JPS5940270B2 - 位置測定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は電気的導体に沿つて断線又は短絡のようなイン
ピーダンス変化が起る地点の位置を求めるシステムに関
するものである。

・ 〔背景技術〕 普通そのような地点は位置を求めて修理すべき欠陥を構
成するだろう、そしていくつかの測定システムが長い導
体の一端又は両端からの位置を電気的測定によつて求め
ることを可能ならしめるべく開発されてきた。

導体は電気的なケーブル又は電線又は普通の使用状２態
における金属管でもよい。あるいは、ある長さを有する
構造物に沿つて延在してその構造物の周囲におけるある
種の物理的変化を検知できるようにする電線であつても
よい。特別な例として地下管システム、例えば地域暖房
用、における熱絶縁された管の絶縁物中に組込まれた電
線の使用がある。そのような管では、絶縁効果をなくし
金属製の導体管に腐食を起させるような水の侵入を防ぐ
ために、外側の外套管によつて絶縁が保護されている。
前記電線を用いれば水の侵入又は乾いた絶縁物への監気
の侵入の可能性を電気的に検出することが可能であり、
更に欠陥地点の位置を温気によつて起る局部的なインピ
ーダンス変化によつて決定することもできる。この場合
多少なりとも検知し得る短絡が電線と他の電線又は大地
との間で構成さる。そして欠陥の位置を求める基本的な
方法は電線の両端からいわゆるブリツジ測定を行なうこ
とであろう。しかしながら、より便利な方法が開発され
た。

それは周囲のインピーダンス変化が生じた環境に位置す
る電線の部分は電線の一端に供給された電気的パルスを
反射することができるという事実に基づくものであり、
電線の一端（又は測定装置）からパルスが送出されて「
欠陥」地点から反射されて戻つてくる迄の阪播時間を測
定すれば充分である。特に本発明はこの後者の型の測定
システムに関するものである。即ち導体にその一端から
電気的パルス列を送出するパルス発生装置と、前記イン
ピーダンス変化地点から反射されたパルスの戻りを検出
する連動受信装置とを含み、前記パルス発生装置と受信
装置とは表示装置に接続されていて、該表示装置はパル
スの送出と反射パルスの受信との間の時間間隔を検出し
て前記地点の位置に相当する表示を発生することが可止
であるシステムである。この型の周知のシステムでは、
きわめて短い期間を有するパルスがケーブルに沿つてく
り返し送出されて、反射パルスの戻りは極めて高速な掃
引速度で働くオシロスコープにより蓄積される。

それによつて反射がスクリーン上の時間軸に沿つたある
箇所で影像（フリップ）として見られるだろう。この時
間軸上の影除の位置は求めるべき欠陥の位置を表わして
いる。しかしながら実際問題に於て、時間軸は長さが短
いから測定の精度はあまり高くない、またオシロスコー
プ以外の何物に於ても測定結果を効率よく読むことはむ
しろ難しいだろう。

別の公知のパルス測定システムは比較的長い期間を有す
るパルスを使用するものである。

即ちパルスが終る前にパルスの前部が監視すべきケーブ
ルの反対側に到達して反射して戻つてくるだけの長い期
間を有する。パルスが送出されるケーブル端で測定され
る電圧は反射信号が測定点に戻る迄はパルス電圧であろ
う。その後では測定電圧は反射，パルスの電圧が重畳し
て発生するパルスの電圧である。その結果起る電圧変化
はオシロスコープで検知可能であるが、欠陥の位置に関
する測定精度はやはりかなり貧弱だろう。どちらのシス
テムに於てももつと精確に読むことは、オシロスコープ
の時聞軸の多くの点における読取りの階段状検知を含む
いわゆる「サンプリング」技術を用いれば可能であろう
。しかしこれはかなり費用がかかる解決法であり、更に
オシロスコープを使いこなすことは高度に熟練した操咋
員を必要とする。〔発明の要約〕この発明の目的はイン
ピーダンス変化を有する前記地点を検知して、高い精度
で且つ比較的安価な設備を用いて、位置を求めることを
可能にする測定システムを供給することにある。

本発明によれば前記の型のシステムが供給される。

本システムに於て前記パルス発生装置はパルス列を発生
することが可能である。該パルス列は各々が個々の期間
即ち幅、望ましくは漸次増０口するか又は減少する幅を
有するパルス列から成り、該幅はパルスが伝播して前記
導体端に比較的近い導体地点から戻つてくるのに相当す
る最小の幅と監視すべき導体の反対側の端に少くとも近
い地点から戻つて来るのに相当する最大の幅との間の範
囲にわたる。前記表示装置は反射パルスの前部の受信が
前記パルス前部の反射を起こす個々のパルスの終りと実
質的に一致するとき反射パルスの受信に応答する検出装
置を含む。パルス照合装置は単一 の個々のパルスを選
択的に表示する情報を発生する。前記検出装置は前記パ
ルス照合装置に機能的に接続しており、後者に前記検出
応答を起すパルスを確認する情報を発生させる。このシ
ステムでは検出装置の応答はめいめいのパルスがノマル
ス反射地点を往復するのと丁度相当する幅即ち期間を有
する瞬間に起こるだろう。

そして特定のパルスが自動的に前記パルス照合装置によ
つて確認されるであろう。このようにしてその期間が知
られ、照合パルスにより反射地点迄の距離を見つけ出す
ことが可能になるであろう。原理的にオシロスコープの
時間ベースが短いことに相当する間．題は存在しない。
なぜならば、電線の外部端をパルスが往復するのに相当
する時間ベースを利用する必要がないからである。各パ
ルス列における前記個々のパルスは望むならば任意の瞬
間に送出することができる。そして各パルス列は望むだ
けの多くの個々のパルスを含むことがどきる。このよう
にしてパルスは極めて短い相互の時間苓を表わすことが
でき、それによつて反射地点の位置決めの高い精度が左
右される。本発明によるシステムの望ましい実施例に於
て各パルス列のパルスは一定のあらかじめ決められた周
波数で発生し、漸次増加する又は減少する期間を有する
。

そしてパルス照合装置は連続パルスに対する簡単な計数
器である。起こつた特別なパルスに検出器が応答すると
計数は停止する。そしてパルスは計数段階を示すデジタ
ル表示装置によつて確認される。このようにして、測定
点から反射，屯迄をメートル（又は他の長さの単位）の
数値で簡単に表示するデジタル読みとりを得ることが可
能である。それ故に、システムは特別な熟練を全く必要
としないで使用できるたくましい測定装置として設計す
ることができる。〔発明の実施態様〕 詳細は図面を参照しながら以下説明する。

，Ｊ，ｌ図に示した配置は監視すべきケーブル２を含む
、即ちケーブルはその長手方向に沿つたある箇所で短絡
による欠陥を生ずることが発見された。そこで欠陥Ｄの
位置を求めることが望まれている。測定システムはＤか
らの反射パルスによりＭからＤ迄の距離を決定するため
のケーブルの・一端Ｍに接続されている。パルス発生器
６は第２図に図示したような一定のパルス周波数をもち
漸次パルス幅を増していく連続したパルス列を繰り返し
発生する。

第３図に示すような連続したパルス列がインピーダンス
８を介して電線２の測定端Ｍに加えられる。パルス列は
更に電線１２を通つて検出器１０にストロブパルスとし
て加えられる。更にパルスは電線１６を通つて計数器１
４に加えられる。計数器１４は各パルス列の個々のパル
スを連続的に計数し、計数指示計としての役をなすデジ
タル表示装置１８を作動するようになつている。電線端
Ｍは電線２０を通つて検出器１０の入力に接続していて
、検出器の出力は電線２２を通つて計数器１４に供給さ
れる。簡単にいえば、パルス発生器からＭ点に加えられ
た各単一パルスは電線２０を通つて一部はＭ点から直接
主パルスＰとしてまた一部は反射パルスＰＲとして検出
器１０に供給される。

反射パルスＰＲは欠陥Ｄ点から反射されたものである。
パルス発生器とケーブル２の特性インピーダンスは合わ
せてあるので、もし監視すべき長さの管と電線の中に欠
陥がなければパルスの反射は起こらないだろう、その場
合に検出器１０は主パルスＰだけを受信するであろう。
もし欠陥Ｄがあれば各パルス列における１番目の短いパ
ルスはパルス幅が狭いので第１図に示したように主パル
スＰは反射パルスＰＲよりも先に検出器に受理されるだ
ろう。しかし後続のパルスはパルス幅がだんだん広くな
つていくので、主パルスは欠陥点Ｄへパルスの先端が到
達して検出器へ戻つてくる伝播時間に相当するパルス幅
を有するという事態が起こるだろう。それによつて検出
器は同時に主パルスの電圧と反射パルスの電圧とを受信
するだろう、そして検出器１０はこの事態に達した時に
呼応して出力信号を発生するようになつている。そのと
きの特定のパルス幅は電線端Ｍから欠陥点Ｄ迄の距離を
指示するであろう。そのパルスは計数器１４に供給され
る検出器１０の出力信号によつて確認することができ、
パルス列中の前記特定のパルスの数に相当した計数段階
で計数器を停止させる。特に各パルス列ＲＰの１番目の
パルスは極めて短い期間を有する、そこでこれらのパル
スを計数器１４に計数可能ならしめるために、パルス発
生器６から計数器１４への接続１６はパルス幅制御装置
２４を含むことができ、パルス幅制御装置２４は計数器
１４に加えられるパルスの幅を増す役目をする。

更に特徴的なことは、検出器１０の出力電線２２の中に
ブランキング制御装置２６を配置したことであり、ブラ
ンキング制御装置２６は表示装置１８と接続しており、
検出器１０が計数器を停止さすべき計数段階に達したと
きのみ表示装置を動作させるようになつている。このよ
うにして表示装置は間欠的に動作して連続パルス列のパ
ルスを計数することによつて、そのような事態に達した
ときはいつでも計数停止状態を示すであろう。これらの
パルス列は互いに高周波数で続くので実際表示装置は前
記計数停止状態を絶え間なく示すであろう。好ましい配
置では漣淀システムは１１ｃｍの長さの電線付管２，４
を監視し、各パルス列が１，０００個のパルス数を含み
、連続するパルスの間隔が２ｍのパルス伝播時間即ちケ
ーブルの長さ１ｍに相当するようになつている。

そのような配置によつてデイスプレイ１８は１０００個
（又は９９９迄）のパルスを計数するであろう、そして
前記計数停止状態は電線端から欠陥点Ｄ迄の距離をメー
トルで直読できるように示されるであろう。しかしなが
ら、明らかにこれらのパラメータは他の要求に適合する
ように選ぶことができる。パルス幅が変わる連続したパ
ルス列は各種の可能な方法のうちの１つによつて発生す
ることができる。

１例を第４図に示す。

第４図では２つのいわゆるランプ発生器の出力信号を結
合したものを示している。１つはランプの前側Ｒ１を急
勾配に傾斜した規則正しい三角波パルス列から成るのこ
ぎり波信号Ｓを発生し、他のランプ発生器はゆるい傾斜
のランプＲ２によつて定義される比較的非常に長いパル
スを発生する。

各ランプＲ２の始点は図３に示したパルス列の１つの始
点と一致する。そしてパルス列中の単一パルスはランプ
Ｒ１とＲ２の交叉点から生みだされる。それによつて第
４図に示したようにパルスＰはランプＲ２の期間を通じ
て連続的に増加するパルス幅を有して発生する。しかし
ながら、ランプＲ２の長さの一部のみがパルス発生に使
われる。それによつて第３図に示すように連続したパル
ス列の間に空白部Ａを設ける。単一パルスを発生する方
法に従えば方形波パルスの後側はお互に等間隔である（
第４図の距離Ｂ）ことが理解されるであろう。一方前側
は固定した後側から前方へ漸次増加する距離を有するこ
とになろう。第５図は測定点Ｍから約３分の２の長さの
ところにあるＤ点に欠陥が起つている１本の管と電線を
示す。パルス列（第３図の）が送られると、最初の多く
の短い幅のパルス、例えば図６に示したパルスＰ１とＰ
２、はＤ点から反射されたパルスＰＲｌ，ＰＲ２が検出
器に戻る前に主パルスＰ１とＰ２は終了する。第７図に
示したようにパルス幅は次第に増加するので、あるパル
ス、例えばＰ７ｌ６、は反射されたパルスＰＲ７ｌ６を
生みだし、反射パルスの前部は主パルスＰ７ｌ６の終つ
た直後に検出器に到達するという事態が起るだろう。そ
の次の反射パルスＰＲ７ｌ７は関連する主パルスＰ７ｌ
７が終る前に検出器に到達するだろう。その後は勿論、
同一列中の後続のパルスは全部夫々の主パルスが終る前
に検出器に到達するように反射されるだろう。ノマノレ
ス発生器６から発生して電線１２を通つて検出器１０に
供給されるパルスはストワフ〉−カレスとして使われ、
検出器に加わる入力信号の電圧を検出する回路を働かせ
て、主パルスの終了に正確に呼応してこの検出器を不作
動とする。

第７図に於て、電圧測定回路の動作期間はＶ７ｌ６とＶ
７ｌ７である。測定期間Ｖ７，６の間回路は主パルスＰ
７ｌ６の電圧のみを測定するであろう、そしてＶ７ｌ７
の期間の終りに回路は主パルスＰ７ｌ７の電圧のみなら
ず更に反射パルスＰＲ７ｌ７の電圧も測定し、このこと
は測定電圧（反射パルスが正であろうと負であろうと）
の急激な且つ本質的な変化を起こし、この本質的な電圧
変化は適当な検出手段によつて比較的容易に検出できる
ということが理解されるであろう。検出手段の詳細はこ
こでは説明を要しないであろう。測定された電圧は第８
図に略図的に示すが、前記電圧変化がＴ７ｌ７の時点に
院える。検出器１０は前記電圧変化に呼応して出力信号
を発生し、それによつて計数器１４の動作を停止して、
問題のパルス列の残りの期間表示装置１８を動作可能に
する。

それから上述の動作が次のパルス列の始めから繰り返さ
れる。本発明による測定システムは電線２と管４の間の
多少表われている短絡を検出するのみならず、電線２又
は測定システムに適合する他のどんなケーブルもその断
線を検出するのにも用いうる。

もしも検出点Ｄが断線を表わすならば反射パルスは正で
あろう、一方もしも検出点Ｄがパルス発生器６及び正常
状態におけるケーブル２の特性インピーダンスと比較し
てより小さいインピーダンスの場所を表わしているなら
ば、反射パルスは負であろう。第９図にはケーブルの断
線が検出された状態を図示している。反射パルスは正で
ある。そしてパルスＰ６６７の前部は反射パルスの前部
として検出器に戻つてきて主パルスの後部に加えられる
であろう、それによつて結果として起る電圧変化は第８
図に関して述べたと同様に、測定期間Ｖ６６７の終りで
検出可能である。但し２つの型の検出には別々な検出回
路を使用することが必要かもしれない。第９図は１１ｃ
１ｎの長さのケーブルに於て測定点から３分の２離れた
点で欠陥が起きている場合を表わす。実際に於て測定シ
ステムは監視すべき電線のついた管との一端に近接した
現場に置いた静止設備として使うことができる。

それによつて地域暖房システムの各部分的地区が離れた
測定設備を必要とするであろう。あるいは設備はそのよ
うないくつかの部分的地区のどれにでも接続する携帯用
の装置の中に含むことができる。後者の場合それぞれの
地区が正確なインピーダンス適合を有するという注意を
払わなければならない。一般に、非常に長い電線につい
て監視を行うと、雑音信号が生じがちであるので好まし
くない。

従つて複雑な地域暖房システムや非常に長い油をパイプ
ラインにおけるような大口径パイプシステムでパイプが
熱絶縁されかつその絶縁中に検出用電線をくみこんだよ
うな場合には、検出電線を幾組かの分離した区画に分け
て区画毎に別個に監視することが望ましい。各設置場所
または接続個所に測定装置を設けてそのような２つの区
画を、あるいは適当な切換装置を用いてその両側の各区
画を監視する。２つの平行パイプをもつた複パイプシス
テムにおいては、所定の位置に置かれた１つの測定装置
をそのような４つの区画、たとえば各区画１ｂの長さの
４つの区画、に自動電子スイツチ等を用いて順次切換接
続することにより装置に適当なスイツチが用いられる場
合、各設置場所又は接続場所で測定設備は２本の管と電
線、即ち設備の両側に１本ずつを監視するのに用いるこ
とができる。

監視すべき複数の部分的地区を有するシステムに於て、
検出結果を中央の受信監視本部に送るようにすることさ
えも可能であろう（前記２つの先行特許出願による配置
と同様に）。それらを監視することができる。またその
ような監視すべき部分区画を複数もつているようなシス
テムにおいては、各区画からの検出結果と中央受信監視
所に伝送するようにすることも可能である。このために
はたとえば各測定装置に搬送波発信装置を設け夫々特定
の搬送波をつくりそれをその測定装置による測定結果に
よつて変調するようにする。それにより全ての測定装置
の検出値を１つの共通線をもつて中央受信所に伝達する
ことができる。計数器１４は必ずしも検出器１０の出力
信号によつてその計数を停止するようにする必要はない
。検出器１０の最初の反応を生じた時のパルス数が確実
に表示装置１８によつて表示されるなら、計数を続行さ
せてもかまわない。従つて、計数器を停止せしめる代り
に、検出器出力が表示装置１８にその検出パルス数を表
示せしめると共に、検出器１０がそのパルス列の残りの
パルス期間は作動しないようにし、計数器１４が続けて
動作しても表示装置１８はその検出パルス数を瞬間的に
表示するようにしてもよい。パルス列は高速で繰返され
るので瞬時表示の繰返しで固定的な数字表示を得ること
ができる。勿論最終桁は、その検出値に対応する距離が
丁度２つの連続したパルスの中間に相当するような場合
特に変動するかも知れない。またパルス列中のパルスは
必ずしも一様に巾の増加するパルスである必要はない。
パルスが一様に巾の減少するものである時は電圧変化が
逆方向になり、第ｒ図のパルスＰ７ｌ６とＰ７ｌ７の間
で逆の変化を検出することが可能である。第８図におい
て、時間軸の下に点線で示されているようにレベル変換
によつて出力正電圧の低→高変化を相応する負電圧の高
→低変化に変換することにより確実な検出が容易に得ら
れる。本発明の装置は検出信号の発生に応動してその対
応パルスを特定する手段が設けられるならば必ずしもパ
ルスが一様に巾が増加、もしくは減少、あるいは一定の
周波数で発生する必要はない。

装置最も簡単な実施例としては、ダイヤルを手動または
モーター駆動で操作することによりその巾が変化するよ
うな発信機１０を用い、一方検出器を信号灯に接続して
電線の反時点の検出に対応したパルス巾以上のパルス巾
の変化に対して信号灯が点灯するようにして、その時点
でのダイヤルの位置を読みとることにより所望の測定値
を得ることができる。最后に、今迄述べたインピーダン
ス変化点は必ずしも欠陥部の指示のみとは限らず、たと
えば結線によつては電線に添つて移動する物体の位置を
示すようにすることも出来る。

すなわち電線の近くに存在する金属物体はパルス反射を
起すに充分なインピーダンス変化を与えるものであり、
本発明それにも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定システムの概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気的導体に沿つて断線又は短絡のようなインピー
   ダンス変化が起つた地点の位置を求めるシステムであつ
   て、導体にその一端から電気パルス列を送出するパルス
   発生装置と、前記地点から反射されたパルスの戻りを検
   出する連動受信装置とを含み、前記パルス発生装置と受
   信装置は表示装置に接続しており、該表示装置はパルス
   の送出と反射パルスの受信の間の時間間隔を検知して前
   記地点の位置に相当する表示を生じ、前記パルス発生装
   置はパルス列を発生することが可能であり、該パルス列
   は各々が個々の期間即ち幅を有する、望ましくは漸次増
   加するか又は減少する幅を有する、パルス列から成り、
   該幅はパルスが前記導体端に比較的近い導体第点を往復
   伝播するのに相当する最小の幅と監視すべき導体の反対
   側の端に少くとも近い地点を往復伝播するのに相当する
   最大の幅との間の範囲にわたり、前記表示装置は反射パ
   ルスの前部の受信が前記パルス前部の反射を起こす個々
   のパルスの終りと実質的に一致するときに応答する検出
   装置を含み、パルス照合装置は単一の個々のパルスを選
   択的に表示する情報を発生することが可能であり、前記
   検出装置は前記パルス照合装置に機能的に接続しており
   、後者に前記検出応答を起すパルスを確認する情報を発
   生させる。 ことを特徴とする位置測定システム。 ２ 特許請求の範囲１項記載のシステムに於て、前記パ
   ルス発生装置は前記パルス列中のパルスが漸次増加する
   か又は減少するパルス幅を有して発生するようになつて
   おり、パルス照合装置は連続するパルスを連続的に計数
   して前記反射パルスの前部の受信に呼応する前記検出装
   置に呼応して計数を停止するか又は読み出すことが可能
   な計数器であることを特徴とする位置測定システム。 ３ 特許請求の範囲１項又は２項記載のシステムに於て
   、前記検出装置が各パルスの全持続期間中反射パルスの
   前部を受信するために開放して動作可能に保たれるよう
   に前記パルス発生装置に機能的に接続されるが、パルス
   の終りの瞬時的な応答では動作不能になつていることを
   特徴とする位置測定システム。 ４ 特許請求の範囲２項記載のシステムに於て、計数器
   が発生パルスにより作動し、パルス幅制御装置が計数器
   の安全な動作のために非常に狭いパルス幅を広くするよ
   うに供給される。 ことを特徴とする位置測定システム。