf eine beliebige Frequenzkomponente in dem Messsignal, bei dem es sich um eine Rechteckwelle handelt, durchzuführen.
Da in der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Phasendifferenz Φ durch Korrelationsdetektion berechnet werden kann, kann die Rauschfestigkeit im Vergleich zu der Weiterleitungsvorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform verbessert werden. Daher kann eine Anomalie in der Übertragungsleitung 1 auf präzisere Art und Weise detektiert werden. Darüber hinaus können in der Weiterleitungsvorrichtung 104 die Implementierungskosten verringert werden, da es nicht notwendig ist, das komplexe Analysesignal im Vergleich zu der Weiterleitungsvorrichtung 101 zu berechnen. Hingegen kann in der Weiterleitungsvorrichtung 101, da die für die Berechnung der Phasendifferenz Φ erforderliche Zeit im Vergleich zu der Weiterleitungsvorrichtung 104 verkürzt werden kann, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Anomalie in einer früheren Phase festgestellt werden.
(Modifikation)
Die Verarbeitungseinheit 44 kann derart konfiguriert sein, dass sie die Phasendifferenz Φ durch Korrelationsdetektion unter Verwendung eines digitalen Rechteckwellensignals berechnet.
Die Signalausgabeeinheit 22 erlangt digitale Daten DtRW, die aus einer Vielzahl von Werten gebildet sind, die eine Wellenform einer Rechteckwelle angeben, von der Speichereinheit 15 zu einem Ausgabezeitpunkt gemäß Zyklus C1 und gibt ein Messsignal ys (t) aus, das eine Sinuswelle ist, die aus einem analogen Signal extrahiert wird, das durch Umwandlung der erhaltenen digitalen Daten DtRW in ein analoges Signal unter Verwendung des BPF an die zu detektierende Übertragungsleitung 1 erhalten wird.
Die Signalausgabeeinheit 22 gibt auch die von der Speichereinheit 15 erhaltenen digitalen Daten DtRW an die Verarbeitungseinheit 44 als digitales Messsignal ysdRW (t) aus. Das digitale Messsignal ysdRWP (t), bei dem es sich um ein Signal handelt, das durch Verschieben der Phase des digitalen Messsignals ysdRW (t) um π/2 erhalten wird, wird weiter an die Verarbeitungseinheit 44 ausgegeben.
Die Verarbeitungseinheit 44 erzeugt das Differenzsignal ydiffR (t) durch Subtraktion des von der Signalausgabeeinheit 22 empfangenen digitalen Messsignals ysdRW (t) von dem digitalen Antwortsignal ymd (t), das von der Signalmesseinheit 13 empfangen wird.
Die Verarbeitungseinheit 44 berechnet die Phasendifferenz Φ unter Verwendung des von dem LPF 4A ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms1 (t) des digitalen Messsignals ysdRW(t) und des Differenzsignals ydiffR(t) in das LPF 4A und des von dem LPF 4B ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms2(t) des digitalen Messsignals ysdRWP(t) und des Differenzsignals ydiffR (t) in das LPF 4B.
Insbesondere erzeugt die Verarbeitungseinheit 44 das Multiplikationssignal Ms1 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysdRW (t) und des Differenzsignals ydiffR (t), und erzeugt das Multiplikationssignal Ms2 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysdRWP (t) und des Differenzsignals ydiffR (t). Da in diesem Fall die Multiplikation des digitalen Messsignals ysdRW (t) und des Differenzsignals ydiffR (t) und die Multiplikation des digitalen Messsignals ysdRWP (t) und des Differenzsignals ydiffR (t) durch periodische Wiederholung der Inversion und Nicht-Inversion der ursprünglichen Wellenform erreicht werden kann, ist es nicht notwendig, einen komplizierten Multiplizierer zur Erzeugung der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) zu verwenden, und die Hardware kann vereinfacht und die Kosten können verringert werden.
17 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis des Multiplikationssignals zeigt, das von einer Verarbeitungseinheit in einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 17 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 17 stellt das Multiplikationssignal Ms1 (t) dar, und die gestrichelte Linie in 17 das Multiplikationssignal Ms2 (t). 17 zeigt Simulationsergebnisse der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t), die von der Verarbeitungseinheit 44 in dem Fall berechnet werden, in dem die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, der der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m gegenüberliegt.
Die Verarbeitungseinheit 44 dämpft die Frequenzkomponente Fc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) unter Verwendung des Mittelwertfilters, um Extraktionssignale MsDR1 (t) und MsDR2 (t) zu erzeugen, die Signale sind, die durch Extraktion der Gleichstromkomponente Dc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) erhalten werden.
18 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Extraktionssignals zeigt, das von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 18 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 18 stellt das Extraktionssignal MsDR1 (t) und die gestrichelte Linie in 18 das Extraktionssignal MsDR2 (t) dar. 18 zeigt Simulationsergebnisse der Extraktionssignale MsDR1 (t) und MsDR2 (t), die von der Verarbeitungseinheit 44 in dem Fall berechnet werden, in dem die Unterbrechung an einer Position 10 m entfernt von dem Endabschnitt auftritt, der der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m zugewandt ist, ähnlich wie in 17.
Die Verarbeitungseinheit 44 berechnet die Phasendifferenz Φ unter Verwendung der Extraktionssignale MsDR1 (t) und MsDR2 (t) anstelle der Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t) gemäß der oben beschriebenen Gleichung (10).
Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 44 den der berechneten Phasendifferenz Φ entsprechenden Abstand L gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2).
19 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Abstands zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet wird. In 19 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] dar, und die vertikale Achse stellt den Abstand [m] von dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 gegenüberliegt, zum Reflexionspunkt dar. 19 zeigt ein Simulationsergebnis des Abstands L, der von der Verarbeitungseinheit 44 berechnet wird, wenn die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m gegenüberliegt, ähnlich wie in den 17 und 18.
Unter Bezugnahme auf 19 stimmt der von der Verarbeitungseinheit 44 berechnete Abstand L im Wesentlichen mit 10 m überein, d.h. dem Abstand zwischen dem Endabschnitt, welcher der Weiterleitungsvorrichtung 104 gegenüberliegt, und der Position der Unterbrechung. Wie oben beschrieben ist es durch das Detektionsverfahren gemäß dieser Modifikation möglich, zu detektieren, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht, sowie die Position des Auftretens der Unterbrechung.
Nach der Berechnung des Abstands L bestimmt die Verarbeitungseinheit 44 anhand des berechneten Abstands L, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Wenn die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt, detektiert die Verarbeitungseinheit 44 ferner die Position des Auftretens der Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1. Das Verfahren zur Bestimmung, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht, und das Verfahren zur Ermittlung der Position, an der die Unterbrechung aufgetreten ist, sind wie in der ersten Ausführungsform beschrieben.
Nachfolgend werden weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird angemerkt, dass gleiche oder sich entsprechende Teile in den Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und dass deren Beschreibung nicht wiederholt wird.
<Fünfte Ausführungsform>
Verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Ausführungsform auf eine Weiterleitungsvorrichtung 105, die einen Reflexionskoeffizienten rc durch Korrelationsdetektion berechnet. Die Weiterleitungsvorrichtung 105 ist die gleiche wie die Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform, abgesehen von den unten beschriebenen Inhalten.
20 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 20 weist die Weiterleitungsvorrichtung 105 verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform eine Detektionsverarbeitungseinheit 75 anstelle der Detektionsverarbeitungseinheit 74 auf. Im Vergleich zu der Detektionsverarbeitungseinheit 74 weist die Detektionsverarbeitungseinheit 75 eine Verarbeitungseinheit 54 anstelle der Verarbeitungseinheit 44 auf. Die Verarbeitungseinheit 54 weist die LPFs 4A und 4B sowie die Mischer 5A und 5B auf.
Die Verarbeitungseinheit 54 berechnet den Reflexionskoeffizienten rc zwischen dem digitalen Messsignal ysd (t) und dem Differenzsignal ydiff (t) unter Verwendung des von dem LPF 4A ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms1 (t) des digitalen Messsignals ysd (t) und des Differenzsignals ydiff (t) in das LPF 4A und des von dem LPF 4B ausgegebenen Ausgabesignals durch Eingabe des Multiplikationssignals Ms2 (t) des digitalen Messsignals ysdP (t) und des Differenzsignals ydiff (t) in das LPF 4B. Der Reflexionskoeffizient rc ist ein Beispiel für einen Kennwert, der eine Stärke der Korrelation zwischen dem digitalen Messsignal ysd (t) und dem Differenzsignal ydiff (t) angibt.
Insbesondere erzeugt die Verarbeitungseinheit 54 das Multiplikationssignal Ms1 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysd (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5A und das Multiplikationssignal Ms2 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysdP (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5B.
Die Verarbeitungseinheit 54 dämpft die Frequenzkomponente Fc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) unter Verwendung der LPFs 4A und 4B, um Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t) zu erzeugen, die durch Extraktion der Gleichstromkomponente Dc der Multiplikationssignale Ms1 (t) und Ms2 (t) erhalten werden.
Die Verarbeitungseinheit 54 berechnet die Amplitude A2 des Reflexionssignals yr (t) in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung (11) unter Verwendung der bekannten Amplitude A1 des Messsignals ys (t) und der erzeugten Extraktionssignale MsD1 (t) und MsD2 (t).
[Gleichung 11] $A 2 = \frac{2 \times \sqrt{M s D 1 {(t)}^{2} + M s D 2 {(t)}^{2}}}{A 1}$
21 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis einer Amplitude zeigt, die von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 21 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse die Amplitude [V] des Signals dar. Die durchgezogene Linie in 21 stellt die Amplitude A2 und die gestrichelte Linie in 21 das Reflexionssignal yr (t) dar. 21 zeigt ein Simulationsergebnis der Amplitude A2, das von der Verarbeitungseinheit 54 berechnet wurde, wenn die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem Endabschnitt entfernt ist, der der Weiterleitungsvorrichtung 105 in der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m zugewandt ist.
Nach der Berechnung der Amplitude A2 berechnet die Verarbeitungseinheit 54 den Reflexionskoeffizienten rc gemäß der folgenden Gleichung (12).
[Gleichung 12] $rc = \frac{A 2}{A 1} = \frac{| A 2 |}{| A 1 |} e^{- j φ}$
22 ist eine Darstellung, die ein Simulationsergebnis eines Reflexionskoeffizienten zeigt, der von der Verarbeitungseinheit in der Weiterleitungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erzeugt wird. In 22 stellt die horizontale Achse die Zeit [Sekunde] und die vertikale Achse den Reflexionskoeffizienten dar. Die durchgezogene Linie in 22 zeigt den Reflexionskoeffizienten rc. 22 zeigt ein Simulationsergebnis des von der Verarbeitungseinheit 54 berechneten Reflexionskoeffizienten rc, wenn die Unterbrechung an einer Position auftritt, die 10 m von dem der Weiterleitungsvorrichtung 105 zugewandten Endabschnitt der Übertragungsleitung 1 mit einer Länge von 11 m entfernt ist, ähnlich wie in 21.
Die Verarbeitungseinheit 54 kann eine Anomalie in der Übertragungsleitung 1 auf der Grundlage der zeitlichen Veränderungen der Amplitude A2 und des Reflexionskoeffizienten rc detektieren. Insbesondere vergleicht die Verarbeitungseinheit 54 nach der Berechnung des Reflexionskoeffizienten rc den Reflexionskoeffizienten rc mit einem vorbestimmten Schwellenwert Th3 und bestimmt auf der Grundlage des Vergleichsergebnisses, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht.
Wie in Gleichung (12) gezeigt, ändert sich der Reflexionskoeffizient rc entsprechend dem Verhältnis der Beträge der Amplituden A1 und A2 und der Phasendifferenz Φ. Wenn sich die spezifische Impedanz der Übertragungsleitung 1 nicht ändert, ist die Phasendifferenz Φ ein konstanter Wert, der dem Abstand L zwischen dem Endabschnitt, der der Weiterleitungsvorrichtung 105 in der Übertragungsleitung 1 zugewandt, und dem Reflexionspunkt des Messsignals ys (t) entspricht. Zum Beispiel kann die Verarbeitungseinheit 54 den Abstand L auf der Grundlage des berechneten Reflexionskoeffizienten rc und des Dämpfungsbetrags pro Längeneinheit des Signals in der Übertragungsleitung 1 berechnen.
In der Weiterleitungsvorrichtung 105 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Verarbeitungseinheit 54 derart konfiguriert sein, dass sie zusätzlich zu dem Reflexionskoeffizienten rc die Phasendifferenz Φ berechnet und auf der Grundlage des Reflexionskoeffizienten rc und der Phasendifferenz Φ bestimmt, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht. Insbesondere berücksichtigt die Verarbeitungseinheit 54 umfassend die Bestimmungsergebnisse auf der Grundlage des Reflexionskoeffizienten rc und der Phasendifferenz Φ und bestimmt, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 aufgetreten ist oder nicht.
<Sechste Ausführungsform>
Verglichen mit der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform und der Weiterleitungsvorrichtung 105 gemäß der fünften Ausführungsform bezieht sich die vorliegende Ausführungsform auf eine Weiterleitungsvorrichtung 106, welche die Phasendifferenz Φ und den Reflexionskoeffizienten rc unter Verwendung eines Signals berechnet, das eine Komponente einer Frequenz (f + fb) enthält. Die Weiterleitungsvorrichtung 106 ist dasselbe wie die Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform und die Weiterleitungsvorrichtung 105 gemäß der fünften Ausführungsform, abgesehen von den unten beschriebenen Inhalten.
23 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Weiterleitungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt. Unter Bezugnahme auf 23 weist die Weiterleitungsvorrichtung 106 im Vergleich zu der Weiterleitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform eine Detektionsverarbeitungseinheit 76 anstelle der Detektionsverarbeitungseinheit 74 auf. Im Vergleich zu der Detektionsverarbeitungseinheit 74 weist die Detektionsverarbeitungseinheit 76 eine Signalausgabeeinheit 32 anstelle der Signalausgabeeinheit 22 und eine Verarbeitungseinheit 64 anstelle der Verarbeitungseinheit 44 auf. Die Verarbeitungseinheit 64 weist einen BPF 6A, LPFs 4C und 4D sowie Mischer 5C, 5D und 5E.
Im Vergleich zu der Signalausgabeeinheit 22 gibt die Signalausgabeeinheit 32 ein digitales Messsignal ysdF (t), das eine Komponente der Frequenz (f + fb) enthält, an die Verarbeitungseinheit 64 aus, anstatt das digitale Messsignal ysdP (t) an die Verarbeitungseinheit 44 auszugeben. Hier ist fb ein Wert kleiner als f und nahe bei 0. Das digitale Messsignal ysdF (t) wird durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt, wobei das digitale Messsignal ysd (t) eine Cosinus-Welle ist und die den Frequenzen fb entsprechenden Winkelfrequenzen ωb sind.
[Gleichung 13] $y s d F (t) = A 1 \times cos (ω t + ω b t)$
Die Verarbeitungseinheit 64 berechnet die Phasendifferenz Φ und den Reflexionskoeffizienten rc unter Verwendung des Ausgabesignals von BPF 6A, indem sie das Multiplikationssignal des digitalen Messsignals ysdF (t), das die Frequenzkomponente (f + fb) enthält, und das Differenzsignal ydiff (t) in das BPF 6A eingibt, um die Frequenzkomponente (fb) zu extrahieren. Das BPF 6A ist ein Beispiel für ein drittes Filter.
Insbesondere empfängt die Verarbeitungseinheit 64 das digitale Messsignal ysd (t) von der Signalausgabeeinheit 32 und erzeugt das Differenzsignal ydiff (t) durch Subtraktion des von der Signalausgabeeinheit 32 empfangenen digitalen Messsignals ysd (t) von dem von der Signalmesseinheit 13 empfangenen digitalen Antwortsignal ymd (t).
Die Verarbeitungseinheit 64 erzeugt ein Multiplikationssignal Ms3 (t) durch Multiplikation des digitalen Messsignals ysdF (t) und des Differenzsignals ydiff (t) unter Verwendung des Mischers 5C. Das Multiplikationssignal Ms3 (t) wird durch die folgende Gleichung (14) ausgedrückt.
[Gleichung 14] $M s 3 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} {cos (2 ω t + ω b t + φ) + cos (ω b t - φ)}$
Wie in Gleichung (14) dargestellt, enthält das Multiplikationssignal Ms3 (t) hochfrequente Komponenten FH mit Winkelfrequenzen 2ωt, die doppelt so hoch sind wie die Frequenzen f des Messsignals ys (t), und niederfrequente Komponenten FL mit Winkelfrequenzen ωbt.
Die Verarbeitungseinheit 64 dämpft die hochfrequenten Komponenten FH des Multiplikationssignals Ms3 unter Verwendung des BPF 6A, um ein Extraktionssignal MsD3 (t) zu erzeugen, das durch Extraktion der niederfrequenten Komponenten FL des Multiplikationssignals Ms3 (t) erhalten wird. Das BPF 6A empfängt das Multiplikationssignal Ms3 (t) und gibt das Extraktionssignal MsD3 (t) aus. Das Extraktionssignal MsD3 (t), das von dem BPF 6A ausgegeben wird, wird durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückt.
[Gleichung 15] $M s D 3 (t) = \frac{A 1 \times A 2}{2} \times cos (ω b t - φ)$
Die Verarbeitungseinheit 64 verwendet den Mischer 5D, um das Extraktionssignal MsD3 (t) und ein digitales Signal Dfb (t) mit der Amplitude A3 und den Komponenten der Frequenzen fb zu multiplizieren, um ein Multiplikationssignal Ms4 (t) zu erzeugen. Darüber hinaus erzeugt die Verarbeitungseinheit 64 mit Hilfe des Mischers 5E ein Multiplikationssignal Ms5 (t) durch Multiplikation des Extraktionssignals MsD3 (t) und eines digitalen Signals DfbP (t), das durch Verschiebung der Phase der im digitalen Signal Dfb (t) enthaltenen Frequenzkomponente fb um π/2 erhalten wird. Dabei kann die Amplitude A3 die gleiche sein wie die Amplitude A1. Die Multiplikationssignale Ms4 (t) und Ms5 (t) werden durch die folgenden Gleichungen (16) und (17) ausgedrückt.
[Gleichung 16] $M s 4 (t) = \frac{A 1 \times A 2 \times A 3}{4} {cos (2 ω b t - φ) + cos φ}$

[Gleichung 17] $M s 5 (t) = \frac{A 1 \times A 2 \times A 3}{4} {sin (2 ω b t - φ) + sin φ}$
Wie in den Gleichungen (16) und (17) gezeigt, enthalten die Multiplikationssignale Ms4 (t) und Ms5 (t) eine Frequenzkomponente Fcb, die das Doppelte der Frequenzkomponente fb ist, und eine Gleichstromkomponente Dcb, die ein konstanter Term ist.
Die Verarbeitungseinheit 64 dämpft die Frequenzkomponente Fcb der Multiplikationssignale Ms4 (t) und Ms5 (t) unter Verwendung der LPFs 4C und 4D, um Extraktionssignale MsD4 (t) und MsD5 (t) zu erzeugen, die durch Extraktion der Gleichstromkomponente Dcb der Multiplikationssignale Ms4 (t) und Ms5 (t) gewonnen werden. Die Grenzfrequenzen der LPFs 4C und 4D sind zum Beispiel gleich oder niedriger als die doppelte Frequenz fb. Die LPFs 4C und 4D dämpfen eine Frequenzkomponente auf Grundlage der Frequenz fb.
Das LPF 4C empfängt das Multiplikationssignal Ms4 (t) und gibt das Extraktionssignal MsD4 (t) aus. Das LPF 4D empfängt das Multiplikationssignal Ms5 (t) und gibt das Extraktionssignal MsD5 (t) aus. Das Extraktionssignal MsD4 (t), welches das Ausgabesignal des LPF 4C ist, und das Extraktionssignal MsD5 (t), welches das Ausgabesignal des LPF 4D ist, werden durch die folgenden Gleichungen (18) und (19) ausgedrückt.
[Gleichung 18] $M s D 4 (t) = \frac{A 1 \times A 2 \times A 3}{4} \times cos φ$

[Gleichung 19] $M s D 5 (t) = \frac{A 1 \times A 2 \times A 3}{4} \times sin φ$
Die Verarbeitungseinheit 64 berechnet die Phasendifferenz Φ anhand der Extraktionssignale MsD4 (t) und MsD5 (t) gemäß der folgenden Gleichung (20).
[Gleichung 20] $φ = {tan}^{- 1} {\frac{M s D 5 (t)}{M s D 4 (t)}}$
Nach der Berechnung der Phasendifferenz Φ berechnet die Verarbeitungseinheit 64 den der berechneten Phasendifferenz Φ entsprechenden Abstand L gemäß der oben beschriebenen Gleichung (2).
Ferner berechnet die Verarbeitungseinheit 64 die Amplitude A2 des Reflexionssignals yr (t) gemäß der folgenden Gleichung (21) unter Verwendung der bekannten Amplitude A1 des Messsignals ys (t) und der erzeugten Extraktionssignale MsD4 (t) und MsD5 (t).
[Gleichung 21] $A 2 = \frac{4 \times \sqrt{M s D 4 {(t)}^{2} + M s D 5 {(t)}^{2}}}{A 1 \times A 3}$
Nach der Berechnung der Amplitude A2 berechnet die Verarbeitungseinheit 64 den Reflexionskoeffizienten rc in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen Gleichung (12). Die Verarbeitungseinheit 64 vergleicht den berechneten Reflexionskoeffizienten rc mit dem Schwellenwert Th3 und bestimmt auf Grundlage des Vergleichsergebnisses, ob die Unterbrechung in der Übertragungsleitung 1 auftritt oder nicht.
Es wird angemerkt, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht illustrativ sind und nicht einschränkend sind. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche definiert und soll alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs, die den Ansprüchen entsprechen, einschließen.
Die obige Beschreibung umfasst die folgenden zusätzlichen Merkmale.
[Ergänzende Anmerkung 1]
Eine Detektionsvorrichtung, welche aufweist: eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst; und eine Verarbeitungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, die auf der Grundlage des Messsignals einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert, wobei die Verarbeitungseinheit einen Abstand von einem der Detektionsvorrichtung zugewandten Ende in der Übertragungsleitung zu einem Reflexionspunkt, an dem das Messsignal in der Übertragungsleitung reflektiert wird, auf der Grundlage des Kennwerts berechnet und eine Position des Auftretens der Anomalie auf der Grundlage des berechneten Abstands spezifiziert.
[Ergänzende Anmerkung 2]
Eine Detektionsvorrichtung, welche aufweist: eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung misst, wobei das Messsignal von der Signalausgabeeinheit ausgegeben wird; und eine Verarbeitungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert, wobei die Übertragungsleitung keinen Abschlusswiderstand aufweist.
[Ergänzende Anmerkung 3]
Eine Detektionsvorrichtung, welche aufweist: eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie eine Sinuswelle als ein Messsignal an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst; und eine Verarbeitungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, und eine Unterbrechung in der Übertragungsleitung auf der Grundlage einer Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal detektiert.
LISTE DER BEZUSGZEICHEN

1: Übertragungsleitung
11: Weiterleitungseinheit
12, 22, 32: Signalausgabeeinheit
13,23: Signalmesseinheit
14, 24, 34, 44, 54, 64: Verarbeitungseinheit
15: Speichereinheit
16: Verzögerungseinstelleinheit
61: Kommunikationsanschluss
71, 72, 73, 74, 75: Detektionsverarbeitungseinheit
101, 102, 103, 104, 105, 106: Weiterleitungsvorrichtung
111: Kommunikationsvorrichtung
301: Kommunikationssystem
4A, 4B, 4C, 4D: LPF
5A, 5B, 5C, 5D, 5E: Mischer
6A: BPF

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2015536456 [0002, 0003]
JP 2018179531 [0003]

Claims

Detektionsvorrichtung, aufweisend: eine Signalausgabeeinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Messsignal, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung ausgibt; eine Signalmesseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Antwortsignal von der Übertragungsleitung auf das von der Signalausgabeeinheit ausgegebene Messsignal misst; und eine Verarbeitungseinheit, die derart konfiguriert ist, dass sie ein Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem von der Signalmesseinheit gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal handelt, das auf dem Messsignal basiert, einen Kennwert berechnet, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal angibt, und eine Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwerts detektiert.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie als den Kennwert eine Phasendifferenz zwischen einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Referenzsignal enthalten ist, und einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Differenzsignal enthalten ist, berechnet.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie als den Kennwert einen Reflexionskoeffizienten zwischen dem Referenzsignal und dem Differenzsignal berechnet.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Kennwert unter Verwendung eines Ausgabesignals, das von einem ersten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das erste Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, das aus dem Differenzsignal und dem Referenzsignal erhalten wird, wobei das erste Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Gleichstromkomponente extrahiert, sowie unter Verwendung eines Ausgabesignals berechnet, das von einem zweiten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das zweite Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, das aus dem Differenzsignal und einem Signal erhalten wird, das durch Verschieben einer Phase einer Komponente mit der ersten Frequenz, die in dem Referenzsignal enthalten ist, um π/2 erhalten wird, wobei das zweite Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Gleichstromkomponente extrahiert.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie den Kennwert unter Verwendung eines Ausgabesignals berechnet, das von einem dritten Filter als Reaktion auf eine Eingabe, in das dritte Filter, eines Multiplikationssignals ausgegeben wird, das aus dem Differenzsignal und einem Signal erhalten wird, das eine Komponente mit einer zweiten, von der ersten Frequenz verschiedenen Frequenz enthält, wobei das dritte Filter derart konfiguriert ist, dass es eine Komponente mit einer Differenzfrequenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz extrahiert.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie die Phasendifferenz unter Verwendung eines Arguments eines komplexen Analysesignals des Referenzsignals und eines Arguments eines komplexen Analysesignals des Differenzsignals berechnet.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie das Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem Antwortsignal und dem Referenzsignal handelt, das ein Signal ist, das durch Vornehmen einer Verzögerungseinstellung an dem Messsignal erhalten wird.
Detektionsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei es einem Verzögerungsbetrag des Referenzsignals relativ zu dem Messsignal ermöglicht wird, verändert und eingestellt zu werden.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie das Differenzsignal erzeugt, bei dem es sich um eine Differenz zwischen dem Antwortsignal und dem Referenzsignal handelt, welches das von der Signalmesseinheit gemessene Antwortsignal in einem stabilen Zustand ist.
Detektionsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Verarbeitungseinheit derart konfiguriert ist, dass sie eine Position des Auftretens der Anomalie detektiert.
Detektionsverfahren, das in einer Detektionsvorrichtung durchgeführt wird, umfassend: Ausgeben eines Messsignals, das eine Komponente mit einer ersten Frequenz enthält, an eine Übertragungsleitung; Messen eines Antwortsignals auf das Messsignal von der Übertragungsleitung; und Berechnen eines Kennwertes, der eine Stärke einer Korrelation zwischen dem gemessenen Antwortsignal und einem Referenzsignal angibt, auf der Grundlage des Messsignals, und Detektieren einer Anomalie in der Übertragungsleitung auf der Grundlage des berechneten Kennwertes.