JPS59161797A - 計測システムの耐障害化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、計測システムの耐障害化方式に関し、詳しく
は開側システムに対して最低限の冗長要素を付加するこ
とにより、計測システムの高信頼化を図る方式に関する
ものである。

〔従来技術〕

多くの産業用システムにおいて、そのサブシステムとし
て、温度や圧力等の物理量の大きさを計測して、それら
の開側値な計算機に入力する計測システムが必要となる
。この開側システムの概念回を、第１図に示す。

計測システム３は、計測対象プロセス４と計算機５０間
にあって、アナログ量である被測定物理量の大きさを電
圧等の他のアナログ量に変換するセンサ部ｌと、このア
ナログ信号をディジタル化し、その結果である計測値を
計算機５に入力するためのアナログ信号インタフェース
部２０２つの部分から構成されることを示している。６
は被測定量（アナログ量）、７はセンサ出力（アナログ
量）、８は計測値（ディジタル量）である。

籾で、一般に計測システム３に故障が発生すると、シス
テム全体の動作が異常となる。したがっテ、システム全
体の高信頼化を図るためには、そのサブシステムである
計測システム３の高信頼化が要求される。

そこで、計測システム３の一部に故障が発生した場合で
も、外部から見る限り正しく機能すること、つまり計測
システム３の耐障害化を図ることが必須の事項となる。

一般ニ、耐障害化を実現するためには、「システムの冗
長化方式」と、この方式により生ずる冗長な信号を処理
して、故障の検出、故障の識別、故障の分離および故障
からの回復を行う［故障修復方式」とを、一体化するこ
とが必要となる。

従来より、よく知られている計測システムの耐障害化方
式は、Ｔ　Ｍ　Ｒ（Ｔｒｉｐｌｅ　Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｒ
ｅｄａｎｄａｎｃｙ　）方式である。これは、「システ
ムの冗長化方式」として、各被測定物理量ごとにセンサ
等の構成要素を３重化する方式を採用し、「故障修復方
式」として、同−被測定物理量に対応する３個の計測値
に対する多数決論理を用いた方式である。

このため、ｒ個の被測定物理量に対して３ｒ、個のセン
サを用意する等、３倍のハードウェアが必要である。し
たがって、計測システムの容積・重量が大となり、かつ
コスト高になる欠点があった。

そこで、本発明者等は、上記欠点を改善する目的で、先
に「アナログ信号インタフェースの耐障害化方式」７（
特願昭５７−７６０７７号明細書参照）、およびＵアナ
ログ信号インタフェースの付加型耐障害化方式」　（特
願昭５７−１３５５３６号明細書参照）を析案した。

しかし、上記の先願発明は、第１図のように計測システ
ム３をセンサ部ｌとアナログ信号インクフェース部２に
分けて考えたとき、アナログ信号インタフェース部２の
みを耐障害化するものであり、センサ部ｌの故障に対し
ては全く効果がない。

ところで、原子カプラント等の厳しい環境下の計測シス
テムでは、センサ部１の故障も多く、センサ部１まで含
めた計測システム全体を最も少ない冗長要素の付加で耐
障害化する方式が要求されている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、このような従来の問題を解決するため
、計測システムに最低限の冗長要素を付加するのみで、
センサ部まで含めた計測システム全体の高信頼化を図る
ことができる計測システムに対する耐障害化方式を提供
することにある。

〔発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明の計測システムに対す
る耐障害化方式は、物理量の大きさを計測し、計測値を
計算機に入力する計測システムにおいて、上記物理量の
大きさの関数値の線形結合である検査信号を生成する検
査信号少成センサを別個に付加し、その検査信号を上記
の計測値と並列に計算機に入力することに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の原理と実施例を、図面により説明する。

適用の一例として送電線の電流値の計測について述べる
。

産業の発展に伴い、電力需要がますます増大しており、
５０万Ｖ級から１００万Ｖ級の超高電圧送電を必要とし
ている。これらの超高電圧送電系統における送電線の電
流のｔｌ測には、超高電圧に対する絶縁の問題で、従来
から使用されている電磁式の電流測定用変流器（電磁式
ＣＴ（変換器））は使用できない。

そこで、近年、低損失・高絶縁の光ファイバが開発され
たので、光フアイバ応用センサである電流計測用の光Ｃ
Ｔの実用化が期待されている。

第２図は、光ＣＴの計測原理を示す図である。

送電線９に電流が流れると、その周囲に磁界が発生する
が、送電線９より半径Ｒの距離にある磁界Ｈは、電流を
Ｉとすると次式で表される。

Ｈ＝　　Ｉ　／　２πＲ・・値り したがって、上式（１）からこの磁界Ｈな計測すれば、
電流Ｉを算出することができる。

光ＣＴは、ファラデー効果を利用して磁界Ｈを計測する
ものである。ここで、ファラデー効果とは、第３図に示
すように、ガラスのような透明な物質（ファラデー回転
材料）１２を磁場内に挿入して、磁場方向に平行に進む
直線偏光の光１４を通過させると、その偏波面が回転す
る現象である。この回転角θは、物質１２の長さＬ１磁
場の強さＨ（磁界１５）に比例し、次式で表される。

θ−ＶＨＬ　　　　　　　　　　　・・・（２）ここで
、比例定数■　は、ベルデ定数と呼ばれ、ファラデー回
転材料１２に用いる物質によって決定される。なお、第
３図の１０は光源、１１は偏光子、１３は検光子、１６
は出力である。

第４図は光ＣＴの基本構成を示す図である。

レーザ２０を光源として用い、光波の伝送路として単一
モード光ファイバー７を用い、さらにこの単一モード光
ファイバ１７を送′ＦＥＬ線９に＆１０回巻き付けてフ
ァラデー回転材料を形成することにより、第３図に示し
た計測光学系を実現している。光ファイバをＮ回着いた
とすると、送電線に巻き付けた光ファイバの長さくファ
ラデー回転材料の長さ）Ｌは次式で表される。

Ｌ＝２πＲ，Ｎ　　　　　　　　　・・・（３）上式（
＋）（２）と（３）を合わせると、次式か導かれる。

θ＝■　・Ｎ、Ｉ　　　　　　　　　・・・（４）検光
子１３を通過する光の強度から偏波面の回転角θが検出
できるので、上式（４）より雷、流ｌが算出される。な
お、笥４図において、１１は偏光子、１９はレンズ、１
８は光学的トランスデユーサ部、■３は検光子、２１は
増幅・変挟器、２２は出力である。

第５図は、送電線の電流を計測するシステムの概念図で
あり、第６図は節５図を情報の流れに着目したシステム
のブロック図である。

第５図では、３本の送電線９１〜９３に流れる電流Ｘ□
〜Ｘ、を光ＣＴ２３〜２５で計測し、アナログ信号イン
タフェース部２に田方する。この電流計測システムの構
造を、情報の流れに着目すると、第：６図に示すように
、電流Ｘ工〜Ｘ８がそれぞれ光ＣＴを含むセンサ３３〜
３５により検出され、電流値が計測されてアナログ信号
インタフェース部２に出力され、それぞれディジタル信
号７１＋７１１７Ｂとなって計算機５に出力される。

さて、光による計測以外に適切な計測手段を持たない高
電圧下での電流計測では、この光ＣＴを利用した電流計
測が強く望まれている。しかし、センサである光ＣＴの
信頼性に問題かあるため、完全に実用化されるに至って
いない。そこで、光ＣＴ単体の信頼性を向上する努力を
する・一方で、本発明のように、システム技術を用いて
計測システム全体の信頼性を高める方法、すなわち、で
きるだけ少ない数の冗長要素の付加のみで計測システム
全体の耐障害化を図る方法を開発することが重要となっ
ている。

以下、第５図に示す光ＣＴを用いた電流計測システムに
、本発明を適用する場合について考える。

第７図は、本発明の原理を示す検査信号生成センサの概
念図である。

一般に検査信号生成センサ２Ｇとはｎ個の被測定物理量
の大きさＸよ〜Ｘゎの関数値ｆ　１（ｘ工）〜ｆ□（Ｘ
ユ）の線形結合（−次式） ％式％（） （５） の形の信号ｙ（以下、検査イハ号と呼ぶ）を生成する機
能要素である。但し、関数ｆ□（・）〜ｆｎ（・）は、
その関数形が既知であるとする。

第５図の３本の送電線を流れるＴｆｉ流Ｘ工〜ｘ８を計
測する計測システムを耐障害化するために、下記の検査
信号を生成する。

ｙ−ｈ１ｘｌ＋ｈ２Ｘ２＋ｈ３ｘ３・・・（５）この場
合、関数ｆｊ（・）の形が 、ｆｊ（Ｘ）＝Ｘ であり、式（５）の特殊な場合になっている。この式（
５）の検査信号ｙを生成する検査信号生成センサは、光
フアイバ応用生成センサとして実現できる。

第８図は、従来の光フアイバ応用センサのブロツク図で
ある。

キャリア光変調型の光フアイバ応用センサは、第８図に
示すように、発光部２７と受光部２９を接続する光フア
イバ１７上に、被測定物理量３２の大きさを光波の変調
に変換する光学的トランスデユーサ部２８を形成し、こ
こで生じた変調の大きさとしてｔ測定物理量３２の大き
さに比例した信号を得る。第８図の発光部２７からは出
力光３０が、光学的トランスデユーサ部２８がらは入力
光（変調光）３１か、それぞれ光フアイバ１７上を伝搬
される。

前述した光ＣＴは、このキャリア光変調型の光フアイバ
応用センサの一例である。すなわち、第８図の光学的ト
ランスデユーサ部２８は、第５図で送電線９１〜９３に
巻き付けられた光フアイバ１７自身（例えば１００ター
ン）であり、７アラデー効果により被測定物理量である
電流の大きさに比例した信号を光波の偏波面の回転角θ
として生成する。

この従来のキャリア光変調型の光フアイバ応用センサが
、光フアイバ１７上に単一の光学的トランスデユーサ部
２８のみを形成しているのに対し、本発明による検査信
号生成センサ２６は、この考えを拡張して、第９図に示
すように、光フアイバ１７上に光学的トランスデユーサ
部２８−１．２８−２．２８−３を蝮数個直列に形成し
、対応する被測定物理量３２−１．３２−２．３２−３
の大きさの線形結合で表塀される光波の変調を生じさせ
、生じた光波の変調の大きさから検査信号を得るもので
ある。

第１０図は、本発明の実施例を示す検査信号生成センサ
の基本構成図であって、このセンサ２６がｔ５図の計測
システムに付加される。

第１０図に示す検査信号生成センサ２６の構成は、第４
図の通常の光ＣＴとほぼ同じであって、唯一の違いは、
光ファイバ１７を３本の送電線９１．９２．９３にそれ
ぞれＮ８．Ｎ、、Ｎ１回巻き付けて、光フアイバ１７上
に３個の光学的トランスデユーサ部２８を直列に形成し
ている点である。

第１１図は、第１０図の構成を計測光学系として置き換
えた場合の配列図である。

７アラデ一回転拐料１２−１．１２−２．１２−３を磁
場Ｈ□、　Ｈ，、Ｈ８内に挿入して、３つの磁場方向に
平行に進む光源１０からの直線偏光の光を通過させると
、それぞれ偏波面かθ０．θ２゜θ８　だけ回転する。

７アラデー効果により、送電線９３における光波の偏波
面は、下記角度だけ回転する。

θ８−ＶｏＬ８Ｈ８・・・（６） ここで、Ｖｏ　はベルデ定数、Ｈ８は送電線９３に巻き
付けた光ファイバ１７の長さ、Ｈ８は電流Ｘ８　　によ
り生じた磁界である。引き続き、送電線９２．９１でも
、ファラデー効果により光波の偏波面はそれぞれ下式の
角度だけ回転する。

θ、　＝　ＶｏＬ、　Ｈ，・・・（７）θ□−Ｖ８ＬＩ
Ｈ１・・・（８） したがって、最終的に生じた偏波面の回転の大きさｙは
次のようになる。

ｙ＝θ、十〇、＋０８ ＝　Ｖｏ（Ｌｌｌ−１１＋　Ｌ、Ｈ，＋　Ｈ８８８）　
　　−・−（９）ここで、ｊ＝１．２．５に対して Ｌｊ＝　２７ｒＲ−Ｎ　　　　　　　　　−・（＋ｏ）
馬−Ｘｊ／２πＲ・・・（１１） であることに注意すれば、次式が導かれる。

ｙ−Ｖ。（Ｎｌｘ１＋　Ｎ２ｘ２＋　Ｎ８ｘ８）　　、
−（１２）さらに、 ｈ　　＝Ｖ　　Ｎ　　　　（ｊ−＝１．２．ｇ）　　　
　・・・（１５）　　ｅ　ｊ と置けば、次式が導かれる。

ｙｌｌ　　　２．２　　８８　　　　　　°−（１４）
これによって、検査信号斤成センサ２６は、第１０図に
示す構成で具体的に実現できることがわかった。しかも
、その係数ｈｊ　の大きさは、上式（１３）により、送
電線９１〜９３に光ファイバ１７を巻き付ける回数Ｎｊ
　を変えることによって任意に設定できる。

第１２図は、本発明の実施例を示す耐障害化された電流
計測システムの構成図である。

第１２図では、第５図の電、流計測システムに対して、
第１０図の検査信号生成センサ２６を２個付加している
。

第１３図は、第１２図において、情報の流れに着目した
計測システムのブロック図である。

ここで、Ｘ□〜Ｘ８は送電線９１〜９３を流れる電流、
ｙ０〜ｙ５はそれぞれ光ＣＴ２３〜２５および検査信号
生成センサ２６−１．２６−２で生じた光波の変調の大
きさである。

上式（す、すなわちθ−■　・Ｎ・■、および第１２図
の光ＣＴ２３〜２５の光ファイバー７が送電線９１〜９
３を巻き付ける回数（１００ターン）を参照すると、次
式を導くことができる。

ｙ　　＝　ｌ　ｏ　ｏ　Ｖｏｘ□−−−（１５）３’、
　＝＝＝　１０　ｏ　ＶｏＸｓ　　　　　　　　　　・
・・（１６）ｙ８＝１００■ｏＸ８　　　　　　　　　
・・・（１７）さらに、上記（１２）、つまりｙ　＝　
Ｖ、　（Ｎ１ｘ、　十Ｎ２Ｘ５　＋　Ｎ５Ｘａ　）　、
および第１２図の検査信号生成センサ２６−１．２６−
２の光ファイバー７が送電線９１〜９３を巻く回数な参
照すると、次式を導くことができる。

７４　＝　Ｖ８（１０［］Ｘ、　＋　ｊ６２Ｘ、　＋　
１６２Ｘ８）−−−Ｃｕ＋）ｙ、　＝　Ｖｆ３（１６２
Ｘ、　＋　１６２Ｘ、　＋　１００Ｘ８）−・（１９）
したがって、式（１５）〜（１９）よりＸ□〜Ｘ８とｙ
工〜ｙ５　　の間には、次の関係式が成立する。

・・・（２０） タタＬ／、ココテ、Ｋ＝　１りｏＶ　　　　・−・（２
１）であり、ｙ５　　の負号は、ｙ５　を入力した後、
計算機５で符号を反転することを意味している。

第１４図は、本発明の実施例を示す障害箇所識別処理の
フローチャートである。

すなわち、第１Ｑ図の／光ＣＴ２３〜２５および検査信
号生成センサ２６−１．２６−２のいずれか１つに故障
が発生した場合に、故障を検知して、故障箇所を計算機
プログラムにより識別する。

第１５図は、第１４図の処理の原理図である。

ところで、上式（２０）は、行列およびベクトルの記号
を用いると、次のように簡単に書くことができる。

ｙ　＝　Ｈｘ　　　　　　　　　　　　　・・・（２２
）である　（なお、Ｔは転置行列）。

いま、光ＣＴ２３〜２５または検査信号生成センサ２６
−１．２６−２に故障が発生すると、ペクト／Ｉ／ｙの
各成分に誤差ｅ　（ｊ＝Ｌ　２＋・・・　５）が生ずる
。したがって、現実の計算機５への入力ｙは次の形をし
ている。

ア＝ア＋〔０工、。、＋＋Ｈ１゜、〕７＝Ｈｘ　＋　（
ｅｌ、　　ｅ、　、　　−８６）　　・−・（２３）さ
て、下記の行列■を考える。

以下、この行列■をパリティ検査行列と呼ぶ。

（− ”＝　（ｖｉ　＋　７２１７８１７４　＋　７５　）］
　　・・・（２４）この行列は、次の条件を満足してい
る。

ＶＨ＝　０　　　　　　　　　　　　　・・・（２５）
さらに、■の列ベクトルｖ０〜Ｖ、は、２次元平面にお
いて、第１５図に示す配置を持ってし）る。

また、誤り検出のために必要な２次ベクトルＳを、シン
ドロームと呼び、次式で定腺する。

５−Ｖｙ　　　　　　　　　　　　・・・（２６）これ
は、現実に計算機５に取り込まれた計測値ベクトル７よ
り実際に計算可能な値である。

さらに、上式（２５）に注目すると、次への成立するこ
とがわかる。

５＝ｅ１ｖ□＋　ｅｚＴｇ　＋　θ８ｖ８　＋　θ４ｖ
４　＋　θ６ｖ５・・・（２７） したがって、同時に１箇所の光Ｃ′ｒまたは検査信号生
成センサしか故障しないと仮定すると、次式が成立する
。

Ｓ−θｊｖｊ　　　　　　　　　　　・・・（２Ｂ）い
ま、δ−１９ｊＩを故障の大きさ“と仮定すると、上式
（２８）より故障発生時のシンドロームの長さは、した
がって、第１５図に示すように、２次元平面において、
シンドローム＆が原点を中心として半径γ　（あらかじ
め設定された閾値）の円の外に出たときには故障発生で
あり、このとき、シンドローム風の射影の長さが最長と
なるベクトルｖｊに対応した光ＣＴまたは検査信号生成
センサが故障であると判別する。これによって、故障検
知（泉〉γ）と故障箇所の識別（ｖｊ　の方向）が可能
である。

第１５図で説明した原理にもとづいて、第１４図の処理
を行う。

第１４図のステップ１０１では、アナログ信号インタフ
ェース部２を介して計測値７１　＋　７Ｂ＋　７８およ
び検査信号７４　＋　７６を計算機５に取り込み、ベク
トルｙを とする。ステップ１０２で（マ、上目己のベクトルｙよ
り次式で２次元のベクトルであるシンドロームＳを計算
する０ ８−Ｖｙ　　　　　　　　　　　　　・・・（３１）た
だし、ここで、行列やは上式（２４）の／マ１ノテイ検
査行列である。

ステップ１０３では、故障の発生を検Ｈｊ場−るため、
あらかじめ設定された正数γとシンドローム二の長さを
比較して、シンドロームＳの長さ力；γを越えていれば
システムに故障力）発生したと考える。＜ｓ、　風〉≦
γ８　が成立して正常卿Ｔ作のときには、正常であるこ
とを示すため、ステ゛ンブ１０５に進み、ＫにＯをセラ
Ｙして処理を終了する。

＜Ｓ、Ｓ＞＞γ　の場合には、ステ゛ンプ１０４に進み
、故障の発生を通報する。

ステップ１０６では、故障箇所の識Ｈ１１を行う。

スナわち、ジントロ゛−ムこのノ々リテイ検査行列の列
ベクトルｖ５　　（ｊ＝　１　＋　２＋・・・５）への
身寸影の長さ を紺算し、最大値を与える番号Ｋを求める。ちなみに、
Ｋ＝１．２．３であれば、晃ＣＴ　（＋Ｋ）が故障であ
り、Ｋ＝牛、５であれば検査信号生成センサ（＋１）（
＋２）のいずれかが故障である（第１５図参照）。

以上が、計測値および検査信号にもとづき、故障発生時
に故障を検知し、故障箇所を識別する計算機プログラム
の原理と処理動作である。

第１６図は、第１４図の処理に引き続いて実行される正
しい送電線の電流の大きさく　ＸＩ〜ＸＳ　）を求める
ための計算機プログラムの処理フローチャートである。

すなわち、正しい送電線電流の大きさＸい〜Ｘ。

を得るための処、理であるが、正常時のみならず、故障
時にも正しい送電線電流の大きさが得られるように、故
障発生時の修復手順が含まれている。

ステップ２０１では、第１４図の計算機プログラムの実
行結果、すなわち、故障識別結果Ｋにもとづき、それぞ
れの処理にブランチする。Ｋ＝０ならば、ステップ２０
２に進み、正常であることを通知する。このとき、送電
線９１〜９３の大きさ１１Ｍ８は、光ＣＴ２３〜２５に
よる計測値ｙ１〜ｙ８　　が正しいので、ステップ２０
３で〔Ｘ□ｒ　Ｘ２　ｒ　”Ｂ　）”−（Ｖ工＋　１２
　＋　ＶＢ　）Ｔ／　Ｋとして処理を終了する。

Ｋ＝１．２．３のときには、光ＣＴ２３〜２４０１つ（
＋Ｋ）が故障であり、計測値ｙｋのうち、送電線９１〜
９３の１つ（すＫ）か電流の正しい大きさＸｋを与えて
いない。したがって、ステップ２０４〜２０７では、こ
のＸｋを、誤りを含む計測値ｙｋを除いた残りの計測値
および検査信号から計算する。

その原理を、次に説明する。仮に、Ｋ−１とすると、上
式（２０）より、次式の連立１次方程式が得られる。

・・・（５５） 上記の連立１次方程式は、−理解を持つので、これを解
くため、係数行列の擬似逆行列を掛けることにより、Ｘ
□が算出される。Ｋ＝２．３のときも、全く同じように
してＸ、、Ｘ８を算出できる。

以上の原理にもとづき、ステップ２０４で光ＣＴ　（＋
Ｋ）が故障であることを通報した後、ステップ２０５で
、係数行列Ｈから第に番目の行を除いた４行３列の行列
Ｈの擬似逆行列をＡに代入する。例えば、次のようにす
ればよい。

Ａ−（葺”第一１葺”　　　　　　　　−０，（３４）
ステップ２０６では、ベクトルｙから誤った計測値ｙｋ
を除いたベクトルｙを作る。

ステップ２０７では、ベクトルｙに擬似逆行列Ａを掛け
て、各送電線９１〜９３の電流の大きさ一一（Ｘ工ｒ　
Ｘ２　ｒ　ＸＢ　）１を算出する。すなわち、次のよう
に表す。

ｘ　−Ａ　ｙ　　　　　　　　　　　　　　・・・（３
５）次に、Ｋ＝４のときには、ステップ２０８に進み、
検査信号生成センサ２６−１か故障であることを通知す
る。このとき、光ＣＴ２３〜２５による計測値ｙ０〜ｙ
８は正しい送電線電流の大きさＸ工〜ｘ８　　に比例し
ているので、ステップ２０９で次の処理を行う。

（Ｘｔ　＋　Ｘｓ　＋　Ｘａ　）”　−（ｙ　ｈ　＋　
ｙ　２１　ｙ　ａ　Ｉ　Ｔ／　Ｋ次に、Ｋ−５のとき、
ステップ２１０に進み、検査信号生成センサ２６−２が
故障であることを通知する。このときにも、Ｋ＝４のと
きと同じ理由で、ステップ２１１の処理を行う。

（Ｘ＞　＋　Ｘｉ　＋　ＸＢ　）　”　−（７ｒ　Ｉ　
３’２１３’　８　）　　／　Ｋ以上のように、第１２
図のシステム借戒を用い、第１４図および第１６図に示
す計算機プログラムの処理によって、第５図の光ＣＴ応
用電流計測システムが、センサ（光ＣＴ）の故障に対し
て耐障害化されることがわかった。

第１７図は、本発明の他の実施例を示す耐障害化された
計測システムのブロック図である。

アナログ信号インタフェース部２が第１７図に示すよう
に、各センサごとに独立している場合、アナログ信号イ
ンタフェース２−１．２−２．２−３．２−４．２−５
の１つが故障しても、第１４図と・舘１６図の語算機プ
ログラムの実行により、計測システムは耐障害化される
。このことは、対応するセンサ３３．３４．３５．２６
−１．２６−２とアナログ信号インタフェース２−１〜
２−５をそれぞれ一体として１組のセンサと考えれば理
解できる。しかし、アナログ信号インタフェースを独立
して設けるとコスト、高を招くので、コスト低減のため
に、アナログ・マルチプレクサ（時分割多重化器）を介
してＡ／Ｄ変換器等の構成要素を共有化し、時分割的に
使用することか多い。

第１８図は、本発明の他の実施例を示す耐障害化された
計測システムのブロック図である。

第１８図においては、上述の時分割処理を考慮した構成
であり、各センサ３３〜３５．２６−１゜２６−２はア
ナログ・マルチプレクサ３６．３７を介してＡ／Ｄ変換
器３８．３９を時分割的に共有している。アナログ・マ
ルチプレクサ以後の共通の構成要素が２重化される。

このとき、゛２重化されたアナログ信号インタフェース
（マルチプレクサ３６．３７とＡ　／　Ｄ　変換器３８
．３９）の一方を正系、使方を副系と呼ぶここの場合、
第１４図、第１６図の計算機プログラムの実行に先立ち
、下記の処理を追加する。すなわち、正系出力；アにも
とづくシンドロームをＳＰ、副系出力ｙＢにもとづくシ
ンドロームＳＢを計算する。

以下、４つの場合に分けて考える。

場合１：ＩＩＳア１１〈γ、　　ＩＩ　ＳＢＩ＋　＜γ
のとき、計測システムは正常であり、正系田力ｙアを入
力として、第１４図、第１６図の計算機プログラムを実
行すれば、正しい電流の大きさＸ工〜Ｘ８が得られる。

場合２　！’　ＩｔＳＰＩ＋　＞γ、ｌｌ５ＢＩ＋＜γ
のとき、正系のアナログ信号インタフェースが故障であ
ることを通報した後、副系出力ｙＩｌ　を入力として、
第１４図、第１６図の計算機プログラムを実行すれば、
正しい電流の大きさＸ□〜ｘ８が得られる。

場合３　：　ＩｔｓアＩＩ＜ｒ、　ＩｔｓＢＩｆ＞ｒノ
トキ、副系のアナログ信号インタフェースが故障である
ことを通報した後、正系出力；　を入力として、第１４
図、第１６図の引算機プログラムを実行すれば、正しい
営１流の大きさＸ□〜Ｘ８が得られる。

場合４　：　１ｌＳＰＩＩ＞ｒ、　　ＩｔｓＢＩｆ＞７
１７）トキ、センサ部３３〜３５．２６−１．２６−２
が故障である。

正系出力ｙＰを入力とじて、第１４図の計算機プログラ
ムを実行すれは、故障センサの職別がなされ、続いて第
１６図の計算機プログラムを実行すれば、正しい電流の
大きさｘ０〜ｘ８が得られる。

第１９図は、本発明のさらに他の実施例を示す耐障害化
された計測゛システムのブロック図である。

これまでの実施例では、光ＣＴ応用電流計測システムに
適用した場合を説明したが、第１９図に示すように、従
来の電磁式ｃＴによる電流計測システムに対しても適用
゛することができる。すなわち、５本の送電線９１〜９
３を流れる電流の大きさを３個の電磁式ＣＴ４０−４２
で計測し、その計測値を計算機５に入力する計測システ
ムに対して、第１０図の検査信号生成センサ２６を２個
付加している。このとき、アナログ信号インタフェース
２−１〜２−５内の増幅器のゲインを調整する等の方法
で、送電線９１〜９３の電流Ｘ□〜Ｘ８と開側値ｙ工〜
ｙ８および検査信号３’４＋３’５０間に上式（２０）
の関係が満足されるようにできる。したがって、第１９
図のシステム構成と第１４図および第１６図の計算機プ
ログラムの結合により、電磁式ＣＴ利用の電流計測シス
テムの耐障害化が実現できる。このように、耐障害化す
る前（、計測システムのセンサか、光フアイバ応用セン
サである必要性は全くない。

また、以上２つｌの例・では、電流計測システムの耐障
害化を扱ったか、電流以外の物理量に対する検査信号生
成センサも、第９図の構成により実現できる。例えば、 （１）半導体結晶のエネルギ・ギャップを利用した温度
計測システム用の検査信号生成センサ。（１１）ポッケ
ルス効果を利用した電圧・電界計測システム用の検査信
号生成センサ。ｏｌｌ）光弾性効果を利用した圧力劇測
システム用の検査信号生成センサ。等が￥現できる。

以上、検査信号生成センサを光フアイバ応用センサとし
て実現する方法を述べた。しかし、検査信号生成センサ
は、他にも種々の実現法がある。

その−例として、測温抵抗体（ＲＴＤ）を用いた温度計
測用の検査頷号生成センサを以下に示す。

・測温抵抗体（ｒｔＴＤ）は、温度計測用、のトランス
デユーサであり、温度を抵′抗値に変換する。

温度Ｘにおける抵抗値ｙ　（ｘ）は、次式で与えられる
。

ｙ　（ｘ）　＝　Ｒ８（（＋ｔｒｘ　　＋βに２）−Ｒ
ｏｆ（Ｘ）　　　　−、（５６）ここに、Ｒｏ　　は０
℃における測゛温抵抗体の抵抗値であり、公称抵抗値と
呼ばれる。また、α、βは既知の係数であり、測温抵抗
体として用いる材料（白金等）による。

第２２図は、測温抵抗体を用いた温度センサの概念図で
ある。すなわち、温度Ｘは測温抵抗体により抵抗値ｙ　
（ｘ）に変゛換された後、ブリッジ回路３６で電圧に変
換され、更にこの電圧を差動増幅器３７で増幅した後、
インタフェース２を介して用算機５に入力される。計算
機δでは、入力された電圧の大きさから、抵抗ｆ＋／ｉ
　ｙ　（に）を求め、更にこの値から温度Ｘを逆算する
。第２３図は、３箇所の温度Ｘ□〜Ｘ８を計測する計測
システムの縛念図であり、第２２図の温度センサを３個
用いてＴｉ１ｌ成されている。第２４図は、第２３図の
甜測システムを耐障害化するための検査信号生成センサ
の概念図である。その構成は、第２２図の辿常の温度セ
ンサとほぼ同一であって、咋−の違いは、一本の導線上
に３個の測温抵抗体を直列に有する点である。

これらの測温抵抗体の公称抵抗値なそれぞれＴ（、。

Ｒ２，Ｒ８とすると合成抵抗値ｙは、 ｙ−Ｒｌｆ　（ＸＩ）　＋ＲＢ　ｆ　（ｘ４）　＋ＲＢ
ｆ　（Ｘ８）　　　・・・（３７）但し、ｆｃｘ）＝１
＋ａ’ｚ＋βｘ２ となり、信号ｙは、式（５）で定義した検査信号になっ
ている。

第２５図は、第２４図の検査信号生成センサ２６を２個
用いて第２３図の計測システムを耐障害化する場合の概
念図である。

通常の温度センサＡ１”−Ａ３の測温抵抗体の抵抗イ１
αｙ１〜ｙ、は、公称抵抗値（Ｒｏ　　とする）の設定
により となる。また、検査信号化成セン”Ｊ’　、ｌＫ　１　
、４２による検査信号（この場合は、合成抵抗９イ）は
、部列に構成１した各測温抵抗体の公称抵抗値の設定の
仕方により ・・・（３９） となる。

したがって、式（５８）と式（３９）よりｆ（Ｘ工）〜
ｆ（Ｘ８）とｙ工〜ｙ５の間には、次式の関係があるこ
とが分る。

・・・（４０） 上式（４０）で ％式％ とおくと、式（４０）は、先に述べ梯式（２５）とまっ
たく同一であることか分る。

したかつて、引算機で第１４図、第１６図の計算機プロ
グラムを実行することにより、’Ｍ２５図の構成要素の
一部、例えば差動増幅器３７に故障が生じたとしても、
正しい頌　の値、すなわち、正しいｆ（Ｘｊ）の値が知
り得る。したかつて、正しい温度Ｘｊ　を知ることかで
きる。なお、第２５図において、Ｒ，、−Ｒ８，Ｒ１，
＝　１．６２　Ｒｏ、　　Ｒ□８＝１、６２Ｒｏ、　Ｒ
２，＝　Ｌ　６２　）ｔ。、Ｒ０＝１．６２ＲｏｌＲＱ
８　＝　Ｒｏ　　の関係か成立する。

以上、検査信号生成センサを光ファイバ、測温抵抗体を
用いて構成する方法を述べたがその他にも２熱電対や歪
ゲージなどの検出素子を使用して′も検査信号生成セン
サが実現できる。

したがって、本発明は、電流・磁界・電圧・電界・温度
・圧力等、各種の物理量に対する計測システムに応用で
き、適用範囲はきわめて広い。

本発明においては、コスト面で次のような点で優れてい
る。

（１）送電線の数が３本のとき、従来のＴＭＲ方式によ
る耐障害化では、第２０図のように６個の光ＣＴの追加
が必要である。これに対し、本発明の方式では、通常の
光ＣＴと同じ基本構成を持つ検査信号生成センサな２個
追加するのみであり、耐障害化に要するコストは１／３
ですむ。（１１）送電線の数が４本のときも、本発明の
方式では、第２１図のように４本の送電線を光ファイバ
で順に巻くだけでよいので、追加する通常の光ＣＴと同
一の基本構成をもつ検査信号生成センサの数は２個でよ
い。０１１）一般に、送電線の数がｒのとき、従来のＴ
・ＭＲ方式による耐障害化では、２ｒ個の光ＣＴの追加
が必要であるのに対して、本発明の方式では、光ＣＴと
同じ基本構成の検査信号生成センサな２個追加するのみ
でよい。

したがって、ＴＭＲ方式による耐障害化に要するコスト
を１としたとき、本発明による耐障害化に要するコスト
は１／ｒである。

第２６図（ａ）’（ｂ）は、従来の追加要素数と本発明
方式の追加要素数との比較図である。

ＩＶ）本発明では、アナログ信号インタフェースが、時
分割処理システムの場合でも、２重化するのみで耐障害
化が実現できる。

本発明においては、信頼性の面で、次のような優れた点
がある。

第５図の送電線の数〃）３本の場合の電流計測システム
を考える。第２７図（ａ）　（ｂ）は、光ＣＴ単体の信
頼度Ｒを変化させる。

ここテ、ＲＡは第５図の元のシステムのセンサ部の信頼
度、ＲＢは第２０゛図の従来のＴＭＲ方式で６台の光Ｃ
Ｔを追加し、耐障害化したシステムのセンサ部の信頼度
、Ｒｏは第１２図の本発明の方式で、２台の検査信号生
成センサを追加して、耐障害化したシステムのセンサ部
の信頼度である。

また、ＲＤは、本発明の方式で、３台の検査信号生成セ
ンサを追加して耐障害化したシステムのセンサ部の信頼
度、Ｒ，８は、本発明の方式で、４台の検査信号生成セ
ンサを追加して耐障害化したシステムのセンサ部の信頼
度である。

これらの信頼度を計算した結果をまとめると、第２７図
（ａ）　（ｂ）のようになる。この図により、２個の検
査信号生成センサの追加で、６個のセンサを追加するＴ
ＭＲ方式と同レベルの信頼性の向上が望め、さらに３個
、４個と検査信号生成センサを追加することにより、信
頼性を大幅に向上させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、最小限、つまり
２個の冗長要素、検査信号生成センサの追加により、計
測システムの耐障害化が実現でき、システムの信頼性は
大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明か適用される計測システムの概念図、第
２図は光ＣＴの計測原理を示す図、第４図はファラデー
効果の説明図、第４図は光ＣＴの基本構成を示す図、第
５図は送電線雷、流を計測するシステムの概念図、第６
図は第５図の情報の流れに着目したシステムのブロック
図、第７図１本発明の検査信号生成センサの概念図、第
８図はキャリア光変調型光ファイノく応用センサのブロ
ック図、第９図は第７図の検査信号中成センサを光フア
イバ応用センサとして用いた図、第１０図Ｇま本発明の
実施例を示す検査信号生成センサの基本構成図、第１１
図は第１０図の構成計測光学系に置き換えたときの配列
図、第１２図は本発明の実施例を示す耐障害化された電
流言４測システムの構成図、第１３図は第１２図の情報
の流れｔこ着目した実施例を示す障害箇所識別処理のフ
ローチャー１、第１５図は第１４図の処理の原理図、第
１６図番は第１４図の処理に引き続いて実行される正し
しＡ送電線の電流の大きさＸ０〜Ｘ、を得るための計算
機プログラムの処理７０−チャート、第１７図は本発明
の他の実施例を示す耐障害化された計測システムのプリ
ッタ図、第１８図は本発明の他の実施例を示す耐障害化
された計測システムのブロック図、第１９図は本発明の
さらに他の実施例を示す耐障害化された計測システムの
ブロック図、第２０図は従来のＴＭＲ方式により耐障害
化された宵５流計測システムのブロック図、第２１図は
本発明の他の実施例を示す電流計測システムのブロック
図、第２２図は測温抵抗体（ＲＴＤ）を用いた温度セン
サの基本構成図、第２３図は測温抵抗体温度センサによ
る多点温度計測システムの基本構成図、第２４図は本発
明の実施例を示す測温抵抗体を応用した検査信号生成セ
ンサの基本構成図、第２５図は本発明の実施例を示す耐
障害化された温度計測システムの構成図、第２６図は本
発明によるコスト低減効果の説明図、第２７図は本発明
による信頼性向上効果の説明図である。 １：センサ部、２：アナログ信号インタフェース部、３
：計測システム、４：対象プロセス、５：計算機、９．
９１．９２．’９３，９４：送電線、１１：偏光−モ、
、　１２　：ファラデー回転材料、１３：検光子、２０
：レーザ、１８，２８７光学的トランスデユ一サ部、２
３〜２５：光ＣＴ、３３〜３５；センサ、２６；検査信
号生成センサ、３６：ブリッジ信号変換回路、３７：差
動増幅器。 第　　　２３　　　図 第　　　２４　　　図 手続補正器（自発） 昭和５８年３月１１日 特許庁長官を杉和、夫殿 １　事件の表示 昭和５８年特　許　願第１６９７１号 ２　発明の名称　　計測システムの耐障害化方式３　補
正をする者 事件との関係　　特許出願人 ４代理人 別紙の通り 中明細書第６頁１３行目に「（電磁式ＣＴ（変換器））
」とあるのを、［（電磁式ＣＴ（変流器））」と補正す
る。 ■明細書簡１０頁１９行目に「光フアイバ応用生成セン
サ」とあるのを、「光７アイパ応用センｏｔ−，「ト（
拓−９≦と−」よ補、Ｅ’ｔａ。 〈ｖｊＩη〉 （４）図面（第１４図）を添付図面の赤字で訂正しであ
るとおり補正する。 手続補正書（自発） 昭和５９年　４月１４日 昭和５８年　特　　　許願第１６９７１月２、　発明の
名称　　計測システムの耐障害化方式３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４　代　　理　　人 「発明の詳細な説明」および図面 ７．８：ｉ正の内容　　別紙のとおり の範囲Ｊを次のとおりに補正する。 「（１）電圧、電流、温度等の物理量の大きさを計測し
、計測した値を計算機に入力するΔ１？Ｉｌｌシステム
において、上記物理量の大きさの関数値の線形結合であ
る検査信号を生成する検査信・号生成センサを付加し、
該検査信号を上記計測値と並列に割算機に入力すること
を特徴とするＲＪ測システムの耐障害化方式。 （２）前記検査信号生成センサは、発光部と受光部を接
続する光フアイバ上に被測定物理量の大きさを光波の変
調の大きさに変換する光学的トランスデユーサ部を複数
個、直列に形成し、生した光波の変調の大きさで被測定
物理量の大きさの関数値の線形結合である検査信号を生
成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の削
性システムの耐障害化方式。 （３）前記検査信号生成センサは、一本の導線上に被測
定物理量の大きさを抵抗値の大きさに変換するトランス
デユーサ部を直列に形成し、生しだ合成抵抗値の大きさ
で被測定物理量の大きさの関数値の線形結合である検査
信号を生成することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の計測システムの耐障害化方式。 （ｂ）明細書第４頁３行のｒＲｅｄａｎｄＪをｒＲｅｄ
ｕｎｄＪに補正する。 （ｃ）明細書第１６頁の（２０）式中のＣ）＝Ｋ（’　
　〕Ｃ）を（）＝Ｇ（）（）に補正する。 （ｄ）明−細書第１６頁９行の（２１）式のｒ　Ｋ　＝
　１００ＶｅＪをｒＧ＝Ｉ００ＶｅＪに補正する。 （ｅ）明細書第１７頁４〜８行の式中におけるＩ’（＝
Ｋ〔〕を、白−Ｇ（〕に補正する。 （ｆ）明細書第１６頁７行の「※の列ベクトルν１〜Ｖ
、は」を「※の列ベクトルｖ、−ｖ、、は」に補正する
。 （ｇ）明細書第１９頁４行の「ゐがｖｊ力方向」を「ゐ
が−ｊ方向にｊに補正する。 （ｈ）明細書第１９頁１３行の「故障箇所の識別（ｖｊ
の方向）」を［故障箇所の識別（ｖｊの方向）Ｊに補正
する。 （１）明細書第２２頁７行の［［：Ｙ＋　、Ｙｚ　、Ｙ
、］Ｔ／Ｋｌを’（”／　＋　、Ｙｚ　＋Ｙａ　）Ｔ／
　ＧＪに補正する。 （ｊ）明細書第２２頁１９行〜第２３頁２行の（３３）
式における（　　）＝Ｋ（）（）を［、］＝Ｇ［：　　
］ｌ：　　）に補正する。 （ｋ）明細１第２４頁７行の式における〔ｙ□、ｙ２゜
Ｙ３　〕Ｔ／　Ｋを〔ｙ３．ｙ２．ｙ３〕Ｔ／Ｇに補正
する。 （禿）明細書第２４頁１２行の式における０’ｌ＋ｙｚ
＋Ｙ３　）Ｔ／　Ｋを［ｙ＋　、ｙ２．ｙｘ　〕／Ｇに
補正する。 （ｍ）第１５図、第１６図、第２２図、第２３図、第２
４図および第２５図を、それぞわ別添の図面に補正する
（差替）。 第２３図 第　　　２４　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 α）電圧、電流、温度等の物理量の大きさを計測し、計
   測した値を計算機に入力する計測システムにおいて、上
   記物理量の大きさの関数値の線形結合である検査信号を
   生成する検査信号生成センサを付加し、該検査信号を上
   記計測値と並列に計算機に入力することを特徴とする計
   測システムの耐障害化方式。 （２）前記検査信号生成センサは、発光部と受光部を接
   続する光７アイパ上に被測定物理量の大きさを光波の変
   調の大きさに変換する光学的トランスデユーサ部を複数
   個、直列に形成し、生じた光波の変調の大きさで被測定
   物理量の大きさの関数値の線形結合である検査信号を生
   成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の開
   側システムの耐障害化方式。 （３）前記検査信号生成センサは、一本の薄線上に被測
   定物理量の大きさを抵抗値の大きさに変換するトランス
   デユーサ部を直列に形成し、生じた合成抵抗値の大きさ
   で被測定物理量の大きさの関数値の線形結合である検査
   信号を生成することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のｔｌｌクシステム耐障害化方式。