JP5196803B2 - 同軸ケーブルおよびその試験方法 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１つの内部導体と、少なくとも１つの内部導体を包囲するケーブル遮蔽とを有する同軸ケーブルに関する。更に、本発明はこの種の同軸ケーブルの試験方法に関する。

同軸ケーブルは周知である。同軸ケーブルは、一般に唯一の内部導体とこの内部導体を包囲するケーブル遮蔽とを含む。しかし、互いに同心配置された多数の内部導体、例えば所謂クロッグストン導体（例えば特許文献１の図３参照）を有する同軸ケーブルも既に公知である。この種の同軸ケーブルも、本発明の意味において同軸ケーブルである。

同軸ケーブルは、特に磁気共鳴装置において、所謂局所コイルを制御／評価装置に接続するために使用される。局所コイルは、励起周波数にて高周波化された励起磁場により直前に検査対象に励起された磁気共鳴を検出可能なように空間的に配置される。励起周波数は、一般に、該当磁気共鳴装置のラーモア周波数に相当する。

ケーブル遮蔽は、磁気共鳴励起期間中に同様に励起磁場に曝される。この結果ケーブル遮蔽上に励起周波数にて振動する被覆波が励起される。

従来技術では、ケーブル遮蔽に沿って多数の被覆波阻止器を配置している。各被覆波阻止器は２つの端部を有し、両端部は互いに隔たったケーブル遮蔽結合点においてケーブル遮蔽に結合されている。被覆波阻止器により、励起磁場に基づきケーブル遮蔽に励起される被覆波は減衰可能である。

ケーブル遮蔽への被覆波阻止器の結合は直接的であり、しかもしっかりと固定されている（例えば特許文献２と３参照）。しかし、被覆波阻止器はケーブル遮蔽上でずらすこともでき、場合によっては動作中にケーブル遮蔽に沿って移動可能でもある（例えば特許文献４参照）。結合の両様式が本発明の枠内においても使用可能である。

被覆波阻止器は、他の各構成部分と同様に省略できる。被覆波阻止器を省略すると、少なくとも１つの内部導体を経て伝送すべき有効信号が変造されたり、他の被害を受けたりする危険がある。更にケーブル遮蔽に局所的に高い電圧レベルおよび／又は大きな電流が誘導され得る。このため検査対象に被害がおよぶ。被害は、例えばケーブル遮蔽、磁気共鳴の局所コイル又は制御／評価装置に波及する結果にもなる。
米国特許第２８４１７９２号明細書 米国特許第５２９４８８６号明細書 独国特許出願公開第１０２００４０１５８５６号明細書 米国特許第６８２２８４６号明細書

本発明の課題は、あり得る用途の少なくとも一部において被覆波阻止器の機能不良を認識可能にする同軸ケーブルおよび同軸ケーブルの試験方法を提供することにある。

この課題は、同軸ケーブルに関しては、被覆波阻止器の少なくとも１つに検出回路を付設し、この検出回路で、励起磁場によるその都度の被覆波阻止器の負担にとって特有の測定信号を発生し、この測定信号を取り出しかつ評価することにより解決される。

これに対応して、試験方法に関する課題は、同軸ケーブルを励起磁場に曝し、検出回路により測定信号を発生させ、測定信号を取り出して評価することにより解決される。

本発明は、多数の被覆波阻止器の内の１つが故障した場合に、残りの健全な被覆波阻止器が過大な負担を強いられるという認識に基づく。検出回路を備えた被覆波阻止器の負担が限界を上回った場合、これは、残りの被覆波阻止器の１つ以上が故障していることの証と見なし得る。場合によっては、特定の被覆波阻止器の過度の負担から、その過度の負担をかけられた被覆波阻止器の近くに配置されている他の被覆波阻止器の機能不良が推定される程迄に故障箇所を局限化することさえ可能である。

有利な実施形態では、検出回路が整流素子を有し、該素子により、励起磁場によって各被覆波阻止器に励起される高周波励起信号を整流できる。この場合、測定信号は整流された励起信号に相当する。何故ならば、測定信号の評価が特に簡単に可能だからである。整流素子としては、最も簡単な場合には、１つのダイオードを用いる。しかし、複雑な整流素子、例えば全波整流を行なうブリッジ整流器も使用可能である。

各被覆波阻止器は、各被覆波阻止器の端部間に配置された２つのコンデンサ素子の直列回路を有し、コンデンサ素子の１つに整流素子が並列接続されている。何故ならば、整流素子が各被覆波阻止器で発生する電圧の一部しか負担をかけられないからである。同様のことが、場合によって整流素子に後続接続された構成要素に対しても当て嵌まる。

コンデンサ素子は、ケーブル遮蔽が両結合点の間にある限り、ケーブル遮蔽と共に励起周波数において同調する除波回路を構成するように設計するとよい。何故ならばその場合には被覆波阻止器が特に効果的だからである。

両コンデンサ素子は、等しい容量値を有するか、互いに異なる容量値を有するかのいずれかである。互いに異なる容量値を有する場合、整流素子は、コンデンサ素子の内大きい容量値を有するコンデンサ素子に並列接続することが好ましい。

整流素子に、測定信号の中間記憶のための容量性の記憶素子を後続接続するとよい。何故ならば、測定信号が特に安定で、しかも簡単に取り出し可能だからである。

測定信号の評価は、測定信号と励起磁場に基づいて求められた基準信号との比較を含むとよい。その場合には、測定信号を理論上期待される最大の負担と関連付けることが即座にかつ容易に可能だからである。

測定信号と基準信号の商が閾値を超過する場合は、検出回路が付設された被覆波阻止器とは異なる被覆波阻止器の機能不良と判定する。何故なら、測定信号の評価が特に簡単だからである。評価は人間が知覚で行なえるが、制御／評価回路で行なってもよい。

機能不良の報知は、人間の感覚器官で直接的に知覚可能な警報信号を出力することで行ない得る。この場合は、機能不良を考慮する人間の相応の対応を待つ。

試験を装置で実施する際、上述の警報信号の出力に対する代替又は追加として機能不良の判定に伴い、装置の測定シーケンスの開始を阻止する阻止信号を出力してもよい。

以下の図面を参照した実施例の説明から、他の利点および詳細を明らかにする。

図１によれば、同軸ケーブル１は内部導体２およびケーブル遮蔽３を有する。内部導体２とケーブル遮蔽３との間に絶縁物４が配置されている。ケーブル遮蔽３は電気絶縁材料からなるケーブル被覆５で包囲されている。

図１の同軸ケーブル１は唯一の内部導体２のみを有する。しかし、この内部導体２に加えて他の内部導体２’が存在してもよい。

このことを図１に他の内部導体２’に関し概略的に示す。この場合、内部導体２と他の内部導体２’は、他の絶縁物４’で互いに隔てられている。この場合絶縁物４は、最外側の内部導体２’とケーブル遮蔽３との間に配置されている。

図２によれば、図１の同軸ケーブル１は、例えば磁気共鳴信号を磁気共鳴装置７の局所コイル６から磁気共鳴装置７の制御／評価装置８へ伝送するために使用できる。この場合には、局所コイル６は磁気共鳴装置７の高周波送信アンテナ１０の作用範囲９内に配置され、制御／評価装置８は作用範囲９外に配置される。

磁気共鳴装置７の動作時、高周波送信アンテナ１０が励起周波数ｆＡを有する励起磁場を送出する。励起磁場によって検査対象１１に磁気共鳴が励起される。検査対象１１を図２に概略的に示す。

励起された磁気共鳴は局所コイル６で検出され、同軸ケーブル１の内部導体２および／又は場合によって他の内部導体２’の１つを介して制御／評価装置８に導かれる。

高周波送信アンテナ１０の送信動作中、同軸ケーブル１は励起磁場に曝される。ケーブル遮蔽３により、高周波送信アンテナ１０の送信動作中、このアンテナから発送される励起磁場が内部導体２および場合によっては他の内部導体２’から遮蔽される。

更に、励起磁場に基づきケーブル遮蔽３上に被覆波１２が励起される。励起は、直接的および間接的に、従って特に外側から内部導体２又は他の内部導体２’を介することなく行なわれる。

被覆波１２は励起周波数ｆＡに相応する周波数を有する。被覆波１２は、減衰されない場合、ケーブル遮蔽３に著しい電圧と電流を誘導する。従って、被覆波１２の減衰のためにケーブル遮蔽３に沿って多数の被覆波阻止器１３が配置されている。

被覆波阻止器１３は様々に構成できる。被覆波阻止器１３の種々の構成を、図３〜５を参照して次に説明する。図３〜５の被覆波阻止器１３は、次の点で共通している。即ち被覆波阻止器１３が各々２つの端部１４、１５を有し、端部１４、１５がケーブル遮蔽３の互いに隔てられた結合点１６、１７でケーブル遮蔽３に結合されている。

図３によれば、被覆波阻止器１３の第１の可能な構成に従い、同軸ケーブル１の区間１８が複数のループを形成している。区間１８の端部に結合点１６、１７があり、該結合点に被覆波阻止器１３の端部１４、１５が接続されている。図３の被覆波阻止器１３は、コンデンサのような単純なものとして構成されている。

図４の構成では、被覆波阻止器１３は、同軸ケーブル１を区間１９に沿って包囲するポット型トラップとして形成されている。該トラップ１３は軸方向の一方側が閉じており、軸方向の他方側を開放されかつケーブル遮蔽３から半径方向に隔たっている。ポット型トラップの閉鎖側端部は、ケーブル遮蔽３に直接に結合され、開放側端部はケーブル遮蔽３にコンデンサ２０を介して結合されている。適切に形式を整えるため、ポット型トラップ１３自体が既に静電容量として働いてもよい。

図５でも、被覆波阻止器１３をポット型トラップとして形成している。図４と異なり、ポット型トラップを、ケーブル遮蔽３上に押し込まれた支持構造２１上に配置している。従ってこの場合には、図３および図４の構成と違って、ケーブル遮蔽３への被覆波阻止器１３の直接的な電気的結合は存在せず、誘導的な結合のみが存在する。

図２と６によれば、被覆波阻止器１３の少なくとも１つに検出回路２２が付設されている。検出回路２２から測定信号Ｍが発生される。測定信号Ｍは、励起磁場による各被覆波阻止器１３の負担に応じ特有である。従って測定信号Ｍは被覆波１２の強さに応じて特有である。これは励起磁場の強さに比例する。測定信号Ｍは、例えば制御／評価回路８によって、取り出し、評価可能である。

図７は検出回路２２が付設された被覆波阻止器１３の有利な構成を示す。図７では、この被覆波阻止器１３は２つのコンデンサ素子２３、２４の直列回路を有する。この直列回路は、各被覆波阻止器１３の端部１４、１５間に配置されている。図３に当てはめれば、コンデンサ素子２３、２４の直列回路は、例えば図３に示すコンデンサの適切な分割によって生じる。図４および図５に当て嵌めるとコンデンサ素子２３、２４の各１つがポット型トラップ又はコンデンサ２０に対応する。

コンデンサ素子２３、２４の一方に整流素子２５が並列に接続されている。図７によれば、整流素子２５が単純なダイオードとして構成されている。しかし、これは複雑に、特にブリッジ回路として構成されていてもよい。これを図８に示す。

整流素子２５の具体的な構成に関係なく、整流素子２５により、各被覆波阻止器１３で励起磁場により励起された高周波励起信号を整流する。測定信号Ｍは整流された励起信号に相当し、従って図７および８の模式的構成によれば、コンデンサ素子２４において発生する交流電圧の振幅に相当する。従って検出回路２２は、励起信号を整流することで、各被覆波阻止器１３の負担にとって特徴的な測定信号Ｍを発生する。

測定信号Ｍの中間記憶と安定化のため、図７と８による整流素子２５に容量性の記憶素子２６が後続配置されている。容量性の記憶素子２６に測定信号Ｍが中間記憶される。

図７と８の構成は、既述のように有利であるが、不可欠ではない。特に容量性の記憶素子２６は、信号取り出しが十分に高インピーダンスである場合には省略できる。励起信号が直接的に検出および評価可能なら整流も省略できる。

直列回路のコンデンサ素子２３、２４は等しい容量値を有し得る。しかしそれらは互いに異なる容量値Ｃ１、Ｃ２を有してもよい。特に、コンデンサ素子２３、２４の内整流素子２５が並列接続されたコンデンサ素子はより大きい容量値Ｃ２を持つと好ましい。一般には容量値Ｃ１、Ｃ２の商は明確に１とは異なる。しばしば、その商は３〜１５、例えば５〜１０の範囲にある。

コンデンサ素子２３、２４は、ケーブル遮蔽３が両結合点１６、１７間にある限りケーブル遮蔽３と共にコンデンサ素子２３、２４が励起周波数ｆＡにて同調する除波回路を構成するように選定するとよい。それは、特に容量性の記憶素子２６の容量値Ｃ３がコンデンサ素子２３、２４の選定時に考慮されない程であると理解すべきである。

同軸ケーブル１の本発明による構成において、以下に図９を参照して詳しく説明する同軸ケーブル１のための試験方法を実行できる。

図９において、先ず工程Ｓ１で同軸ケーブル１を作用範囲９に位置決めする。工程Ｓ１は機械化し、かつ場合によっては自動化して実行できる。一般には、この工程は操作者２７が行なう。

続く工程Ｓ２で高周波送信アンテナ１０が高周波励起磁場を発生するように制御する。工程Ｓ２は一般に制御／評価装置８によって行なう。この工程は、操作者２７の相応の制御指令により始動される。

次に必要に応じ、工程Ｓ３で励起磁場を検出し、それから基準信号Ｒを導出する。基準信号Ｒは、他の方法で、例えば以前の測定又は理論的考察に基づき与え得る。操作者２７の経験値に基づく基準信号Ｒの設定も可能である。

工程Ｓ４で測定信号Ｍを取り出す。この取り出しは一般に制御／評価装置８で行なう。例えばオシロスコープによる手動の取り出しも可能である。

工程Ｓ５で、検出した測定信号Ｍを評価する。この場合も自動的な評価が制御／評価装置８で行なえる。特殊な場合には、操作者２７による直接的な評価も可能である。

測定信号Ｍの評価は、図１０で、例えば工程Ｓ１１において、検出した各測定信号Ｍにつき基準信号Ｒ（図９の工程Ｓ３参照）との商Ｑを形成し、この商Ｑを工程Ｓ１２において閾値Ｓと比較することで行う。商Ｑが閾値Ｓを上回るときは、検出回路２２が付設された被覆波阻止器１３とは別の被覆波阻止器１３の機能不良の判定が下される。従って、測定信号Ｍの評価は測定信号Ｍと基準信号Ｒとの比較を含む。

機能不良の判定の対応として、例えば人間（特に操作者２７）が感覚器官で直接に知覚可能な警報信号を発する。特に「被覆波阻止器ｘの負担が過大である」という内容の通報を出力するとよい。この場合ｘは、過大な負担をかけられる被覆波阻止器１３を表す。通報の出力は、例えば制御／評価装置８に付設した表示装置２８で行なえる。光学的な警報信号の出力に対する代替又は追加として、勿論音響的な警報信号を出力してもよい。更に光学的および／又は音響的な警報信号の出力に対する代替又は追加として、工程Ｓ１４でフラグをセットすることもできる。

フラグをセットする工程Ｓ１４が存在し、磁気共鳴装置７における同軸ケーブル１の試験を実施する場合、図１１によれば、更に制御／評価装置８が工程Ｓ２１において磁気共鳴装置７の測定シーケンスを実施するための要求を受け付ける。

測定シーケンスの実行前に、制御／評価装置８が、工程Ｓ２２で、フラグ（図１０の工程Ｓ１４参照）がセットされているか否かをチェックする。フラグがセットされている、即ち被覆波阻止器の機能不良を認識した場合には、操作者２７に相応の通報を与える。出力は、ここでも表示装置２８を介して行なう。更に、測定シーケンスの実行は始動されない。これに対しフラグがセットされていない場合には、工程Ｓ２４において測定シーケンスを実行する。従って、機能不良の認識は、測定シーケンスの開始を阻止する阻止信号（即ちフラグのセット）を生ずる。

従って本発明により、同軸ケーブル１の動作安全性を著しく改善できる。これは、どの用途（磁気共鳴、レーダ等）に同軸ケーブル１を使用しようとしているかに関係しない。同軸ケーブル１の試験が装置、例えば磁気共鳴装置７において行なわれる場合には、装置の動作安全性も改善される。

同軸ケーブルの横断面図 磁気共鳴装置を概略図 被覆波阻止器の構成例を示す概略図 被覆波阻止器の構成例を示す概略図 被覆波阻止器の構成例を示す概略図 検出回路の第１の構成例を示す回路図 検出回路の第２の構成例を示す回路図 検出回路の第３の構成例を示す回路図 本発明による試験方法の第１のフローチャート 本発明による試験方法の第２のフローチャート 本発明による試験方法の第３のフローチャート

符号の説明

１ 同軸ケーブル、２、２' 内部導体、３ ケーブル遮蔽、４、４’ 絶縁体、５ ケーブル被覆、６ 局所コイル、７ 磁気共鳴装置、８ 制御／評価装置、９ 作用範囲、１０ 高周波送信アンテナ、１１ 検査対象、１２ 被覆波、１３ 被覆波阻止器、１４、１５ 端部、１６、１７ 結合点、１８、１９ 区間、２０ コンデンサ、２１ 支持構造、２２ 検出回路、２３、２４ コンデンサ素子、２５ 整流素子、２６ 記憶素子、２７ 操作者、２８ 表示装置

Claims (14)

1. 同軸ケーブルが、少なくとも１つの内部導体（２、２’）と、少なくとも１つの内部導体（２、２’）を包囲するケーブル遮蔽（３）とを有し、
   ケーブル遮蔽（３）の長手方向に沿って多数の被覆波阻止器（１３）が配置されており、
   各被覆波阻止器（１３）が２つの端部（１４、１５）を有し、
   端部（１４、１５）が、ケーブル遮蔽（３）の長手方向に互いに隔てられた結合点（１６、１７）において、ケーブル遮蔽（３）に結合されており、
   励起周波数（ｆＡ）を持った高周波の励起磁場に基づいてケーブル遮蔽（３）上に励起し得る被覆波が、被覆波阻止器（１３）により減衰され、
   ケーブル遮蔽（３）により励起磁場が少なくとも１つの内部導体（２、２’）から遮蔽され、
   被覆波阻止器（１３）の少なくとも１つに検出回路（２２）が付設されており、
   検出回路（２２）から、励起磁場によるその都度の被覆波阻止器（１３）の負担にとって特有の測定信号（Ｍ）が発生され、
   測定信号（Ｍ）を取り出し、評価し、
   この測定信号（Ｍ）により検出回路（２２）を付設した被覆波阻止器（１３）とは異なる被覆波阻止器（１３）の機能不良を判定することを特徴とする同軸ケーブル。
2. 検出回路（２２）は整流素子（２５）を有し、整流素子（２５）により、励起磁場により各被覆波阻止器（１３）に励起された高周波の励起信号が整流され、測定信号（Ｍ）が整流された励起信号に相当することを特徴とする請求項１記載の同軸ケーブル。
3. 各被覆波阻止器（１３）が、各被覆波阻止器（１３）の端部（１４、１５）間に配置された２つのコンデンサ素子（２３、２４）の直列回路を有し、コンデンサ素子（２３、２４）の１つに整流素子（２５）が並列接続されたことを特徴とする請求項２記載の同軸ケーブル。
4. コンデンサ素子（２３、２４）が、ケーブル遮蔽（３）が両結合点（１６、１７）の間にある限りケーブル遮蔽（３）と共に、励起周波数（ｆＡ）において同調する除波回路を構成することを特徴とする請求項３記載の同軸ケーブル。
5. コンデンサ素子（２３、２４）が、互いに異なる容量値（Ｃ１、Ｃ２）を有することを特徴とする請求項３又は４記載の同軸ケーブル。
6. 整流素子（２５）が、コンデンサ素子（２３、２４）の内大きい容量値（Ｃ２）を有するコンデンサ素子に並列接続されたことを特徴とする請求項５記載の同軸ケーブル。
7. 整流素子（２５）に、測定信号（Ｍ）の中間記憶のための容量性の記憶素子（２６）が後続接続されたことを特徴とする請求項２乃至６の１つに記載の同軸ケーブル。
8. 少なくとも１つの内部導体（２、２’）と、少なくとも１つの内部導体（２、２’）を包囲するケーブル遮蔽（３）とを有する同軸ケーブルの試験方法において、
   同軸ケーブル（１）を、励起周波数（ｆＡ）を持った高周波の励起磁場に曝し、
   励起磁場をケーブル遮蔽（３）により少なくとも１つの内部導体（２、２’）から遮蔽し、
   ケーブル遮蔽（３）の長手方向に互いに隔てられた結合点（１６、１７）においてケーブル遮蔽（３）に結合された各々２つの端部（１４、１５）を有しかつケーブル遮蔽（３）の長手方向に沿って配置された多数の被覆波阻止器（１３）により、励起磁場に基づいてケーブル遮蔽（３）内に励起される被覆波（１２）を減衰させ、
   被覆波阻止器（１３）の少なくとも１つに付設された検出回路（２２）で、励起磁場による各被覆波阻止器（１３）の負担にとって特有の測定信号（Ｍ）を発生させ、
   測定信号（Ｍ）を取り出し、評価し、
   この測定信号（Ｍ）により検出回路（２２）を付設した被覆波阻止器（１３）とは異なる被覆波阻止器（１３）の機能不良を判定することを特徴とする試験方法。
9. 検出回路（２２）が、励起磁場によって各被覆波阻止器（１３）内に励起される高周波の励起信号を整流することで、各被覆波阻止器（１３）の負担にとり特有の測定信号（Ｍ）を、発生することを特徴とする請求項８記載の試験方法。
10. 検出回路（２２）が、測定信号（Ｍ）を容量性の記憶素子（２６）内に中間記憶することを特徴とする請求項９記載の試験方法。
11. 測定信号（Ｍ）の評価が、測定信号（Ｍ）と励起磁場に基づいて求めた基準信号（Ｒ）との比較を含むことを特徴とする請求項８から１０の１つに記載の試験方法。
12. 測定信号（Ｍ）と基準信号（Ｒ）との商（Ｍ／Ｒ）が閾値（Ｓ）を超過する場合に、検出回路（２２）を付設した被覆波阻止器（１３）とは異なる被覆波阻止器（１３）の機能不良と判定することを特徴とする請求項１１記載の試験方法。
13. 機能不良の判定に伴い、人間（２７）の感覚器官によって直接に知覚可能な警報信号を出力することを特徴とする請求項１２記載の試験方法。
14. 試験を装置（７）で実施し、機能不良の判定に伴い、装置（７）の測定シーケンスの開始を阻止する阻止信号を出力することを特徴とする請求項１２又は１３記載の試験方法。
    
    

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