JPH07111757B2 - テレメ−タ方式及びテレメ−タ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、作動電力供給源を送信部に具備せず、送信部
への作動電力を外部から非接触に供給するようにしたテ
レメータ方式及びテレメータ装置に関する。

〔従来技術〕

送信部に作動電力供給源（例えば電池等）を具備せず、
外部から上記送信部に作動電力を非接触で供給するよう
にしたテレメータ装置としては、例えば特願昭59−5381
8号（特開昭60−198700号）で開示されているような所
謂エコーテレメータが公知である。

上記公知のエコーテレメータの概要を説明すると、被測
定事象に応動して共振周波数が変化する水晶振動子をセ
ンサとして用い、このセンサとアンテナとを接続して送
信部を構成する。測定に際しては当該センサに励振エネ
ルギーを非接触で供給して当該センサを励振し上記励振
エネルギーの供給を停止したときに当該センサに残留す
る振動によって上記アンテナから放出される信号を受信
して被測定事象を検出する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来のテレメータでは、送信部から放出される信号
は水晶振動子の残留振動エネルギーによって生成される
ものであって非常に微弱であり、信号の伝播距離はせい
ぜい10cm程度であるため受信アンテナと送信アンテナと
を接近させて設定できる場合を除いて当該テレメータを
使用することはできない。

また、上記従来のテレメータで信号の伝播距離を長くす
るためには、送信部に達する励振エネルギー量を多くす
ればよいが、このためには信号の周波数を低く設定し、
かつアンテナとして使用するループコイルの形状を大き
くしなければならず、送信部の形状が大きくなる。

ところで、テレメータの分野では、一般的に信号の伝播
距離の拡大及び特にセンサ部を含む送信部の小型化は強
く要請されている処である。

すなわち、例えば電力送電線や電車架線等（以下、送電
線等という。）では、融雪対策、障害監視等のために送
電線等自体又はそれらの支承機構等の温度、印加張力等
の監視（常時測定）が必要であるが、このためのテレメ
ータ装置では、送電線等に流れる電力が高圧であること
による受信アンテナと送電線等との間の放電を避けるた
めに受信アンテナを送電線等に近づけることはできず、
一方、センサを含む送信部は、センサを送電線等又はそ
の支承部材等に取付ける必要があることから送電線等の
近傍に例えば吊下げる等して取付ける必要があるため、
送信アンテナと受信アンテナとの距離が長くなる。

また例えば地中埋設物に送信部を取付けておき、該送信
部からの信号によって上記地中埋設物を探知する所謂マ
ーカー方式の探知システムを構成するテレメータでは、
埋設物とともに送信部が埋設されるため、地表との距離
が長くなり長い信号伝播距離を必要とする。

また、上記送電線監視テレメータでは送信部を送電線に
吊下げる必要があることから、また、上記探知システム
では送信部を埋設する必要があることから、いずれも少
くとも送信部は小型軽量であることが望ましい。

以上のテレメータに限らず、信号の伝播距離の拡大及び
形状の小型化は一般的に要請される事項である。

本発明は、以上の問題点を解決し、信号の伝播距離の拡
大及び形状の小型化の要請に応えるべく提案するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、作動電力供給源
からの電力エネルギーを非接触に受領して蓄積し、該電
力エネルギーの蓄積量が設定値に達したとき、当該蓄積
した電力エネルギーをセンサ検出情報に送出手段の作動
電力として供給するようにしたテレメータ方式と、この
方式によるテレメータ装置を提供するものである。

〔発明の作用〕

センサの検出情報の送出手段には電力供給源からの電力
エネルギー量が設定値になるまで蓄積されたのち当該蓄
積された電力エネルギーによって作動電力が供給され
る。従って上記送出手段へと電力供給は間欠的に行なわ
れ、かつそのときの供給電力量が多くなり、上記送出手
段から送出される信号のレベルが高くなって当該信号の
伝播距離が長くなる。また、上記送出手段へと作動電力
の供給は電力エネルギーが設定値まで蓄積されたのち行
なわれることから電力供給源からの放出電力エネルギー
のレベルは低くてよく、かつ当該電力エネルギーを授受
するアンテナも小さなものでよい。

また、特に送電線を監視するテレメータ装置では、送電
線自体を作動電力供給源とすることができ、かつ電力供
給の周期（送信部からの信号送出周期）から送電線に流
れる電流量を監視できる。

〔発明の実施例〕

第１図、第２図及び第３図は、それぞれ本発明の第１実
施例、第２実施例及び第３実施例を示すブロック図であ
る。

第１実施例は、第１図に示すように、送電線３に流れて
いる電流によって生ずる磁界から電力エネルギーを受領
するエネルギー受領コイル101（従って、送電線３は電
力エネルギー供給源である。）、該エネルギー受領コイ
ル101で受領した電力エネルギーを蓄積するエネルギー
蓄積回路102、該エネルギー蓄積回路102への電力エネル
ギーの蓄積量が設定値に達する毎に導通し、後段に作動
電力を出力するスイッチ回路103、該スイッチ回路103か
ら出力される作動電力の電圧を一定値にする定電圧回路
104、センサ105で検出した被測定事象、例えば送電線３
の温度に対応した周波数の信号を出力する発振回路10
6、該発振回路106からの信号を放射する送信アンテナ10
7で送信部１が構成され、送信部１の送信アンテナ107か
ら放射された信号が入射される受信アンテナ201、該受
信アンテナ201に入射した信号を受信して前記センサ105
の検出情報を示すデータを生成する受信回路202、該受
信回路202の出力データを処理する処理回路203で受信部
２が構成される。

エネルギー受領コイル101は、通常はループコイル形状
に形成される。特に、送電線の監視テレメータでは、当
該エネルギー受領コイル101を送電線３に巻付けるよう
にすると扱いにくいため、予めループコイル状に形成し
たものを送電線３に吊下げて取付けるようにする。この
ようにした場合、送電線３からの鎖交磁束が当該ループ
コイルの全周では往路分と復路分とで相殺となって当該
ループコイルに起電力が生じないので、ループコイルの
半周（例えば復路分）を磁気シールドすることによって
当該半周では鎖交磁束が存在しないようにし、磁気シー
ルドしない半周（例えば往路分）の鎖交磁束で生じた起
電力を使用するようにする。

エネルギー蓄積回路102は、受領した電力エネルギー
（通常、交流電力）の整流素子、例えばダイオード111
及び該ダイオード111からの整流された電力エネルギー
の蓄積素子、例えばコンデンサ112等で構成される。

スイッチ回路103は、電圧の監視機能を有するスイッチ
ング素子、例えばサイリスタ113及び上記電圧の監視レ
ベルの設定素子、例えば２つの抵抗114,115等で構成さ
れる。

定電圧回路104は、定電圧ダイオード又はスイッチング
レギュレータIC等、定電圧素子によって構成されてい
る。

センサ105は、被測定事象に対応して種々のもの（温度
計測用サーミスタ、振動計測用加速度計、張力計測用ス
トレーンゲージ等）が用いられるが、実施例（送電線３
の温度監視）では、共振周波数が温度変化によって変化
するような特性の水晶振動子を用いている。

発振回路106は、センサ105を構成する水晶振動子を周波
数決定素子とする発振回路で構成される。

送信アンテナ107及び受信アンテナ201は通常ループコイ
ル形状のアンテナである。

受信回路202は、受信アンテナ201から入力された信号か
ら検出情報を抽出する同調回路を主体に構成されてい
る。

処理回路203は、所謂ワンチップCPU（マイクロプロセッ
サ）を主体に構成され、検出情報の表示器又は記録器等
を含む。

送信部１は送電線３に吊下げて設置され、そのセンサ10
5は送電線３又はその支承部材等監視対象となるものに
貼付され、また、エネルギー受領コイル101は送電線３
に生じている磁界をコイル面が横切るような方向で送電
線３に接近して取付けられている。

受信部２は、少くとも受信アンテナ201が上記送信部１
の送信アンテナ107から放射される信号の伝播範囲内
で、送電線３との間で放電を起さない距離にあるように
設置される。

次に第１実施例の動作を説明する。

送電線３には常時交流（通常、50又は60HZ）の送電電流
が流れており、これによって送電線３の周囲には常時交
番磁界が生じている。この交番磁界がエネルギー受領コ
イル101の鎖交磁束を作り出し、当該受領コイル101には
起電力が生じて交流電流が流れ、この交流電流がエネル
ギー蓄積回路102のダイオード111で整流されてコンデン
サ112を充電していく。このようにして電力エネルギー
はエネルギー蓄積回路102のコンデンサ112に電荷として
蓄積されていく。

コンデンサ112への充電が進むにつれて、当該コンデン
サ112の端子電圧が上昇していき、スイッチ回路103内の
２つの抵抗114,115の接続点の電圧が上昇していく。そ
して、当該接続点の電圧がサイリスタ113のトリガレベ
ルに達するまで前記コンデンサ111への充電が進むと、
上記サイリスタ113が導通し、前記コンデンサ112の充電
電荷が放電される。この充電電荷の放電は前記コンデン
サ112の充電電荷量がほぼ零になるまで継続する。すな
わち、放電が進むにつれて抵抗114,115の接続点の電圧
が上記サイリスタ113のトリガレベル以下となっても当
該サイリスタ113の特性から当該サイリスタ113は、そこ
に流れる電流（放電電流）がほぼ零になるまで導通状態
を維持するからである。

コンデンサ112の放電が終るとサイリスタ113に流れる電
流がなくなって当該サイリスタ113は非導通に反映す
る。これによって前記エネルギー受領コイル101からの
電流が上記コンデンサ112に再び充電されていく。すな
わち、エネルギー蓄積回路102に再び電力エネルギーが
蓄積される。以上の繰返しによって電力エネルギーは間
欠的にスイッチ回路103の後段に放出される。

以上のようにしてエネルギー蓄積回路102から放出され
た電力エネルギーは定電圧回路104によって発振回路106
の作動電圧にされて当該発振回路106にその作動電力と
して供給され、当該発振回路106はそのときのセンサ105
による検出温度に対応した周波数で発振することにより
検出温度情報を有した信号を出力する。この発振回路10
6からの信号は送信アンテナ107から放射され、受信部２
の受信アンテナ201に入射する。

以上の動作に於いて、発振回路106に供給される作動電
力量は、エネルギー蓄積回路102に蓄積された電力エネ
ルギーが短時間のうちに供給されることにより非常に多
くなり、上記発振回路106が出力する検出信号の出力は
高レベルとなる。従って上記検出信号の伝播距離が長く
なり、送信アンテナ107と受信アンテナ201との間の距離
が長く設定できる。

受信部２では、上記受信アンテナ201に入射された信号
が受信回路202で受信され、処理回路203で信号処理され
て前記送信部１のセンサ105で検出した温度が表示され
又は記録される。以上の動作は、前記電力エネルギーの
間欠的放出によって間欠的に行なわれる。但し、処理回
路203での表示又は記録は信号処理によって連続的とす
ることができる。

次に第２実施例について説明する。

第２実施例は、第１実施例と同様、送電線３の温度監視
を行うテレメータに本発明を実施した例であり、前記第
１実施例と異る所は、エネルギー受領コイル101と送信
アンテナ107を同一のアンテナ機構（通常、ループアン
テナ）により構成したものである。

すなわち、第２図に示すように、電力エネルギーの受領
と検出情報信号の放射とを共通のアンテナ108によって
行ない、そのために電力エネルギーと検出情報信号とを
分離させるための分離回路109を当該アンテナ108とエネ
ルギー蓄積回路102及び発振回路106との間に設けたもの
である。また、分離回路109の後段には中継回路110を設
け、電力エネルギーを前記ダイオード111の順方向降下
電圧以上の電圧に昇圧して前記エネルギー蓄積回路102
に中継し（電力エネルギーの電圧がダイオード111の順
方向降下電圧如何であると、当該ダイオード111がカー
トオフとなりコンデンサ112への充電が進行しな
い。）、併せて前記コンデンサ112への充電時間、すな
わち前記エネルギー蓄積回路102への電力エネルギーの
蓄積進行時間を短縮するようにしている。尚、この中継
回路110はアンテナ108で充分に高い電圧が得られれば必
要としないものであり、また、前記第１実施例に於いて
も必要であればエネルギー受領コイル101の後段に設け
る。

分離回路109は、発振回路106からの信号に対して低イン
ピーダンスを呈し、アンテナ108からの電力エネルギー
に対して高インピーダンスを呈するコンデンサ116が上
記アンテナ108と上記発振回路106との間に、発振回路10
6からの信号に対して高インピーダンスを呈し、アンテ
ナ８からの電力エネルギーに対して低インピーダンスを
呈するチョークコイル117を上記アンテナ108と上記中継
回路110との間にそれぞれ挿入されて構成され（発振回
路106からの信号の周波数は電力エネルギーの周波数（5
0又は60HZ）に比べて極めて高く設定してある。）、ア
ンテナ108で受けた電力エネルギーは中継回路110を経て
エネルギー蓄積回路102に、発振回路106が出力する信号
は上記アンテナ108に供給されるようになっている。

また、中継回路110は昇圧トランス118によって構成され
る。

以上に述べた以外の各部は前記第１実施例と同じでよ
い。また、当該第２実施例の動作は、アンテナ108が前
記第１実施例に於けるエネルギー受領コイル101と送信
アンテナ107の機能を兼ねる他は前記第１実施例と同様
であって容易に理解できる。

また、以上の第１及び第２実施例の特有の作用として、
送電線３に流れる電流の監視を行うことができる。すな
わち、送電線３に電流が流れていなければエネルギー受
領コイル101（又はアンテナ108）に起電力が生じないた
め送信部１から受信部２への信号の送信がなくなり、こ
れによって送電線３に電流が流れていないこと（停電又
は負荷への電力供給停止等）が検知できる（この場合、
センサ105による監視が途切れることとなるが、充電線
３に電流が流れなくなる時間は通常監視継続時間に比べ
て極めて短いので不都合は生じない。）。

また、充電線３に発生する磁束と流れる電流量との間に
は一定の関係があることからエネルギー受領コイル101
（又はアンテナ108）に生ずる起電力も当該送電線３に
流れる電流量との間に一定の関係があり、エネルギー蓄
積回路102への設定量の電力エネルギーの蓄積時間も上
流電流量との間に一定の関係がある。従ってスイッチ回
路103の導通周期、すなわち送信部１からの信号の送出
周期も上記送電線３に流れる電流量と一定の関係を保っ
て変化する。従って受信部２の処理回路203に於いて、
上記送信部１からの信号の受信周期から送電線３に流れ
る電流量を演算することができる。

次に第３実施例について説明する。

第３実施例は、前記第１又は第２実施例のように、送電
線３のような作動電力供給源がテレメータの近傍に存在
せず、当該作動電力供給源を受信部２内に設けたもので
ある。この第３実施例に係るテレメータは、一般的な工
業テレメータの他、前記したような地中埋設物探知シス
テムにも利用できる。

第３実施例は、第３図に示すように、その送信部１が前
記第２実施例の送信部１と同じに構成され、また、その
受信部２が前記第１又は第２実施例の受信部２の機能に
作動電力供給機能を付加して構成されている。すなわ
ち、当該受信部２は、前記と同じ機能の受信回路202及
び処理回路203、交流電力信号生成手段（作動電力供給
源）を構成する発振回路204及び電力増幅回路205、送信
部１からの受信信号と上記作動電力供給源からの電力エ
ネルギーとを分離する分離回路206、上記電力エネルギ
ーを放射し、上記受信信号が入射されるアンテナ207で
構成される。

発振回路204は、電力エネルギーの基となる信号を発振
するもので、その信号の周波数は低周波である。

電力増幅回路205は、発振回路204からの低周波信号を電
力増幅して電力エネルギーとするものである。

分離回路206は、送信部１の分離回路109と同様の機能の
コンデンサ208及びチョークコイル209で構成され、電力
増幅回路205からの電力エネルギーをアンテナ207に供給
し、かつ当該アンテナ207に入射した送信部１からの信
号（受信信号）を受信回路202に伝達するものである。

アンテナ207は電力エネルギーの放射機能と送信部１か
らの信号の受信機能とを兼ね備えている。

受信部２に於いて、発振回路204からの低周波信号は電
力増幅回路205で電力増幅されて電力エネルギーとな
り、この電力エネルギーは分離回路206のチョークコイ
ル209を通過してアンテナ207に送出される。

アンテナ207は上記電力エネルギーによって励振され、
送信部１のアンテナ108に電力エネルギーが誘起され
る。すなわち、受信部１のアンテナ207と送信部１のア
ンテナ108とは主として電磁結合によって結合されてお
り、上記電力エネルギーが低周波であることによって電
力エネルギーの伝送距離が比較的長く、従って上記アン
テナ207と上記アンテナ108との間は比較的長い距離に設
定できる。特に10KHZ以下の周波数の信号は、電波関連
法規でいう電波には当らないので、アンテナ207に印加
する電力エネルギーのレベルが高く設定でき、このこと
も上記アンテナ108,207間を長い距離に設定できる要因
となる。

送信部１に於いて、アンテナ108に電力エネルギーが誘
起された後の動作は前記第２実施例と同様であり、発振
回路106から送出された検出信号は分離回路109を経てア
ンテナ108に送出され、アンテナ108から放射された検出
信号は受信部２のアンテナ207に入射して分離回路206を
経て受信回路202で受信され、処理回路203で信号処理さ
れ表示又は記録される。

上記第３実施例に於いても前記第１実施例の如く、送信
部１のアンテナ108をエネルギー受領コイルと送信アン
テナとに分離して設けることができ、又、受信部207を
エネルギー送出コイルと受信アンテナとに分離して設け
ることもできる。この場合に於いては、分離回路109,20
6を必要としない。

以上に述べた第３実施例を地中埋設物の探知システムに
使用する場合には、後日に探知を必要とする地中埋設物
を布設するとき、予めその近傍に送信部１を埋設してお
き、探知する際には、地中埋設物の埋設場所と推定され
る地面近傍を受信部２の少くともアンテナ207によって
走査するようにする。

上記探知システムでは、送信部１のセンサ105が地中埋
設物の検出手段（マーキング素子）となる。探知すべき
地中埋設物が複数あるときには、上記センサ105に例え
ば共振周波数の互に異った水晶振動子を使用した送信部
１を地中埋設物の個々に、又は種別毎に埋設しておくこ
とにより当該地中埋設物の個別又は種別探知が可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明は作動電力供給源
から非接触で受領した電力エネルギーを蓄積し、蓄積量
が設定量に達したとき、当該蓄積された電力エネルギー
を検出情報の送出手段の作動電力として当該送出手段に
供給するようにしたものであり、送出手段からの送出信
号レベルを高くすることができることにより信号（検出
情報）の伝播距離が飛躍的に拡大し、しかもそのために
アンテナの形状を大きくする必要はない（むしろ、従来
より小型化できる。）等、送信部と受信部とを接近させ
て設定できないようなテレメータを実現する上で本発明
は極めて著しい効果を奏するものである。

また、送電線監視テレメータでは、送電線そのものを作
動電力供給源とすることができるため作動電力供給源を
別個に設ける必要がなく、かつ作動電力は送電線に流れ
る電流量と一定の関係にある周期で間欠的に供給される
ことから当該周期を利用することによってセンサ本来の
測定事象の測定に加えて送電線の電流の監視をも可能と
なる効果も享受できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図はそれぞれ本発明の第１実施
例、第２実施例及び第３実施例を示すブロック図であ
る。 （主な記号） １……送信部 101……エネルギー受領コイル 102……エネルギー蓄積回路 103……スイッチ回路 105……センサ 106……発振回路 107……送信アンテナ 108……アンテナ ２……受信部 201……受信アンテナ 202……受信回路 204……発振回路 207……アンテナ ３……送電線。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】センサの検出情報を送信部から受信部に非
   接触で伝送するテレメータ装置に於いて、作動電力供給
   源からの電力エネルギーを非接触で受領して蓄積し、該
   電力エネルギーの蓄積量が設定量に達する毎に当該蓄積
   された電力エネルギーを放出し、放出後再び上記電力エ
   ネルギーを蓄積する動作を自動的に繰り返し、上記検出
   情報の送出手段の作動電力として、上記放出された電力
   エネルギーを当該送出手段に間欠的に供給するようにし
   たテレメータ方式。
2. 【請求項２】送電線またはその近傍に設けたセンサの検
   出情報を送信部から受信部に非接触で伝送するテレメー
   タ装置に於いて、送信部では、上記送電線に発生してい
   る磁界から電力エネルギーを受領して蓄積し、該電力エ
   ネルギーの蓄積量が設定量に達する毎に当該蓄積された
   電力エネルギーを放出し、放出後再び上記電力エネルギ
   ーを蓄積する動作を自動的に繰り返し、上記検出情報の
   送出手段の作動電力として上記放出された電力エネルギ
   ーを当該送出手段に間欠的に供給するようにし、受信部
   では上記送出手段から送出された信号を受信して上記セ
   ンサの検出情報を得るとともに、上記信号の受信周期か
   ら送電線に流れている電流の値を検出するようにしたテ
   レメータ方式。
3. 【請求項３】センサの検出情報を送信部から受信部に非
   接触で伝送するテレメータ装置に於いて、上記送信部
   は、作動電力供給源から電力エネルギーを非接触で受領
   するエネルギー受領手段と、該エネルギー受領手段で受
   領した電力エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積手段
   と、該エネルギー蓄積手段への電力エネルギー蓄積量が
   設定量に達する毎に導通して上記エネルギー蓄積手段に
   蓄積された電力エネルギーを放出し、放出し終ると非導
   通に転じて上記エネルギー蓄積手段への上記電力エネル
   ギーの蓄積を再開せしめるスイッチ手段と、該スイッチ
   手段の導通と非導通の繰り返しによって当該スイッチ手
   段から間欠的に放出される電力エネルギーの印加によっ
   て作動し、上記センサの検出情報を放出する情報送出手
   段と、該情報送出手段からの信号を放射するアンテナ手
   段で構成されたテレメータ装置。
4. 【請求項４】エネルギー受領手段とアンテナ手段とが同
   一のアンテナ機構で構成された特許請求の範囲第３項に
   記載のテレメータ装置。
5. 【請求項５】作動電力供給源が送電線である特許請求の
   範囲第３項に記載のテレメータ装置。
6. 【請求項６】作動電力供給源が受信部に設けられた交流
   電力信号生成手段である特許請求の範囲第３項に記載の
   テレメータ装置。