JP5484885B2 - 撚った対の電気ケーブルの試験法 - Google Patents

Description

本発明は概してケーブルの検査に関し、詳細には撚った対の電気ケーブルの検査に関する。

電線の製造御者は通常、長く連続した長さで電線を製造する。電線は通常はスプールに巻かれて電線供給業者又は消費者に販売される。電線の製造プロセスにおいて電線が断線することは珍しいことではない。断線の発生時には、通常、製造業者が電線を継ぎ合わせることにより製造プロセスは続行される。絶縁された電線が断線した場合、製造業者は通常、断線部分の両側の絶縁材を切り詰めて導線の２つの端同士を溶接する。一定の製造過程において複数の断線が発生することは珍しくないため、特定の電線のスプール、特に数千フィートの電線のスプールには複数の継ぎ目が存在し得る。電線の継ぎ目は絶縁材適用時にも生じ得るものであり、押出し成形やテープを巻きつけることによって発生し得る。

撚った対のケーブル配線は、外部からの電磁干渉を打ち消す目的で２本の導線（又は１本の回路の半分づつを２本）を巻きつけた配線の一形態である。電線同士を撚り合わせることによって、信号への磁気結合を決定する電線間のループ領域が減少するために、干渉が低減される。平衡状態にある対の動作では、２本の電線が通常、互いに等しいが逆位相の信号を伝送し、これらは目的地において合成される。各電線の電磁放射は１８０°位相がずれているために互いに干渉して打ち消し合う。

開示される一実施形態では、複数の電線を有する電気ケーブルと磁場との間の相対運動を生じさせる工程を具備するケーブルを検査する方法が提供される。電線内に誘導される電気信号は、電線とコイルとの間の相対運動が生ずる際の磁場に応じて検知及び測定される。電気信号の変化が検出され、その際、電気信号の変化は電気ケーブルの欠陥に対応したものである。

本発明の一実施形態によると、
磁場を発生させる磁場発生器と、
複数の電線を有する電気ケーブルに接続され、磁場と電気ケーブルとの間の相対運動に応じて発生する電気信号の変化を検出するように構成され、その変化がケーブルの欠陥に対応している、モニターと、
を具備するケーブルを検査するための装置が更に提供される。

本発明の一実施形態によると、
磁場を発生させる磁場発生器と、
複数の電線を有する電気ケーブルと磁場との間の相対運動を生じさせるためのコンベヤーと、
電気ケーブルに接続され、相対運動に応じて発生する電気信号の変化を検出するように構成され、その変化がケーブルの欠陥に対応している、モニターと、
を具備するケーブルを検査する装置が更に提供される。

本発明をよりよく理解するために、「発明を実施するための形態」が例として参照される。「発明を実施するための形態」は以下の図面と併せ読むべきものであり、図中、同様の要素には同様の参照番号が付与されている。

本発明の一実施形態に基づく、撚った対の電気ケーブルを検査するためのシステムを概略的に示したブロック図。 本発明の一実施形態に基づく、撚った対の電気ケーブルを検査するための方法を概略的に示したフローチャート。

以下に述べる本発明の各実施形態は、撚った対の電気ケーブルを検査するための改善された方法、製品、及びシステムを提供するものである。過去においては、撚った対の電気ケーブルの評価は、ケーブルをシールドから解きほぐし、ケーブル内の個々の対の撚ったワイヤーを分離し、次いで、場合によっては顕微鏡を使用して、撚りの数を数えることによる、破壊的な方法で通常行われていた。歴史的にはケーブル内部の撚った対の電気ワイヤーを撮影する目的で陽極にピンポールを有するＸ線検査機も用いられてきたが、シールド及び複数対の撚ったワイヤーが存在することによる電線の遮蔽のため、電線の鮮明な画像を表示することは一般的に不可能であった。

本発明の実施形態では、磁場発生器で集中磁場を発生させる。例えば、ギャップを有する強磁性トーラスを励磁コイルによって駆動してギャップ内に集中磁場を発生させることが可能である。発電機によって励磁コイルに交流電流を供給することによってトーラス内に磁場焦点を発生させる。トーラスの、ギャップに隣接する縁部を尖らせることによって磁束線をより集中させることができる。あるいは、他の種類の磁場発生器をこの目的で使用することもできる。

複数の電線を有する撚った対の電気ケーブルを、例えばトーラスのギャップを介して、磁場焦点を通過する経路に沿って搬送する。これは、ケーブルと磁場との間に相対運動が生ずるということである。ケーブルは自動コンベヤーを用いて搬送するか、又はギャップを通って手で引いてもよく、これにより磁場に曝される。ケーブルの電線は、磁場の影響によって電線間で生ずる電気信号の差を増幅するために、通常、ケーブルの端部に差動増幅器を挟んで接続される。

オシロスコープなどのモニターを増幅器に接続し、ケーブル内の線の組の間に誘導される正味電圧などの電気信号を測定するために使用する。本明細書で開示する特定の機器は重要ではなく、電線間で電気信号を継続的に測定するのに適した多くの公知のモニターがある。対になった電線の半回転の撚りはそれぞれループアンテナとして機能し、磁場に曝される際に対の相手の電線の電圧の位相と逆の位相を有する電圧を発生する。これは、均質な磁場内では、対の電線のそれぞれの電圧が互いに打ち消し合うために２本の電線間に正味電圧が発生しないということである。しかしながら、ケーブルが上記に述べたような試験装置の鋭く集束された磁場を通って引っ張られると、モニターが励磁電流の位相と一致した電気信号の、運動による変化を検知する。

標準的な撚った対の電気ケーブルは通常、均一なピッチを有しており、したがってモニターによって検出される電圧信号は均一な振幅及び位相を有しているはずである。ところが、ケーブル内の撚りがケーブル内の同じ位置で誤って不均一に拡がっている場合、ケーブルが磁場を通って搬送される際に電気信号が基準から変化することになる。モニターはこの変化を検出し、検出された変化は撚った対の電気ケーブルの欠陥として解釈される。データ取得部をモニターに接続して電気信号及び欠陥の検出を自動的に報告することができる。

撚った対の電気ケーブルの欠陥は、撚りがシールドによる封入プロセスの際にほぐれることによって引き起こされる場合がある。欠陥の別の原因は、撚った対の電気ケーブルの製造業者が通常、対になった電線の束を個々の電線の対の撚りの反対方向に撚ることである。このように撚ると個々の対の電線がほぐれるために、１インチ（２．５４センチ）当たりの撚りの有効数が減少してしまう。

ここで図１を参照する。図１は、本発明の一実施形態に基づく、撚った対の電気ケーブルを検査するためのシステム２０を概略的に示したブロック図である。システム２０は、撚った対の電気ケーブル２２、強磁性トーラス２４、差動増幅器３２、及び電圧モニター３４を具備する。撚った対の電気ケーブル２２は、ケーブルの全長にわたって互いに巻きつけられ、シールド３６でコーティングされた導電性ケーブルの対からなっている。システム２０のこの実施形態は、シールド３６が強磁性でない限り効果的に動作する（磁気的に強いシールドの場合、システム２０は通常、シールドがまず初めに外されるとより効果的である。）。撚った対の電気ケーブル２２は通常、シャーシ３８によって接地される。

発電機２８によって電力供給される励磁コイル３０により、トーラス２４のギャップ内に磁場が集中させられることにより、磁場焦点２６が発生する。トーラス２４の縁部を尖らせることによって磁束線をより集中させることができる。これは、磁場が磁場発生器に関連した位置（この場合、磁場焦点２６）に集中させられるということである。磁場発生器を動作させることによって磁場が発生する。

複数の電線６０、６２からなる撚った対の電気ケーブル２２は後端５８及び先端５６を有する。後端５８及び先端５６は、ケーブルの両端を示すために任意に指定した、撚った対の電気ケーブル２２の標識である。撚った対の電気ケーブルの後端５８は「短絡」されている（即ち、シールド３６が剥かれ、電線６０と６２とが互いに接続されている）。撚った対の電気ケーブル２２の先端５６は増幅器３２に接続され、モニター３４によって磁場を監視するための回路を形成している。

コンベヤー２７として概略的に示される好適な搬送装置は、反磁性肩部によって案内されて磁場焦点２６を通って撚った対の電気ケーブル２２を移動させる。反磁性肩部は通常、プラスチック材料で形成され、撚った対の電気ケーブル２２を磁場焦点２６を通って正確に案内する。撚った対の電気ケーブル２２を移動させる上で搬送装置を使用する代わりに、ケーブルを手動で（例えば機械ではなく人によって）磁場焦点２６を通って搬送してもよい。しかしながら、本発明の実施形態の動作は、撚った対の電気ケーブル２２と磁場焦点２６との間に相対運動を生じさせる上で特定の方法に限定されるものではなく、磁場焦点２６に対して撚った対の電気ケーブル２２の相対運動を実現する他の任意の適当な方法を用いることができる点が理解されるであろう。例えば、可動式トーラスをケーブルに沿って搬送することによって相対運動を実現することが可能である。矢印４０は撚った対の電気ケーブル２２の移動方向を示している。撚った対の電気ケーブル２２は矢印４０によって示される方向に移動している様子が示されているが、本発明の実施形態はこの方向への移動に限定されるものではない。

モニター３４は、撚った対の電気ケーブル２２と磁場焦点２６との間の相対運動に応じて、撚った対の電気ケーブル２２の電線内に誘導される、電気信号及び信号のいかなる変化をも測定する。データ取得部５２をモニターに接続することができる。データ取得部５２は、瞬時電気信号を電気ケーブル２２の位置と関連付け、監視された信号の特定の信号変化を撚った対の電気ケーブル２２の位置特異的な欠陥として解釈する。例えば、信号変化を検出することによって、撚った対の電気ケーブル２２の電線の特定の撚りにおける欠陥の位置を特定することができる。データ取得部５２は欠損を報告し、更に撚った対の電気ケーブル２２の欠陥部分の位置を表すデータを保存することもできる。あるいは、当該技術分野において知られる任意の好適な方法を用いて信号変化を検出し、欠陥を報告することもできる。本特許出願の文脈及び特許請求の範囲において、「信号変化」という用語は、監視された信号の振幅の変化（通常は増大）を指すか、又は監視された信号の位相反転の間の時間の長さにおける変化を指すものである。

次に図２を参照する。図２は、本発明の一実施形態に基づく、撚った対の電気ケーブルを検査するための方法を概略的に示したフローチャートである。システム準備工程４２では、撚った対の電線６０と６２とを撚った対の電気ケーブル２２の後端５８において短絡する（複数の撚った対を有するケーブルでは、電線の各対を短絡させ、本明細書に述べる方法で試験することができる）。撚った対の電気ケーブル２２の先端５６は上記に述べたように増幅器３２に接続される。本実施形態では、例えば、撚った対の電気ケーブル２２は直径４０μｍで１インチ（２．５４センチ）当たり１５個の１回転の撚りを有する複数の電線からなっている。シールド３６は、直径２０μｍで、撚った対の電気ケーブル２２の表面の９０％を超える部分を覆う、１０本の平行な銀メッキ銅線の螺旋からなり、ポリウレタン被覆からなる仕上げコーティングが施されている。しかしながら、本発明の実施形態の運用は特定の種類の撚った対の電気ケーブルに限定されるものではなく、他の任意の好適な撚った対の電気ケーブルを試験することが可能であり、こうしたケーブルはすべて本発明の実施形態の範囲に含まれるものとみなされることが理解されよう。

システム準備工程４２ではまた、発電機２８を起動することによって磁場焦点２６に磁場を発生させることによって、上記に述べたような磁場焦点２６を発生させる。ケーブルの欠陥を高感度で検出するためには、トーラス２４のギャップ内の磁場焦点２６は撚った対の電気ケーブル２２の半回転の撚りのそれぞれの有効面積よりも小さくなければならない。撚った対の電気ケーブル２２の半回転の撚りのそれぞれの有効面積は下式によって近似することができる。

式中、Ｅ_Aは有効面積であり、Ｌは１回転の撚りの長さであり、Ｄは絶縁を有する撚った対の電気ケーブル２２の１本のストランドの直径である。磁場の焦点はこの面積とおよそ同じ大きさを有することが望ましい。あるいは、それほど集束されていない磁場、又は更には均質な磁場をケーブルの試験に使用することも可能である。

増幅器３２は、ケーブルの大きさ、並びにトーラス２４のギャップ内の磁束の密度及び周波数の関数である、計算された撚った対の電気ケーブル２２からの検出電圧を考慮して通常は設計されている。励磁コイル３０の励磁電流が５ｋＨｚである場合の磁束密度が５０ｍＡである本実施形態では、増幅器３２は増幅率が約２０００である低ノイズ計測増幅器として実施されている。

モニター３４が増幅器３２を監視するためのオシロスコープを具備する実施形態では、システム準備工程４２において、更に磁場発生器とオシロスコープを同期させる。オシロスコープは、同期されると、撚った対の電気ケーブル２２が磁場焦点２６を通って移動するに従って−１８０°〜＋１８０°の値の間で位相が変化する正弦波を表示する。本実施例では、ケーブル１インチ（２．５４センチ）当たりが１５個の１回転の撚りからなり、ケーブルの各１回転の撚りごとに位相が２回完全に反転することから、撚った対の電気ケーブル２２の１インチ（２．５４センチ）当たりでは約３０回位相が反転する。

運動発生工程４４では、撚った対の電気ケーブル２２と磁場焦点２６との間に相対運動を生じさせる。撚った対の電気ケーブル２２は、上記に述べたように、磁場焦点２６に対して搬送装置によって移動させるか、又は手動で移動させることができる。

電気信号測定工程４６において測定を行う。本実施例では、オシロスコープを監視して撚った対の電気ケーブル２２の電線間に誘導される電気信号を測定する。モニター３４が信号変化決定工程４８において電気信号の変化を検知した場合、欠陥検出工程５０において欠陥が検出される。ケーブルが磁場を通って搬送されるのに従って、用途特有の基準に基づいて電気信号が変化すると、モニター３４はこの変化を検出し、検出された変化は撚った対の電気ケーブル２２の欠陥として解釈される。電気信号が安定状態に保たれ、したがって上記に定義したような信号の変化が検出されない場合には、撚った対の電気ケーブル２２は運動発生工程４４の再開にともなって引き続き磁場焦点２６を通って移動する。

データ取得部５２がモニター３４に接続されている特定の実施形態では、自動走行させることが可能な撚った対の電気ケーブル２２のコンベヤー２７にデータ取得部５２を同期させることができる。本発明のシステムにおいて使用するために適合させることが可能な自動コンベヤーは、例えば米国特許第５，０５０，０９３号及び米国特許第３，７６３，４２６号に開示されており、これらを本明細書に援用するものである。

代替的な実施形態では、システム２０の原理を利用して、プラスチックケーシングのような誘電性材料に包囲された小型の磁気コイルの正確な位置を求めることができる。こうしたシステムを用いて電気ケーブル又は他の回路要素内の隠れた電線のループの位置を特定することによって、電気的干渉の干渉源を発見し除去することもできる。

当業者であれば、本発明は、上記に具体的に示し、記載したものに限定されない点が認識されるであろう。むしろ、本発明の範囲は、上記に述べた様々な特徴の組み合わせ及び副次的組み合わせの両方、並びに、上記の記載を読めば当業者であれば想到されるであろう、従来技術には含まれないそれらの変形例及び改変例を含むものである。

Claims (20)

1. 複数の電線を有する電気ケーブルと磁場との間に相対運動を生じさせる工程と、
   前記磁場に応じて前記電線に誘導される電気信号を測定する工程と、
   前記相対運動による電気信号の変化を検知する工程と、
   前記変化に応じて前記電気ケーブルの欠陥を検出する工程と、
   を具備し、
   前記相対運動を生じさせる工程が、磁場発生器を動作させて磁場を発生させることを含み、前記磁場発生器が、ギャップを有するトーラスを備え、前記磁場が前記ギャップ内に集中している、ケーブルを検査する方法。
2. 前記欠陥を検出する工程は、前記電気ケーブルの欠陥部分が前記ギャップ内にある場合に、検知される変化により前記欠陥部分を特定することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記欠陥を検出する工程が、モニターに接続されたデータ取得部によって前記電気ケーブルの前記欠陥部分を自動的に特定することを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記相対運動を生じさせる工程が、前記ギャップが前記電気ケーブルに沿って長手方向に移動するように前記磁場発生器及び前記電気ケーブルの少なくとも一方を動かすことを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記磁場発生器及び前記電気ケーブルの少なくとも一方を動かすことが、前記ギャップを通って前記電気ケーブルを搬送することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記電気ケーブルを搬送することが手動で行われる、請求項５に記載の方法。
7. 前記電気ケーブルが撚った対のワイヤーを有する、請求項１に記載の方法。
8. 前記トーラスの、前記ギャップに隣接する縁部が尖っている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 複数の電線を有する電気ケーブルと磁場との間に相対運動を生じさせる工程と、
   該相対運動に応じて発生する電気信号の変化を検出する工程であって、該変化が前記電気ケーブルの欠陥に対応している工程と、
   を具備し、
   前記相対運動を生じさせる工程が、磁場発生器を動作させて磁場を発生させることを含み、前記磁場発生器が、ギャップを有するトーラスを備え、前記磁場が前記ギャップ内に集中している、ケーブルを検査する方法。
10. 前記電気ケーブルが撚った対のワイヤーを有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記トーラスの、前記ギャップに隣接する縁部が尖っている、請求項９または１０に記載の方法。
12. 磁場を発生させる磁場発生器と、
    複数の電線を有する電気ケーブルに接続され、前記磁場と前記電気ケーブルとの間の相対運動に応じて発生する電気信号の変化を検出するように構成され、該変化が前記ケーブルの欠陥に対応している、モニターと、
    を具備し、
    前記磁場発生器が、ギャップを有するトーラスを備え、前記磁場が前記ギャップ内に集中している、ケーブルを検査するための装置。
13. 前記相対運動が、前記ケーブルを前記磁場を通って手で引くことによって生ずる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記電気ケーブルの欠陥部分を自動的に特定するように構成された前記モニターに接続されたデータ取得部を更に有する、請求項１２に記載の装置。
15. 前記トーラスの、前記ギャップに隣接する縁部が尖っている、請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の装置。
16. 磁場を発生させる磁場発生器と、
    複数の電線を有する電気ケーブルと前記磁場との間の相対運動を生じさせるためのコンベヤーと、
    前記電気ケーブルに接続され、前記相対運動に応じて発生する電気信号の変化を検出するように構成され、該変化が前記ケーブルの欠陥に対応している、モニターと、
    を具備し、
    前記磁場発生器が、ギャップを有するトーラスを備え、前記磁場が前記ギャップ内に集中している、ケーブルを検査する装置。
17. 前記電気ケーブルの欠陥部分を自動的に特定するように構成された前記モニターに接続されたデータ取得部を更に有する、請求項１６に記載の装置。
18. 前記ギャップが前記電気ケーブルに沿って長手方向に移動するように前記磁場発生器及び前記電気ケーブルの少なくとも一方を動かすことによって前記相対運動を生じるように前記コンベヤーが構成されている、請求項１６に記載の装置。
19. 前記コンベヤーが前記ギャップを通って前記電気ケーブルを搬送するように配置されている、請求項１８に記載の装置。
20. 前記トーラスの、前記ギャップに隣接する縁部が尖っている、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の装置。

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