JP2009545196A

JP2009545196A - 電気ケーブルのネットワーク解析方法及び装置

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Publication number: JP2009545196A
Application number: JP2009519913A
Authority: JP
Inventors: ラヴォ、ニコラ; コアン、ジョシィ; シャンボ、パスカル
Original assignee: コミシリアアレネルジアトミック
Priority date: 2006-07-18
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2009-12-17
Also published as: FR2904116B1; US20100141264A1; WO2008009566A2; WO2008009566A3; FR2904116A1; US8063645B2; EP2041588A2

Abstract

本発明は、Ｎ個の二次的ケーブル区間がそこから出発する少なくとも１つの接続部を含む、ネットワーク内の欠陥の検出及び位置特定のために、ネットワーク内の電気ケーブルを解析する装置に関する。本方法は、
−接続部（Ａ）から出発する二次的区間（Ｔ２、Ｔ３）の各入力部において、この区間と関連する周波数帯域をカットでき、ネットワークの正常な動作に有用な周波数の通過を全て許容するそれぞれの双方向受動フィルタ（ＦＲ２、ＦＲ３）を、ネットワーク内に直列に挿入する工程と、
−フィルタのＮ個の周波数帯域中の１つに各々が位置する、Ｎ個の異なる搬送周波数によって変調された、パルス状の試験信号をネットワークの入力部に加える工程と、
−Ｎ個の周波数の各々に対して反射された、試験信号スパイクの時間的位置を検出する工程と、そこからネットワークのケーブルの或る区間において、存在し得る欠陥の位置を推定する工程と
にある。
【選択図】図３

Description

本発明はネットワークのケーブルにおける欠陥の検出と位置特定のために、このネットワーク内の電気ケーブルを解析する方法及び装置に関する。

関係する電気ケーブルは、固定された設置（配電ネットワーク、室内又は屋外の通信ネットワーク）、あるいは移動型の設置（航空機、船舶、自動車等における動力又は通信ネットワーク）における、エネルギー伝達ケーブル又は通信ケーブルであり得る。関係するケーブルは、これらのケーブルにおける信号の伝播速度を知り得るならば、あらゆる同軸ケーブル、あるいは並行線又はツイストペアの２本線の、シールド線又は他の線等であってもよい。これらのネットワークは、バス、ツリー、網目状、リング、スター、直線の、既に知られている様々な接続形態、又はこれら各種の接続形態の混合によって組織され得る。

関連する欠陥は、ケーブルが部分を形成し、時々非常に危機的になり得る結果（例えば航空機における電気システムの故障）を有する可能性がある、回路の電気的動作に影響し得る欠陥、又は直接火災の始まり（短絡、乾燥した環境あるいは湿気の存在下における電気アーク等）につながり得る欠陥である。これらの欠陥を間に合うように改善するため、検出できることが重要である。

欠陥を検出する課題は、電気ケーブルのネットワークがより長く、より複雑であるほど、又はそれらがより近づきにくい（例えば埋設されたケーブル）ほど、一層重要であることが理解される。これがケーブルの一端から作動する遠隔検出及び位置決定システムの想定されている理由である。使用される手順は、ケーブルの一端において注入された信号がこのケーブル内を伝播し、信号の振幅の一部が欠陥の部位で、この部位において信号が遭遇するインピーダンスの不連続のために反射される、いわゆる反射率測定手順である。ケーブル内の（その特性インピーダンスに関連する）信号伝播速度が分かると、反射波から放出された波を分離する期間の測定は、ケーブルの端部と欠陥との間の距離を表示する。

時間的な反射率測定手順（「時間−領域反射率測定（Ｔｉｍｅ−ＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）」を意味するＴＤＲ）において、電磁波が電圧パルス、電圧ステップ、その他の形でケーブル内へ注入される。インピーダンスが不連続の部位で反射された波は注入の部位において検出され、送信と受信の前線間の時間差が測定される。欠陥の位置はこの差に基づいて決定され、反射パルスの振幅及び極性は欠陥のタイプ（開路、短絡、抵抗の欠陥、又はその他）を表示する。

ケーブルの入力部へ、連続的に又は段階的変化により周波数が揺動する正弦曲線を注入すること、及び送信された波と受信された波との間の周波数差又は位相差を測定することにある、周波数領域の反射率測定手順（「周波数領域の反射率測定（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）」を意味するＦＤＲ）もまた存在する。公開された特許出願である、国際公開第０２／０６８９６８号パンフレットは、周波数領域の反射率測定手順について記述している。「定在波反射率測定（ＳｔａｎｄｉｎｇＷａｖｅＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）」を意味するＳＷＲと呼ばれる１つの変形において、入射波とその反射の組合せにより生み出される定在波のノード及び波腹が検出される。

周波数領域の反射率測定手順は、単純なケーブルの解析に対して有効である。それらはケーブルが分路を含むとき、使用が困難である。時間領域の反射率測定手順は、たとえ分路を伴っても使用可能であるが、多重反射の存在のため、反射信号の解析は困難である。

時間と周波数の双方に基づき、そしてガウス振幅の包絡線を伴った直線的に揺動する信号を注入することにある手順もまた、公開された特許出願である、国際公開第２００４／００５９４７号パンフレットにおいて提案されている。

スペクトル拡散反射率測定手順もまた、構造規制及び健康モニタリングの雑誌（ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＣｏｎｔｒｏｌａｎｄＨｅａｌｔｈＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）、２００５年、第１２巻、第３−４号における、シンシア・ファースら（ＣｙｎｔｈｉａＦｕｒｓｅｅｔａｌ．）による論文「活線ネットワークにおける危機的な故障位置のためのスペクトル拡散センサ（ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍＳｅｎｓｏｒｓｆｏｒＣｒｉｔｉｃａｌＦａｕｌｔＬｏｃａｔｉｏｎｏｎＬｉｖｅＷｉｒｅＮｅｔｗｏｒｋｓ）」において提案されている。信号は、たとえそれが動作中であっても、ネットワーク上で低いレベルの疑似ランダムコードの形で送信される。この信号及び、存在し得る欠陥により反射されたそのエコーは、時間の関数である相関曲線を確立するために、可変の時間的ずれと相関関係に置かれる。この曲線はネットワークの欠陥と接続部及び／又は分路の位置に関連する時間的ずれにおいて、相関のスパイクを示す。このシステムは、たとえネットワークが使用中であっても動作可能であるため、間欠的な欠陥の検出に対して特に適している。しかしながら、間欠的な欠陥はネットワークが使用中の時だけ非常によく生じる可能性があり、それがもはや使用されていない時には消滅し得る（例えば航空機が飛行中には生じるが、地上では消滅する欠陥）。この手順は分路を含むケーブルに対して使用可能であるが、それは曖昧さを持ち続けている。それは検出された欠陥がどの分岐にあるかを言うことが出来ない。

最後に、ケーブル内を循環している信号又は自然雑音を非常に単純に使用し、ケーブルの入力部において注入される疑似ランダムコードを用いない類似の手順が、電磁適合性に対するＩＥＥＥ議事録（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）、２００５年２月、第４７巻１号の中で刊行された、チェット・ロー（ＣｈｅｔＬｏ）及びシンシア・ファース（ＣｙｎｔｈｉａＦｕｒｓｅ）による論文、「配線欠陥の位置特定用のノイズ−領域反射率測定（Ｎｏｉｓｅ−ＤｏｍａｉｎＲｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙｆｏｒＬｏｃａｔｉｎｇＷｉｒｉｎｇＦａｕｌｔｓ）」において提案されている。信号自体を相関させる過程において、強い相関を有するスパイクが検出されている。この手順は、以前のものと同じ短所、すなわち幾つかの分岐が存在するとき、位置の曖昧さを容易に解決できないことに悩まされる。

本発明の目的は、とりわけＴ構造（Ｙ構造とも呼ばれる）を示す、すなわち少なくとも１つの分路を含むケーブルにおいて、これらの曖昧さを解決することにある。

これを成し遂げるため、本発明はＮ個（Ｎは２以上）の二次的区間がそこから出発する、少なくとも１つの接続部を含むケーブルのネットワークの試験方法を提案し、本方法は、
−接続部から出発するＮ−１個の二次的区間の各入力部において、この区間と関連する周波数帯域をカットでき、ネットワークの正常な動作に有用な周波数の通過を全て許容する双方向の受動フィルタを、ネットワーク内に直列に挿入する工程と、
−区間の入力部に置かれたフィルタのＮ−１個の周波数帯域中の１つに各々が位置する、Ｎ−１個の異なる搬送周波数によって同時又は連続的に変調され、Ｎ−１個のフィルタの周波数帯域の外側に位置するＮ番目の周波数によりまた変調された、パルス状の試験信号をネットワークの入力部に加える工程と、
−Ｎ個の周波数の各々に対し、試験信号の反射から生じる信号スパイクの時間的位置を検出する工程と、
−そこからネットワークのケーブルの或る区間において、存在し得る欠陥の位置を推定する工程と
にある。

入力部に加えられるパルス状の試験信号の変調の振幅は、ガウス型であることが望ましい。

試験信号のＮ個の周波数による周波数変調は同時であることが望ましく、パルスはＮ個の搬送周波数を含むが、それぞれの周波数により各々変調される、幾つかの連続的なパルスが送信される解決策もまた想定される。後者の解決策は、後で比較対照されねばならない幾つかの異なる応答チャートを生じるため、さほど有利ではない。

欠陥位置の検出は、ケーブルの入力部に向かって反射される信号の時間−周波数チャートを提供する、時間−周波数解析を手段として行なわれることが望ましい。時間−周波数チャートにおける様々な周波数に対応する一連の反射スポットの、時間的なスポット中心位置は、そのとき欠陥の位置及びそれが位置する区間についての情報を表わす。

この方法を用いて、１つ以上の分路を有するネットワーク・ケーブル内の欠陥位置に関する情報の、曖昧でない項目を抽出することが可能である。或る区間における欠陥は実際、所与の瞬間にこの区間に関連する特性周波数を含まない反射信号に基づいて位置する。この欠陥は従って別の区間に存在する欠陥から、及びこれら別の区間の端部から識別され得る。フィルタの存在は先行技術において、生み出される反射率グラフの利用を困難にしがちな、多重反射の数を低減する。

実際には、
−接続部につながれた二次的区間の１つが何らのフィルタも含まず、その結果Ｎ−１個の分路に組み合わされた全部でＮ−１個のフィルタが存在し、そしてＮ個の周波数がネットワークの入力部に与えられ、
−あるいは全ての二次的区間がフィルタを含み、その場合Ｎ個の分路に組み合わされたＮ個のフィルタが存在し、そしてＮ個の周波数がネットワークの入力部に与えられる準備がなされ得る。

本発明によれば、Ｎ個（Ｎは２以上）の二次的区間がそこから出発する少なくとも１つの接続部を含む、電気ケーブルのネットワークを解析するための装置もまた提案され、この装置は、
−接続部から出発するＮ−１個の二次的区間の各入力部において直列である、この区間と関連する周波数帯域をカットでき、ネットワークの正常な動作に有用な周波数の通過を全て許容する双方向の受動フィルタと、
−各々が、その区間の入力部に置かれたフィルタのＮ−１個の周波数帯域の内の１つに位置する、Ｎ−１個の異なる搬送周波数により同時又は連続的に変調され、又、Ｎ−１個のフィルタの阻止帯域の外側にあるＮ番目の周波数により変調される短時間の試験信号の発生器と、
−Ｎ個の周波数の各々に関して、試験信号の反射から生じる信号スパイクの時間的位置を検出するための装置と
を備える。

双方向の受動フィルタは、信号を送信されたパルスの送出方向、及び反射されたパルスの帰還方向の双方にフィルタリングしながら、信号の通過を可能にする。これらは好ましくは双方向に同じ伝達関数を有する、換用できるフィルタである。

本発明のその他の特徴及び利点は、以下に続き、添付図を参照して提供される詳細な説明を読むことにより明らかになるであろう。

解析が要望される、分路を有するケーブルのネットワークを表わす。図１のネットワークに適用された従来の試験手段により生成された反射率グラフを表わす。本発明による解析装置を表わす。入力部に加えられるパルス状の試験信号に関する望ましい波形を表わす。送信されたパルスの時間−周波数解析の結果であるチャートを表わす。図３の構成においてケーブルにより反射された信号の時間−周波数チャートを表わす。ケーブルの区間Ｔ３が区間Ｔ２よりも長い場合の、類似のチャートを表わす。区間が同一である場合のチャートを表わす。本発明を用いて試験可能なケーブルのネットワークの、別の構成（１つの接続部及び４つの分路）を表わす。例えば図９のネットワーク又は図１１のネットワークのような、４つのフィルタを必要とする幾つかの分岐を有するネットワークの試験に使用できるフィルタのひな型の一例を表わす。直列の接続部を有するケーブルのネットワークの、さらに別の構成（３つの接続部及び４つの分路）を表わす。

図１に図式的に表わされているのは、３つの区間Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３を有し、１つの接続部と２つの分路を伴うネットワークである。区間Ｔ２及びＴ３は区間Ｔ１の出力端に位置する接続点Ａにつながれた入力端を有する。従って、ネットワークがその入力端Ｅ１から出発して続く場合、連続的に区間Ｔ１のケーブル長さＬ１に、次にＡにおける接続部に、そして区間Ｔ２か又は区間Ｔ３をたどるかによって、それぞれその出力端Ｓ２まで区間Ｔ２のケーブル長さＬ２に、あるいはその出力端Ｓ３まで区間Ｔ３のケーブル長さＬ３に遭遇する。

これはＴネットワーク（又はＹネットワーク）の単純な例である。１本の線により考慮されて表わされる区間は、シース導線又はより対シース導線、あるいは同軸ケーブルを用いることができる。このネットワークはエネルギー又は通信信号を、入力部Ｅ１から出力部Ｓ２及びＳ３に、あるいは反対方向へ１つの出力部Ｓ２又はＳ３からもう一方に、又は入力部Ｅ１に運ぶために役立ち得る。こういうわけで、入力部と出力部の概念はここで反射率測定の用途のため、及び欠陥を検出する目的で使用されるであろう測定信号の送信方向を固定するためだけに用いられる。ここで仮に入力部Ｅ１は、そこにネットワークの試験信号が加えられる所とする。区間Ｔ２及びＴ３の出力は、回路を開放又は短絡され、あるいはネットワークのインピーダンスに適合させられる。（それらが適合させられた場合、それらは何らの反射も発生しない。）この例において、出力部Ｓ２及びＳ３は開路状態（ＣＯ）とされ、本発明の原理をより良く理解させるように、これは端部において反射された信号の観察を可能にするであろう。これらの開路は検出され、位置を特定されるべき欠陥、例えばプラグが抜けているコネクタを表わすこともできる。

欠陥を検出するための従来の手順において、試験パルスは一般的に入力部Ｅ１から加えられ、「反射率グラフ（ｒｅｆｌｅｃｔｏｇｒａｍ）」と呼ばれる信号のパターンは、この同じ入力部に対して集められるであろう。反射率グラフは、入力部Ｅ１において時間に対し記録される電圧振幅の変遷を表わす曲線のプロットである。

図２は横軸に沿った時間と、縦軸に沿った電圧振幅を伴う、図１のケーブルに対するそのような反射率グラフを表わす。試験は第１区間Ｌ１に対して１０ｍの長さを有し、約１ｍ８０ｃｍと１ｍを区間Ｌ２とＬ３に対して有する、欠陥のないケーブルに関して行なわれている。チャートの左側の入力パルスは反射パルスが送信パルスと混ざらないように、ケーブル内の伝播期間に比べて短時間の能動パルスである。反射パルスは、まず接続部において負の反射パルスである。接続部は、見かけのインピーダンスがケーブルの特性インピーダンスよりも低い、インピーダンスの不適合を作り出し、それゆえ反射信号の負の振幅を作り出す。次に区間Ｔ２の開路状態にある端部（高インピーダンス）により反射された能動パルスが存在し、そして次に、接続部Ａと第２区間の端部Ｓ２との間の往復行程から生じると思われるパルスが存在する。次に、第３区間の端部Ｓ３における反射に起因するパルスが生じる。その後、他の多重反射又は複合反射から生じるパルス、例えば第３区間の端部により既に反射されたパルスの、区間Ｔ２の端部における反射に由来するパルスが現われる。最初のパルスは最も重要であり、その他は利用することがより困難である。

欠陥が区間の１つに存在する場合、それは一定のパルスを移動させるか、又は全く単純に図２のチャートにパルスを加える影響を有し得る。従って、そのような反射率グラフに基づいて欠陥の存在を解明し、欠陥の位置を見出すことは容易でない。

図３は図１に表わされているような同じ種類のＴケーブルに適用される、本発明により欠陥を解析するための装置の原理を表わす。ここでケーブルは２本のツイスト又は同軸の並列電線を含み、２本の電線は平行線で表わされている。ケーブルのパラメータ（特性インピーダンス、伝播速度）は、全ての区間に対して同一であると想定され、長さのみが異なる。図３に表わされている例において、区間Ｔ２は区間Ｔ３よりも大きい。長さはそれぞれＬ１＝約１０ｍ、Ｌ２＝約１．８０ｍ、Ｌ３＝約１ｍであり得る。

試験信号は短時間のパルスの形で入力部Ｅ１に加えられる。短時間とは、欠陥を検出できることが望まれる距離にある、この欠陥の部位においてパルスが伝播し反射するためにかかる時間と比較して、短いことを意味すると理解される。例として、ケーブル内の信号伝播速度が約２００，０００ｋｍ／ｓであるとき、入力部から１ｍに位置する欠陥を検出することが望まれる場合、反射パルスが時間の上で送信パルスと混ざらないように、パルスは数十ナノ秒を超えない持続時間を持たなければならないことが理解されるであろう。

パルスは周波数変調され、その全振幅はこの短時間の間、非ゼロの振幅レベルの包絡線により定義される。この振幅は、ケーブルが動作中に送信すると想定される信号の周波数帯域の十分上方にある、２つの搬送周波数Ｆ２及びＦ３により同時に変調される。低周波数のエネルギーの伝送ケーブルに関しては、これは何ら問題を生じない。例えば１００Ｍｂｉｔ（メガビット）／秒を伝送する必要があるデジタル通信ケーブルに関して、周波数Ｆ２及びＦ３は１００ＭＨｚよりも大幅に大きくなる必要があろう。それらは例えばそれぞれ５００ＭＨｚと１０００ＭＨｚであり得る。その制約は次の通りである。ケーブルにおける減衰は高い周波数に対して増大するが、パルスがそれらの伝播において過度に減衰させられないように、周波数Ｆ２及びＦ３は高すぎてはならない。それらは、他の周波数の通過を許容しながら、周波数の１つを排除する異なった除波フィルタを容易に生み出すことができるように、お互いに十分離されなければならない。

短時間試験信号の電圧包絡線の形状は、変調周波数Ｆ２及びＦ３の周りに最も集中する信号スペクトルを持つことを可能にするのはガウス・タイプの形状であるため、ガウス型であることが望ましい。パルス状の信号が、その伝播及びその反射の間、最小限のスペクトルの歪みを受けることを許容するのも又このタイプの形状である。しかしながら、試験信号に対して他の包絡線形状を用いることが可能である。けれども、過度に角形の包絡線形状は、それらが変調周波数の周りに余り集中しないスペクトルを示すため、さほど有利ではない。

接続部Ａの後には、周波数Ｆ２を含む帯域（例えば周波数Ｆ２を中心とする帯域）における周波数を強力に減衰させるが、しかし周波数Ｆ３あるいは、動作中にケーブルによって伝送されねばならない信号の有用な帯域幅の中にある周波数もほとんど、又は実際的に減衰させない除波フィルタ（帯域消去フィルタ）ＦＲ２が、区間Ｔ２の入力部に置かれている。

同様に、周波数Ｆ３を含む帯域（例えば周波数Ｆ３を中心とする帯域）における周波数を強力に減衰させるが、しかし周波数Ｆ２あるいは、動作中にケーブルによって伝送されねばならない信号の有用な帯域幅の中にある周波数もほとんど、又は実際的に減衰させない除波フィルタＦＲ３が、区間Ｔ３の入力部に置かれている。

フィルタＦＲ２は区間Ｔ２において直列であり、フィルタＦＲ３は区間Ｔ３において直列である。フィルタは、区間Ｔ２又はＴ３を入力部から出力部まで走り抜ける信号に関して、及び区間を逆方向に走り抜ける信号に関して、それらが等しく良好に作用するように双方向性である。これらはインダクタンス及び静電容量、そして場合により抵抗に基づく受動フィルタである。それらの減衰は、とりわけ正常な動作の間に伝送されねばならない信号の有用な周波数帯域において、出来る限り小さいことが望ましい。フィルタは換用できることが望ましく、すなわちそれらの伝達関数が双方向において同一であることが望ましい。

周波数Ｆ２及びＦ３により変調されたパルスは、区間Ｔ１内を伝播する。それは接続部Ａにおいて示されるインピーダンスの不連続性のために、この場所において部分的に反射される。それはフィルタＦＲ２により排除された、Ｆ２の周りの周波数帯域を除き、区間Ｔ２により部分的に送信される。通過する部分（そして特に周波数Ｆ３における変調）は、区間Ｔ２の端部において反射される。逆に、接続部Ａにおいて反射されない部分は、フィルタＦＲ３により排除された、Ｆ３の周りの周波数帯域を除き、区間Ｔ３へと通る。周波数Ｆ２における変調は通過し、区間Ｔ３の端部において反射される。

図４は、送信された試験パルスの好適な波形（周波数Ｆ２及びＦ３により変調されたガウス周波数）を表わす。時間Ｔは秒で、横軸に沿っている。瞬間的な振幅Ｖは任意の単位で、縦軸に沿っている。この例におけるパルスの持続時間は約３０ナノ秒（ガウス分布の１／２の高さにおける幅：約１２ナノ秒）である。変調は２つの重ねられた周波数により識別され、その１つは、この例においてもう一方の倍である（典型的には５００ＭＨｚと１０００ＭＨｚ）。信号の振幅のガウス包絡線もまた識別される。このパルスは図示されない試験信号発生器により、入力部Ｅ１（図３）に加えられる。

図５は同じ試験信号であるが、３つの組み合わされたチャートを含む別の表現による信号を表わす。チャートは、それぞれ時間領域（図５の上方の長方形）、スペクトル領域（図の左側の長方形）、及び時間−周波数領域（上方の長方形と左側の長方形との間の最大の長方形）における送信パルスを表わす。

時間領域における表示は、単に図４の表示の縮小である。時間Ｔは右方向への水平な横軸に沿い、電圧振幅Ｖは上向きの垂直な縦軸に沿っている。

スペクトル領域（周波数Ｆは上向きの垂直な横軸に沿い、エネルギー密度Ｅは左方向への水平な縦軸に沿っている）における表示は、パルス変調周波数Ｆ２及びＦ３の周りを中心とする２つのスパイクを示す。

時間−周波数領域（時間Ｔは右方向への水平な横軸に沿い、周波数Ｆは上向きの垂直な縦軸に沿っている）は、１つが周波数Ｆ２を中心とし、もう１つは周波数Ｆ３を中心とする、２つの狭いスペクトルに対応する２つの集中した複数の点を示す。複数の点の中心は、横軸としてパルスのガウス包絡線のスパイクの頂上に対応する瞬間を持ち、縦軸としてそれぞれ周波数Ｆ２とＦ３を持つ。

試験信号のこの記述を終わらせるために、パルスの瞬間的な振幅は以下の形で示され得る。
Ｓ（ｔ）＝Ｓ０ｅ−（１／２）［（ｔ／ａ）２乗］・［ｃｏｓ（２π・Ｆ２・ｔ）＋ｃｏｓ（２π・Ｆ３・ｔ）］

Ｓ（ｔ）は時間ｔの関数としての振幅である。Ｓ０はガウス包絡線の頂上の振幅である。ａは１／２の高さにおけるガウス分布のパルスの幅、すなわちパルスのより大きな、又はより小さな拡がりを決定する係数である。１／２の高さにおけるこの幅は２ａ・（２ｌｏｇ２）（１／２）に等しい。（ｔ／ａ）２乗は、２乗したｔ／ａ比（ｔ／ａ）２である。

典型的には、約３０ナノ秒のパルスに対し、変数ａは約５・１０−９に等しく選ばれることができ、ｔは秒で表わされる。

時間−周波数チャートは、Ｔ接続によるネットワークの入力部Ｅ１に接続された時間−周波数アナライザの助けでプロットされる。そのようなアナライザは既知であり、それらは受信する信号のサンプリング及びデジタル化により機能し、サンプルに対する計算、とりわけフーリエ変換計算は、短時間の信号に含まれる周波数成分の決定を可能にする。この解析を行なうために、時間−周波数の数値アルゴリズムを使用することもまた可能である。

入力部Ｅ１に接続された同じ時間−周波数アナライザは、入力部Ｅ１に向かって反射された信号の時間−周波数チャートをプロットすることもまた可能にする。

図６は二元的な表示で、一方では振幅と時間、そして他方では時間−周波数を表わし、反射率グラフは除波フィルタＦＲ２及びＦＲ３を伴う、本発明に従って装備されたケーブルにおいて、周波数Ｆ２及びＦ３により変調されたガウス振幅の電圧パルスの印加からもたらされる。その設定は図３の図式に適合している。ケーブルの長さは次の通りである。Ｌ１に対して約３ｍ、Ｌ３に対して３ｍ、Ｌ２に対して６ｍ。送信パルスは、振幅Ｖ及び時間Ｔの双方に対して用いられた尺度のため、この反射率グラフに表わされていない。反射のみが表わされている。時間の基点はこの図においては任意である。

振幅／時間の反射率グラフ（図の上部）に比べてより明確な、時間／周波数の反射率グラフ（図の下部）は、それぞれの時間とそれぞれの周波数を中心とする幾つかの点の集合を現わしている。周波数Ｆ２とＦ３をそれぞれ中心とする最も左側の点の集合は接続部Ａ上のガウス分布のパルスの反射に対応する。各周波数に対して１つの点があり、点の集合が、２つの周波数により変調されたガウス信号のスパイクである同じ瞬間を中心とするように、２つの周波数に関する伝播の持続時間は同一である。右側に向かって次の点は周波数Ｆ２を中心としている。それはこの周波数の通過を許容しない区間Ｔ２における反射からは生じない。それは（最短である）区間Ｔ３の端部Ｓ３における反射に対応する。右側に向かって次の点は周波数Ｆ３を中心としている。それはこの周波数の通過を許容しない区間Ｔ３における反射に対応し得ない。それは別の区間Ｔ２の端部Ｓ２における反射に対応する。右側の最後の点はそれが周波数Ｆ２を中心とするため、区間Ｔ３における多重反射（接続部Ａと端部Ｓ３との間の２つの往復）に対応する。

区間Ｔ１における欠陥の場合、（１つはＦ２を中心とし、もう１つはＦ３を中心とする）２重の点が、（図６では見えない）入力パルスを表わす点の位置と接続部Ａを表わす点との間に現われ得る。この点の時間的位置は、ケーブル内の信号の伝播速度が分かれば、欠陥の物理的位置を推測することを可能にする。振幅の特徴は、欠陥が開路型（送信パルスと同じ特徴の信号）であるか、あるいは短絡型（負の信号）であるかの確認を可能にする。区間Ｔ２における欠陥の場合、周波数Ｆ３における点が接続部Ａに対応する点と、区間の既知の理論的長さＬ２に対応する点との間に現われる。最後に、区間Ｔ３における欠陥の場合、周波数Ｆ２における点が接続部Ａの位置と、区間Ｔ３の出力部Ｓ３の位置との間に現われる。除波フィルタの存在は、何ら欠陥のないネットワークの基本接続形態が既知である場合、どの区間に欠陥があるかを明確に確認することを可能にする。

欠陥のより優れた検出と解析のために、ケーブル区間の理論的長さを知ることが望ましく、それによって、区間の正常な端部に対応する反射点を、欠陥に対応する点から識別するように、反射点の確実な識別を可能にすることが理解されるであろう。ケーブルの端部Ｓ２及びＳ３が、ケーブルの特性インピーダンスに適合したインピーダンスにより負荷をかけられた場合、（接続部を除いて）反射は無く、欠陥のみが反射を生み出し、それはこれ以降、性質及び位置に関して特定することが非常に容易である。

周波数を解析するための装置により与えられ得る時間−周波数表示は、それゆえケーブルのあり得る欠陥の非常に便利な表示を提供する。同一時に試験信号の反射から生じる点の到着の瞬間と、この点に対応する周波数を読み取ることにより、そしてケーブル内の伝播速度を考慮に入れることにより、異なる区間を区別しながらケーブルに沿った欠陥の位置を決定することが可能である。

図７は区間Ｔ３が区間Ｔ２よりも長かった場合に得られるであろう別の反射率グラフを表わし、そして図８は同じ長さの区間に対応する反射率グラフを表わす。

一般に、入力部から所与の距離に位置する欠陥は、それが第２区間か、あるいは第３区間にあるかによって、異なる反射率グラフを生じることが理解される。

以前は、ケーブルが接続部Ａの後に２つの区間を有する場合、変調周波数Ｆ２及びＦ３の周りを中心とする２つの除波フィルタＦＲ２及びＦＲ３が用いられると考えられた。それにもかかわらず、例えば区間Ｔ２の入力部にはフィルタＦＲ２があるが、区間Ｔ３の入力部にはフィルタＦＲ３のない、単一フィルタの使用を想定することができる。この場合であってもなお、２つの区間において欠陥を識別することが可能である。区間Ｔ２における反射が周波数Ｆ３で１つだけの点を生じる一方で、区間Ｔ３における反射は、同じ瞬間を中心とし、２つの周波数Ｆ２及びＦ３に対応する２つの点に対応するであろう。

本発明は、接続部の出力において２つよりも多い区間があるときに使用され得る。接続部につながれたＮ個の区間がある場合、Ｎ個の除波フィルタ（各区間の入力部に１個）か、あるいはＮ−１個のみの除波フィルタ（Ｎ番目の区間を除く各区間の入力部に１個）が用いられるであろう。結果として一般的に、本方法は少なくともＮ−１個の除波フィルタ及び場合によってはＮ番目の除波フィルタを使用するであろう。

区間の１つの所与の位置に短絡又は開路の欠陥があると仮定すると、欠陥が接続部の前で（又は除波フィルタの無い区間においてではあるが、接続部の後で）発生する場合、入力部から欠陥までの信号の往復に対応する瞬間に、時間−周波数領域において、一連のＮ組の反射点が現われるのが見られるであろう。しかし、周波数Ｆｊに対する除波フィルタを備えたｊ番目の区間において、この距離に欠陥が存在する場合、考えられる瞬間を中心とする一連の点の中に、周波数Ｆｊにおける点は存在しないであろう。そして、この瞬間に対応する欠陥が、本当にｊ番目の区間にあるという決定を可能にするのは、同一の瞬間を中心とする一連の点の中の、この欠落である。

図９は同一の接続部Ａから出発し、それゆえ４つの試験周波数Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４を必要とする、４つの区間を有する構成を表わす。そこにはこれら４つの区間に対応する４つの除波フィルタＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４がある。これらのフィルタの内の１つは、２つの分路を有する接続部に関して説明したように取り除かれ得る。

図１０は４つのフィルタの各々の、図式的に示されたひな型を表わす。フィルタＦＲ１はＦ１を中心とする周波数帯域を排除し、フィルタＦＲ２はＦ２を中心とする帯域を排除し、フィルタＦＲ３はＦ３を中心とする帯域を排除する。最も高い試験周波数に対応するフィルタ、すなわちこの場合周波数Ｆ４に対応するフィルタＦＲ４は、帯域消去フィルタよりもむしろ、周波数Ｆ４及びより高い周波数をカットし、周波数Ｆ１、Ｆ２、及びＦ３の通過を許容するローパスフィルタであり得る。４つの区間を有するこの構成においてフィルタＦＲ４が無い場合、周波数Ｆ１及びＦ２の通過を許容し、周波数Ｆ３をカットするローパスフィルタであり得るのは、フィルタＦＲ３である。

図１０の線図において周波数Ｆｕにより表わされている、動作中に有用な周波数帯域は、推定するところ試験信号の変調に用いられる全ての周波数よりも低い。それはフィルタによりカットされる全ての周波数帯域よりも低いため、いずれのフィルタによっても減衰させられない。

図１１は、各々が２つの分路を伴う幾つかの連続的な接続部Ａ、Ｂ、Ｃ、すなわち合計で３つの接続部と４つの分路を伴う、ケーブルのネットワークの別の構成、
−接続部Ａに対するＴａ２、Ｔａ３と、
−区間Ｔａ２の端部に位置する接続部Ｂに対するＴｂ２、Ｔｂ３と、
−区間Ｔｂ２の端部に位置する接続部Ｃに対するＴｃ２、Ｔｃ３と
を例示する。

この構成は同じ手順で試験されることができ、それらのひな型が前のものと同じ必要条件に適合する４つの試験周波数Ｆ１〜Ｆ４、及び４つ（又は厳密に言えば３つ）のフィルタを必要とする。試験に必要な周波数の数は、直列に２つの帯域消去フィルタが存在しないように配置することにより、構成から推定される。最初の２つの接続部には各々１つだけのフィルタが続き、最後の接続部は１つ又は２つのフィルタを含み得る。

以前は、試験パルスは幾つかの搬送周波数により同時に変調された、単一のパルスであると考えられていた。上記に示したように、ガウス分布の試験パルス発生器も又それぞれの周波数により各々が変調された、幾つかの連続的パルスを与えることが出来る。幾つかの反射率グラフが次に生み出され、それらはそこから欠陥の存在、位置、及び性質を推定するために重ね合わせられねばならない。この解決策はさほど有利ではない。

Claims

Ｎ個（Ｎは２以上）の二次的ケーブル区間がそこから出発する、少なくとも１つの接続部を含む電気ケーブルのネットワークの試験方法であって、前記方法が、
−接続部（Ａ）から出発するＮ−１個の二次的区間（Ｔ２、Ｔ３）の各入力部において、この区間と関連する周波数帯域をカットでき、前記ネットワークの正常な動作に有用な周波数の通過を全て許容する双方向の受動フィルタを、前記ネットワーク内に直列に挿入する工程と、
−前記区間の前記入力部に置かれた前記フィルタのＮ−１個の周波数帯域中の１つに各々が位置する、Ｎ−１個の異なる搬送周波数によって同時又は連続的に変調され、Ｎ−１個のフィルタの周波数帯域の外側に位置するＮ番目の周波数によりまた変調された、パルス状の試験信号を前記ネットワークの前記入力部に加える工程と、
−Ｎ個の周波数の各々に対し、前記試験信号の反射から生じる信号スパイクの時間的位置を検出する工程と、
−そこから前記ネットワークのケーブルの或る区間において、あり得る欠陥の位置を推定する工程と
にある試験方法。
前記Ｎ番目の周波数の周りの周波数を排除する、Ｎ番目の帯域消去フィルタがＮ番目の区間の入力部に設置されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記試験信号がガウスの波形により変調された振幅であることを特徴とする、請求項１あるいは２のいずれか一項に記載の方法。
少なくとも１つの前記双方向フィルタが換用できるフィルタであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
欠陥位置の検出が、前記ネットワークの前記入力部に向かって反射される信号の時間−周波数チャートを提供する、時間−周波数解析を手段として行なわれ、一連の反射点の中心の時間的位置が、欠陥の位置及びそれが中にある区間についての情報項目を表わす、前記時間−周波数チャートにおける様々な周波数に対応することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
Ｎ個（Ｎは２以上）の二次的ケーブル区間がそこから出発する少なくとも１つの接続部を含む、電気ケーブルのネットワークを解析するための装置であって、それが、前記接続部（Ａ）から出発するＮ−１個の二次的区間（Ｔ２、Ｔ３）の前記各入力部において直列である、この区間と関連するそれぞれの周波数帯域をカットでき、前記ネットワークの正常な動作に有用な周波数の通過を全て許容する双方向の受動フィルタと、各々が、その区間の前記入力部に置かれたフィルタのＮ−１個の周波数帯域の内の１つに位置する、Ｎ−１個の異なる搬送周波数により同時又は連続的に変調され、又、Ｎ−１個のフィルタの帯域の外側にあるＮ番目の周波数により変調される短時間の試験信号の発生器と、Ｎ個の周波数の各々に関して、試験信号の反射から生じる信号スパイクの時間的位置を検出するための装置とを備える装置。
前記ネットワークの前記入力部に向かって反射される前記信号を解析するための時間−周波数チャートを提供できる、時間−周波数アナライザを備え、一連の反射点の中心の時間的位置が、欠陥の位置及びそれが中にある区間についての情報項目を表わす、前記時間−周波数チャートにおける様々な周波数に対応することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
前記双方向フィルタの少なくとも１つが換用できるフィルタであることを特徴とする、請求項６あるいは７のいずれかに記載の装置。