JP2009198178A - Position detecting device, and opening/closing motion characteristic measuring device and breaker using this - Google Patents

Position detecting device, and opening/closing motion characteristic measuring device and breaker using this Download PDF

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晶英 白附
Masahiro Shikai
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an opening/closing motion characteristic device using a position detecting device which can be easily attached to an existing breaker. <P>SOLUTION: A reflecting plate 13 is fixed to a main shaft 6 which moves linearly in linkage with a stroke motion of a movable contact 5 at the time of an opening/closing motion of a breaker, and the sphere wherein the reflecting plate 13 can be moved linearly is illuminated by an illuminating optical system equipped with a light source radiating light in the shape of a cone. The light reflected by the reflecting plate is received by a light receiving optical system and a detection signal based on the amount of the received light is output therefrom. Moreover, a signal processing part outputs a position signal of the reflecting plate 13, based on the detection signal, and a monitoring part 15 measures an opening/closing motion characteristic, based on time-series data on the position signal. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、主回路を開閉する遮断器の主軸の位置を計測する位置検出装置と、これを用いた開閉動作特性計測装置及び遮断器に関するものである。   The present invention relates to a position detection device that measures the position of a main shaft of a circuit breaker that opens and closes a main circuit, and a switching operation characteristic measurement device and circuit breaker using the position detection device.

主回路を開閉する遮断器は、固定接触子と直動可能な主軸に固着された可動接触子とを備え、主軸の直動動作によって固定接触子と可動接触子が接触することで閉極し、固定接触子と可動接触子が離れることで開極するようになっている。その際、可動接触子のストローク動作による開閉が行われる瞬間とその近傍において、可動接触子の位置と移動速度が安定して再現されることが遮断器の信頼性確保にとって重要であり、製造時や定期点検時、場合によっては通常動作時の動作毎に、可動接触子のストローク動作である開閉動作特性を計測することが行われる。   The circuit breaker that opens and closes the main circuit includes a fixed contact and a movable contact fixed to the linearly movable main shaft, and is closed when the fixed contact and the movable contact come into contact with each other by the linear movement of the main shaft. The contact is opened when the fixed contact and the movable contact are separated. At that time, it is important to ensure the reliability of the circuit breaker that the position and moving speed of the movable contact are stably reproduced at and near the moment when the movable contact is opened and closed by the stroke operation. In addition, at the time of periodic inspection, or in some cases during normal operation, the opening / closing operation characteristics that are the stroke operation of the movable contact are measured.

従来の主軸の位置を検出する位置検出装置は、可動接触子が固着された主軸に主軸の直動量を回転量に変換する機構を取り付け、まず、その回転量をロータリーエンコーダで検出し、その回転量から主軸の直動量を求めることで、可動接触子の位置を計測するようにしていた。また、この位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置は、この位置検出装置が計測した位置データから主軸の移動速度を測定して開閉動作特性を計測するようにしていた。(例えば、特許文献1参照)。   A conventional position detection device that detects the position of a main shaft is equipped with a mechanism that converts the amount of linear motion of the main shaft into a rotation amount on the main shaft to which a movable contact is fixed. First, the rotation amount is detected by a rotary encoder, and the rotation is detected. The position of the movable contact is measured by obtaining the amount of linear motion of the spindle from the amount. Further, the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device measures the opening / closing operation characteristics by measuring the moving speed of the spindle from the position data measured by the position detecting device. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2001−145217号公報(第4頁、第1図)JP 2001-145217 A (page 4, FIG. 1)

従来の位置検出装置とこれを用いた開閉動作特性計測装置は上記のように構成されているので、既存の遮断器に取り付けるにおいて、ピストン運動を行う主軸に改造を施すために遮断器の一部を分解することが必要となったり、遮断器が高電圧設備であることから、遮断器本体や主軸に隣接させて直動回動変換機構を配置するに際し、高電圧に配慮して配置することが必要であった。従って、主軸の改造のための作業や高電圧に配慮した配置を行う必要があることから、従来の位置検出装置及び開閉動作特性計測装置を既存の遮断器に取り付けることが容易では無いという問題があった。   Since the conventional position detection device and the switching operation characteristic measurement device using the same are configured as described above, a part of the circuit breaker is used to modify the main shaft that performs the piston motion when attaching to an existing circuit breaker. Since it is necessary to disassemble the circuit breaker and the circuit breaker is a high-voltage facility, when placing the linear motion rotation conversion mechanism adjacent to the circuit breaker body and the main shaft, the high voltage should be considered. Was necessary. Therefore, there is a problem that it is not easy to attach the conventional position detection device and the switching operation characteristic measuring device to the existing circuit breaker because it is necessary to perform work for remodeling the spindle and to arrange in consideration of high voltage. there were.

この発明は、上記のような課題を解決するために為されたもので、既存の遮断器に対して容易に取り付け可能な位置検出装置とこれを用いた開閉動作特性計測装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a position detection device that can be easily attached to an existing circuit breaker and a switching operation characteristic measurement device using the position detection device. Objective.

この発明に係る位置検出装置は、遮断器の開閉動作時に可動接触子のストローク動作に連動して直動する主軸に反射板を固着し、光を円錐状に放射する光源を備える照明光学系により前記光源からの光で前記反射板の直動可能範囲を照明し、受光光学系で前記反射板によって反射された前記光源からの光を撮像素子の検出面にて受光して受光量に基づいた検出信号を出力するようにした。さらに、前記検出信号に基づいて前記反射板の位置信号を信号処理部が出力するようにした。   The position detection device according to the present invention is based on an illumination optical system including a light source that radiates light in a conical shape by fixing a reflecting plate to a main shaft that linearly moves in conjunction with a stroke operation of a movable contactor during an opening / closing operation of a circuit breaker. Based on the amount of light received by illuminating the linearly movable range of the reflector with the light from the light source, and receiving the light from the light source reflected by the reflector with a light receiving optical system on the detection surface of the image sensor. A detection signal is output. Further, the signal processing unit outputs a position signal of the reflecting plate based on the detection signal.

また、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置は、前記位置検出装置が出力する位置信号の時系列データに基づいてモニタリング部が開閉動作特性を計測するようにした。   In the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detection device according to the present invention, the monitoring unit measures the opening / closing operation characteristics based on the time-series data of the position signal output from the position detection device.

この発明によれば、主軸の位置の計測に光を用い、主軸に反射板を固着して、照明光学系で離れた位置から反射板の直動可能範囲を照明し、受光光学系で離れた位置から反射板で反射された光を受光して、受光量に基づいて信号処理部で主軸の位置を計測し、計測された位置データに基づいてモニタリング部で開閉動作特性を計測するようにしたので、主軸に単に反射板を固着するだけでそれ以外の主軸の一切の改造は不要で、さらに、反射板以外の位置検出装置の本体は高電圧機器である遮断器の本体や主軸から離れた位置に配置することが可能なので、位置検出装置を配置する上で高電圧に配慮する必要も無いことから、既存の遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果を得ることができる。   According to the present invention, light is used for measuring the position of the main axis, the reflecting plate is fixed to the main axis, the range in which the reflecting plate can move directly is illuminated from the position separated by the illumination optical system, and separated by the light receiving optical system. The light reflected from the reflector is received from the position, the position of the spindle is measured by the signal processing unit based on the amount of received light, and the opening / closing operation characteristics are measured by the monitoring unit based on the measured position data. Therefore, it is not necessary to make any other modifications to the main shaft by simply attaching the reflector to the main shaft, and the body of the position detector other than the reflector is separated from the main body of the circuit breaker and the main shaft, which are high-voltage devices. Since it is possible to arrange at a position, it is not necessary to consider a high voltage when arranging the position detection device, so that it is possible to obtain an effect that it is very easy to attach to an existing circuit breaker.

以下、この発明の実施の形態による位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置を取り付ける遮断器が電源の母線と主回路に電力を供給するための送電線との間を開閉するガス遮断器である場合を例に説明する。   Hereinafter, the circuit breaker to which the switching operation characteristic measuring device using the position detection device according to the embodiment of the present invention is attached is a gas circuit breaker that opens and closes between the power source bus and the power transmission line for supplying power to the main circuit. A case will be described as an example.

なお、遮断器がガス絶縁方式に限られるわけでは無く、例えば、真空絶縁や油絶縁や空気絶縁等の他の絶縁方式のものであってもこの発明に係る開閉動作特性計測装置は適用可能で、また、遮断器が開閉するのが母線と送電線との間に限られるわけでは無く、例えば、送電線と負荷との間であっても良いのは言うまでも無い。   Note that the circuit breaker is not limited to the gas insulation system, and the switching operation characteristic measuring apparatus according to the present invention can be applied to other insulation systems such as vacuum insulation, oil insulation and air insulation. In addition, the circuit breaker is not limited to be opened and closed between the bus and the power transmission line, but may be, for example, between the power transmission line and the load.

実施の形態1.
図1は、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1を電力系統設備等に既に設けられているガス遮断器に取り付けた構成を示す構成図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration in which Embodiment 1 of an opening / closing operation characteristic measuring device using a position detecting device according to the present invention is attached to a gas circuit breaker already provided in a power system facility or the like.

図1に示すように、ガス遮断器は、母線1に接続された固定接触子2と送電線3に接続された固定接触子4との間を開閉するものであり、可動接触子5がストローク動作を行い、固定接触子2及び固定接触子4とに接触することで閉極し、可動接触子5が固定接触子2及び固定接触子4と離れることで開極するようになっている。   As shown in FIG. 1, the gas circuit breaker opens and closes between a fixed contact 2 connected to the bus 1 and a fixed contact 4 connected to the power transmission line 3, and the movable contact 5 is stroked. The operation is performed to close the contact with the fixed contact 2 and the fixed contact 4, and the movable contact 5 is separated from the fixed contact 2 and the fixed contact 4 to open the contact.

可動接触子5がストローク動作を行うために、可動接触子5は主軸6の一端に固定されており、主軸5の他端に設けられた主軸駆動部7によって、主軸5は矢印8の示す両方の向きに直動可能となっている。   In order for the movable contact 5 to perform a stroke operation, the movable contact 5 is fixed to one end of the main shaft 6, and the main shaft 5 is indicated by an arrow 8 by the main shaft driving portion 7 provided at the other end of the main shaft 5. It is possible to move in the direction of.

固定接触子2、固定接触子4、及び可動接触子5は、ガス遮断器の本体である圧力容器9内に設けられており、この圧力容器9には六弗化硫黄等の絶縁ガスが封入されている。なお、主軸6が圧力容器9に導入される箇所には、主軸6が直動する際に圧力容器9から絶縁ガスが漏れることが無いように、軸シール部10が設けられている。なお、主軸6や主軸6を駆動する主軸駆動部7は、圧力容器9のように密閉はされていないが、ガス遮断器自体が高電圧機器であることから、外部と距離を確保するために筐体11の中に設けられている。   The fixed contact 2, the fixed contact 4, and the movable contact 5 are provided in a pressure vessel 9 that is a main body of the gas circuit breaker. The pressure vessel 9 is filled with an insulating gas such as sulfur hexafluoride. Has been. A shaft seal portion 10 is provided at a location where the main shaft 6 is introduced into the pressure vessel 9 so that the insulating gas does not leak from the pressure vessel 9 when the main shaft 6 moves linearly. The main shaft 6 and the main shaft driving unit 7 that drives the main shaft 6 are not sealed like the pressure vessel 9, but the gas circuit breaker itself is a high-voltage device, so that a distance from the outside can be secured. It is provided in the housing 11.

なお、主軸6をどのように駆動するかは、駆動制御部12が主軸駆動部7の動作を制御することで行われる。   Note that how the spindle 6 is driven is performed by the drive control unit 12 controlling the operation of the spindle drive unit 7.

次に、ガス遮断器に取り付けられたこの発明に係る開閉動作特性計測装置の実施の形態1について、図1を用いて構成を説明する。   Next, the configuration of Embodiment 1 of the switching operation characteristic measuring apparatus according to the present invention attached to a gas circuit breaker will be described with reference to FIG.

ガス遮断器の開閉動作時に可動接触子5のストローク動作に連動して直動する主軸6には、反射板13が固着されており、可動接触子5のストローク動作範囲に対応して、反射板13の直動可能範囲が決まっている。図1においては、反射板13の直動可能範囲は矢印8の示す幅の範囲となっている。   A reflecting plate 13 is fixed to the main shaft 6 that linearly moves in conjunction with the stroke operation of the movable contactor 5 during the opening / closing operation of the gas circuit breaker, and the reflecting plate corresponds to the stroke operation range of the movable contactor 5. 13 linear motion possible ranges are determined. In FIG. 1, the linearly movable range of the reflecting plate 13 is a width range indicated by an arrow 8.

反射板位置測定部14は、光を用いて反射板13の位置を測定するものであり、反射板位置測定部14から出力された反射板13の位置信号はモニタリング部15に送られ、この位置信号の時系列データに基づいてガス遮断器の開閉動作特性がモニタリング部15で計測される。   The reflection plate position measurement unit 14 measures the position of the reflection plate 13 using light, and the position signal of the reflection plate 13 output from the reflection plate position measurement unit 14 is sent to the monitoring unit 15, and this position Based on the time-series data of the signal, the switching operation characteristic of the gas circuit breaker is measured by the monitoring unit 15.

モニタリング部15で得られたガス遮断器の開閉動作特性のデータは、駆動制御部12に送られ、駆動制御部12はこのデータに基づいて主軸駆動部7を制御する。もし、開閉動作特性に異常があれば、駆動制御部12はガス遮断器に故障が発生しているとして、駆動制御部12を制御してガス遮断器の開閉動作を中止し、故障発生を発報する。   Data on the switching operation characteristics of the gas circuit breaker obtained by the monitoring unit 15 is sent to the drive control unit 12, and the drive control unit 12 controls the spindle drive unit 7 based on this data. If there is an abnormality in the switching operation characteristics, the drive control unit 12 determines that a failure has occurred in the gas circuit breaker, and controls the drive control unit 12 to stop the opening / closing operation of the gas circuit breaker. I will inform you.

図2は、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1の構成を詳細に説明するための詳細構成図であり、図1に示すガス遮断器の内の主軸6と図1に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板13及び反射板位置測定部14を抜き出したものである。また、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 2 is a detailed configuration diagram for explaining in detail the configuration of the first embodiment of the switching operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device according to the present invention, and is a main shaft in the gas circuit breaker shown in FIG. 6 and the reflection plate 13 and the reflection plate position measurement unit 14 in the opening / closing operation characteristic measurement apparatus shown in FIG. Also, the same reference numerals as those in FIG.

図2において、図1に記載の反射板13に対応するのは拡散反射板13aであり、照明された光を拡散反射する。従って、拡散反射板13aで反射された光は広い範囲に広がって伝搬していくため、拡散反射板13aから距離が離れると著しく反射された光の強度が低下する。   In FIG. 2, a diffuse reflector 13a corresponds to the reflector 13 shown in FIG. 1, and diffuses and reflects the illuminated light. Accordingly, since the light reflected by the diffuse reflector 13a spreads and propagates over a wide range, the intensity of the light reflected significantly decreases as the distance from the diffuse reflector 13a increases.

また、図2において、主軸6は矢印8の両方の向きに直動するようになっており、この主軸6に固着された拡散反射板13aの直動可能範囲は、図1に記載の可動接触子5のストローク動作範囲に対応して、矢印8の幅の示す範囲となっている。   Further, in FIG. 2, the main shaft 6 moves linearly in both directions of the arrow 8, and the linearly movable range of the diffuse reflector 13a fixed to the main shaft 6 is the movable contact shown in FIG. Corresponding to the stroke operation range of the child 5, it is a range indicated by the width of the arrow 8.

また、拡散反射板13aを照明する照明光学系16aは、光を円錐状に放射する、例えば、ランプ、LED、または半導体レーザ等の光源17を備えており、光源17からの光で拡散反射板13aの直動可能範囲を照明している。   The illumination optical system 16a that illuminates the diffuse reflector 13a includes a light source 17 such as a lamp, an LED, or a semiconductor laser that emits light in a conical shape. Illuminates the linearly movable range 13a.

照明光学系16aで拡散反射板13aの直動可能範囲が照明され、拡散反射板13aで拡散反射された光は、受光光学系18aで受光される。受光光学系18aは、拡散反射板13aで拡散反射されて広がった光を集光する結像光学素子であるレンズ19aと、集光された拡散反射板13aからの光を受光して受光量に基づいた検出信号を出力する撮像素子20とを備えている。   The illumination optical system 16a illuminates the linearly movable range of the diffuse reflector 13a, and the light diffusely reflected by the diffuse reflector 13a is received by the light receiving optical system 18a. The light receiving optical system 18a receives the light from the lens 19a, which is an imaging optical element that condenses the light diffused and diffused by the diffuse reflector 13a, and the condensed diffuse reflector 13a, and receives the received light amount. And an imaging device 20 that outputs a detection signal based on the detection signal.

レンズ19aは、拡散反射板13aで拡散反射された光が撮像素子20の検出面に結像するように配置されている。   The lens 19 a is arranged so that the light diffusely reflected by the diffuse reflector 13 a forms an image on the detection surface of the image sensor 20.

なお、上記では、結像光学素子としては、レンズである場合を説明したが、結像機能があればレンズに限られるわけではなく、例えば、フレネルゾーンプレートや凹面ミラーであっても良いのは言うまでも無い。   In the above description, the imaging optical element is a lens. However, the imaging optical element is not limited to a lens as long as it has an imaging function. For example, a Fresnel zone plate or a concave mirror may be used. Needless to say.

なお、結像光学素子がピンホールであっても拡散反射板13aで拡散反射された光を撮像素子20の検出面に結像させることは可能であるが、拡散反射板13aで拡散反射された光は拡散反射板13aから距離が離れると反射された光の強度が著しく低下するため、ピンホールを通過できる光のみを検出したのでは撮像素子20から出力される検出信号は非常に弱くなってしまい、開閉動作特性を計測することができない。   Even if the imaging optical element is a pinhole, it is possible to image the light diffusely reflected by the diffuse reflector 13a on the detection surface of the image sensor 20, but it is diffusely reflected by the diffuse reflector 13a. Since the intensity of reflected light significantly decreases as the distance from the diffuse reflector 13a increases, the detection signal output from the image sensor 20 becomes very weak when only the light that can pass through the pinhole is detected. Therefore, the opening / closing operation characteristics cannot be measured.

次に、撮像素子20から出力された検出信号は信号処理部21に送られ、信号処理部21は、この検出信号に基づいて拡散反射板13aの位置信号を得る信号処理を行い、得られた位置信号は、図1に記載のモニタリング部15に送られる。   Next, the detection signal output from the image sensor 20 is sent to the signal processing unit 21, and the signal processing unit 21 performs signal processing to obtain a position signal of the diffuse reflector 13a based on the detection signal, and is obtained. The position signal is sent to the monitoring unit 15 shown in FIG.

なお、図1に記載の反射板位置測定部14は、図2の照射光学系16aと受光光学系18aと信号処理部21から構成されている。   The reflector position measuring unit 14 shown in FIG. 1 includes the irradiation optical system 16a, the light receiving optical system 18a, and the signal processing unit 21 shown in FIG.

次に、この開閉動作特性計測装置の動作について、以下に図1と図2を用いて詳細に説明する。   Next, the operation of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus will be described in detail with reference to FIGS.

図1に示すガス遮断器は、可動接触子5のストローク動作によって、可動接触子5が固定接触子2及び固定接触子4と接触すると閉極し、可動接触子5が固定接触子2及び固定接触子4と離れると開極する。   The gas circuit breaker shown in FIG. 1 is closed when the movable contact 5 comes into contact with the fixed contact 2 and the fixed contact 4 by the stroke operation of the movable contact 5, and the movable contact 5 is fixed to the fixed contact 2 and fixed. When the contact 4 is separated, the contact is opened.

その際、ガス遮断器の開閉が行われる瞬間とその近傍での可動接触子5のストローク動作があらかじめ設定されたとおりに再現性良く行われることは、ガス遮断器の性能と信頼性を確保する上で極めて重要であり、所定のストローク動作で開閉できなくなると、大きな開閉サージを引き起こしたり、ガス遮断器の故障を招く恐れがある。   In that case, the stroke operation of the movable contactor 5 at the moment when the gas circuit breaker is opened and closed and in the vicinity thereof is performed with high reproducibility as set in advance, thereby ensuring the performance and reliability of the gas circuit breaker. It is extremely important in the above, and if it becomes impossible to open and close with a predetermined stroke operation, there is a risk of causing a large switching surge or a failure of the gas circuit breaker.

そこで、可動接触子5のストローク動作である開閉動作特性を、ガス遮断器の製造時や定期点検時、場合によっては通常動作時の動作毎に計測することが行われる。   Therefore, the opening / closing operation characteristics that are the stroke operation of the movable contactor 5 are measured at the time of manufacturing the gas circuit breaker, at the periodic inspection, or in some cases at the time of the normal operation.

さて、例えば、ガス遮断器が閉極した状態にあり、送電線3の点検を実施する必要が生じた場合にはガス遮断器を開極させることとなるが、その場合、接触子5を固定接触子2及び固定接触子4から引き離すストローク動作が行われる。   For example, when the gas circuit breaker is in a closed state and it is necessary to inspect the power transmission line 3, the gas circuit breaker is opened. In this case, the contactor 5 is fixed. A stroke operation for pulling away from the contact 2 and the fixed contact 4 is performed.

その際、接触子5のストローク動作に連動して直動する主軸6が駆動制御部12で制御された主軸駆動部7によって駆動され、主軸6に固着された図2に示す拡散反射板13aは矢印8の幅が示す直動可能範囲で移動することとなる。   At that time, the main shaft 6 that linearly moves in conjunction with the stroke operation of the contact 5 is driven by the main shaft driving section 7 controlled by the drive control section 12, and the diffuse reflector 13a shown in FIG. It moves within the linearly movable range indicated by the width of the arrow 8.

光を円錐状に放射する光源17を備えた照明光学系16aは矢印8の幅が示す直動可能範囲を照明しており、拡散反射板13aは直動可能範囲内で移動するので、常に光源17からの光を拡散反射している。   The illumination optical system 16a provided with the light source 17 that emits light in a conical shape illuminates the linearly movable range indicated by the width of the arrow 8, and the diffusive reflector 13a moves within the linearly movable range. The light from 17 is diffusely reflected.

拡散反射板13aで拡散反射された光は、受光光学系18aで受光される。その際、レンズ19aは1次元ないしは2次元のCCDやフォトダイオードアレイ等の撮像素子20の検出面に結像するように配置されているので、拡散反射板13aの移動に伴なって、検出面上を拡散反射板13aの像が移動する。この像の移動を反映した撮像素子20から出力される検出信号を信号処理部21で信号処理することにより、拡散反射板13aの位置を示す位置信号が得られる。   The light diffusely reflected by the diffuse reflector 13a is received by the light receiving optical system 18a. At that time, since the lens 19a is disposed so as to form an image on the detection surface of the image pickup device 20 such as a one-dimensional or two-dimensional CCD or photodiode array, the detection surface is moved along with the movement of the diffusive reflector 13a. The image of the diffuse reflector 13a moves on the top. The signal processing unit 21 performs signal processing on the detection signal output from the imaging element 20 reflecting the movement of the image, thereby obtaining a position signal indicating the position of the diffuse reflector 13a.

図3は、一例として1次元CCDである撮像素子20から出力された検出信号の強度を、横軸を画素位置として、プロットした検出信号強度分布図である。   FIG. 3 is a detection signal intensity distribution diagram in which the intensity of the detection signal output from the image sensor 20 which is a one-dimensional CCD as an example is plotted with the horizontal axis as the pixel position.

図3において、矢印22の位置でピークとなっている実線の分布波形は可動接触子5が固定接触子2及び固定接触子4と接触してガス遮断器が閉極している状態の場合を示しており、矢印23の位置でピークとなっている破線の分布波形はガス遮断器が開極している状態の場合を示している。   In FIG. 3, the distribution waveform of the solid line that peaks at the position of the arrow 22 indicates a state in which the movable circuit 5 is in contact with the stationary contact 2 and the stationary contact 4 and the gas circuit breaker is closed. The broken line distribution waveform that is peaked at the position of the arrow 23 indicates a state in which the gas circuit breaker is open.

ガス遮断器が開極動作を行うと、閉極状態であった矢印22の位置でピークとなっている実線の分布波形が、拡散反射板13aの移動に伴なって矢印24の示す向きに移動し、矢印23の位置に達して開極状態となる。ここで、分布波形のピークの位置と主軸6の位置とは一対一に対応しているので、このピーク位置から拡散反射板13aの位置を得ることができる。   When the gas circuit breaker performs the opening operation, the distribution waveform of the solid line that is peaked at the position of the arrow 22 in the closed state moves in the direction indicated by the arrow 24 along with the movement of the diffuse reflector 13a. Then, it reaches the position of the arrow 23 and is in an open state. Here, since the position of the peak of the distribution waveform and the position of the main axis 6 correspond one-to-one, the position of the diffuse reflector 13a can be obtained from this peak position.

図4は、ガス遮断器が開極動作を行った際の検出信号強度の分布波形のピークの位置を、横軸を時間として、プロットした位置信号強度時間変化図である。   FIG. 4 is a position signal intensity time variation diagram in which the position of the peak of the distribution waveform of the detection signal intensity when the gas circuit breaker performs the opening operation is plotted with the horizontal axis as time.

図4に示すように、ガス遮断器が開極動作を行うと、拡散反射板13aの位置に対応した位置信号の強度は、ガス遮断器が閉極している状態の矢印25の位置に対応した位置信号の値からガス遮断器が開極している状態の矢印26の位置に対応した位置信号の値に時間とともに移動している。   As shown in FIG. 4, when the gas circuit breaker performs the opening operation, the intensity of the position signal corresponding to the position of the diffuse reflector 13a corresponds to the position of the arrow 25 when the gas circuit breaker is closed. The value of the position signal corresponding to the position of the arrow 26 in the state where the gas circuit breaker is opened is shifted with time from the value of the position signal thus obtained.

以上のように、主軸6に固着された拡散反射板13aの位置が信号処理部21から出力される位置信号の強度から得ることができる。   As described above, the position of the diffuse reflector 13 a fixed to the main shaft 6 can be obtained from the intensity of the position signal output from the signal processing unit 21.

ところで、可動接触子5と拡散反射板13aはいずれも主軸6に固着されており、それれぞれの固着されている位置は異なるが、可動接触子5の位置と拡散反射板13aの位置は一対一に対応している。   By the way, the movable contact 5 and the diffuse reflector 13a are both fixed to the main shaft 6, and the positions where they are fixed are different, but the positions of the movable contact 5 and the diffuse reflector 13a are different. One-to-one correspondence.

従って、図1に記載のモニタリング部15において、信号処理部21から出力され、時間とともに刻々変化していく位置信号のデータから、可動接触子5のストローク動作であるガス遮断器の開閉動作特性を計測する。言い換えると、位置信号の時系列データから可動接触子5の位置とその位置での移動速度が計測されることとなる。 Therefore, in the monitoring unit 15 shown in FIG. 1, the opening / closing operation characteristics of the gas circuit breaker which is the stroke operation of the movable contact 5 are obtained from the position signal data output from the signal processing unit 21 and changing with time. measure. In other words, the position of the movable contact 5 and the moving speed at the position are measured from the time-series data of the position signal.

以上のように、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1は、主軸6の位置の計測に光を用いており、遮断器の開閉動作時に可動接触子5のストローク動作に連動して直動する主軸6に拡散反射板13aを固着し、光を円錐状に放射する光源17を備える照明光学系16aにより前記拡散反射板13aの直動可能範囲を照明し、受光光学系18aで前記拡散反射板13aによって反射された前記光源17からの光を撮像素子20の検出面に結像光学素子である例えばレンズ19aで結像させ、結像された光の受光量に基づいて前記撮像素子20から検出信号を出力するようにした。さらに、前記検出信号に基づいてモニタリング部15が開閉動作特性を計測するようにした。   As described above, Embodiment 1 of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device according to the present invention uses light for measuring the position of the main shaft 6, and the movable contact 5 during the opening / closing operation of the circuit breaker. A diffusive reflector 13a is fixed to the main shaft 6 that moves linearly in conjunction with the stroke operation, and an illuminating optical system 16a that includes a light source 17 that radiates light in a conical shape illuminates a linearly movable range of the diffusive reflector 13a. The light from the light source 17 reflected by the diffuse reflection plate 13a in the light receiving optical system 18a is imaged on the detection surface of the image sensor 20 by, for example, a lens 19a that is an imaging optical element, and the received light is received. A detection signal is output from the image sensor 20 based on the amount. Further, the monitoring unit 15 measures the opening / closing operation characteristics based on the detection signal.

この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1は、以上のように構成されているので、主軸6に単に拡散反射板13aを固着するだけでそれ以外の主軸6の一切の改造は不要で、さらに、拡散反射板13a以外の開閉動作特性計測装置の本体は高電圧機器であるガス遮断器の本体や主軸6から離れた位置に配置することが可能なので、開閉動作特性計測装置を配置する上で高電圧に配慮する必要も無いことから、既存のガス遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果がある。   Since the first embodiment of the opening / closing operation characteristic measuring device using the position detecting device according to the present invention is configured as described above, the main shaft 6 is simply fixed to the main shaft 6 by simply fixing the diffuse reflector 13a. The main body of the switching operation characteristic measuring device other than the diffuse reflector 13a can be placed away from the main body of the gas circuit breaker and the main shaft 6 which are high voltage devices. Since it is not necessary to consider the high voltage in arranging the operation characteristic measuring device, there is an effect that it is very easy to attach to an existing gas circuit breaker.

なお、上記では既存のガス遮断器に対してこの開閉動作特性計測装置を取り付けることを述べたが、電力系統設備等に新設するガス遮断器に取り付ける場合においても、開閉動作特性計測装置を配置する上で高電圧に配慮する必要が無いことから、取り付けが容易で、その結果、ガス遮断器自体の設計が容易になるという効果がある。   In the above description, the switching operation characteristic measuring device is attached to the existing gas circuit breaker. However, the switching operation characteristic measuring device is arranged even when it is attached to a gas circuit breaker newly installed in a power system facility or the like. Since there is no need to consider high voltage above, it is easy to install, and as a result, the gas circuit breaker itself can be easily designed.

実施の形態2.
実施の形態1の開閉動作特性計測装置では、主軸6に固着する反射板として拡散反射板13aを用いたが、拡散反射板13aで拡散反射された光は広がって伝搬していくため、拡散反射板13aから受光光学系までの距離が離れると検出信号の強度が著しく低下すると同時に、撮像素子20から出力される画素位置に対する検出信号の強度分布は極めてブロードとなって、ピーク位置を得ることが困難となる。従って、広がった光を集光する結像光学素子である例えばレンズ19aを用いて撮像素子20の検出面に結像させることが必要である。
Embodiment 2. FIG.
In the open / close operation characteristic measuring apparatus of the first embodiment, the diffuse reflector 13a is used as the reflector fixed to the main shaft 6. However, since the light diffusely reflected by the diffuse reflector 13a spreads and propagates, it is diffusely reflected. When the distance from the plate 13a to the light receiving optical system is increased, the intensity of the detection signal is remarkably lowered. At the same time, the intensity distribution of the detection signal with respect to the pixel position output from the image sensor 20 is extremely broad, and a peak position can be obtained. It becomes difficult. Therefore, it is necessary to form an image on the detection surface of the image sensor 20 using, for example, the lens 19a which is an imaging optical element that collects the spread light.

さらに、ガス遮断器への取り付け上の制約から主軸6と反射板位置測定部14との距離を大きく離して配置する必要がある場合は、主軸6に固着された拡散反射板13aと反射位置測定部14を構成する受光光学系18aとの距離が大きくなって、たとえ、拡散反射板13aで反射されて広がって伝搬する光を結像光学素子であるレンズ19aで集光するにしても、レンズ19aの仕様を選択するにおいて開口数、焦点距離、レンズ口径等から決まる制約があり、集光できる能力に限度があるため、撮像素子20から出力される検出信号が著しく低下して、ガス遮断器の開閉動作特性の計測が困難となる。   Further, when it is necessary to dispose the main shaft 6 and the reflector position measuring unit 14 at a large distance due to restrictions on attachment to the gas circuit breaker, the diffuse reflector 13a fixed to the main shaft 6 and the reflection position measurement are required. Even if the distance from the light receiving optical system 18a constituting the unit 14 is increased, and the light that is reflected and spread by the diffuse reflector 13a is condensed by the lens 19a that is an imaging optical element, the lens In selecting the specification of 19a, there are restrictions determined by the numerical aperture, focal length, lens aperture, etc., and there is a limit to the ability to collect light, so that the detection signal output from the image sensor 20 is significantly reduced, and the gas circuit breaker It becomes difficult to measure the opening / closing operation characteristics of the.

そこで、主軸6に固着する反射板13として拡散反射板13aに代えて再帰性反射板を用いると、再帰性反射板で鏡面反射された光は広がること無しに直進し、再帰性反射板から受光光学系までの距離が離れても拡散反射板13aの場合に比べると検出信号の強度低下は大幅に少ない。   Therefore, when a retroreflector is used in place of the diffuse reflector 13a as the reflector 13 fixed to the main shaft 6, the light that is specularly reflected by the retroreflector travels straight without spreading and is received from the retroreflector. Even if the distance to the optical system is increased, the intensity reduction of the detection signal is significantly less than in the case of the diffuse reflector 13a.

従って、再帰性反射板を用いることで、再帰性反射板と撮像素子20の検出面が離れていても撮像素子20から出力される検出信号の強度は著しく低下することは無く、さらに、画素位置に対する検出信号の強度分布も著しくブロードとなることは無いので、結像光学素子を必ずしも用いる必要が無く、さらに、主軸6と反射板位置測定部14との距離を大きく離して配置する必要がある場合においても、検出信号の強度は著しく低下することは無いので、開閉動作特性を計測することが可能となる。   Accordingly, by using the retroreflecting plate, the intensity of the detection signal output from the image sensor 20 is not significantly reduced even if the detection surface of the retroreflector and the image sensor 20 are separated from each other. Since the intensity distribution of the detection signal with respect to is not significantly broad, it is not always necessary to use the imaging optical element, and the distance between the main shaft 6 and the reflecting plate position measuring unit 14 needs to be greatly separated. Even in this case, since the intensity of the detection signal does not significantly decrease, it is possible to measure the opening / closing operation characteristics.

図5は、再帰性反射板の一例であるビーズ素子型再帰性反射板の構造を説明するための構造断面図である。   FIG. 5 is a structural cross-sectional view for explaining the structure of a bead element type retroreflector which is an example of a retroreflector.

図5に示すビーズ素子型再帰性反射板は、ガラス等の光学的に透明な素材で形成されたビーズ27が樹脂フィルム等の基材28上に2次元状に配列された構造となっている。ビーズ27の球表面の半分には反射層29が設けられており、光は反射層29で反射される。反射層29と反対側のビーズ27の表面にはビーズ27が傷つかないように保護層30で全面を覆われている。   The bead element type retroreflector shown in FIG. 5 has a structure in which beads 27 formed of an optically transparent material such as glass are two-dimensionally arranged on a substrate 28 such as a resin film. . A reflection layer 29 is provided on half of the spherical surface of the bead 27, and light is reflected by the reflection layer 29. The entire surface of the bead 27 opposite to the reflective layer 29 is covered with a protective layer 30 so that the bead 27 is not damaged.

平面波である入射光31がビーズ素子型再帰性反射板に入射すると、入射光31は、保護層30を透過した後、ビーズ27に入り、反射層29で反射される。反射層29で反射された後は、ビーズ27から出て、保護層30を透過して出射される。この際、ビーズ素子型再帰性反射板を出射した出射光32の出射角は入射光31がビーズ素子型再帰性反射板に入射した際の入射角と等しく、出射光32の伝搬する向きは入射光31の伝搬する向きと逆となっている。   When incident light 31, which is a plane wave, enters the bead element type retroreflector, the incident light 31 passes through the protective layer 30, enters the beads 27, and is reflected by the reflective layer 29. After being reflected by the reflective layer 29, it exits from the beads 27, passes through the protective layer 30, and exits. At this time, the exit angle of the outgoing light 32 emitted from the bead element type retroreflector is equal to the incident angle when the incident light 31 enters the bead element type retroreflector, and the propagation direction of the outgoing light 32 is incident. The direction in which the light 31 propagates is opposite.

以上のように、ビーズ素子型再帰性反射板は、入射光31が入射してきた方向と同じ方向でかつ反対の向きに反射光32を鏡面反射するという特徴を持っており、拡散反射板のように拡散反射するわけではないので、反射光32は広がって伝搬せずに直進する。従って、反射光32は、ビーズ素子型再帰性反射板からの距離が大きくなっても拡散反射板の場合に比べると単位面積当たりの強度が著しく低下するようなことが無いという特徴を持っている。   As described above, the bead element type retroreflecting plate has a feature that the reflected light 32 is specularly reflected in the same direction as the direction in which the incident light 31 is incident and in the opposite direction. Therefore, the reflected light 32 spreads straight and does not propagate. Accordingly, the reflected light 32 has a feature that the intensity per unit area does not significantly decrease even when the distance from the bead element type retroreflector is increased as compared with the case of the diffuse reflector. .

図6は、反射板として再帰性反射板を用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態2の構成を詳細に説明するための詳細構成図であり、図1に示すガス遮断器の内の主軸6と図1に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板13及び反射板位置測定部14を抜き出したものである。また、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 6 is a detailed configuration diagram for explaining in detail the configuration of the second embodiment of the opening / closing operation characteristic measurement device using the position detection device according to the present invention, using a retroreflection plate as the reflection plate, 1. The main shaft 6 in the gas circuit breaker shown in FIG. 1 and the reflecting plate 13 and the reflecting plate position measuring unit 14 in the switching operation characteristic measuring device shown in FIG. 1 are extracted. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.

図6において、図1に記載の反射板13に対応するのは再帰性反射板13bであり、具体的には図5に示したビーズ素子型再帰性反射板である。再帰性反射板13bは、図5に示すように、入射光31は入射してきた方向と同じ方向でかつ反対の向きに鏡面反射されるので、反射光32は広がって伝搬せずに直進するという特徴を持っている。   In FIG. 6, the retroreflector 13b corresponds to the reflector 13 shown in FIG. 1, and more specifically, the bead element type retroreflector shown in FIG. As shown in FIG. 5, the retroreflecting plate 13b is specularly reflected in the same direction as the incident direction and in the opposite direction, so that the reflected light 32 spreads straight and does not propagate. Has characteristics.

また、図6において、照明光学系16bは、光を円錐状に放射する光源17とハーフミラー33を備えており、光源17からの光はハーフミラー33で一旦反射されて再帰性反射板13bの直動可能範囲を照明する。   In FIG. 6, the illumination optical system 16b includes a light source 17 that radiates light in a conical shape and a half mirror 33. The light from the light source 17 is once reflected by the half mirror 33 and is reflected by the retroreflector 13b. Illuminate the linear motion range.

照明光学系16bで再帰性反射板13bの直動可能範囲が照明され、再帰性反射板13bで鏡面反射された光は、受光光学系18bで受光される。受光光学系18bは、再帰性反射板13bで鏡面反射されて直進してきた光を受光する撮像素子20を備えている。   The linearly movable range of the retroreflection plate 13b is illuminated by the illumination optical system 16b, and the light that is specularly reflected by the retroreflection plate 13b is received by the light receiving optical system 18b. The light receiving optical system 18b includes an image pickup device 20 that receives light that has been specularly reflected by the retroreflector 13b and travels straight.

再帰性反射板13bで鏡面反射された光は広がること無しに直進して撮像素子20の検出面に達するので、撮像素子20から出力される検出信号の強度は十分に大きく、さらに、画素位置に対する検出信号の強度分布もピーク位置を得ることができないほどブロードとなることは無い。   The light that is specularly reflected by the retroreflecting plate 13b travels straight and reaches the detection surface of the image sensor 20 without spreading, so that the intensity of the detection signal output from the image sensor 20 is sufficiently large, and further, The intensity distribution of the detection signal does not become so broad that the peak position cannot be obtained.

次に、撮像素子20から出力された検出信号は信号処理部21に送られ、信号処理部21は、この検出信号に基づいて再帰性反射板13bの位置信号を得る実施の形態1と同様の信号処理を行い、得られた位置信号は、図1に記載のモニタリング部15に送られて、ガス遮断器の開閉動作特性が計測される。   Next, the detection signal output from the image sensor 20 is sent to the signal processing unit 21, and the signal processing unit 21 obtains the position signal of the retroreflector 13b based on this detection signal, as in the first embodiment. The signal processing is performed, and the obtained position signal is sent to the monitoring unit 15 shown in FIG. 1, and the switching operation characteristics of the gas circuit breaker are measured.

この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態2は、以上のように構成されているので、実施の形態1と同様に、既存のガス遮断器に対しても取り付けが極めて容易であるという効果がある。   Since the second embodiment of the switching operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device according to the present invention is configured as described above, it is also attached to an existing gas circuit breaker as in the first embodiment. Is very easy.

さらに、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態2は、反射板が再帰性反射板13bであるので反射された光がほとんど広がらずに直進して撮像素子20の検出面に到達することから、ガス遮断器への取り付け上の制約から主軸6と反射板位置測定部14との距離を大きく離して配置する必要がある場合においても、撮像素子20から出力される検出信号が著しく低下することが無く、ガス遮断器の開閉動作特性を計測することができるという効果がある。 Furthermore, in the second embodiment of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device according to the present invention, since the reflecting plate is the retroreflecting plate 13b, the reflected light travels straight without almost spreading and the imaging element 20 Even when the distance between the main shaft 6 and the reflecting plate position measuring unit 14 needs to be greatly separated due to restrictions on attachment to the gas circuit breaker, the image sensor 20 outputs the detection surface. Therefore, there is an effect that the open / close operation characteristics of the gas circuit breaker can be measured.

なお、上記では、再帰性反射板13bがビーズ素子型であるとして説明したが、例えば3面体コーナーキューブ素子型のような再帰性反射の機能を有する反射板であれば良いのは言うまでも無い。   In the above description, the retroreflector 13b is described as being of a bead element type, but needless to say, it may be a reflector having a retroreflective function such as a trihedral corner cube element type. .

実施の形態3.
実施の形態2の受光光学系18bは撮像素子20のみを備えているが、撮像素子20から出力される検出信号のバックグラウンドノイズを低減するために、結像光学素子をさらに備えるようにすれば、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
Embodiment 3 FIG.
The light receiving optical system 18b according to the second embodiment includes only the image sensor 20. However, in order to reduce the background noise of the detection signal output from the image sensor 20, an imaging optical element may be further included. The distance between the main shaft 6 and the reflecting plate position measuring unit 14 can be further increased.

図7は、実施の形態2の受光光学系18bに代えて、撮像素子20と結像光学素子であるピンホール19bを備える受光光学系18cを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態3の構成を説明するための構成図であり、図1に示すガス遮断器の内の主軸6と図1に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板13及び反射板位置測定部14を抜き出したものである。また、図1及び図6と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 7 uses the position detection device according to the present invention using a light receiving optical system 18c including an imaging element 20 and a pinhole 19b as an imaging optical element instead of the light receiving optical system 18b of the second embodiment. It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 3 of an opening / closing operation characteristic measuring device, The main axis | shaft 6 in the gas circuit breaker shown in FIG. 1, and the reflecting plate 13 in the opening / closing operation characteristic measuring device shown in FIG. In addition, the reflector position measuring unit 14 is extracted. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 6 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.

図7において、ピンホール19bは、照明光学系16bの光源17から円錐状に放射された光が再帰性反射板13bで鏡面反射されて集光する位置に設けられている。従って、照明光学系16bで照明され、再帰性反射板13bで鏡面反射されて広がること無しに直進する光は、ピンホール19bを遮られること無く通過して撮像素子20の検出面に達することができる。   In FIG. 7, the pinhole 19b is provided at a position where the light radiated in a conical shape from the light source 17 of the illumination optical system 16b is reflected by the retroreflecting plate 13b and condensed. Therefore, the light that is illuminated by the illumination optical system 16b, is reflected by the retroreflecting plate 13b, and goes straight without spreading, passes through the pinhole 19b without being blocked, and reaches the detection surface of the image sensor 20. it can.

一方、照明光学系16bの光源17から放射された光のうち、再帰性反射板13bで鏡面反射されなかった光は大部分が主軸6や図1に示す筐体11の内壁等を照明することとなり、主軸6や筐体11の内壁等で拡散反射された光の一部は反射板位置測定部14に戻ってくることとなって、いわゆる迷光が発生する。主軸6や筐体11の内壁等の拡散反射率が高いと、このような迷光の一部は撮像素子20の検出面に到達し、検出信号のバックグラウンドノイズを増加させ、開閉動作特性計測装置の計測精度を低下させる原因となる。   On the other hand, of the light emitted from the light source 17 of the illumination optical system 16b, most of the light that is not specularly reflected by the retroreflector 13b illuminates the main shaft 6 or the inner wall of the housing 11 shown in FIG. Thus, a part of the light diffusely reflected by the main shaft 6 and the inner wall of the housing 11 returns to the reflector position measuring unit 14, and so-called stray light is generated. When the diffuse reflectance of the main shaft 6 and the inner wall of the housing 11 is high, a part of such stray light reaches the detection surface of the image sensor 20 to increase the background noise of the detection signal, and the opening / closing operation characteristic measuring device This will cause the measurement accuracy to decrease.

このような迷光に対して、実施の形態3の受光光学系18cは、ピンホール19bを備え、上記に述べたように、ピンホール19bは照明光学系16bの光源17から円錐状に放射された光が再帰性反射板13bで鏡面反射されて集光する位置に設けられているので、主軸6や筐体11の内壁等で拡散反射されて広がって伝搬する迷光は、極めて一部しかピンホール19bを通過して撮像素子20の検出面に到達することができず、迷光の大部分はピンホール19bで遮られることとなる。   For such stray light, the light receiving optical system 18c of the third embodiment includes the pinhole 19b. As described above, the pinhole 19b is emitted in a conical shape from the light source 17 of the illumination optical system 16b. Since the light is provided at a position where the light is specularly reflected by the retroreflecting plate 13b and collected, only a part of the stray light that is diffused and reflected by the main shaft 6 or the inner wall of the housing 11 and propagates is a pinhole. It cannot pass through 19b to reach the detection surface of the image sensor 20, and most of the stray light is blocked by the pinhole 19b.

従って、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態3においては、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することができ、実施の形態2の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。   Therefore, in the third embodiment of the open / close operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus according to the present invention, the background noise of the detection signal caused by stray light can be suppressed, compared to the case of the second embodiment. Thus, the distance between the main shaft 6 and the reflecting plate position measuring unit 14 can be further increased.

実施の形態4.
実施の形態3では、受光光学系18cの結像光学素子としてピンホール19bを用いた場合を説明したが、ピンホール19bの代わりにレンズを用いても、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することが可能である。
Embodiment 4 FIG.
In the third embodiment, the case where the pinhole 19b is used as the imaging optical element of the light receiving optical system 18c has been described. Even if a lens is used instead of the pinhole 19b, the background noise of the detection signal due to stray light is used. Can be suppressed.

図8は、実施の形態3の受光光学系18cに代えて、撮像素子20と結像光学素子であるレンズ19cを備える受光光学系18dを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態4の構成を説明するための構成図であり、図7と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 8 shows an opening / closing operation using the position detection apparatus according to the present invention, in which a light receiving optical system 18d including an imaging element 20 and a lens 19c as an imaging optical element is used instead of the light receiving optical system 18c of the third embodiment. It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 4 of an operating characteristic measuring apparatus, Since the same code | symbol as FIG. 7 shows the same or equivalent part, description is abbreviate | omitted.

図8において、レンズ19cは、実施の形態3と同様に、照明光学系16bの光源17から円錐状に放射された光が再帰性反射板13bで鏡面反射されて集光する位置に設けられている。従って、照明光学系16bで照明され、再帰性反射板13bで鏡面反射されて広がること無しに直進する光は、レンズ19cの設けられた位置に集光し、そのまま、レンズ19cを通過して直進し、撮像素子20の検出面に到達する。言い換えれば、再帰性反射板13bで鏡面反射された光の光跡はレンズ19cの有無に関わらず、略同じである。   In FIG. 8, the lens 19c is provided at a position where the light radiated in a conical shape from the light source 17 of the illumination optical system 16b is specularly reflected by the retroreflector 13b and condensed as in the third embodiment. Yes. Accordingly, the light that is illuminated by the illumination optical system 16b and is reflected by the retroreflector 13b and travels straight without spreading is condensed at the position where the lens 19c is provided, and passes straight through the lens 19c. And reaches the detection surface of the image sensor 20. In other words, the light trace of the light specularly reflected by the retroreflector 13b is substantially the same regardless of the presence or absence of the lens 19c.

さらに、レンズ19cは、再帰性反射板13bで拡散反射された光が撮像素子20の検出面で集光するように焦点距離の値が設定されている。言い換えると、再帰性反射板13bの実像がレンズ19cによって撮像素子20の検出面に結像するということである。従って、信号処理部21において撮像素子20から出力された検出信号から再帰性反射板13bの位置を示す位置信号を得る際に、撮像素子20の検出面で受光される光は再帰性反射板13bで鏡面反射されて到達した光だけでなく、再帰性反射板13bで拡散反射されレンズ19cで結像された光も加わることとなるので、再帰性反射板13bの位置を反映する検出信号のピークの強度は、実施の形態3の結像光学素子としてピンホール19bを用いた場合よりも大きくすることができる。   Further, the lens 19c has a focal length value set so that the light diffusely reflected by the retroreflector 13b is condensed on the detection surface of the image sensor 20. In other words, the real image of the retroreflection plate 13b is formed on the detection surface of the image sensor 20 by the lens 19c. Therefore, when the signal processing unit 21 obtains a position signal indicating the position of the retroreflector 13b from the detection signal output from the image sensor 20, the light received by the detection surface of the image sensor 20 is the retroreflector 13b. In addition to the light that has been specularly reflected and reached, the light diffused and reflected by the retroreflector 13b and imaged by the lens 19c is also added, so that the peak of the detection signal that reflects the position of the retroreflector 13b is added. The intensity of can be made larger than when the pinhole 19b is used as the imaging optical element of the third embodiment.

一方、主軸6や筐体11の内壁等で拡散反射された光の一部は反射板位置測定部14に戻ってくることとなって、いわゆる迷光となるが、筐体11の内壁等とレンズ19cとの距離と再帰性反射板13bとレンズ19cとの距離は大きく異なっていることから、筐体11の内壁等で拡散反射された光はレンズ19cによっては撮像素子20の検出面に結像されることはないため、画素位置に対して極めてブロードとなり、検出信号のバックグラウンドノイズをわずかしか増加させない。   On the other hand, a part of the light diffusely reflected by the main shaft 6 and the inner wall of the housing 11 returns to the reflector position measuring unit 14 and becomes so-called stray light. Since the distance to 19c and the distance between the retroreflector 13b and the lens 19c are greatly different, the light diffusely reflected by the inner wall or the like of the housing 11 forms an image on the detection surface of the image sensor 20 depending on the lens 19c. Since it is not performed, it is extremely broad with respect to the pixel position, and the background noise of the detection signal is increased only slightly.

なお、主軸6で拡散反射された光については、主軸6とレンズ19cとの距離と再帰性反射板13bとレンズ19cとの距離は略同じであり、照明光学系16bで照明され主軸6で拡散反射された光の一部はレンズ19cで撮像素子20の検出面に結像されることとなる。しかし、主軸6の表面が再帰性反射板13bの拡散反射率よりも十分に小さい拡散反射率を有している場合は、主軸6で拡散反射された光は、検出信号のバックグラウンドノイズをわずかしか増加させないこととなる。   For light diffusely reflected by the main axis 6, the distance between the main axis 6 and the lens 19c and the distance between the retroreflector 13b and the lens 19c are substantially the same, and are illuminated by the illumination optical system 16b and diffused by the main axis 6. Part of the reflected light is imaged on the detection surface of the image sensor 20 by the lens 19c. However, when the surface of the main shaft 6 has a diffuse reflectance that is sufficiently smaller than the diffuse reflectance of the retroreflecting plate 13b, the light diffusely reflected by the main shaft 6 slightly reduces the background noise of the detection signal. It will only increase.

以上のように、結像光学素子としてレンズ19cを用いることで、筐体の内壁等で拡散反射した光に起因する迷光の影響を抑制することができ、また、主軸の表面が再帰性反射板の拡散反射率よりも十分に小さい拡散反射率を有していれば、主軸で拡散反射された光に起因する迷光を十分に小さいとみなすことができるので、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態4においては、迷光に起因した検出信号のバックグラウンドノイズを抑制することができ、実施の形態2の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。   As described above, by using the lens 19c as an imaging optical element, it is possible to suppress the influence of stray light caused by the light diffusely reflected by the inner wall of the housing, and the surface of the main axis is a retroreflector. Since the stray light caused by the light diffusely reflected by the main axis can be regarded as sufficiently small if the diffuse reflectance is sufficiently smaller than the diffuse reflectance of the present invention, the position detecting device according to the present invention is used. In the fourth embodiment of the open / close operation characteristic measuring apparatus, the background noise of the detection signal due to stray light can be suppressed, and compared with the case of the second embodiment, the main shaft 6 and the reflector position measuring unit 14. It becomes possible to arrange | position further far apart.

実施の形態5.
実施の形態1の照明光学系16aにおいて、光を円錐状に放射する光源17を用いているが、シリンドリカルレンズを備えるようにして、光源17から円錐状に放射する光を一旦主軸6の直動方向と垂直でかつ拡散反射板13aの面と平行な方向に集光するようにすれば、拡散反射板13aを照明する光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体11の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態1の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
Embodiment 5 FIG.
In the illumination optical system 16a of the first embodiment, the light source 17 that emits light in a conical shape is used. However, a cylindrical lens is provided so that light emitted in a conical shape from the light source 17 is once linearly moved by the main shaft 6. If the light is condensed in a direction perpendicular to the direction and parallel to the surface of the diffuse reflector 13a, the intensity of the light illuminating the diffuse reflector 13a can be increased, and the inner wall of the housing 11 can be used. Since stray light generated by diffuse reflection can be reduced, the distance between the main shaft 6 and the reflecting plate position measuring unit 14 can be further increased as compared with the first embodiment.

図9は、シリンドリカルレンズ34の集光機能を説明するための断面図で、図9(a)はシリンドリカルレンズ34の長手方向から見た断面図であり、図9(b)は図9(a)の側面側から見た断面図である。図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining the light collecting function of the cylindrical lens 34, FIG. 9A is a cross-sectional view seen from the longitudinal direction of the cylindrical lens 34, and FIG. 9B is a cross-sectional view of FIG. It is sectional drawing seen from the side surface side. The same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same or corresponding parts, and the description thereof will be omitted.

シリンドリカルレンズ34は、光源17から円錐状に放射された光を、図9(a)から明らかなようにシリンドリカルレンズ34の長手方向から見た面においてのみ集光し、図9(b)から明らかなように図9(a)の側面側から見た面においては集光しないという特徴を持ち、光源17から円錐状に放射された光は楕円錐状となる。   The cylindrical lens 34 condenses the light emitted in a conical shape from the light source 17 only on the surface seen from the longitudinal direction of the cylindrical lens 34, as is apparent from FIG. 9A, and is apparent from FIG. 9B. In this way, the surface viewed from the side surface in FIG. 9A has a feature that the light is not collected, and the light emitted from the light source 17 in a conical shape has an elliptical cone shape.

図10は、実施の形態1の照明光学系16aに代えて、光源17とシリンドリカルレンズ34を備える照明光学系16cを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態5の構成を説明するための構成図であり、図1に示すガス遮断器の内の主軸6と図1に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板13及び反射板位置測定部14を抜き出したものである。また、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 10 shows an implementation of an opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus according to the present invention, in which an illumination optical system 16c including a light source 17 and a cylindrical lens 34 is used instead of the illumination optical system 16a of the first embodiment. 6 is a configuration diagram for explaining the configuration of the fifth embodiment, in which the main shaft 6 in the gas circuit breaker shown in FIG. 1 and the reflector 13 and the reflector position measuring unit 14 in the switching operation characteristic measuring device shown in FIG. Is extracted. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.

図10において、シリンドリカルレンズ34は、照明光学系16cの光源17から円錐状に放射された光が主軸6の直動方向と垂直でかつ拡散反射板13aの面と平行な方向に集光する向きに配置されており、光源17から円錐状に放射された光は、シリンドリカルレンズ34で楕円錐状となる。   In FIG. 10, the cylindrical lens 34 is a direction in which light emitted conically from the light source 17 of the illumination optical system 16c is condensed in a direction perpendicular to the linear movement direction of the main shaft 6 and parallel to the surface of the diffuse reflector 13a. The light emitted in a conical shape from the light source 17 becomes an elliptical cone shape by the cylindrical lens 34.

従って、照明光学系16cで照明される光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体11の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態1の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。   Therefore, the intensity of light illuminated by the illumination optical system 16c can be increased, and stray light generated by diffuse reflection at the inner wall of the housing 11 can be reduced. In comparison, the distance between the main shaft 6 and the reflector position measuring unit 14 can be further increased.

実施の形態6.
実施の形態2、実施の形態3、及び、実施の形態4の照明光学系16bに、さらにシリンドリカルレンズ34を備えるようにして、光源17から円錐状に放射する光を一旦主軸6の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板13bの面と平行な方向に集光するようにすれば、再帰性反射板13bを照明する光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体11の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態2、実施の形態3、及び、実施の形態4の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。
Embodiment 6 FIG.
The illumination optical system 16b of the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment is further provided with a cylindrical lens 34, so that the light emitted from the light source 17 in a conical shape is once linearly moved in the main axis 6. If the light is condensed in a direction that is perpendicular to the surface of the retroreflector 13b and parallel to the surface of the retroreflector 13b, the intensity of light that illuminates the retroreflector 13b can be increased, and the inner wall of the housing 11 can be Therefore, the distance between the main shaft 6 and the reflector position measuring unit 14 can be reduced as compared with the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment. It becomes possible to arrange them further apart.

図11は、実施の形態4の照明光学系16bに代えて、光源17とシリンドリカルレンズを備える照明光学系16cを用いた、この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態6の構成を説明するための構成図であり、図1に示すガス遮断器の内の主軸6と図1に示す開閉動作特性計測装置の内の反射板13及び反射板位置測定部14を抜き出したものである。また、図1及び図7と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。   FIG. 11 shows an embodiment of an opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detecting device according to the present invention, in which an illumination optical system 16c including a light source 17 and a cylindrical lens is used instead of the illumination optical system 16b of the fourth embodiment. It is a block diagram for demonstrating the structure of form 6, Comprising: The main axis | shaft 6 in the gas circuit breaker shown in FIG. 1, and the reflecting plate 13 and the reflecting plate position measuring part 14 in the switching operation characteristic measuring apparatus shown in FIG. It is extracted. The same reference numerals as those in FIGS. 1 and 7 indicate the same or corresponding parts, and thus the description thereof is omitted.

図11において、シリンドリカルレンズ34は、照明光学系16cの光源17から円錐状に放射された光が主軸6の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板13bの面と平行な方向に集光する向きに配置されている。   In FIG. 11, the cylindrical lens 34 condenses the light emitted conically from the light source 17 of the illumination optical system 16c in a direction perpendicular to the linear movement direction of the main shaft 6 and parallel to the surface of the retroreflector 13b. It is arranged in the direction.

従って、照明光学系16cで照明される光の強度を大きくすることができ、かつ、筐体11の内壁等で拡散反射されて生ずる迷光を低減することができるので、実施の形態4の場合に比べて、主軸6と反射板位置測定部14との距離をさらに大きく離して配置することが可能となる。   Therefore, the intensity of light illuminated by the illumination optical system 16c can be increased, and stray light generated by diffuse reflection at the inner wall of the housing 11 can be reduced. In comparison, the distance between the main shaft 6 and the reflector position measuring unit 14 can be further increased.

なお、上記では実施の形態4の照明光学系16bを照明光学系16cに代えた場合のみを説明したが、実施の形態2及び実施の形態3の照明光学系16bを照明光学系16cに代えた場合においても、同様の効果が得られることは言うまでも無い。   Although only the case where the illumination optical system 16b of the fourth embodiment is replaced with the illumination optical system 16c has been described above, the illumination optical system 16b of the second and third embodiments is replaced with the illumination optical system 16c. Needless to say, the same effect can be obtained in this case.

この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1をガス遮断器に取り付けた構成を示す構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows the structure which attached Embodiment 1 of the switching operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus based on this invention to the gas circuit breaker. この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態1の構成を詳細に説明するための詳細構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a detailed configuration diagram for explaining in detail the configuration of a first embodiment of an opening / closing operation characteristic measurement device using a position detection device according to the present invention. 撮像素子20から出力された検出信号の強度を、横軸を画素位置として、プロットした検出信号強度分布図である。It is the detection signal strength distribution diagram which plotted the intensity of the detection signal outputted from image sensor 20, with the horizontal axis as the pixel position. ガス遮断器が開極動作を行った際の検出信号強度の分布波形のピークの位置を、横軸を時間として、プロットした位置信号強度時間変化図である。It is the position signal strength time change figure which plotted the position of the peak of the distribution waveform of the detection signal strength when the gas circuit breaker performs the opening operation, with the horizontal axis as time. ビーズ素子型再帰性反射板の構造を説明するための構造断面図である。It is structure sectional drawing for demonstrating the structure of a bead element type retroreflection board. この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態2の構成を詳細に説明するための詳細構成図である。It is a detailed block diagram for demonstrating in detail the structure of Embodiment 2 of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus based on this invention. この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態3の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 3 of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus based on this invention. この発明に係る開閉動作特性計測装置の実施の形態4の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 4 of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus based on this invention. シリンドリカルレンズ34の集光機能を説明するための断面図である。4 is a cross-sectional view for explaining a light collecting function of the cylindrical lens 34. FIG. この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態5の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 5 of the opening / closing operation characteristic measuring apparatus using the position detection apparatus based on this invention. この発明に係る位置検出装置を用いた開閉動作特性計測装置の実施の形態6の構成を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of Embodiment 6 of the opening / closing operation characteristic measuring device using the position detection apparatus based on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

5 可動接触子
6 主軸
13 反射板
13a 拡散反射板
13b 再帰性反射板
15 モニタリング部
16a 照明光学系
16b 照明光学系
16c 照明光学系
17 光源
18a 受光光学系
18b 受光光学系
18c 受光光学系
18d 受光光学系
19a レンズ
19b ピンホール
19c レンズ
20 撮像素子
21 信号処理部
33 ハーフミラー
34 シリンドリカルレンズ
5 Movable contact 6 Main shaft 13 Reflector 13a Diffuse reflector 13b Retroreflector 15 Monitoring unit 16a Illumination optical system 16b Illumination optical system 16c Illumination optical system 17 Light source 18a Light reception optical system 18b Light reception optical system 18c Light reception optical system 18d Light reception optical System 19a Lens 19b Pinhole 19c Lens 20 Image sensor 21 Signal processing unit 33 Half mirror 34 Cylindrical lens

Claims (11)

遮断器の開閉動作時に可動接触子のストローク動作に連動して直動する主軸に固着された反射板と、
光を円錐状に放射する光源を備え、前記光源からの光で前記反射板の直動可能範囲を照明する照明光学系と、
前記反射板によって反射された前記光源からの光を撮像素子の検出面にて受光し、受光量に基づいた検出信号を出力する受光光学系と、
前記検出信号に基づいて前記反射板の位置信号を出力する信号処理部と、
を備えることを特徴とする位置検出装置。
A reflector fixed to the main shaft that linearly moves in conjunction with the stroke operation of the movable contactor when the circuit breaker is opened and closed;
An illumination optical system that includes a light source that emits light in a conical shape, and that illuminates a linearly movable range of the reflector with the light from the light source;
A light receiving optical system that receives light from the light source reflected by the reflecting plate on a detection surface of an image sensor and outputs a detection signal based on the amount of received light;
A signal processing unit that outputs a position signal of the reflector based on the detection signal;
A position detection device comprising:
反射板が拡散反射板であり、
受光光学系が前記拡散反射板によって拡散反射された光を撮像素子の検出面に結像する結像光学素子を備えることを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
The reflector is a diffuse reflector,
The position detecting device according to claim 1, wherein the light receiving optical system includes an imaging optical element that forms an image of light diffusely reflected by the diffuse reflector on a detection surface of the imaging element.
照射光学系がシリンドリカルレンズを備え、前記シリンドリカルレンズが光源から円錐状に放射された光を主軸の直動方向と垂直でかつ拡散反射板の面と平行な方向に集光することを特徴とする請求項2に記載の位置検出装置。   The irradiation optical system includes a cylindrical lens, and the cylindrical lens condenses light emitted in a conical shape from a light source in a direction perpendicular to the linear motion direction of the main axis and parallel to the surface of the diffuse reflector. The position detection device according to claim 2. 結像光学素子が、ピンホール又はレンズのいずれかであることを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の位置検出装置。   4. The position detecting device according to claim 2, wherein the imaging optical element is either a pinhole or a lens. 反射板が再帰性反射板であり、
照明光学系が光を一旦反射させて前記再帰性反射板の直動可能範囲を照明するハーフミラーを備え、
受光光学系が前記再帰性反射板によって鏡面反射された後、前記ハーフミラーを透過した光を受光することを特徴とする請求項1に記載の位置検出装置。
The reflector is a retroreflector,
The illumination optical system includes a half mirror that reflects light once and illuminates the linearly movable range of the retroreflector,
The position detection device according to claim 1, wherein the light receiving optical system receives light transmitted through the half mirror after being specularly reflected by the retroreflecting plate.
照射光学系がシリンドリカルレンズを備え、前記シリンドリカルレンズが光源から放射された円錐状の光を主軸の直動方向と垂直でかつ再帰性反射板の面と平行な方向に集光して楕円錐状にすることを特徴とする請求項5に記載の位置検出装置。   The irradiation optical system includes a cylindrical lens, and the cylindrical lens condenses conical light emitted from the light source in a direction perpendicular to the linear motion direction of the main axis and parallel to the surface of the retroreflector, and has an elliptical cone shape. The position detection device according to claim 5, wherein 受光光学系が結像光学素子を備え、前記結像光学素子が光源から円錐状に放射された光が再帰性反射板で鏡面反射されて集光する位置に設けられることを特徴とする請求項5又は請求項6のいずれかに記載の位置検出装置。   The light receiving optical system includes an imaging optical element, and the imaging optical element is provided at a position where light emitted in a conical shape from a light source is specularly reflected by a retroreflector and condensed. The position detection apparatus according to claim 5 or 6. 結像光学素子が、ピンホールであることを特徴とする請求項7に記載の位置検出装置。   The position detection device according to claim 7, wherein the imaging optical element is a pinhole. 結像光学素子が、再帰性反射板の実像を撮像素子の検出面に結像するレンズであることを特徴とする請求項7に記載の位置検出装置。   8. The position detecting device according to claim 7, wherein the imaging optical element is a lens that forms a real image of the retroreflecting plate on a detection surface of the imaging element. 位置信号の時系列データに基づいて開閉動作特性を計測するモニタリング部をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至請求項9のいずれか1項に記載の開閉動作特性計測装置。 The opening / closing operation characteristic measuring apparatus according to claim 1, further comprising a monitoring unit that measures the opening / closing operation characteristics based on time-series data of the position signal. 請求項10に記載の開閉動作特性計測装置を備えることを特徴とする遮断器。
A circuit breaker comprising the open / close operation characteristic measuring device according to claim 10.
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