JP6565364B2 - 異常検出装置及び故障防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板等に形成される配線パターン等の異常を検出する異常検出装置に関するものである。

化学プラント、下水処理場等の環境で使用される電子機器では、雰囲気中に含まれる腐食性ガスや塵埃等により、プリント基板に形成された配線パターンの腐食による配線抵抗の増加や断線、あるいは配線間の絶縁低下等の不具合が生じることがある。

そこで、このような電子機器では、プリント基板上に模擬パターンを形成し、その模擬パターンの一端に基準電圧を印加し、当該模擬パターンの他端の電圧を検出することにより、パターン腐食による配線抵抗の増加や断線あるいは絶縁低下を検出するようにした検出装置を備えたものがある。

特許文献１には劣化検出用パターンから出力される検出電圧をＡ／Ｄ変換器でデジタル値に変換し、そのデジタル値に基づいて劣化検出用パターンの異常を検出するようにした検出装置が開示されている。

特許文献２には、他の配線より狭い幅のパターンや絶縁距離の狭いパターンにより、パターンの腐食による断線やマイグレーション等による短絡等を検出可能としたプリント基板を備えた制御盤が開示されている。

特許文献３には、異なる種類の金属と各金属毎に異なる抵抗値を備えた抵抗素子とをそれぞれ直列に接続し、これらを並列に接続して、その並列回路の両端子間の抵抗値を検出することにより、各金属の腐食速度を検知する腐食検知装置が開示されている。

特開平１０−６２４７６号公報 特開２００１−２５１０２６号公報 特開２０１４−１５３０８９号公報

特許文献１に開示された検出装置及び特許文献２に開示された制御盤では、異なる複数の条件での異常を検出するためには、各条件毎に検出パターン及び判定回路を必要とするため、検出装置あるいは制御盤の構成が複雑化する。また、パターンの異常を正確に検出するためには、検出回路あるいは判定回路の精度を向上させる必要があり、コストが上昇する原因となっている。

特許文献３に開示された腐食検知装置では、複数の腐食監視対象が並列に接続されているため、腐食監視対象のいずれかが断線せずに高抵抗状態となった場合、いずれの腐食監視対象で腐食が進んでいるかが判別できない場合がある。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は異なる条件の複数の監視対象の異常を容易に検知し得る異常検出装置を提供することにある。

上記課題を解決する異常検出装置は、共通電極と、前記共通電極に対し、複数の異なる条件で導通の異常が発生するようにした検出部と、前記各検出部間にそれぞれ接続される抵抗と、前記共通電極に定電圧を供給するとともに、前記共通電極と前記検出部のいずれか一つとの間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路とを備えることを特徴とする。

この構成により、検出部に導通の異常が発生すると、抵抗値測定回路で抵抗値の変化が検出される。
また、上記の異常検出装置において、前記検出部は、前記共通電極との間隔がそれぞれ異なる複数の検出電極を備え、前記抵抗値測定回路は、前記共通電極との間隔が最も広い電極と前記共通電極との間の抵抗値を測定することが好ましい。

この構成により、各検出電極と共通電極との間に短絡が発生すると、抵抗値測定回路で抵抗値の変化が検出される。
また、上記の異常検出装置において、前記検出部は、基端部が前記共通電極に接続され、耐腐食性に対する条件がそれぞれ異なる複数の検出パターンを備え、前記抵抗を前記検出パターンの先端部間にそれぞれ接続し、前記抵抗値測定回路は、耐腐食性が最も低い前記検出パターンの先端部と前記共通電極との間の抵抗値を測定することが好ましい。

この構成により、各検出パターンに腐食による断線が発生すると、抵抗値測定回路で抵抗値の変化が検出される。
また、上記の異常検出装置において、前記検出部は、一端が前記共通電極にそれぞれ接続されるとともに、溶断温度が異なる複数の温度ヒューズを備え、前記抵抗を前記温度ヒューズの他端部間にそれぞれ接続し、前記抵抗値測定回路は、もっとも溶断温度の低い前記温度ヒューズの他端部と前記共通電極との間の抵抗値を測定することにより、測定点の到達温度を検知できる。

この構成により、各温度ヒューズが溶断されると、抵抗値検出回路で抵抗値の変化が検出される。
また、上記の異常検出装置において、前記抵抗値測定回路の定電圧供給端子と抵抗値検出端子との間に、前記抵抗を接続した検出部を直列に複数段接続することが好ましい。

この構成により、多数の検出部により抵抗値測定回路で抵抗値の変化を多段階に検出可能となる。
また、上記の課題を解決する故障防止装置は、異常検出装置の抵抗値測定回路の測定値に基づいて異常を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に基づいて異常原因を抑制する異常抑制装置とを備えたことを特徴とする。

この構成により、異常が判定されると、異常抑制装置により異常原因が抑制される。

本発明の異常検出装置によれば、異なる条件の複数の監視対象の異常を容易に検知することができる。

故障防止装置を示すブロック図である。 第二の実施形態の配線異常検出回路を示す回路図である。 第三の実施形態を示すブロック図である。 第四の実施形態を示す回路図である。

（第一の実施形態）
図１は、雰囲気中に例えば硫化水素等の腐食ガスを含む環境に設置され、腐食ガスによるマイグレーションの発生を検知することにより、当該環境中に設置される他の電子機器の配線パターンの異常による故障を未然に防止するための故障防止装置の一例を示す。

故障防止装置に備えられた配線異常検出回路１は、共通電極２に対し検出電極３ａ，３ｂ，３ｃが対向して配設されている。検出電極３ａ，３ｂ，３ｃと共通電極２との間隔は、それぞれ異なる間隔に設定されている。

そして、検出電極３ａと共通電極２の間隔がもっとも狭く、検出電極３ｃと共通電極２の間隔が最も広く設定されている。検出電極３ｂと共通電極２の間隔は検出電極３ａと検出電極３ｃの中間である。

また、検出電極３ａの共通電極との対向面には、断面三角形状の複数の凹凸４が連続して形成されている。
検出電極３ａと検出電極３ｂは抵抗Ｒ１を介して接続され、検出電極３ｂと検出電極３ｃは抵抗Ｒ２を介して接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は、この実施形態では抵抗Ｒ１の抵抗値は抵抗Ｒ２の抵抗値の３倍〜１０倍程度に設定されるとともに、抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は１〜１００ｋΩの範囲で設定することが望ましい。

共通電極２には、抵抗値測定回路５から定電圧が印加され、検出電極３ｃが抵抗値測定回路５に接続されている。そして、抵抗値測定回路５では、共通電極２に印加される定電圧と、検出電極３ｃから抵抗値測定回路５に流れる電流値に基づいて共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値が測定されるようになっている。

このような構成により、例えば検出電極３ａのみが共通電極と短絡状態となると、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値はＲ１＋Ｒ２となる。また、検出電極３ｂが短絡状態となると、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値はＲ２となる。また、検出電極３ｃが短絡状態となると、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値はほぼ０となる。検出電極３ａ〜３ｃがすべて不導通状態であれば、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値は無限大である。

従って、配線異常検出回路１ではいずれの検出電極が短絡状態であるか否かに基づいて、抵抗値測定回路５で異なる抵抗値を検出可能となっている。
抵抗値測定回路５で測定された抵抗値は、抵抗値判定回路６に出力される。抵抗値判定回路６では、入力された抵抗値に基づいてマイグレーションの進行状況を判定し、その判定信号をファン制御回路７に出力する。

ファン制御回路７は、判定信号に基づいてファン８の送風量を制御する。そして、ファン８の動作に基づいて電子機器の設置環境の周囲の雰囲気が腐食ガス除去装置９に通風されて、腐食ガスが除去される。腐食ガス除去装置９には、腐食ガス吸着材としてヨウ素添着炭等が収容されている。

次に、上記のように構成された故障防止装置の作用を説明する。
故障防止装置の設置環境が良好である場合には、共通電極２に定電圧が印加されている状態で、共通電極２と検出電極３ａ〜３ｃとの間の絶縁が確保される。すると、共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値はほぼ無限大となるので、抵抗値判定回路６では入力された抵抗値に基づいてマイグレーションが進行していないことを判定する。この結果、ファン８を作動させないか、あるいは通風量が低く設定される。

故障防止装置の設置環境において、雰囲気中に腐食ガス、塩分あるいは湿度等が増大して、電子機器の配線パターンにマイグレーションが発生しやすい状況では、共通電極２との間隔が狭い電極ほど、マイグレーションが進行しやすい。従って、まず検出電極３ａの凹凸４部分にマイグレーションが発生して、共通電極２との絶縁が低下し、あるいは短絡状態となる。

この状態では、抵抗値測定回路５で測定される共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値がＲ１＋Ｒ２まで低下する。すると、抵抗値判定回路６では、隣接する電子機器の配線パターンで腐食ガス等によるマイグレーションが発生しやすい状況であることを判定する。

また、共通電極２と検出電極３ｂとの間の絶縁が低下し、あるいは短絡状態となると、共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値がほぼＲ２まで低下する。すると、抵抗値判定回路６では、隣接する電子機器の配線パターンでマイグレーションがさらに発生しやすい状況であることを判定する。

また、共通電極２と検出電極３ｃとの間の絶縁が低下し、あるいは短絡状態となると、共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値がほぼ０となる。すると、抵抗値判定回路６では、隣接する電子機器の配線パターンでマイグレーションがさらに発生しやすい状況であることを判定する。

このような判定結果により、ファン８を作動又は通風量を増大させて雰囲気中からの腐食ガス等の除去が進められるとともに、必要に応じて電子機器のプリント基板の交換が行われる。

共通電極２への電圧印加は、常時、間欠のどちらでもよいが、マイグレーションの進展を促進するためには、常時印加することが望ましい。
検出電極３ｃまで短絡状態となったときには、共通電極２への定電圧の供給を停止すると、無用な電力消費を抑制することが可能となる。

また、例えば１日に１回等、一定時間間隔で共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値を測定するようにすれば、条件の異なる検出電極３ａ〜３ｃで短絡に至るまでのおおよその時間を検出することができる。

そして、各電極の短絡が検出された時点で、注意喚起信号や警告信号を順次出力するようにしてもよい。
上記のような故障防止装置では、次に示す効果を得ることができる。
（１）共通電極２と検出電極３ｃとの間の抵抗値の変化を検出することにより、検出電極３ａ〜３ｃでのマイグレーションによる絶縁低下あるいは短絡を検出することができる。従って、隣接して配設される電子機器のプリント基板のダメージを推定することができる。
（２）一つの配線異常検出回路１と抵抗値測定回路５で、共通電極２と検出電極３ａ〜３ｃとの間の３段階の抵抗値の変化を測定することにより、３種類の線幅の配線パターンの間隙でのマイグレーションによる短絡の発生可能性を判定することができる。従って、異なる複数の条件での異常の発生可能性を簡便な構成で判定することができる。
（３）抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の設定により、共通電極２と各検出電極３ａ〜３ｃが高抵抗で接続される状態となっても、抵抗値の変化に基づいて当該状態を容易に判定することができる。
（第二の実施形態）
図２は、配線異常検出回路の別の実施形態を示す。第一の実施形態と同一構成部分は、同一符号を付して説明する。この実施形態の配線異常検出回路１０は、腐食ガス等による配線パターンの断線を検出する異常検出部として好適である。

共通電極１１から平行に延設される４本の検出パターン１２ａ〜１２ｄはそれぞれ異なる線幅で形成され、検出パターン１２ａから検出パターン１２ｄに向かって順次幅広となるように形成されている。そして、各検出パターン１２ａ〜１２ｄの基端が共通電極１１に接続されている。

検出パターン１２ａの先端と検出パターン１２ｂの先端は、抵抗Ｒ３を介して接続され、検出パターン１２ｂの先端と検出パターン１２ｃの先端は、抵抗Ｒ４を介して接続され、検出パターン１２ｃの先端と検出パターン１２ｄの先端は、抵抗Ｒ５を介して接続されている。抵抗Ｒ３〜Ｒ５の抵抗値は、この実施形態では同一抵抗値とする。

共通電極１１には、抵抗値測定回路５から定電圧が供給され、検出パターン１２ａの端子が抵抗値測定回路５に接続される。
なお、共通電極１１は樹脂コーティングあるいはめっき等により腐食ガスによる腐食が生じない構成とすることが好ましい。

このように構成された配線異常検出回路１０では、検出パターン１２ａ〜１２ｄに腐食による断線が生じていないと、共通電極１１と配線パターン１２ａとの間の抵抗値はほぼ０となる。

腐食ガスにより、配線パターン１２ａ〜１２ｄの腐食が進むと、まず配線パターン１２ａが断線する。すると、抵抗値測定回路５で測定される共通電極１１と配線パターン１２ａの先端との間の抵抗値は、抵抗Ｒ３の抵抗値となる。

次いで、配線パターン１２ｂが断線すると、共通電極１１と配線パターン１２ａの先端との間の抵抗値は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の抵抗値の和となる。
次いで、配線パターン１２ｃが断線すると、共通電極１１と配線パターン１２ａの先端との間の抵抗値は、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ５の抵抗値の和となる。

次いで、配線パターン１２ｄが断線すると、共通電極１１と配線パターン１２ａの先端との間の抵抗値は、ほぼ無限大となる。
また、例えば１日に１回等、一定時間間隔で共通電極１１に定電圧を印加して、共通電極１１と検出パターン１２ａとの間の抵抗値を測定するようにすれば、条件の異なる検出パターン１２ａ〜１２ｄの異常の有無を判定可能である。

このような配線異常検出回路１０を第一の実施形態と同様な故障防止装置に使用すると、次に示す効果を得ることができる。
（１）共通電極１１と検出パターン１２ａとの間の抵抗値の変化を検出することにより、異なる複数の条件の検出パターン１２ａ〜１２ｄでの腐食による断線を検出することができる。
（２）一つの配線異常検出回路１０と抵抗値測定回路５で、共通電極１１と検出パターン１２ａ〜１２ｄの先端との間の４段階の抵抗値の変化を測定することにより、配線異常検出回路１０に隣接して配設される電子機器での対応する４種類の異なる条件の配線パターンの腐食による断線の可能性をそれぞれ判定することができる。従って、異なる複数の条件での配線パターンの断線の可能性を簡便な構成で判定することができる。
（第三の実施形態）
図３は、配線異常検出回路の別の実施形態を示す。この実施形態は、第二の実施形態の配線異常検出回路１０に類似する配線異常検出回路１３ａ〜１３ｃを直列に３段接続したものである。

異常検出部１３ａ〜１３ｃは、回路上は第二の実施形態の配線異常検出回路１０と同様であり、各異常検出部１３ａ〜１３ｃの検出パターンの条件が異なる。そして、異常検出部１３ａから同１３ｃに向かって条件が厳しく、腐食により断線しやすい検出パターンを形成するようにする。

このような構成により、第二の実施形態に比して、さらに多数の異なる条件や場所での断線の可能性を判定することが可能となる。
（第四の実施形態）
図４は、異常検出部の別の実施形態を示す。この実施形態の異常検出回路１４は、電子機器の設置位置の温度の異常な上昇を検知するものであり、第二の実施形態の配線異常検出回路１０の検出パターン１２ａ〜１２ｄを温度ヒューズ１５ａ〜１５ｄに置き換えたものである。

温度ヒューズ１５ａ〜１５ｄの溶断温度は、温度ヒューズ１５ａから同１５ｄに向かって順次高くなるように設定し、例えば温度ヒューズ１５ａの溶断温度を８０℃、温度ヒューズ１５ｂの溶断温度を１００℃、温度ヒューズ１５ｃの溶断温度を１２０℃、温度ヒューズ１５ｄの溶断温度を１４０℃とする。

このような構成により、周囲温度の上昇により、温度ヒューズ１５ａ〜１５ｄがこの順番で順次溶断されると、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値が順次増大する。そして、温度ヒューズ１５ａ〜１５ｄがすべて溶断されると、抵抗値測定回路５で検出される抵抗値は無限大となる。

このような動作により、温度の上昇を段階的に検出することができる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・第一の実施形態において、第一〜第三の検出電極の共通電極との対向面の全てに凹凸を設けてもよい。
・第一の実施形態において、第一〜第三の検出電極の共通電極との対向面に複数の穿孔部を設けてもよい。
・第二の実施形態において、線幅の異なる検出パターンに代えて、パターンの厚さを変えて条件の異なる検出パターンを形成してもよい。
・第二の実施形態において、銅あるいは銀等、検出パターンの材質を変えて条件の異なる検出パターンを形成してもよい。
・第一の実施形態の配線異常検出回路１と、第二の実施形態の配線異常検出回路を並行して動作させて、マイグレーションによる配線異常と、腐食による配線異常を並行して検出するようにしてもよい。

１，１０，１３ａ〜１３ｃ，１４…検出回路（異常検出回路）、２，１１…共通電極、３ａ〜３ｃ…検出部（検出電極）、４…凹凸、５…抵抗値測定回路、６…判定部（抵抗値判定回路）、７…異常抑制装置（ファン制御回路）、８…異常抑制装置（ファン）、９…異常抑制装置（腐食ガス除去装置）、１２ａ〜１２ｄ…検出部（検出パターン）、１５…検出部（温度ヒューズ）。

Claims (5)

1. 共通電極と、
   前記共通電極に対し、複数の異なる条件で導通の異常が発生するようにした検出部と、
   前記各検出部間にそれぞれ接続される抵抗と、
   前記共通電極に定電圧を供給するとともに、前記共通電極と前記検出部のいずれか一つとの間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路とを備え
   前記検出部は、前記共通電極との間隔がそれぞれ異なる複数の検出電極を備え、
   前記抵抗値測定回路は、前記共通電極との間隔が最も広い電極と前記共通電極との間の抵抗値を測定することを特徴とする異常検出装置。
   
2. 共通電極と、
   前記共通電極に対し、複数の異なる条件で導通の異常が発生するようにした検出部と、
   前記各検出部間にそれぞれ接続される抵抗と、
   前記共通電極に定電圧を供給するとともに、前記共通電極と前記検出部のいずれか一つとの間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路とを備え
   前記検出部は、基端部が前記共通電極に接続され、耐腐食性に対する条件がそれぞれ異なる複数の検出パターンを備え、
   前記抵抗を前記検出パターンの先端部間にそれぞれ接続し、
   前記抵抗値測定回路は、耐腐食性が最も低い前記検出パターンの先端部と前記共通電極との間の抵抗値を測定することを特徴とする異常検出装置。
   
3. 共通電極と、
   前記共通電極に対し、複数の異なる条件で導通の異常が発生するようにした検出部と、
   前記各検出部間にそれぞれ接続される抵抗と、
   前記共通電極に定電圧を供給するとともに、前記共通電極と前記検出部のいずれか一つとの間の抵抗値を測定する抵抗値測定回路とを備え
   前記検出部は、一端が前記共通電極にそれぞれ接続されるとともに、溶断温度が異なる複数の温度ヒューズを備え、
   前記抵抗を前記温度ヒューズの他端部間にそれぞれ接続し、
   前記抵抗値測定回路は、もっとも溶断温度の低い前記温度ヒューズの他端部と前記共通電極との間の抵抗値を測定することを特徴とする異常検出装置。
   
4. 請求項２又は３に記載の異常検出装置において、
   前記抵抗値測定回路の定電圧供給端子と抵抗値検出端子との間に、前記抵抗を接続した検出部を直列に複数段接続したことを特徴とする異常検出装置。
   
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の異常検出装置の抵抗値測定回路の測定値に基づいて異常を判定する判定部と、
   前記判定部の判定結果に基づいて異常原因を抑制する異常抑制装置とを備えたことを特徴とする故障防止装置。
   

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