JP2018017569A - 放電発生箇所検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受信アンテナを既知の位置に変更可能な構造とする。【解決手段】放電発生箇所検出装置において、基台２に基準アンテナ３を配置し、段階的に伸縮可能な棒状の部材（第１伸縮ポール１２，第２伸縮ポール２２，第３伸縮ポール３２）とその部材の一端に配置された受信アンテナ（第１受信アンテナ１１，第２受信アンテナ２１，第３受信アンテナ３１）とから構成される複数の受信部（第１受信部１０，第２受信部２０，第３受信部３０）と、基台２に、基準アンテナ３の位置から所定の距離で配置された基点に、前記棒状の部材の他端が揺動自在に連結され、前記受信アンテナの向きを変化させることが可能な接続部（第１接続部１３，第２接続部２３，第３接続部３３）から成るアンテナユニット１を有する【選択図】図４

Description

本発明は、静電気等により放電が発生する発生源を検出する放電発生箇所検出装置に関する。詳しくは、被測定対象物から放電される電磁波を受信アンテナによって、放電発生源を検出する放電発生箇所検出装置に関する。

製造現場等では、静電気が放電する現象が発生することが良くある。静電気が放電すると、それに伴って電磁波が発生し周囲の空間を伝播する。特に、精密測定機器等を取り扱う現場では、静電気放電による電磁波のノイズは、精密測定機器等の誤動作を起こし、間接的には製造される製品の品質にも影響する。また、合成樹脂製等の包装フィルムの製造現場での静電気による放電は、不良品となるピンホールを発生することもあるので、このための監視も必要である。静電気放電による電磁波は、アンテナで受信することができる。静電気放電の発生箇所とアンテナの位置関係から、アンテナで受信した受信信号の強度、位相等が異なる。特に、２本以上のアンテナがあると、静電気放電の発生箇所から各アンテナに到達する電磁波が時間差と位相差が生じる。

この時間差とアンテナの設置位置の関係から、放電の可能性がある位置を双曲線法により計算して求めることができる。このようにアンテナで受信した受信信号を、信号処理することで、静電気放電の発生箇所を特定することができる。従来、静電気放電に伴う電磁波を受信して、その発生箇所を特定する技術が多数提案されている。例えば、特許文献１には、静電気放電発生箇所の検出装置が開示されている。この検出装置によると、静電気放電に伴い発生する電磁波を複数の受信アンテナで受信する。この全ての受信アンテナで受信した電磁波の電圧レベルの時間的変化を、計測器で同じ時間軸でデジタルデータとして記録する。この記録したデジタルデータを利用し双曲線法を用いて、検出基準点に対する静電気放電の発生箇所の位置情報を算出することで、静電気放電発生箇所を特定している。

双曲線法とは、受信アンテナ全てに対して、異なる２本のアンテナの組み合わせによる双曲線を求め、各双曲線の交差点から、静電気放電の発生箇所の位置情報を算出するものである。発生箇所の位置情報を算出するとき、演算装置は、検出基準点に対する静電気放電の発生箇所の位置情報（角度（方位、仰角）、直線距離、Ｘ・Ｙ・Ｚ座標）等を算出する。検出基準点に設置した可視レーザー距離計等で、各アンテナまでの距離を計測し、その結果を、演算装置に予め入力している。また、特許文献２には静電気放電発生箇所を可視化する装置を開示しており、特許文献１に記載された発明と同一原理を利用して可視化している。

この可視化装置では、静電気放電発生箇所をビデオカメラで撮影し、撮影された映像の中に静電気発生箇所を強調するマーキング表示している。この可視化装置は、複数のアンテナを支持体に固定したものであり、静電気放電発生箇所を特定するとき、各アンテナで検知した信号を信号処理して、同じく双曲線法を利用している。更に、３本以上の受信アンテナを利用して、双曲線法による解析手法を用いて、配電線の部分放電の発生位置を探査する探査装置が開示されている（特許文献３参照。）この探査装置は、車に積載され移動しながら２箇所以上で測定を行う。この探査装置は、ＧＰＳ装置も備えており、最終的に、配電線路が記録された地図上に、各測定点から部分放電発生源方向へ直線を延ばして表示装置上に表示している。

特許文献２で使用される静電気放電発生箇所の可視化装置は、複数の受信アンテナを座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚが互いに直交して右手系をなす座標系である三脚のアームに設置したものである。この三脚のアームを既知の位置に設置するために取り付け作業をしなければならず不便である。何より、三脚を利用するため、広い空間、場所を必要とする。放電発生箇所の検出に利用する受信アンテナは、各々の受信アンテナを既知の位置に配置し、更に、折り畳み構造、又は、収納しやすくコンパクトかつ使い勝手の良い構造が求められている。本発明の出願人は、静電気放電発生箇所を可視化する装置として、検出装置の筐体から受信アンテナを有するアームが着脱可能、アームが伸縮可能、アームが検出装置の筐体内に折り畳むことで収納可能、更に、筐体自体が移動可能な構造を提案した（特許文献４）。

特開２０１０−４３９９２号公報 特開２０１０−２３６９１８号公報 特開２００１−３３５１０号公報 特願２０１６−６７９５５号

しかしながら、特許文献４に開示されている静電気放電発生箇所を可視化する装置の構造は、測定作業を行う上で各々の受信アンテナを配置する際、受信アンテナを有している各々のアームを筐体から張り出すが、張り出すアームの方向は検出装置の設計時に決められている。そのため、測定現場の環境によっては、測定したい対象物が近くにある場合、その対象物と受信アンテナやアームが干渉してしまう恐れがある。例えば、受信アンテナを３次元の直行座標上（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に配置するように設計された折りたたみ式放電発生箇所検出装置は、測定現場の設置箇所に制限がある場合がある。例えば、測定現場の隅（角）スペースが確保できず設置できないが、壁沿いには設置できる場合である。提案したこれらの構造は、座標軸Ｘ、Ｙ両方のアンテナ、又はどちらか一方のアンテナが突出する可能性があるため、測定したい対象物が近くにある場合に干渉してしまう。更に、突出したアームが測定現場の作業者にとっても弊害になる恐れがある。

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、その目的とするところは、各々の受信アンテナを任意の位置に配置できると共に、測定現場に応じて各々の受信アンテナの向き（角度）を容易に変更可能で、使い易い放電発生箇所検出装置の構造を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために次の手段をとる。
手段１に係る放電発生箇所検出装置は、
被検出対象物から放電される電磁波を、複数の受信アンテナを介して受信し、前記電磁波の放電箇所を検出するための放電発生箇所検出装置において、
前記放電発生箇所検出装置の本体を成す基台（例えば、基台２）、
前記基台に配置された基準アンテナ（例えば、基準アンテナ３）、
前記基台に、棒状の部材（例えば、第１伸縮ポール１２、第２伸縮ポール２２、第３伸縮ポール３２）と前記棒状の部材の一端に配置された受信アンテナ（例えば、第１受信アンテナ１１、第２受信アンテナ２１、第３受信アンテナ３１）とから成る複数の受信部（例えば、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０）、及び
前記基台に、前記基準アンテナの位置から所定の距離で配置された基点に、前記棒状の部材の他端が揺動自在に連結され、前記受信アンテナの向きを変化させることが可能な接続部（例えば、図６や図８に記載の部材で構成される、第１接続部１３、第３接続部２３、第３接続部３３）
から成るアンテナユニットと
を有する。

手段２に係る放電発生箇所検出装置は、
手段１の放電発生箇所検出装置であって、
前記接続部は、前記基台の上面と垂直及び平行な２つの軸線の回りで揺動する（例えば、図８に記載の部材で構成される、第１接続部１３、第３接続部２３、第３接続部３３）
ことを特徴とする。

手段３に係る放電発生箇所検出装置は、
手段１又は２の放電発生箇所検出装置であって、
前記棒状の部材は、それぞれ受信アンテナの位置を変更するための当該受信部の長さを段階的に変更可能な伸縮機構を有することを特徴とする。

手段４に係る放電発生箇所検出装置は、
手段３の放電発生箇所検出装置であって、
前記基台は、多角形であり、前記受信部を、前記接続部を基点として所定の角度に位置決めするために前記多角形の角部（例えば、第１角部５、第２角部６、第３角部７、第４角部８、第５角部９）を基準とすることを特徴とする。

手段５に係る放電発生箇所検出装置は、
手段３の放電発生箇所検出装置であって、
前記基台は、前記複数の受信部の向きを角度で視認可能な角度表示部（例えば、角度計付き基台７０）を有することを特徴とする。

手段６に係る放電発生箇所検出装置は、
手段４の放電発生箇所検出装置であって、
前記複数の受信部は、前記基台の上面に対して垂直に設置、又は、前記複数の角部のいずれかにそれぞれ設置され、
前記複数の受信部の設置状況を選択する設置状況選択手段を有し、
前記設置状況選択手段の前記選択に基づいて、前記複数の受信アンテナの位置を演算する演算手段を有することを特徴とする。

手段７に係る放電発生箇所検出装置は、
手段５の放電発生箇所検出装置であって、
前記複数の受信部は、前記基台の上面に対して垂直に設置、又は、前記角部表示部に基づき、角度が把握可能な位置のいずれかにそれぞれ設置され、
前記複数の受信部の設置状況を選択する設置状況選択手段を有し、
前記設置状況選択手段の前記選択に基づいて、前記複数の受信アンテナの位置を演算する演算手段を有することを特徴とする。

手段８に係る放電発生箇所検出装置は、
手段１〜７から選択されるいずれかの放電発生箇所検出装置であって、
前記放電箇所を検出不能である場合に所定の報知を行う報知手段を有することを特徴とする。

手段９に係る放電発生箇所検出装置は、
手段１〜８から選択されるいずれかの放電発生箇所検出装置であって、
前記複数の受信部は、前記複数の受信アンテナの角度を変更可能とするための回転機構（例えば、図７に記載の部材）を有することを特徴とする。

手段１０に係る放電発生箇所検出装置は、
手段１〜９から選択されるいずれかの放電発生箇所検出装置であって、
前記放電箇所を特定して画像に表示し可視化するための画像表示装置を更に備えることを特徴とする放電発生箇所検出装置。

本発明によると、次の効果が奏される。本発明は、測定の際、受信アンテナを任意の位置に配置及び変更可能となったため、測定したい対象物が放電発生箇所検出装置と近い場合、受信アンテナの位置を変更することで、対象物と受信アンテナが干渉することなく測定が可能になった。更に、測定現場等でアンテナの突出を避けることができるため、歩行中の作業者がアンテナにつまずく等のヒヤリハット対策にも効果があり、安全性が向上した。又、各々のアンテナとの位置関係を、巻き尺やレーザー計、角度計を用いずに把握できるため、効率的に作業が実施でき、更に、再測定が発生した場合に適当な設置環境を再現することが可能になった。

図１は、本発明の放電発生箇所検出装置の放電発生箇所検出ユニット１の第１実施形態の説明図である。 図２は、本発明の放電発生箇所検出装置の実施の形態１であり、図１の設置から、受信部の位置を所定の角度θの位置に変更した状態の説明図である。 図３は、第１実施形態及び第２実施形態の基台２の上面図である。 図４は、図１に示した実施の形態１であり、各受信部を伸ばした時の説明図である。 図５は、図２に示した実施の形態１であり、各受信部を伸ばした時の説明図である。 図６は、接続部の回転構造を示す説明図である。 図７は、先端取り付け部の回転構造を示す説明図である。 図８は、回転する２軸の交わる角度をある範囲内で自由に変えられる自在継手の説明図である。 図９は、本発明の放電発生箇所検出装置の放電箇所検出ユニット１の実施の形態２の説明図である。 図１０は、本発明の放電発生箇所検出装置の実施の形態３の基台７０の上面図である。 図１１は、球面の交点を求める事によって放電発生箇所を検出する方法の説明図である。

以下、本発明の放電発生箇所検出装置を図面に基づいて説明する。前提として、本例は３次元の構造とし、各軸はＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸として説明する。また、実施の形態では、計算をし易くするために括弧書きで具体的な距離や角度を設定するが、数値は限定されない。放電発生箇所検出装置は、任意の箇所で発生した静電気放電による電磁波を、既知の位置に配置してある各々の受信アンテナで受信し、各々の受信アンテナに到達する電磁波の到達時間をもって、静電気放電の発生箇所を特定するものである。つまり、各々の受信アンテナの位置は、既知でなければならない。

［実施の形態１］
図１及び図２は、本発明に係る放電発生箇所検出装置の放電発生箇所検出ユニット１の第１実施形態の説明図である。放電発生箇所検出ユニット１は、各々の受信アンテナで電磁波を受信する役割であると共に、複数の既知の位置に各々の受信アンテナを配置可能な役割を果たす。

放電発生箇所検出アンテナユニット１の第１実施形態について、図１〜７を用いて説明する。放電発生箇所検出ユニット１は、薄板の形状で形成された放電発生箇所検出アンテナユニット１の本体を成す多角形（本実施形態は５角形）の基台２と、基台２の上面に対して垂直に設置される基準アンテナ３と、基台２に支持される３つの受信部と、からなる。各々の受信部は、棒状の部材とその棒状の部材の一端に配置された受信アンテナから成り、棒状の部材の他端は、基台２の所定の位置に配置された接続部によって接続される。接続部の接続方法については後述するが、各々の接続部は、受信アンテナの向きを容易に変更可能な構造となっている。

本実施形態では、この基台２の上面を基準面とし、直交座標系を定義する。互いに直交するＸ軸とＹ軸とが基準面に対して平行に定められ、Ｚ軸が基準面に対して直交する方向に定められることで、三次元直交座標系が形成されている。３つの受信部のうち、基台２の上面に対して垂直方向となるＺ軸の方向に、所定の長さＬの第１受信部１０が取り付けられ、基台２の上面のＸ軸方向に、所定の長さＬの第２受信部２０が取り付けられ、基台２の上面のＹ軸方向に、所定の長さＬの第３受信部３０が取り付けられている。第１受信部１０は、放電発生箇所検出アンテナユニット１及び基台２の原点を成す位置に配置された第１接続部１３により支持され、第２受信部２０は、第１接続部１３からＹ軸方向に所定の距離の位置に配置された第２接続部２３により支持され、第３受信部３０は、原点の位置からＸ軸方向に所定の距離の位置に配置された第３接続部３３により支持される。基準アンテナ３は、原点の位置から所定の距離に配置された基準アンテナ接続部４により支持される。

従って、図１の放電発生箇所検出アンテナユニット１では、基準アンテナ３と、第１受信部１０の一端に取り付けられた第１受信アンテナ１１と、第２受信部２０の一端に取り付けられた第２受信アンテナ２１と、第３受信部３０の一端に取り付けられた第３受信アンテナ３１との位置関係が分かる構造となっている。つまり、この構造では、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上のそれぞれの位置に各々の受信部が配置されているため、各々の受信アンテナの位置を把握することができる。

しかし、図２に示すように、第２受信部２０と第３受信部３０とが、Ｘ軸、Ｙ軸の位置に配置されていない場合には、各々の受信アンテナの位置関係が分からない。図２は、図１と異なり、第２受信部２０と第３受信部３０とが、基台２の上面で所定の角度θで回転させている。そこで、各々の受信アンテナの位置関係が容易に分かるように放電発生箇所検出アンテナユニット１の基台２は、図３のように形成する。尚、基台２の説明では、計算を容易にするためθ＝４５［ｄｅｇ］とする。

図３は基台２の上面図である。基台２は放電発生箇所検出アンテナユニット１の本体を成し、本実施形態では５角形で形成されている。本実施形態では、アルミ等の軽量材や軽量型鋼等で形成されるが、その材質は限定されない。基台２の上面には、上述した接続部が複数設けられている。第１接続部１３は、直交座標系の原点位置に定められた箇所に配置されている。第２接続部２３は、原点位置からＸ軸上に、所定の距離間隔Ｍを隔てて配置されている。そして、第３接続部３３は、Ｙ軸上に、所定の距離間隔Ｍを隔てて配置されている。つまり、第１接続部１３と第２接続部２３と第３接続部３３との位置関係は、第１接続部１３の位置を頂点とした場合に、当該第１接続部１３を頂角とする直角二等辺三角形となるように構成されている。基準アンテナ接続部４は、基台２の上面の、第２接続部２３と第３接続部３３との中央位置に配置されている。従って、各々の接続部の位置は、原点からの位置が容易に把握可能な構造となっている。尚、基準アンテナ接続部４が原点の位置でも良い。つまり、第１接続部１３と第２接続部２３と第３接続部３３との位置関係が把握できれば良い。

基台２には、各々の受信アンテナの位置関係が容易に分かるように配置するために、５つの角部が設けられている（図３参照）。それぞれの角部を、第１角部５、第２角部６、第３角部７、第４角部８、第５角部９とする。第１角部５は、Ｘ軸上に設けられると共に第２接続部２３から所定の距離Ｌの位置に形成される。つまり第１角部５は、Ｘ軸上に位置すると共に、原点からＭ＋Ｌの位置に形成される。従って、第１角部５の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は（Ｍ＋Ｌ，０，０）となる。第２角部６は、Ｙ軸上に設けられると共に、第３接続部３３から所定の距離Ｌの位置に形成される。つまり第２角部６は、Ｙ軸上に位置すると共に、原点からＭ＋Ｌの位置に形成される。従って、第２角部６の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，Ｍ＋Ｌ，０）となる。

第３角部７は、第２接続部２３と第３接続部３３との直線上に設けられると共に第２接続部２３から所定の距離Ｌの位置に形成される。つまり第３角部７は、第２接続部２３を中心とし、第１角部５から時計回りの方向にθ［ｄｅｇ］回転させた位置に形成される。従って、第３角部７の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は（Ｍ＋Ｌ×ｃｏｓθ，−Ｌ×ｓｉｎθ，０）となる。第４角部８は、第２接続部２３と第３接続部３３との直線上に設けられると共に、第３接続部３３から所定の距離Ｌの位置に形成される。つまり第４角部８は、第３接続部３３を中心とし、第２角部６から反時計回りの方向にθ［ｄｅｇ］回転させた位置に形成される。従って、第４角部８の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は（−Ｌ×ｓｉｎθ，Ｍ＋Ｌ×ｃｏｓθ，０）の位置に形成される。

第５角部９は、基準アンテナ接続部４の位置と原点との直線上に設けられる共に原点から所定の距離Ｌの位置に形成される。つまり第５角部９の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｌ×ｃｏｓ（１３５［ｄｅｇ］，−Ｌ×ｓｉｎ１３５［ｄｅｇ］，０）の位置に形成される。従って、各々の角部は、原点から既知の位置に形成されるため、図１のように、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０を配置した場合は、第１受信アンテナ１１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，０，Ｌ）、第２受信アンテナ２１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｍ＋Ｌ，０，０）、第３受信アンテナ３１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，Ｍ＋Ｌ，０）となり、図２のように、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０を配置した場合は、第１受信アンテナ１１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，０，Ｌ）、第２受信アンテナ２１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｍ＋Ｌ×ｃｏｓθ，−Ｌ×ｓｉｎθ，０）、第３受信アンテナ３１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（−Ｌ×ｓｉｎθ，Ｍ＋Ｌ×ｃｏｓθ，０）となり、既知の位置に容易に配置できる。

尚、各々の受信アンテナの離間距離が長いほど放電箇所の検出に際して正確性が増すため、第１実施形態では、図４、図５のように、第１受信部１０では、所定の距離２Ｌまで進退自在な第１伸縮部１５を有する第１伸縮ポール１２が使用され、同様に、第２受信部２０では、所定の距離２Ｌまで進退自在な第２伸縮部２５を有する第２伸縮ポール２２が使用され、同様に、第３受信部３０では、所定の距離２Ｌまで進退自在な第３伸縮部３５を有する第３伸縮ポール３２が使用される。つまり、各々の伸縮部が基台２に設けられている各々の角部に対応した設置とすれば、既知の位置に容易に配置できる。

従って、図４のように、第１受信部１０、第２受信部２０、及び第３受信部３０を配置した場合は、第１受信アンテナ１１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，０，２Ｌ）、第２受信アンテナ２１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｍ＋２Ｌ，０，０）、第３受信アンテナ３１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，Ｍ＋Ｌ，０）となり、図５のように、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０を配置した場合は、第１受信アンテナ１１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（０，０，２Ｌ）、第２受信アンテナ２１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｍ＋２Ｌ×ｃｏｓθ，−２Ｌ×ｓｉｎθ，０）、第３受信アンテナ３１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（−２Ｌ×ｓｉｎθ，Ｍ＋２Ｌ×ｃｏｓθ，０）となり、既知の位置に容易に配置できる。

第１実施形態では、それぞれの伸縮ポールが棒状で形成されるが、形や材質は限定されない。更に、第１実施形態では、計算を容易とするために、伸縮前をＬとし、伸びた状態を２Ｌとしているが、各々の接続部からの長さが把握できれば良く、多段階に伸縮できる構造としても良い。つまり伸縮部は、任意の数のロッドを多段に接続したものでも良い。

さて、基準アンテナ３と第１受信部１０に関しては、基台２の上面に対して垂直に取り付けられている。つまり、図示しないが、基準アンテナ接続部４と基準アンテナ３、及び、第１接続部１３と第１受信部１０の第１伸縮ポール１２の取り付け方法としては、ボルトで固定、又は、粘着剤で取り付けたとしても第１形態に弊害はない。しかし、第２受信部２０や第３受信部３０は、各々の接続部で容易に固定できると共に、各々の角部に対して各々の受信アンテナを配置するために、角度θ［ｄｅｇ］を容易に変更可能な構造が求められる。

以下、第１実施形態の上記棒状部材を基台２に取り付ける連結構造の例を具体的に説明する。第２受信部２０及び第３受信部３０の角度θ［ｄｅｇ］を容易に変更可能にするために、第２接続部２３及び第３接続部図３３は、図６（ａ）、図６（ｂ）のような構造とする。図６（ａ）は、第２接続部２３の側面図であり、図６（ｂ）は第２接続部２３の上面図である。板金や樹脂等でＬ字型に形成されたＬ字部材５１が、基台２の接続部に対してＬ字部材５１を締め付け固定するための基台用ボルト５２によって取り付けられる。又、Ｌ字部材５１と第２伸縮ポール２２を固定するためにポール用ボルト５３によって取り付けられる。図６（ｂ）のように、基台用ボルト５２を基点とし、第２伸縮ポール２２を所定の位置に固定、つまりそれぞれの受信アンテナや、伸縮部の位置が対応する角部に固定することによって、既知の角度θ［ｄｅｇ］の位置に容易に変更できる。

さて、第１受信部１０に関しては、基台２の上面に対して垂直に取り付けられている。つまり、図示しないが、第１受信アンテナ１１と第１伸縮ポール１２を固定するための先端取り付け部１４に関しては、ボルト等や粘着剤で固定しても良い。しかし、第２受信アンテナ２１を取り付けるための第２先端取り付け部２４や、第３受信アンテナ３１を取り付けるための第３先端取り付け部３４は、測定以外の時は、作業者の安全等を考慮すると、受信アンテナを垂直に設置しないことが望ましい。

第２受信アンテナ２１及び第３受信アンテナ３１の角度を容易に変更するために、第２先端取り付け部２４及び第３先端取り付け部３４は、図７のような構造とする。図７は、第２取り付け部２４の側面図である。第２伸縮ポール２２の先端に支持部５５が取り付けられ、受信アンテナ２１をＺ軸に回転可能とするために、支持部５５と回転部材５７とが回転軸を成す回転軸ボルト５６によって取り付けられる。図示しないが、回転軸ボルト５６の受け側にはナットが設けられており、回転部材５７が回転軸ボルト５６を軸として固定できる構造となっている。回転部材５７には第２受信アンテナ２１を固定させる取り付け部材５８が設けられており、締め付け部材５９を締め付けることにより第２受信アンテナ２１を固定できる。つまり、第２受信アンテナ２１は自由に脱着可能な構造となっており、計測中でないときは取り外して良い。尚、第３先端取り付け部３４も同様な構造となっている。尚、第１先端取り付け部１４に関しても同様な構造としても良い。

第１実施形態では、既知の位置に各々の受信アンテナを配置可能であると共に、測定現場の作業者が測定する際に各々の部材（接続部や先端取り付け部）を取り付けることが可能な構造となっている。従って、測定の際、受信アンテナを複数の既知の位置に配置及び容易に変更可能となったため、測定したい対象物が放電発生箇所検出アンテナユニット１と近い場合、受信アンテナの位置を変更することで、対象物と受信アンテナが干渉することなく測定が可能になった。更に、測定現場等でアンテナの突出を避けることができるため、歩行中の作業者がアンテナにつまずく等のヒヤリハット対策にも効果があり、安全性が向上した。

しかし、第１実施形態で使用される、第２接続部２３と第３接続部３３とで用いられている回転構造は、測定現場に応じて角度を変更することが可能だが、測定現場の作業者が基台用ボルト５２を取り付け、又は、取り外しをしなければならないため手間がかかる。従って、基台２に取り付けた状態で容易に角度を変化させることが可能な構造が望ましい。また、第１実施形態では、第１受信部１０が基台２に固定され、第１接続部１３に特別な特徴を有していないが、計測中以外は、基台２の上面に倒しておくことが安全上望ましい。更に、収納にも便利である。

［実施の形態２］
図８は、回転する２軸の交わる角度をある範囲内で自由に変えられる自在継手の一例である。図８で示す自在継手は、第１軸線と第２軸線の交点を中心とし、第１軸線の役割を果たす第１軸部６２を有する第１揺動部６１が、第２軸線を軸として、固定部６０の上面を回転し、また、第１伸縮ポールを有する第２揺動部６３は、第１軸部６２を軸として揺動する構造となっている。実際は、固定部６０を基台２に取り付けられるため、基台２の上面の各々の角部に第１伸縮ポール１２を倒し、又は基台２の上面に対して垂直に設置することが可能となる。尚、図８で示す自在継手は回転する２軸の交わる角度を自由に変えられる構造の一つであるが、基準点を中心として揺動可能な構造であれば良く、例えば、ボールジョイントのような球継手でも良い。尚、図８では、第１接続部１３を例に説明したが、第２接続部２３や第３接続部３３も同様に、自由に揺動できる構造が望ましい。自在継手を使用することで、測定現場の作業者は、ボルトを取り付ける、又は、取り外す等をしなくても良いため、効率的な作業が実施できる。

図９は、第２実施形態の説明図である。第１実施形態の図５と異なり、第１受信部１０の第１伸縮部１５が第５角部９の位置に配置されている。つまり、図９のように、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０を配置した場合は、第１受信アンテナ１１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（２Ｌ×ｃｏｓ（１３５［ｄｅｇ］），−２Ｌ×ｓｉｎ（１３５［ｄｅｇ］），０）、第２受信アンテナ２１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（Ｍ＋２Ｌ×ｃｏｓθ，−２Ｌ×ｓｉｎθ，０）、第３受信アンテナ３１の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、（−２Ｌ×ｓｉｎθ，Ｍ＋２Ｌ×ｃｏｓθ，０）となる。つまり、各々の受信アンテナが基台２の上面に対して同一平面上に配置されている。

第２実施形態は、第１接続部１３で図８のような自在継手を使用することで配置可能となる。第２実施形態の構造の効果を説明する。例えば、第１実施形態の図４のような配置は、３次元の直交座標系のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸上に設けられているため、近くに測定対象物が存在する場合、各々の受信アンテナが干渉してしまう可能性がある。第１実施形態の図５のような配置は、第２受信部２０と第３受信部３０が同軸に設置されているため、近くに測定対象物が存在する場合には、各々の受信アンテナとの干渉は避けられるが、放電発生箇所検出アンテナユニット１自体が地面に設置できない場合は、対処できない。例えば、壁側面や天井に取り付ける方法も存在するが、測定現場によっては、常に天井に取り付けられる環境ではない。壁側面に設置した場合は、図４、図５双方とも、放電発生箇所検出アンテナユニット１のＺ軸上にある第１受信アンテナ１１が突出してしまうため、近くに測定対象部が存在する場合に対処できない。更に、作業場の安全性にも問題がある。

つまり、第２実施形態のアンテナユニット１は、各受信アンテナが基台２の上面に対して同一平面上に配置されているため、放電発生箇所検出アンテナユニット１を壁側面に設置した場合、各受信アンテナが突出することがないため、放電発生箇所検出アンテナユニット１を地面に設置できない場合に特に有効である。従って、各々の接続部に図８のような自在継手を使用することで、測定現場に応じて、第１実施形態の図４、図５や、第２実施形態の図９のように、容易に変形させることができる。

［実施の形態３］
図１０は、第３実施形態の角度計付き基台７０である。第１実施形態及び第２実施形態と同様に、第１接続部１３は、直交座標系の原点位置に定められた箇所に配置されている。第２接続部２３は、原点位置からＸ軸上に、所定の距離間隔Ｍを隔てて配置されている。そして第３接続部３３は、Ｙ軸上に、所定の距離間隔Ｍを隔てて配置されている。

前述した実施の形態１の基台２と異なる所は、各々の受信部の角度を決定するために設けられていた各々の角部が存在しないことと、各々の受信部の角度を把握できる角度目盛を印字したことである。各々の角度目盛は、２２．５［ｄｅｇ］間隔で目盛が印字されている。第１接続部１３に印字された角度目盛は、原点及び第１接続部１３を円の中心とし、第２接続部２３を０［ｄｅｇ］とすると、反時計回りの方向に１３５［ｄｅｇ］の位置を円弧の中心点とし、円弧の中心点から±９０［ｄｅｇ］把握可能な半円型の角度目盛となっている。第２接続部２３に印字された角度目盛は、第２接続部２３を円の中心とし、Ｘ軸と平行に円の直径を描き、Ｙ軸との交点を円弧の中心点とし、円弧の中心点から±９０［ｄｅｇ］把握可能な半円型の角度目盛となっている。第３接続部３３に印字された角度目盛は、第３接続部３３を円の中心とし、Ｙ軸と平行に半円の直径を描き、Ｘ軸との交点を円弧の中心とし、円弧の中心点から±９０［ｄｅｇ］把握可能な半円型の角度目盛となっている。

第３実施形態は、第１実施形態及び第２実施形態双方とも網羅できる構造となっている。例えば、第１実施形態の図４のように各々の受信部を配置する場合は、第１受信部１０は、第１接続部１３から角度計付き基台７０の上面に対して垂直に設置し、第２受信部２０は、第２接続部２３を中心として、第２接続部２３の角度目盛の円弧の中心位置に印字してある目盛に受信部を設置し、第３受信部３０は、第３接続部３３を中心として、第３接続部３３の角度目盛の円弧の中心位置に印字してある目盛に受信部を設置する。

第１実施形態の図５のように各々の受信部を配置する場合は、第１受信部１０は、第１接続部１３から角度計付き基台７０の上面に対して垂直に設置し、第２受信部２０は、第２接続部２３を中心として、第２接続部２３の角度目盛の円弧の中心位置に印字してある目盛から４５［ｄｅｇ］位置に印字されている目盛に受信部を設置し、第３受信部３０は、第３接続部３３を中心として、第３接続部３３の角度目盛の円弧の中心位置に印字してある目盛から４５［ｄｅｇ］位置に印字されている目盛に受信部を設置する。第２実施形態の図９のように各々の受信部を配置する場合は、そのうち、第１受信部１０を、第１接続部１３を中心として、第２接続部２３の角度目盛の円弧の中心位置に印字してある目盛に受信部を設置すれば良い。

第３実施形態のような、角度計付き基台７０を使用することで、各々の受信アンテナを既知の角度に配置することができる。細かく角度目盛を印字した理由だが、本来、放電箇所を検出する際、各々の受信アンテナの離間距離が離れているほど精度が良いため、第１実施形態の図４のような構造が望ましい。しかし、測定現場の環境によっては、図４のように配置できないことがあるため、第２受信部２０、又は、第３受信部３０の角度を僅かに変更したい場合がある。その際に、向き及び角度を把握できれば、既知の位置に受信部を配置することができる。尚、図１０は、２２．５［ｄｅｇ］間隔に角度目盛が印字してあるが、更に細かく印字してもよく、具体的な角度を示す数値を印字してもよい。

特許文献１、２の放電発生箇所検出装置は、発生箇所の位置情報を算出する制御装置が備えられており、また、特許文献２には、放電箇所を可視化する装置が備えられている。本発明も、同様に制御装置と可視化装置を備える。制御装置は、検出基準点に対する放電箇所の位置情報（角度（方位、仰角）、直線距離、Ｘ・Ｙ・Ｚ座標）等を算出する。そのために、検出基準点に設置した可視レーザー距離計で、各アンテナまでの距離を計測し、その結果を、演算部に入力しているが、本発明は設置時に、各アンテナまでの距離を把握することができる。

つまり、本発明の第１実施形態及び第２実施形態の場合は、第１接続部１３の位置を原点としており、第１接続部１３から第２接続部２３までの距離、及び第１接続部１３から第３接続部３３までの距離が『所定間隔Ｍ』として決まっており、第１接続部１３から基準アンテナ３までもの距離も決まっている。更に、第１受信部１０、第２受信部２０、第３受信部３０の長さは、『第１伸縮ポール１２の長さｎ１×Ｌ』、『第２伸縮ポール２２の長さｎ２×Ｌ』、『第３伸縮ポール３２の長さｎ３×Ｌ』とし、ｎ１〜ｎ３を伸縮ポールの段階（例えば、図１の示す伸縮ポールの段階はｎ１＝１，ｎ２＝１，ｎ３＝１とし、図３の示す伸縮ポールの段階はｎ１＝２，ｎ２＝２，ｎ３＝２）とすれば、各々の受信部の長さは容易に把握可能となる。各々の第１接続部１３、第２接続部２３、第３接続部３３や、第１先端取り付け部１４、第２先端取り付け部２４及び第３先端取り付け部３４等によって、各々の受信部の長さに誤差が発生するが、予め長さを計測しておけば良い。各々の受信部の角度については、第１受信部１０は垂直に設置され、又は、第５角部９に設置し、第２受信部２０は、第１角部５か第３角部７のどちらかに設置し、第３受信部３０は、第２角部６か第４角部８のどちらかに設置するため、各々の受信部の向き及び角度は容易に把握できる。

従って、放電発生箇所検出アンテナユニット１の設計時で既知の情報は、所定間隔Ｍと、１段階の伸縮ポールの長さＬと、第１接続部１３、第２接続部２３、第３接続部３３や、第１先端取り付け部１４、第２先端取り付け部２４及び第３先端取り付け部３４の誤差である。尚、放電発生箇所検出アンテナユニット１の設計者がこれらの情報を設定すればよく、測定現場の作業者は把握していなくてもよい。

第１伸縮ポール１２の段階『ｎ１』、第２伸縮ポール２２の段階『ｎ２』、『第３伸縮ポール３２の段階『ｎ３』、『第１受信部１０の設置場所』、『第２受信部２０の設置場所』、『第３受信部３０の設置場所』が、各々の受信アンテナの位置を計算するために必要な情報となる。つまり、測定現場の作業者は、測定現場で、各々の伸縮ポールの段階、各々の受信部の設置箇所を判断するだけでよい。

制御装置の演算部では、測定現場の作業者の作業を容易とするために、ユーザーインターフェース画面を設け、上述した第１伸縮ポール１２の段階『ｎ１』、第２伸縮ポール２２の段階『ｎ２』、『第３伸縮ポール３２の段階『ｎ３』、『第１受信部１０の設置場所』、『第２受信部２０の設置場所』、『第３受信部３０の設置場所』を選択可能とすればよい。これらの処理は、三角関数を理解し、デスクトップアプリケーション作成のプログラミングができる当業者等ができるものである。従って、測定現場の作業者は、各アンテナまでの距離を巻尺や角度計で測定する必要もないため作業効率が向上する。更に、レーザー等の機器が不要なため、その分安価な装置となる。

第３実施形態の場合は、第１伸縮ポール１２の段階『ｎ１』、第２伸縮ポール２２の段階『ｎ２』、第３伸縮ポール３２の段階『ｎ３』、『第１受信部１０の角度目盛』、『第２受信部２０の角度目盛』、『第３受信部３０の角度目盛』を、第１実施形態及び第２実施形態と同様に選択可能とすればよい。これらの処理は、三角関数を理解し、デスクトップアプリケーション作成のプログラミングができる当業者等ができるものである。また、電磁波を受信アンテナによって放電発生源を検出する際、電磁波信号を検出しても外乱ノイズ等が重畳して発生源を特定できないことがある。その際、検出することができない旨を報知しても良い。

また、可視化装置を設けてもよい。可視化装置は、制御装置で放電箇所を特定し、基台に取り付けられたビデオカメラで撮影した映像情報をデータ処理して、映像情報中に放電箇所を示す印を重ねて表示している。ビデオカメラは、基台２、又は、角度付き計基台７０に取り付けられる。そのため、制御装置が出力する放電箇所を示す印を含む映像情報を、ビデオカメラの表示手段に表示することができる。放電箇所を示す印は、映像情報中の位置に関する情報と、そこに表示するデータ等からなる。映像情報中の位置に関する情報としては、フレーム中の座標、ピクセル位置等が例示できる。表示するデータとしては、表示するピクセル、ピクセル色等が例示できる。又は、放電箇所を示す印は、映像情報と同じ大きさのフレーム中に透明な背景の上に、放電箇所を示す印があるフレームであることもできる。

このフレームを、映像情報に重ねて表示すると、透明な背景があるところは映像情報が表示され、印があるところは映像情報の上に印が表示される。これらの処理は、映像情報を編集する映像プログラミングができる当業者等ができるものである。又は、放電箇所を示す印に関するデータを、制御装置からビデオカメラが受信して、ビデオカメラの表示手段が表示する撮影中の映像に重ねて表示することができる。ビデオカメラの表示手段は、ビデオカメラの映像撮影手段と独立した部品であり、その入力に、制御装置から受信した放電箇所を示す印に関するデータを重ねて表示する。また、放電発生箇所検出アンテナユニット１の設置場所だが、三脚に取り付けても良いし、天井や側面壁に取り付けても良い。

従来、放電発生箇所を検出する際、各々の受信アンテナに対して、異なる２本のアンテナの組み合わせによる双曲線を求め、各双曲線の交差点から位置情報を算出している。図１１は、球面の交点を求める事によって放電発生箇所を検出する方法の説明図である。仮に、放電発生箇所をＰ（ｘ、ｙ、ｚ）とし基準アンテナの座標を原点Ａ_０（０，０，０）として、各受信アンテナをＡ_１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ａ_２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），Ａ_３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）のように既知の座標位置に配置する。電磁波の空気中の伝搬速度は、光速ｃ[ｍ／ｓ]と近似でき、放電源から受信アンテナＡ_1までの到達時間を仮にｔ_１[ｓ]，受信アンテナＡ_２までの到達時間を仮にｔ_２[ｓ]、受信アンテナＡ_３までの到達時間を仮にｔ_３[ｓ]と定義する。

ここで、電磁波の進む速度に各々のアンテナの到達時間を乗じると、放電発生箇所Ｐと受信アンテナＡ_１の距離はｃ×ｔ_１[ｍ]、放電発生箇所Ｐと受信アンテナＡ_２の距離はｃ×ｔ_２[ｍ]、放電発生箇所Ｐと受信アンテナＡ_３の距離はｃ×ｔ_３[ｍ]となる。この時、放電発生箇所Ｐは、各アンテナを中心とし、それぞれの距離を半径とした球面の交点に位置することになる。

数１の式の連立方程式を解くことにより、３つの球面の交点を求める事ができるため、放電発生箇所Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を特定する事ができる。

しかし、上述した通り、各々の到達時間は仮に設定しているため、各々の到達時間を導く必要がある。特許文献１及び２では基準アンテナを基準とし、各々の受信アンテナの到達時間差に基づいて双曲面を求め、各双曲線の交差点から位置情報を算出している。つまり、受信アンテナＡ_１と基準アンテナの到達時間差をΔｔ_１、受信アンテナＡ_２と基準アンテナの到達時間差をΔｔ_２、受信アンテナＡ_３と基準アンテナの到達時間差をΔｔ_３とすると、各々のΔｔ_１、Δｔ_２、Δｔ_３は、デジタルオシロスコープ等で測定することで算出する事ができる。仮に放電源から基準アンテナまでの到達時間をｔ_０[ｓ]とすると、それぞれの到達時間は、ｔ_１＝ｔ_０＋Δｔ_１、ｔ_２＝ｔ_０＋Δｔ_２、ｔ_３＝ｔ_０＋Δｔ_３となる。

数２の式より、３つの球面の交点を求めること事ができるのだが、上述した基準アンテナの到達時間は仮に設定している値のため球面の交点が存在しないことがある。ここでｔ_０をある時間内でサーチし、球面の交点が存在するまで演算し、ｔ_０を基に演算した基準アンテナＡ_０から放電発生箇所の距離（ｃ×ｔ_０）と、仮に求められた球面の交点座標（ｘ，ｙ，ｚ）とを比較し、演算距離が最小となる交点を求めることで放電発生箇所を求めることができる。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されることはなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内での変更が可能なことはいうまでもない。

１…放電発生箇所検出アンテナユニット
２…基台
３…基準アンテナ
４…基準アンテナ接続部
５…第１角部
６…第２角部
７…第３角部
８…第４角部
９…第５角部
１０…第１受信部
１１…第１受信アンテナ
１２…第１伸縮ポール
１３…第１接続部
１４…第１先端取り付け部
１５…第１伸縮部
２０…第２受信部
２１…第２受信アンテナ
２２…第２伸縮ポール
２３…第２接続部
２４…第２先端取り付け部
２５…第２伸縮部
３０…第３受信部
３１…第３受信アンテナ
３２…第３伸縮ポール
３３…第３接続部
３４…第３先端取り付け部
３５…第３伸縮部
５１…Ｌ字部材
５２…基台用ボルト
５３…ポール用ボルト
５５…支持部
５６…回転軸ボルト
５７…回転部材
５８…取り付け部材
５９…締め付け部材
６０…固定部
６１…第１揺動部
６２…第１軸部
６３…第２揺動部
７０…角度計付き基台

Claims (10)

1. 被検出対象物から放電される電磁波を、複数の受信アンテナを介して受信し、前記電磁波の放電箇所を検出するための放電発生箇所検出装置において、
   前記放電発生箇所検出装置の本体を成す基台、
   前記基台に配置された基準アンテナ、
   前記基台に、棒状の部材と前記棒状の部材の一端に配置された受信アンテナとから成る複数の受信部、及び
   前記基台に、前記基準アンテナの位置から所定の距離で配置された基点に、前記棒状の部材の他端が揺動自在に連結され、前記受信アンテナの向きを変化させることが可能な接続部
   から成るアンテナユニットと
   を有する放電発生箇所検出装置。
2. 請求項１に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記接続部は、前記基台の上面と垂直及び平行な２つの軸線の回りで揺動する
   ことを特徴とする放電発生箇所検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記棒状の部材は、前記受信アンテナの位置を変更するために前記受信部の長さを段階的に変更可能な伸縮機構を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
4. 請求項３に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記基台は、多角形であり、前記受信部を、前記接続部を基点として所定の角度に位置決めするために前記多角形の角部を基準とすることを特徴とする放電発生箇所検出装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記基台は、前記複数の受信部の向きを角度で視認可能な角度表示部を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
6. 請求項４に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記受信部は、前記基台の上面に対して垂直に設置、又は、前記複数の角部のいずれかにそれぞれ設置され、
   前記受信部の設置状況を選択する設置状況選択手段を有し、
   前記設置状況選択手段の前記選択に基づいて、前記複数の受信アンテナの位置を演算する演算手段を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
7. 請求項５に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記複数の受信部は、前記基台の上面に対して垂直に設置、又は、前記角部表示部に基づき、角度が把握可能な位置のいずれかにそれぞれ設置され、
   前記複数の受信部の設置状況を選択する設置状況選択手段を有し、
   前記設置状況選択手段の前記選択に基づいて、前記複数の受信アンテナの位置を演算する演算手段を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記放電箇所を検出不能である場合に所定の報知を行う報知手段を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の放電発生箇所検出装置において、
   前記複数の受信部は、前記複数の受信アンテナの角度を変更可能とするための回転機構を有することを特徴とする放電発生箇所検出装置。
10. 請求項１〜９の何れか一項に記載の放電発生箇所検出装置において、
    前記放電箇所を特定して画像に表示し可視化するための画像表示装置を更に備えることを特徴とする放電発生箇所検出装置。

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