JP2004184303A

JP2004184303A - 外乱除去機能を備えた電線検査方法及び検査装置

Info

Publication number: JP2004184303A
Application number: JP2002353445A
Authority: JP
Inventors: Satoru Nakayama; 哲中山; Atsushi Nagata; 篤士永田; Mitsugi Nagano; 貢永野; Kazuyuki Izawa; 和幸井澤; Kazutoshi Nagaoka; 和俊長岡
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Seiko Instruments Inc
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】本発明の課題は、上記の電線を流れる負荷電流値の変動、環境磁場ノイズや近傍電線に流れる電流による磁場の影響を受けることがなく、更には、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いものであって、非破壊かつ通電・活線状態で実行可能な電線の欠陥を精度よく診断する検査方法及び検査装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の電線の不良・欠陥検査方法は、通電状態において断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥に起因する電磁界の乱れを磁気的に検出するものであって、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場等の外乱による影響を受けず、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難くするように、磁場検出用コイルを被検体である電線に沿って同じ向きで近接した所定間隔に二つ配置し、当該二つの磁場検出用コイルに誘起される起電力の差分を得るようにした。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電線の欠陥や劣化を検知する検査方法及び検査装置に関し、通電・活線状態で断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの劣化といった不良ならびに欠陥を検出する検査方法及びそれを実行する検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの劣化といった不良ならびに欠陥を検査する方法の一つとしては、実際に流されている負荷電流が欠陥部分で流れの乱れを生じ、それによって発生する磁場の変化を検出する方法が知られている。
図８のＡに示したものは従来の磁場検出法による検出形態を模式的に示したものであって、１は中心部の導体１１と当該絶縁被覆体１２とからなる被検査体である電線であり、Ｃがセンサの検出コイルである。この導体１１に負荷電流が流れると右ネジの法則に従い電線１の断面を囲うように同心円状の磁場を発生させる。磁力線の方向は電線断面に対して接線方向であり、その向きは電流の方向が紙面表から裏方向の場合時計方向であり、一方の電流の方向が紙面裏から表方向の場合は反時計方向となる。その発生磁場を測定するための検出コイルＣは、電線１の側部において当該コイルの断面が電線１の軸方向に一致すると共に線心を通る向きに配置される。この位置関係により発生する磁力線は検出コイルＣの中を通過し、電流によって発生する磁場変化の検出が可能となる。
【０００３】
この検出コイルＣによって検出される磁力信号は被検査体である電線１に流される交流電流ｉに対応したものとなる。電線１に沿って当該検出コイルＣを走査して、図８のＢにあるように欠陥部分Ｄの近傍に来ると検出信号が変化する。この例では電線１の検出コイルＣと対峙する部分の欠陥によって交流電流の一部の電流経路が乱れ、欠陥を迂回して流れた場合を想定しており、簡単に説明するとコイル中心と導電体１１との距離が正常部ではａであるところ、その部分ではｂとなる。この結果、電線１に流れる電流ｉ、透磁率μ_０として、検出コイルＣの両端に誘起される電圧値はμ_０ｉ／２πａはμ_０ｉ／２πｂに変化する。この原理に基づいて検査がなされるのであるが、以下に示す３つの問題がある。
▲１▼欠陥が無い部分でも電線を流れる交流電流ｉが変化すると検出信号はその影響を受け、出力変動を生じる。
▲２▼導体１１の偏心や絶縁層１２の厚みのバラツキ等によってセンサと導体との距離が変動した場合、その影響が大きい。
▲３▼環境磁場や近傍電線に流れる電流による磁場の影響を受けることから検出値が変化する。
以上から電線の検査装置として使用するには限界があった。
【０００４】
図９のＡに示したものは上記の▲１▼の問題、すなわち負荷電流の変動による影響がないように構成した従来の磁場検出法による検出形態を模式的に示したものである（例えば特許文献１や特許文献２参照）。１は中心部分の導体１１と絶縁層１２とから成る被検査体である電線であり、Ｃがセンサの検出コイルである点と一方の検出コイルＣの電線１に対する位置関係は図８記載の場合と同等であるが、検出コイルＣが被検査体である電線１を挟んで反対側にも配置されている点がこの例の特徴である。この導体１１に電流が流れると右ネジの法則に従い電線１の断面を囲うように同心円状の磁場を発生させるが、その磁場を２つの検出コイルＣでそれぞれ検出する。この検出コイルＣによって検出される磁力信号は被検査体である電線１に流される交流電流ｉに対応する。この２つの検出コイルＣを差動的に接続することによりこの検出値が同じであればキャンセルされてゼロとなる。しかし、図９のＢにあるように電線１に欠陥部分Ｄがあるとすると、電線１に沿って当該検出コイルＣを走査してその近傍に来ると一方の（この場合図の上部側）検出信号が変化する。この例では電線１の検出コイルＣと対峙する部分の欠陥によって交流電流の一部の電流経路が乱れ、欠陥を迂回して流れた場合、両方の検出コイル中心と導電体１１との距離が正常部ではａであるところ、その欠陥部分では片方の（この場合図の上部側）の距離はｂとなる。簡単に説明すると、電線１に流れる電流がｉ、透磁率がμ_０として、検出コイルＣに誘起される電圧値は、μ_０ｉ／２πａはμ_０ｉ／２πｂに変化する。従って、この欠陥部分で２つの検出コイルＣを差動的に接続した端子にはμ_０ｉ／２πａ−μ_０ｉ／２πｂなる検出値が出力される。この原理に基づいて検査がなされるのであるが、その際に電線を流れる負荷電流ｉが変化した場合の検出信号は、正常部分において当該電流変動による変化分は両コイルとも等しく影響を受けるためその分はキャンセルされ、欠陥部分では導電体への距離の差があるため、上記の出力が検出される。この信号の大きさには電流変動分が影響するものの、欠陥部分と正常部分で定性的ながら出力差が生じるため、欠陥検出は可能である（例えば特許文献３参照）。この従来例では、更に各検出コイルで検出した信号の総和で、差分信号を規格化することにより、定量性を向上させている。しかしながら、この従来例では上記の▲１▼の問題を回避出来るものの▲２▼の導体１１の偏心や絶縁層１２の厚みのバラツキ等によってセンサと導体との距離が変動した場合の影響は回避できないと共に、▲３▼の環境磁場に関しては、両コイルの位置関係において差が無いようなときはキャンセルされる場合もあるが、近傍電線に流れる電流による磁場など位置関係において差があるものについてはその影響は避けられず、その分検出値が変化するという問題が残る。
【特許文献１】
特開平１０−７３６３１号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１６７３０号公報（第３−５頁、第１図）
【特許文献３】
特開２０００−７４８８４号公報（第４−７頁、第１−３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の電線を流れる負荷電流値の変動、地磁気や、近傍電線に流れる電流による磁場の影響を受けることがなく、更には、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いものであって、非破壊かつ通電・活線状態で実行可能な電線の欠陥を精度よく診断する検査方法及び検査装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の電線の不良欠陥検査方法は、電流を流して断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥に起因する電磁界の乱れを磁気的に検出するものであって、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場等の外乱による影響を受けず、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難くするように、磁場検出センサを被検体である電線に沿って同じ向きで近接した所定間隔に二つ配置し、当該二つの磁場検出センサに誘起される信号の差分を得るようにした。
電線の断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥検査を通電・活線状態で実行できるようにした本発明の電線の検査装置は、電線上を走行する手段を備えた走行体と、当該走行体には前記電線の側面に走行方向に前後して二つの磁場検出コイルを配置すると共に、両コイルに誘起される起電力の差分を検出する検出手段と、走行に伴う位置情報を検出する手段と、前記検出情報と位置情報とを対応させて取得する手段とを備える。当然、磁場検出センサとして磁場検出コイルを用いても良い。
使用する磁気センサとしては、後述の予備的な試験結果により、検出が難しいヘアクラック（目視で確認できる最小レベルの傷）等の微細な欠陥まで検出する場合は、出来るだけ感度の高いものが望ましく、例えばＭＩ素子や超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）を使うことが出来る。
ＭＩ素子やＳＱＵＩＤ等の高感度な磁気センサの場合、信号の差分を検出する手段は、磁気センサの磁場検出部を電線断面に対し、法線方向の磁気を検出する向きに配置すると共に、２つの磁気センサを被検体電線に沿って同じ向きに近接させて配置する構成が採用できる。
一方最も感度の高い磁気センサにより、上記信号の差分を検出する手段には、磁場検出コイルを電線断面に対し法線方向の磁気を検出する向きに配置すると共に、二つのコイルを超電導量子干渉素子磁束計に結合する構成を採用できる。また、上記信号の差分を検出する手段は、二つのコイルを差動的に接続するか、コイルを含む二つの検出回路の出力差分を得るか、コイルを含む二つの検出回路の出力をＡ／Ｄ変換してディジタル演算によって差分を得るか、いずれかのものを選択採用できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の検査方法は、一般にはセンサ部を走行体に搭載し被検査体である電線上を走行させながら位置情報と対応させて検出情報を取得する検査形態が採られ、通電・活線状態で実際に流されている負荷電流が不良・欠陥部分で流れの乱れを生じ、それによって発生する電磁ノイズの変化を検出する方法に属するものであるが、前述したように従来のこの種の磁場検出法では電流の変動や絶縁層の厚みの偏りと偏心に起因するセンサの位置ズレが検出誤差の原因となる問題をもっていたことに鑑み、図２に示されるように磁場検出用コイルＣを被検体である電線１に沿って近接した所定間隔で二つ配置するようにしたものである。この構成を採ることにより、走行方向に配置された二つのコイルＣ１、Ｃ２はある時間差をもって被検体に対し同じ位置をとることになる。すなわち、不良あるいは欠陥に対して両コイルＣ１、Ｃ２は、ある時間差すなわち両コイル間距離ｄに比例し走行速度に反比例する時間差をもって同じ信号を発生させると共に、環境磁場ノイズや電流変動による影響をほぼ同時的に受ける。当該二つの磁場検出用コイルを差動的に接続すれば、両端子間に誘起される起電力は同時に受けた磁気変化に起因するものはキャンセルされ、被検体１の不良・欠陥Ｄのように時間差をもって受ける変化分のみが検出されることによって、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場ノイズ等による影響を受けないように、また、二つの磁場検出用コイルが近接位置にあることで指向性を小さくすることにより導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いように構成した。ここでは、磁場検出センサとして磁場検出コイルを用いているが、ホール素子やＭＩセンサ等を用いることも可能である。
【０００８】
磁場検出コイルの場合、タンデム形態で配置された二つの検出コイルＣ１、Ｃ２が電線１に沿って走行移動させられると、まず先行する検出コイルＣ１が欠陥部Ｄに近接し、導電体との距離がａからｂに変化する。この際の変化によって当該コイルＣ１に起電力の変化を生じる。この変化が図２の下段に示すように最初の変化であり、続いて先行する検出コイルＣ１は正常部のａに戻ると共に後方の検出コイルＣ２が不良・欠陥部分Ｄに接近し導電体との距離がａからｂに変化する。その際、コイルＣ１には先とは反対の起電力の変化を生じ、コイルＣ２は新たな変化を受けて起電力の変化を生じる。その後検出コイルＣ２も欠陥部分から遠ざかり、両コイルＣ１、Ｃ２共に導電体までの距離がａと等しくなり、その起電力の差分は零に戻って安定する。すなわち、このセンサによる欠陥検出波形は欠陥部分でまず一方側に振れ、引き続き急峻に逆側に反転して正常値に戻る所謂微分波形の形態をとる。その際、両コイルＣ１、Ｃ２は近接した位置関係にあるため、環境磁場ノイズについては領域分布差は無いと考えられると共に、時間的変化が合ったとしても両コイルは同様の変化を受けるため、差動結合によってキャンセルされ、検出誤差とはならない。また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等についても、近接する二つの検出コイルが対峙する電線部分での差はほとんど無いと考えられ、両コイルが差動的に接続されているため原理的にその影響による変動分はキャンセルされ検出誤差とはならない。
【０００９】
また、近傍の電線を流れる電流によって発生する電場・磁場変動についてもノイズ源とはならないように改善されている。一般には影響を及ぼす配電線は電柱等の同じ支持体にかけられたものが多いと考えられ、それは被検査体である電線１と平行の位置関係にある。その磁束は当該配電線の断面に対し接線方向にあり、その影響を本発明の検出コイルＣ１、Ｃ２が受ける。しかしその磁束は本発明の検出コイルＣ１、Ｃ２は被検査体である電線１に沿って同じ間隔と姿勢で配置されているので、近傍の電線を流れる電流によって発生する電磁ノイズについては同じように検出される。そしてこの検出コイルＣ１、Ｃ２は差動的に接続されていることから、この余分な磁束についてもキャンセルされ、その影響を受けることはない。このように本発明は磁場検出用コイルを被検体である電線に沿って同じ向きで近接した所定間隔に二つ配置し、当該二つの磁場検出用コイルを差動的に接続し、両端子間に誘起される起電力を計測するものであるから、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場ノイズ等による影響を受けず、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いものでありながら、電線の不良ならびに欠陥箇所から発生する磁束を微分信号形態で検出できるので、通電・活線状態において電線の不良ならびに欠陥を精度よく検査できる方法が提供される。
【００１０】
以上の説明では、電線を流れる交番電流によって生じる電線断面に対し接線方向の電磁ノイズの変化を検出するものとして説明してきたが、本件出願人は不良・欠陥部において生じる電線断面に対し法線方向の電磁ノイズの変化を検出する高精度の電線検査方法及び検査装置を提示し、本願発明と並行して別途出願している。この検査方法は電線を流れる電流が作る主たる磁場の変化をモニタするのではなく、不良・欠陥部分で電流が部分的に乱れて主たる磁場とは異なる方向の磁場成分を検出・モニタするようにしたものである。すなわち、断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの電線欠陥部は電流の不良導箇所となり、そこでは電流は乱れや、迂回現象を起こし、正常部におけるような軸方向では無い電流の流れを示す。別途出願に係る発明はこの軸方向では無い電流の流れが生じることに着目し、接線方向の磁場ではなく、この部分で生じる法線方向の磁場変化を検出・モニタするようにしたものである。この法線方向の磁場は正常部においては負荷電流が変化しても発生することのない信号であるため、原理的にノイズとなることはなく、電線とコイル中心の距離がズレてもこの法線方向の磁場に影響を及ぼすことは無い。ただし、この法線方向の磁場は不良・欠陥部における電流の乱れや迂回現象による局部的なものであるため極めて微小な値となる。
どの程度の微小な磁場レベルを検出する必要があるかを調べるため、交流１００Ｖ、１００Ａを通電した絶縁被覆電線（単線ＣＶφ３２５）表面に電磁力計のピックアップコイルを接触させて予備的な試験を行った。その結果、発生する磁場の大きさは、一般に従来技術で検出している接線方向では代表値として４５０μＴであるのに対し、本願で着目した法線方向では１００分の１程度の５μＴと小さく、この電磁力計の保証感度以下であった。
また、これとは別に、欠陥がある場合の試験も行った。まず通電した直流２Ａでは、発生する接線方向の磁場の大きさは簡単な計算から、２００μＴと見積もられる。このとき発生する法線方向の磁場は、理想的にはゼロになるのに対し、ヘアクラックによって電流の迂回現象が生じた時に発生する、法線方向の磁場の大きさは、この試験の結果、約０．８μＴ〜３μＴであった。したがって、負荷変動の影響を受けない、欠陥により生じる法線方向の磁場の大きさは、接線方向の磁場の約１％程度と見積もることが出来る。
このように、微弱な信号を測定する必要がある一方、負荷変動偏心等の影響を避けるために、本願では信号の差分をとることを特徴としており、対象とする被検査電線に流れる電流が作る磁気信号の大きさに応じて、各種の磁気センサの中から採用すべき磁気センサが決まる。
特に検出が難しいヘアクラックレベルまで検出する必要がある場合は、前記記載のように、言うまでもなく高感度磁気センサが望ましく、本願ではそれらの例としてＳＱＵＩＤ磁束計やＭＩ素子等の磁気センサを提示している。
【００１１】
まず、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた場合であるが、ＳＱＵＩＤとは、ＳｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇＱｕａｎｔｕｍＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅＤｅｖｉｃｅ（超電導量子干渉素子）の頭文字を取った略称で、超電導現象の一つであるジョセフソン効果を応用した非常に感度の高い磁気センサとして知られ、現在は、基礎物性計測、生体磁気計測、産業用計測などの分野で、微小磁場計測手段として活用されているところである。
本発明では、電線に電流を流したときに欠陥部分で発生する電線断面に対して法線方向の磁場を電線の軸方向に配置した２つのＳＱＵＩＤ用の検出コイルを用いて検出し、電線の検査を実行する。ＳＱＵＩＤを用いた磁場検出にはＳＱＵＩＤ素子自体をセンサとして用いることも可能であるが、ＳＱＵＩＤ素子は極めてサイズの小さい素子であるためそのリング内を差交する磁束は少なくなる。そこで、必要に応じて、ＳＱＵＩＤを直接センサとして使用せず図４に示すような超電導体で作製された磁場検出コイルを用いＳＱＵＩＤリングとトランス結合又は直接結合させた形態が採用される。大きな面積を持つ磁場検出コイルで捕えた磁束を効率良く伝達することにより、ＳＱＵＩＤ素子自体をセンサとして用いる場合より１００倍程度磁場感度を向上させることが可能である。
【００１２】
図３に被検査体である電線１の断面に対して法線方向の磁場変動を検出する本発明の検査システムにおける、被検査体である電線１に対するＳＱＵＩＤ用磁場検出コイルの配置関係を示す。タンデム形態で配置され、差動的に接続された二つの検出コイルＣ１、Ｃ２が電線１に沿って走行移動させられると、まず先行する検出コイルＣ１が欠陥部Ｄに近接し、当該箇所では電線１を流れる電流が乱れを生じており、検出コイルＣ１が法線方向の成分をもつ磁場を検出する。この際検出コイルＣ２には変化がないので、その差動出力は図３の下段に示す最初の変化となり、続いて先行する検出コイルＣ１は法線方向の磁場を生じない正常部に戻ると共に後方の検出コイルＣ２が欠陥部分Ｄに接近し法線方向の成分をもつ磁場を検出する。その際の検出量の極性は検出コイルＣ１と逆極性になるように差動的に接続しているため反転する。これが図３の下段に示す第２の変化である。
【００１３】
この場合、検出コイルが検出する磁場の方向は法線方向の磁場であるから、負荷電流の変動による影響を受けることは無い。また、環境磁場ノイズについては二つの検出コイルＣ１、Ｃ２は近接した位置関係にあるため、両コイルは常時ほぼ等しい大きさの磁束を検出しており、差動的に接続されていることからこの余分な影響は互いにキャンセルすることが可能である。近傍の配電線を流れる電流によって発生する磁場の影響は、前述したように通常該当電線は被検査体である電線１と平行関係にあり、そこから発生する磁束は本発明の二つの検出コイルＣ１、Ｃ２で同じように検出される。この検出コイルＣ１、Ｃ２は差動的に接続されており、この余分な磁束についてもキャンセルされることとなり、その影響を受けることはない。次に絶縁層の厚み変化や偏心等に起因する電線１と検出コイルＣ１、Ｃ２間距離の変動の影響は、検出する磁束の方向が法線方向のものであることによりその影響はほとんど無い。
【００１４】
以上の説明では検出コイルＣ１、Ｃ２は差動的に接続するものとして説明してきたが、本発明はそれに限定されるものではなく、当該二つの磁場検出用コイルで検出する信号の差分が得られればよく、その信号の差分を検出する手段としては、二つのコイルを差動的に接続するか、コイルを含む二つの検出回路の出力差分を得るか、コイルを含む二つの検出回路の出力をＡ／Ｄ変換してディジタル演算によって差分を得るか、いずれかの手段を選択することが可能である。すなわち、コイルを含む二つの検出回路または検出装置の出力の差分を得る方式であってもよく、コイルを含む二つの検出回路または検出装置の出力をＡ／Ｄ変換器を介してコンピュータや制御装置に送ってディジタル演算によって差分を得る方式でもよい。或いは二つの検出コイルでそれぞれの磁場検出を行ないその一方の検出信号に適切なフィルタをかけて、他方の検出コイルに入力することにより差分信号を得るような方式でもよい。
【００１５】
【実施例】
電流の作る磁場、或はその磁場の乱れを、電線１の軸方向に近接して配置した２つの磁場検出線センサＳ１、Ｓ２を用いて検出し、電線１の検査を実行する検査装置の例を図１に示す。図１のＡは、差分検出手段１３の位置が同期検波回路１４の前段に有る実施例であり、図１のＢは差分検出手段１３の位置が同期検波回路１４の前段に有る実施例であり、機能や動作は同じである。
まず図１のＡの実施例ついて説明する、被検査体である電線１には、この電線１に交流電流を流すための交流電流源１５が接続され、この電線１に流れる電流に同期した交流電流源１５からの信号出力が同期検波回路１４に入力され、この同期検波回路１４は磁場検出センサＳ１、Ｓ２の出力を同期検波し、差分検出手段１３に出力する。図１のＢでは、磁場検出センサＳ１、Ｓ２の出力は、差分検出手段１３に接続し、電線１には、この電線１に交流電流を流すための交流電流源１５が接続され、この電線１に流れる電流に同期した交流電流源１５からの信号出力が同期検波回路１４に入力され、この同期検波回路１４は差分検出手段１３の出力信号を同期検波し、出力する。
走査は、電線１の軸方向に行う。このとき、この軸方向に配置された２つの磁場検出線センサＳ１、Ｓ２はある時間差をもって被検体に対し同じ位置をとることになる。すなわち、この走査線上に欠陥がある場合、この２つの磁場検出センサＳ１、Ｓ２の検出信号の差分信号を差分検手段１３で得ることにより、その差分信号は欠陥部分でまず一方側に振れ、引き続き急峻に逆側に反転して正常値に戻る所謂微分波形の形態をとり、欠陥が検出される。その際、磁場検出センサＳ１、Ｓ２は近接した位置関係にあるため、環境磁場ノイズについては領域分布差は無いと考えられると共に、時間的変化が合ったとしても両コイルは同様の変化を受けるため、差動結合によってキャンセルされ、検出誤差とはならない。また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等についても、近接する二つの検出コイルが対峙する電線部分での差はほとんど無いと考えられ、両コイルが差動的に接続されているため原理的にその影響による変動分はキャンセルされ検出誤差とはならない。
【００１６】
法線方向の磁場を電線の軸方向に配置した２つのＳＱＵＩＤ用の検出コイルを用いて検出し、電線の検査を実行する検査装置の例を示す。本実施例は図５に示されるようにＳＱＵＩＤを用いて磁場を検出するが、ＳＱＵＩＤは、その磁束電圧特性が非線形であるため、ＳＱＵＩＤに鎖交する信号磁束と同じ量の磁束を逆向きＳＱＵＩＤに印加させることで、ＳＱＵＩＤに鎖交しようとする磁束量を常に一定とし、磁束−電圧特性のある部分に磁束を固定させ、当該特性を線形化したＦＬＬ（ＦｌｕｘＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）方式を採用する。ＳＱＵＩＤは、このＦＬＬ方式の駆動回路１６に接続する。磁場検出コイルＣ１、Ｃ２は差動的になるように、同方向の磁束に対して逆向きに接続され、さらにＳＱＵＩＤに接続する。被検査体である電線１には、この電線１に交流電流を流すための交流電流源１５が接続され、この電線１に流れる電流に同期した交流電流源１５からの信号出力が同期検波回路１４に入力され、同期検波回路１４はＳＱＵＩＤ駆動回路１６の出力を同期検波し、Ａ／Ｄコンバータに出力する。ディジタル信号となった検出情報は図示していない計測制御用のコンピュータに送信され当該コンピュータによって画像形態やグラフ形態、表形態など必要に応じて信号処理され表示されると共に、記録蓄積することが出来るように構成されている。
このＳＱＵＩＤと磁場検出コイルは超電導状態で使用するものであるから、液体ヘリウムや液体窒素の寒剤が充填されるか冷却機など他の冷却手段を必要とする。この図５においてＳＱＵＩＤや磁場検出コイル等を破線で囲んだ部分はクライオスタットと呼ばれる低温容器３内に収納され、冷却手段によって冷却されている。ＳＱＵＩＤは電線断面に対して法線方向の磁場の変動を検出しており、電線１に流れている負荷電流に変動があってもそれは電線断面に対して接線方向の磁場の変動となるから、この検出値には影響を及ぼすことはない。また、電線１の被覆層の厚み変動等に起因して導体部分と検出コイル間の距離が少々変化しても、その変位は同じ法線方向となるため誤差となるような変化は生じない。地磁気のような環境磁場や近接して平行に張られている配電線の電流に起因する磁場変化は両検出コイルＣ１、Ｃ２が等しく捕えるが、差動接続されているためキャンセルされる。
また、通電・活線状態の電線の負荷電流を利用する場合、例えば図５のＡに示すＳＱＵＩＤを用いると、図６のＡのように、電流センサ２０を電線１に流れる負荷電流を検出する様に設置し、この電流センサ２０の出力が同期検波回路１４に接続する構成となり、ＳＱＵＩＤ駆動回路１６の出力は同期検波回路１４に入力し、この電流センサ２の出力によって負荷電流に同期して検波される。又は、図６のＢのように、同期検波回路１４の代りに、検波のために必要な同期信号を別に入力する必要のない検波平滑回路１９を使用することも可能である。
【００１７】
図７に図５の実施例の構成による、欠陥の検出例を示す。この検査装置は走行に伴う位置情報を検出する手段と、前記欠陥検出情報と位置情報とを対応させて取得する手段を備えたものであって、図７のグラフにおいて横軸は電線の位置をｍｍ単位で示しており、縦軸はＳＱＵＩＤの検出電圧をｍＶ単位で示したものである。このグラフ波形は不良・欠陥部における磁場変化を微分波形で捉えており、それは電線上の基準点から２５ｍｍ手前の部分に矢印で示す欠陥があることが見て取れる。ＳＱＵＩＤは電線断面に対して法線方向の磁場の変動を検出しているので、電線に流れている負荷電流に変動があってもそれは電線断面に対して接線方向の磁場の変動となるから、この検出値は影響を受けていない。また、電線の被覆層の厚み変動等に起因して導体部分と検出コイル間の距離が少々変化しても、その変位は同じ法線方向となるため誤差となるような変化は生じない。また、近傍の配電線を流れる電流によって発生する磁場変動についても、その磁束は当該配電線の断面に対し接線方向にあり、それを本装置の検出コイルが拾うことになる。しかし、２つの検出コイルが差動的に接続されているので、この磁束についてもキャンセルされることとなり、その影響を受けることもないものである。
ここでは、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた例を中心に示したが、磁場検出コイルに誘起する起電力を検出する方法や、ＭＩセンサ、ホール素子等の磁気センサを用いて、同様の構成或は、又構造を適用した場合も同様に実施することが可能である。実際の電線検査装置として使用する場合には、対象とする被測定物の磁気信号の大きさに応じて磁気センサを選択する必要がある。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の電線の不良・欠陥検査方法は、電流を流して断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥に起因する電磁界の乱れを磁気的に検出するものであって、磁場検出用コイルを被検体電線に沿って同じ向きで近接した所定間隔に二つ配置し、当該二つの磁場検出用コイルに誘起される起電力の差分を得るようにしたものであるから、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場ノイズ等の外乱による影響を受けることがなく、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いという特長を有する。そして、電流として、電線の負荷電流をそのまま利用することができので、活線状態での電線の不良欠陥検査方法が実現できる。
また、本発明の電線の検査装置は、電線上を走行する手段を備えた走行体と、当該走行体には前記電線の側面に走行方向に前後して二つの磁場検出コイルを配置すると共に、両コイルに誘起される起電力の差分を検出する検出手段と、走行に伴う位置情報を検出する手段と、前記検出情報と位置情報とを対応させて取得する手段とを備えるものであるから、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場ノイズ或いは近傍の平行して張られた電線の電流が発生する電磁場等の影響を受けることがなく、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響も受け難い、電線の断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥検査を通電・活線状態で実行できる検査装置を提供できた。
【００１９】
電線の検査装置における起電力の差分を検出する手段として、磁場検出コイルを電線断面に対し法線方向の磁気を検出する向きに配置すると共に、二つのコイルを超電導量子干渉素子磁束計に結合する構成を採用した本発明は、欠陥部において生じる電流の迂回現象に起因する電線断面に対して法線方向の磁場変化から欠陥を検出するものであるから、従来の電線断面に対して接線方向の磁場変化を検出・モニタしていたもののように、電線に流れている負荷電流に変動があってもそれが検出信号に影響を及ぼすことが無い。また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等によってセンサと導体との距離が若干変動したような場合にも、その変位は法線方向となるため誤差となるような変化は生じない。そして、検出が難しいヘアクラックレベルの電流の迂回現象に起因する電線断面に対して法線方向の磁場変化は、極めて微弱な物理量であるが、例えば高感度のＳＱＵＩＤ磁束計をセンサとして採用すれば、精度よくこれを検出することが出来る。検出する磁気信号のレベルによっては、当然ＳＱＵＩＤ以外のＭＩ素子、ホール素子等の磁気センサーでも検出が可能である。
ここでは、ＳＱＵＩＤ磁束計を用いた例を中心に示したが、検出対象の磁気信号の大きさに応じて、磁場検出コイルに誘起する起電力を検出する方法や、ＭＩセンサ、ホール素子等の磁気センサを用いた場合も、この実施例のような構成或は、又、構造を用いることによって同様の効果が得られる。
また、図示実施例では、交流電流を通電する場合を例にして説明したが、当然、直流電流を通電した場合でも、不良や欠陥を検出できることはあきらかであり、この場合は装置の同期検波回路を省略できる簡素化がはかられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電線の検査を実行する本発明の検査装置の実施例構成図である。
【図２】本発明において、被検査体である電線の断面に対し接線方向の磁場を検出する磁場検出コイルの配置関係を示す図である。
【図３】本発明において、被検査体である電線の断面に対し法線方向の磁場を検出する磁場検出コイルの配置関係を示す図である。
【図４】ＳＱＵＩＤと検出コイルとの超電導磁束トランスの結合を示す図である。
【図５】ＳＱＵＩＤを用い電線の検査を実行する本発明の検査装置の実施例構成図である。
【図６】負荷電流を利用し電線の検査を実行する本発明の検査装置の実施例構成図である。
【図７】本発明の検査装置による検査結果を電線位置に対応させてグラフ表示させた例である。
【図８】従来の磁場検出法による電線欠陥検出形態例を模式的に示した図である。
【図９】従来の磁場検出法による電線欠陥検出形態の異なる例を示した図である。
【符号の説明】
１被検体である電線
１１導体Ｃ１，Ｃ２検出コイル
１２絶縁層ｄ両コイル間距離
３クライオスタットＤ不良・欠陥

Claims

被検体電線に交流電流を流し、この被検体電線の導体部の断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥に起因する電流の乱れを磁気的に検出するものであって、磁場検出センサを被検体電線に沿って同じ向きで近接した間隔に二つ配置し、当該二つの磁場検出センサで検出される信号の差分を得るようにして、電線を流れる負荷電流値の変動や環境磁場ノイズ等の外乱による影響を受けず、また、導体の偏心や絶縁層の厚みのバラツキ等による影響を受け難いようにしたことを特徴とする電線の不良・欠陥検査方法。
交流電流として、通電・活線状態の電線の負荷電流を利用することを特徴とした請求項１記載の電線の不良欠陥検査方法。
通電・活線状態の電線上を走行する手段を備えた走行体と、当該走行体には前記電線の側面に走行方向に前後して二つの磁場検出センサを配置すると共に、両センサで検出される信号の差分を検出する検出手段と、走行に伴う位置情報を検出する手段と、前記検出情報と位置情報とを対応させて取得する手段とを備え、電線の断線、傷、不導体化ならびに応力腐食割れなどの不良・欠陥検査を電線の負荷電流を利用し実行できるようにした電線の不良欠陥検査装置。
電線上を走行する手段を備えた走行体と、当該走行体には前記電線に電流を印可する電流源を備えた請求項３記載の電線の不良欠陥検査装置。
磁場検出センサとして、磁気インピーダンス（ＭＩ）素子等の磁気センサを用い、信号の差分を検出する手段は、この磁気センサを２つ用い、この２つの磁気センサの磁場検出部を電線断面に対し法線方向の磁気を検出する向きに配置すると共に、この２つの磁気センサを被検体電線に沿って同じむきに近接させて配置する構成を採用したものである請求項３又は４に記載の電線の検査装置。
磁場検出センサとして、超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）磁束計を用い、信号の差分を検出する手段は、この磁気センサを２つ用い、この２つの磁気センサの磁場検出部を電線断面に対し法線方向の磁気を検出する向きに配置すると共に、この２つの磁気センサを被検体電線に沿って同じむきに近接させて配置する構成を採用したものである請求項３又は４に記載の電線の検査装置。
信号の差分を検出する手段は、二つの磁場検出センサを差動的に接続するか、磁場検出センサを含む二つの検出回路の出力差分を得るか、磁場検出センサを含む二つの検出回路の出力をＡ／Ｄ変換してディジタル演算によって差分を得るか、いずれかのものである請求項３又は４又は５又は６に記載の電線の検査装置。
磁場検出センサとして２次微分コイルを用いたものである請求項３又は４又は７のいずれかに記載の電線の検査装置。