JP2012154880A - 雷電流検出センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】雷電流検出センサ10は、複数回巻き付けた絶縁被覆線からなる絶縁被覆電線22を、ベーステープ21とカバーテープ23によりまとめて被覆することで、絶縁被覆電線22を複数回巻き付けて高感度化を図った場合にも、その検出エリアを微少なものとし、分解能を高める。また、絶縁被覆電線22を覆うベーステープ21およびカバーテープ23に加え、絶縁体からなるシールド部12、およびシールド部12とコイル部20との間に形成された空隙40により、十分なシールド性を確保し、高電流・高電圧に対しても、容量結合することなく高精度な検出を行えるようにした。
【選択図】図2
Description
一般に翼の内部空間は燃料タンクを兼ねているため、この被雷時において、電気アークの発生を抑えるか、あるいは、そのアークを封止することによって、発生したアークの放電とそこから飛散するホット・パーティクルが可燃性の燃料蒸気に接触しないように対策する必要がある。
一般的な磁気検知センサとしては、例えば、帯状の導体を環状とした磁気検出コイルを用いるもの(例えば特許文献1参照。)や、薄膜フラックスゲートを用いるもの(例えば特許文献2参照。)があるが、これらは被雷時における電流の流れ方の評価用途には適さない。
すなわち、被雷時には、図8に示すように、ごく短時間に数十〜200kA、40〜50kVにも及ぶ高電流・高電圧が流れ、ノイズ混入が避けられないからである。雷電流を検知対象とした磁気検知センサとしては、高電流・高電圧に耐えうるものを用いる必要があり、特許文献1、2に記載の技術は、微小磁界の検知を目的としたものでありそのような用途を想定していない。
検出感度を高めようとした場合、例えば図10に示すように、同軸管6を複数回巻くのが一般であるが、ケーブル外形および曲率等の制限により小型化が困難である。結果として、磁界検出エリアがある程度の体積を必要とするため、微少エリアに限定した検出が難しく、設置場所や、設置密度が制限されることにより、検出分解能が低くなるという問題がある。
このような雷電流検出センサにおいては、被雷時に検出対象物に雷電流が流れることで生じた磁界を、コイル部の絶縁被覆電線を構成する電線端部に生じる電圧として検出する。この電線は、絶縁被覆電線を構成する絶縁被覆に加え、シールドカバーによりシールドされているため、外部との容量性結合によるノイズの混入を低減し、磁界のみを検出することができる。
このとき、絶縁被覆電線が複数回巻き回されているため、高感度な検出が行える。しかも、複数回巻き回された絶縁被覆電線は、シールドカバーにより、まとめて覆われているため、同軸管のように磁気検出エリアが大きくなることを防ぎ、微少エリアにおける磁気検出を行える。このような用途からして、絶縁被覆電線は、線径が1mm以下であるものを用いるのが好ましい。上記については、通常のシールドループアンテナでは数GHzまでの帯域に及ぶ磁界検出を目的としているのに対して、雷電流に含まれる周波数成分は最大で100kHz程度であり、過剰な特性となっている。本発明を適用する計測におけるセンサおよび計測器間の距離は最大でも数m以内を想定しており、計測系全体の大きさは同帯域の定在波波長より十分に短くケーブルインピーダンスの不整合の影響は小さいことから、十分に実用の範囲内であることを前提としている。
これらベースと、スペーサにより形成される空隙とにより、絶縁被覆電線の電線と被雷対象物との間の電気的な空隙を確実に確保することができる。したがって、そのシールド性はさらに高まり、磁気のみの検出をより確実に行うことができる。
さらに、本発明における「被雷」とは、実際の落雷に限らず、被雷時を模して高電流・高電圧を印加して試験等を行う場合を含んでいる。
さらに、ベース部と、スペーサにより形成される空隙とにより、絶縁被覆電線の電線と被雷対象物との間の電気的な空隙を確実に確保することで、シールド性をさらに高め、検出感度をより確実に高めることもできる。
また、複数回巻き回された絶縁被覆電線を、シールドカバーによりまとめて覆うため、微少エリアにおける磁気検出を行うことができ、分解能を高めることができる。
図1は、本実施の形態における雷電流検出センサ10の構成を説明するための図である。
図1に示すように、雷電流検出センサ10は、立方体状のコア11と、コア11の周方向に巻き付けるように設けられたコイル部20と、コア11を囲むように設けられたシールド部12と、を有する。
ここで、絶縁被覆電線22は、コア11の周囲に複数回巻き付けられることができ、必要に応じ、図4(a)、(b)に示すように、単層にも、多層に巻き付けることもできる。そして絶縁被覆電線22は、コア11から離間する方向に導出され、同軸ケーブルからなる信号線25を介して図示しない計測装置に接続されている。
これにより、複数回巻き付けられた絶縁被覆電線22は、ベーステープ21とカバーテープ23とからなるシールドカバーにより被覆されている。
ここで、コア11は、シールド部12の底板部(ベース)12aに、例えば10mmといった所定の高さ(厚さ)を有したスペーサ15を介して支持され、これによってコイル部20とシールド部12との間に空隙40が形成されている。ここで、スペーサ15は、例えばアクリル等の絶縁材料により形成することができる。
また、シールド部12の側板部12b、天板部12cも、コイル部20との間に所定寸法の空隙40が形成されている。
このような雷電流検出センサ10においては、コイル部20の内側を通る磁界を絶縁被覆電線22の銅線22aで検出することで、被雷時に主翼表面に沿って流れる雷電流を検知する。コイル部20の絶縁被覆電線22に接続された計測装置においては、絶縁被覆電線22で検出する磁界の時間変化を誘導電圧として検知し、これによって被雷時に主翼表面に沿って流れる雷電流を計測するのである。
コイル部20を3次元に設ける場合には、コイル部20を、コア11の周囲に互いに直交する3方向に巻き付ければよい。
このような多次元のコイル部20を備えた雷電流検出センサ10においては、方向の異なる雷電流を同時に検出することが可能となり、より高い検出機能を有するものとなる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
ここで、上記したような構成の雷電流検出センサ10は、一辺4cmのコア11に、絶縁被覆電線22を1回だけ巻き付けた(1ターン)もの(実施例1)、絶縁被覆電線22を10回巻き付けたもの(実施例2)を用意した。
一方、比較のため、ベーステープ21、カバーテープ23、絶縁体からなるシールド部12、およびシールド部12とコイル部20との間に形成された空隙40といったシールド構造を備えていない構成のものを用意した。すなわち、一辺4cmのコア11の表面に、銅線のみを、ベーステープ21、カバーテープ23を用いずに10回巻き付けた(比較例)。
この図6(a)に示すように、比較例では、雷電流の流れる方向に平行な方向の検出信号(磁束密度)が検出される一方、本来検出されない雷電流の流れる方向に直交する方向の検出信号も検出され、これがノイズ成分となる。これにより、S/N比が低くなる。
これに対し、図6(b)に示すように、絶縁被覆電線22を1回のみ巻き付けた構成においては、雷電流の流れる方向に平行な方向の検出信号が低くなっている。一方、雷電流が流れる方向と直交する方向の検出信号は検出されていない。
さらに、図6(c)に示すように、絶縁被覆電線22を複数回巻き付けた構成においては、雷電流の流れる方向に平行な方向の検出信号が高くなっている。一方、雷電流が流れる方向と直交する方向の検出信号は検出されていない。これにより、S/N比も高く、高い感度で検出が行えることが分かった。
Claims (5)
- 被雷時に検出対象物に流れる雷電流を検出するための雷電流検出センサであって、
絶縁性材料からなるコアと、
前記コアの外周面に巻き回されたコイル部と、を備え、
前記コイル部は、
前記コアの周方向に複数回巻き回された絶縁被覆電線と、
前記複数回巻き回された前記絶縁被覆電線をまとめて覆うシールドカバーと、
を備えることを特徴とする雷電流検出センサ。 - 絶縁性材料からなるベースと、
前記ベースと前記コアとの間に挟み込まれ、前記ベースと前記コイル部との間に空隙を形成するスペーサと、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の雷電流検出センサ。 - 前記ベースから上方に立ち上がる側板部と、前記側板部の上端から前記コアの上方を覆うように設けられる天板部とが、前記ベースと一体に設けられ、
前記天板部に、前記絶縁被覆電線に接続された信号線が保持されていることを特徴とする請求項2に記載の雷電流検出センサ。 - 前記シールドカバーは、前記コアの外周面に沿って周方向に設けられ、導電性材料からなり接地された帯状のベーステープと、
前記ベーステープ上の前記絶縁被覆電線を覆うよう設けられ、導電性材料からなり接地された帯状のカバーテープと、からなることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の雷電流検出センサ。 - 前記絶縁被覆電線は、線径が1mm以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の雷電流検出センサ。
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JPN6014014940; A.P.J.van Deursen, V.Stelmashuk: 'Design of sensors for in-flight lightning detection on aircrafts' Electromagnetics in Advanced Applications, 2009. ICEAA '09. International Conference on , 2009, 825-828頁 * |
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