JP2014529733A - 装置要素の状態監視装置、及び、装置要素の状態監視方法 - Google Patents

Abstract

装置要素のその時点での状態を表示する装置、特に、電気導体及びケーブルその他がその時点で通電されているか否かを表示する装置を提案する。この装置は、監視すべき装置要素に接続されて装置要素の周囲に磁場を形成する磁場形成装置と、監視すべき装置要素の周囲に定置された磁気抵抗性有機半導体素子と、磁気抵抗性有機半導体素子の２つの電極間に電圧を形成する電圧源とを備える。本発明の装置及び方法は、任意の装置要素に後から簡単かつ低コストに適用できるという利点を有する。相応の表示は局所的に制限されており、電気導体にその時点で電流が供給されているという所望の情報が簡単に表示されるので、付加的な評価は不要である。

Description

本発明は、工業設備における通電の可能性のある装置要素、特に、電気導体を監視する装置に関する。

電気導体がその時点で無電流であること又は通電されていることの可視表示は、安全上の理由から、また、種々の電気機器乃至電気設備（例えば中間電圧技術のスイッチングボックスなど）での機能に関する理由から必要とされる。

このための今日の手段は、電流もしくは電圧に対する種々のセンサ方式を基礎としており、これらのセンサ（トランスデューサ）の出力信号は、通常、低電圧領域での電気的パラメータ（電圧、電流、抵抗など）に基づいており、状態監視に用いられる。こうした出力信号は、通常、出力装置へ送信され、相応に可視化される（ランプ、ディスプレイなど）。ただし、センサによる電流測定は局所的にしか行えないので、電流特性に応じて複数の位置もしくは分岐で測定を行わなければならない。直接かつ局所的な光学割り当ては不可能である。

したがって、本発明の課題は、上述した欠点を回避して、通電の可能性のある装置要素の状態を監視できる方法及び装置を提供することである。

この課題は、請求項１記載の装置により、また、請求項８記載の方法により、解決される。

本発明の装置要素の実際状態を検出する装置は、監視すべき装置要素に接続されて、この装置要素の周囲に磁場を形成する磁場形成装置と、監視すべき装置要素の周囲に定置された磁気抵抗性有機半導体素子（ＯＭＲ半導体素子）と、磁気抵抗性有機半導体素子の２つの電極間に電圧を形成する電圧源とを備える。

本発明の通電の可能性のある装置要素の状態、特に、技術的装置の電気導体の状態を求める方法は、装置要素に対して磁場を形成するステップと、装置要素の周囲の磁場を磁気抵抗性有機半導体素子によって検出するステップと、磁気抵抗性有機半導体素子によって検出された磁場に基づいて電気的パラメータを調整するステップとを含む。

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明の装置によれば、本発明の方法にしたがった以下に説明する方式で、その時点の状態、特に通電状態を求めることができる。磁場形成装置により、装置要素に対して磁場が形成され、この磁場が装置要素の周囲において磁気抵抗性有機半導体素子によって検出される。こうして、磁気抵抗性有機半導体素子により、検出された磁場に依存して電気的パラメータを調整することができる。この電気的パラメータは例えば電極間で降下する電圧もしくはこの電圧降下によって生じる電流である。

本発明の装置及び本発明の方法により、ほぼ任意の装置要素について、特に既存の装置において後からであっても、表示を簡単かつ低コストに行えるという利点が得られる。相応の表示は局所的に制限され、簡単に所望の情報（その時点で電気導体への通電が生じているか否か）を表示でき、付加的な評価は必要ない。

磁気抵抗性有機半導体素子は、電気導体もしくは所望の装置要素の少なくとも一部の領域を包囲する層として構成される。これにより、磁気抵抗性有機半導体素子による磁場の検出を、ホールセンサもしくはＡＭＲセンサでの検出の場合に比べて、大面積で行うことができる。このため、測定の際に、変動の少ない測定信号を得るための平均効果が達成される。本発明の装置の有利な実施形態では、磁気抵抗性有機半導体素子は中空円筒形状を有する。こうした中空円筒形状の磁気抵抗性有機半導体素子は、電気導体を周方向で包囲するので、測定信号の変動を効果的に抑圧できる。また、磁気抵抗性有機半導体素子を中空円筒形状のセグメントとして構成してもよく、この場合（例えば修繕の目的での）取り出しの際にコストが嵩むことがないので、有利である。

別の利点は、磁気抵抗性有機半導体素子が可撓性基板として設けられる場合に得られる。これにより簡単かつ省スペースの装置ケーシングの構造が得られ、センサシステムの取り付けを簡単かつ低コストに行うことができる。

本発明の別の実施形態によれば、磁気抵抗性有機半導体素子を通って流れる電流に比例するパラメータ及び／又は磁気抵抗性有機半導体素子に生じる電圧に比例するパラメータを測定する測定装置が設けられる。当該パラメータは例えば電流もしくは電圧そのものであってもよいし、磁気抵抗性有機半導体素子と同じ電流が流れる別の要素を介して降下する電圧であってもよい。有利には、パラメータを表す測定信号に基づいて、自動監視を行えるようになるか、又は、ディスプレイに対する制御信号を形成できるようになる。

磁気抵抗性有機半導体素子が最大感度を有する駆動領域において、当該磁気抵抗性有機半導体素子が一定の電圧で駆動される場合、特に良好な測定効果が得られる。したがって、本発明の装置の有利な実施形態によれば、電圧源は定電圧源として構成される。この場合、磁場感度は、磁場強度の変化分ｄＨに対する磁気抵抗性有機半導体素子の電気抵抗の変化分ｄＲの割合すなわちｄＲ／ｄＨによって与えられる。

本発明の装置の別の有利な実施形態によれば、磁気抵抗性有機半導体素子によって、有機発光ダイオードＯＬＥＤが形成される。これは、磁気抵抗性有機半導体素子の製造に使用される有機半導体材料を相応に選択することによって達成可能である。ＯＬＥＤにより、装置要素もしくは電気導体での通電を簡単にヴィジュアル表示することができる。

また、光学表示の有利な態様として、測定値が所定の基準を満たす場合にのみＯＬＥＤが発光するように、ＯＬＥＤの電極間の電圧を所定の値へ調整することが挙げられる。

別の有利な実施形態では、磁気抵抗性有機半導体素子（ＯＬＥＤ）は、装置要素に可逆的に取り付けられる。"可逆的に"とは、言い換えれば、対応する装置が問題なく取り外したり再び固定したりできるように、特に給電部を集積した帯状体として構成されることを意味する。具体的な構成は、例えばクリップ付バンドもしくは鋲付バンドもしくは接着バンドである。

以下に本発明を具体的な実施例に則して詳細に説明する。

本発明の装置の２つの実施例Ａ，Ｂでのセンサを示す概略図である。 ＯＬＥＤの基本的な特性曲線を示すグラフである。 本発明のそれぞれ異なる装置構成の２つの実施例Ａ，Ｂを示す概略図である。 工業設備における本発明の装置の適用例を示す図である。

通電の簡単な可視化は、磁気抵抗性有機半導体素子（すなわち磁気抵抗性の有機発光ダイオードＯＬＥＤ）の特性と、図２に示されている電流Ｉ及び磁場の物理的関係とに基づいている。

各電流Ｉは、電流の法則にしたがって渦磁場Ｈを形成する。所定の磁場強度が上方超過されると、磁気抵抗性有機半導体素子（以下ではＯＬＥＤと略称する）は可視領域すなわち可視色で発光する。ＯＬＥＤに一定の給電電圧が印加される場合、動作方式を簡単な図式で次のように表すことができる。すなわち、一定の制御電圧２８で、ＯＬＥＤ２２は、良好な可視発光を形成するための電流閾値の僅かに下方に維持される（フォトルミネセンス閾値）。外部磁場により、ＯＭＲ効果によって生じるＯＬＥＤの電流は高められ、良好な可視光効果を生じさせる。これにより、電流を表示するための他の技術的補助手段を用いることなく、コーティングされた電気導体全体に沿った可視化を行うことができる。

シースとして設けられる有機半導体材料の層２２は、２つの電極２４，２６を介して電圧源２８に電気的に接続されている。電圧源２８は電極２４，２６間に電圧値Ｕ０の電圧Ｕを形成する。電流が導体へ流れない場合、ＯＬＥＤを通る電流Ｉは電流強度Ｉ０を有する。これは有機半導体材料のＵ／Ｉ特性曲線Ｋ１の動作点Ａに相当する。特性曲線Ｋ２は、有機半導体材料に所定の大きさの強度を有する磁場がかけられた場合に形成される。この特性曲線によれば、電圧源２８が電圧値Ｕ０の一定の電圧Ｕを形成する場合、電流Ｉは強度値ｄＩだけ増大する。対して、電圧源２８によって強度Ｉ０の一定の電流Ｉが形成される場合には、電圧Ｕは強度値ｄＵだけ低下する。

電圧源２８として定電圧源、例えばバッテリが用いられる場合、磁場の定量測定のために、図１のＡ，Ｂに示されている装置により、強度Ｉ０に対して約１０％から約３０％の電流増分ｄＩを形成できる。これにより、磁場強度の変化量を正確に測定できる。

電流Ｉ及び電圧Ｕｍは、ＯＬＥＤの磁気抵抗効果によって磁場に依存して変化する電気的パラメータである。なお、電圧Ｕｍに代えて測定回路によって測定電流を測定してもよい。

有機半導体材料は、自身を通って流れる電流Ｉの電流強度が所定の電流強度値を上回った場合に発光するＯＬＥＤである。電圧源２８の電圧Ｕは、軸１４に作用する電流が予め設定された許容最大値を上回ったときに発光効果が開始するように調整されている。これにより、工業設備Ａのオペレータに対し、ＯＬＥＤの発光領域Ｌ１−Ｌ１２によって、導体Ｌに電流Ｉが流れていることが直接に表示される。

有利な実施例では、有機半導体材料が可撓性基板に塗布されて、層が形成される。これは例えば、ケプトンの名称で入手可能なポリエチレンＰＥＴ又はポリイミドＰＩである。

図３のＡに示されている実施例では、ＯＬＥＤは、集積された給電部Ｉｎｔを含む帯状体として構成されている。具体的には、例えば、例えば図３のＢに示されているクリップ付バンドもしくは鋲付バンドもしくは接着バンドとして構成可能である。

この実施例では、既存の構成を侵襲することなく、監視されるべき導体Ｌ（図ではその断面が示されている）に後からＯＬＥＤを固定し、必要に応じて再び取り外すことができる。これにより、装置の使用開始時から監視を行うこともできるし、電流監視と同時にエラー探索を行うこともでき、装置の構成が著しく簡単になる。

通電される装置要素、例えば導体に、全体的に平坦なコーティングを設け、発光と電流強度との一義的かつ局所的な関係を利用することにより、図４の工業設備Ａの例で示されているように、通電箇所全体に沿って直接の情報を得ることができる。これにより、個々の導体の通電に基づく動作状態を迅速に検出でき、通電される装置要素での通電評価の際に高い信頼性が得られる。当該導体を中心として設けられるシース、もしくは、当該導体に塗布されるコーティングとして、電流が存在するときに発光する素子（Ｌ１−Ｌ１０，Ｌ１２）又は電流が存在するときには発光しない素子（Ｌ１１）が構成される。これにより、機能障害が生じたときに、例えば給電部に障害が存在するか否かを、目視で別の評価ツールなしに簡単に検出することができる。

Claims (9)

1. 通電の可能性のある装置要素（Ｌ）の状態、例えば、技術的装置の電気導体の状態を求める装置であって、
   監視すべき装置要素（Ｌ）に接続されて、前記装置要素（Ｌ）の周囲に磁場（Ｈ）を形成する磁場形成装置（Ｌ）と、
   前記監視すべき装置要素（Ｌ）の周囲に定置された磁気抵抗性有機半導体素子（２２）と、
   前記磁気抵抗性有機半導体素子の２つの電極（２４，２６）間に電圧を形成する電圧源（２８，２９）と
   を備える
   ことを特徴とする装置。
2. 前記磁気抵抗性有機半導体素子（２２）は、前記通電の可能性のある装置要素（Ｌ）の少なくとも一部の領域を包囲する層として構成されており、該層は有利には中空円筒形状を有する、請求項１記載の装置。
3. 前記磁気抵抗性有機半導体素子（２２）は可撓性基板上に配置されている、請求項１又は２記載の装置。
4. 前記磁気抵抗性有機半導体素子を通って流れる電流（Ｉ）に比例するパラメータ及び／又は前記磁気抵抗性有機半導体素子に生じる電圧に（Ｕ）比例するパラメータ（Ｕｍ）を測定する測定装置が設けられている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記電圧源（２８）は定電圧源として構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記磁気抵抗性有機半導体素子（２２）によってＯＬＥＤが形成されており、前記監視すべき装置要素が所定の基準を満たす場合にのみ発光するように、有利には前記電圧（Ｕ）が所定の値（Ｕ０）へ調整されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記磁気抵抗性有機半導体素子（２２）は、例えばクリップ付バンドもしくは鋲付バンドもしくは接着バンド（ＯＬＥＤ）の形態で、前記装置要素に可逆的に取り付けられている、請求項３から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 通電の可能性のある装置要素（Ｌ）の状態、例えば、技術的装置の電気導体の状態を求める方法であって、
   前記装置要素に対して磁場（Ｈ）を形成するステップと、
   前記装置要素の周囲の前記磁場（Ｈ）を磁気抵抗性有機半導体素子（２２）によって検出するステップと、
   前記磁気抵抗性有機半導体素子によって検出された磁場（Ｈ）に基づいて電気的パラメータ（Ｕｍ）を調整するステップと
   を含む
   ことを特徴とする方法。
9. 前記磁気抵抗性有機半導体素子によってＯＬＥＤを形成することにより求められた前記状態を表示し、前記監視すべき装置要素が所定の基準を満たす場合にのみ発光するように、電圧（Ｕ）を有利には所定の値（Ｕ０）へ調整する、請求項７記載の方法。

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