WO2022255077A1

WO2022255077A1 - 検知装置および検知方法

Info

Publication number: WO2022255077A1
Application number: PCT/JP2022/020405
Authority: WO
Inventors: 櫻澤聡; 伊澤真人; 加藤勇夫; 朝夷名巧; 清水晶太; 西田奏太
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2021-06-02
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2022-12-08
Also published as: JP7188656B1; DE112022002877T5; CN117296253A; JPWO2022255077A1

Abstract

検知装置は、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備える。

Description

検知装置および検知方法

　本開示は、検知装置および検知方法に関する。
　この出願は、２０２１年６月２日に出願された日本出願特願２０２１－９２７６８号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

　特許文献１（特表２０１５－５３６４５６号公報）には、位相および振幅が変調された広帯域信号波を電気ケーブルの端部に印加し、当該端部において電気ケーブルによって伝送及び反射された広帯域信号波を取得し、取得した広帯域信号波を用いてインピーダンス特性を解析することにより、電気ケーブルの状態をモニタする方法が開示されている。

　また、たとえば、特許文献２（特開２０１８－１７９５３１号公報）には、以下のような伝送装置が開示されている。すなわち、伝送装置は、第１カードと第２カードがコネクタを介して接続されている伝送装置において、前記伝送装置に入力されるデータの伝送レートよりも高い周波数の交流信号を出力する信号生成部と、前記交流信号を前記コネクタを介して受信し、受信した交流信号のパワーレベルに基づいて前記第１カードと前記第２カードが前記コネクタで嵌合しているか否かを判定する判定部と、を有する。

特表２０１５－５３６４５６号公報特開２０１８－１７９５３１号公報

　本開示の検知装置は、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備える。

　本開示の検知方法は、検知装置における検知方法であって、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力するステップと、前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測するステップと、計測した前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知するステップとを含む。

　本開示の一態様は、このような特徴的な処理部を備える検知装置として実現され得るだけでなく、検知装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現され得たり、検知装置を含むシステムとして実現され得る。

図１は、本開示の第１の実施の形態に係る通信システムの構成を示す図である。図２は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図３は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における信号計測部により計測される応答信号のシミュレーション結果を示す図である。図４は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される複素解析信号の偏角のシミュレーション結果を示す図である。図５は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部による断線の発生位置の特定方法を示す図である。図６は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図７は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。図８は、本開示の第２の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図９は、本開示の第２の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図１３は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される乗算信号のシミュレーション結果を示す図である。図１４は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される抽出信号のシミュレーション結果を示す図である。図１５は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図１６は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。図１７は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により生成される乗算信号のシミュレーション結果を示す図である。図１８は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により生成される抽出信号のシミュレーション結果を示す図である。図１９は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図２０は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図２１は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される振幅のシミュレーション結果を示す図である。図２２は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される反射係数のシミュレーション結果を示す図である。図２３は、本開示の第６の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。

　従来、伝送線の異常を検知する技術が提案されている。

　［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１および２に記載の技術を超えて、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することが可能な技術が望まれる。

　本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することが可能な検知装置および検知方法を提供することである。

　［本開示の効果］
　本開示によれば、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することができる。

　［本開示の実施形態の説明］
　最初に、本開示の実施形態の内容を列記して説明する。

　（１）本開示の実施の形態に係る検知装置は、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備える。

　このように、計測信号を伝送線へ出力したときの伝送線からの応答信号と、計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、参照信号と差分信号との相関の大きさを示す指標値に基づいて伝送線における異常を検知する構成により、たとえば低周波から高周波まで多様な周波数の正弦波および矩形波を計測信号として用いることができるとともに、伝送線において発生する反射信号を抽出するための方向性結合器等の回路を用いることなく、簡易な計算処理により参照信号と差分信号との位相差に基づいて異常を検知することができる。したがって、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することができる。

　（２）上記（１）において、前記処理部は、前記指標値として、前記参照信号に含まれる前記第１の周波数の成分と、前記差分信号に含まれる前記第１の周波数の成分との位相差を算出してもよい。

　このような構成により、伝送線における信号の位相シフトに着目して伝送線における異常を検知することができる。また、位相差以外の指標値としてたとえば反射係数を算出する構成と比べて、ノイズの影響を低減することができるので、より正確に伝送線における異常を検知することができる。

　（３）上記（１）または（２）において、前記処理部は、前記指標値として、前記参照信号と前記差分信号との反射係数を算出してもよい。

　このような構成により、伝送線における信号の減衰量に着目して伝送線における異常を検知することができる。

　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記処理部は、前記参照信号と前記差分信号との乗算信号を、直流成分を抽出するための第１のフィルタへ入力することにより前記第１のフィルタから出力される出力信号、および前記参照信号に含まれる前記第１の周波数の成分の位相をπ／２シフトした信号と前記差分信号との乗算信号を、直流成分を抽出するための第２のフィルタへ入力することにより前記第２のフィルタから出力される出力信号を用いて、前記指標値を算出してもよい。

　このような構成により、耐ノイズ性を向上させることができるので、より正確に伝送線における異常を検知することができる。

　（５）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記処理部は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の成分を含む信号と前記差分信号との乗算信号を、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分の周波数の成分を抽出するための第３のフィルタへ入力することにより前記第３のフィルタから出力される出力信号を用いて、前記指標値を算出してもよい。

　このような構成により、動作周波数がより低い回路構成を用いて、第３のフィルタから出力される低周波の出力信号を処理することにより指標値を算出することができるので、検知装置におけるハードウェアのコストを低減することができる。

　（６）上記（２）において、前記処理部は、前記参照信号の複素解析信号の偏角と、前記差分信号の複素解析信号の偏角とを用いて前記位相差を算出してもよい。

　このような構成により、参照信号と差分信号との位相差を算出するための演算処理を簡素化することができる。

　（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記処理部は、前記応答信号と、前記計測信号に対して遅延調整が行われた信号である前記参照信号との差分である前記差分信号を生成してもよい。

　このような構成により、応答信号と、たとえば伝送線の長さに応じた遅延処理が行われた参照信号とを用いて差分信号を生成することにより、応答信号に重畳される計測信号がより正確にキャンセルされた差分信号を生成することができるので、生成した差分信号を用いて伝送線における異常をより正確に検知することができるとともに、異常の発生位置をより正確に特定することができる。

　（８）上記（７）において、前記計測信号に対する前記参照信号の遅延量を設定変更可能であってもよい。

　このような構成により、たとえば伝送線の長さに応じた遅延量を設定することができるので、多様な長さの伝送線において、異常をより正確に検知することができるとともに、異常の発生位置をより正確に特定することができる。

　（９）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記処理部は、前記応答信号と、定常時において前記信号計測部により計測された前記応答信号である前記参照信号との差分である前記差分信号を生成してもよい。

　このような構成により、定常時における応答信号を用いて、ノイズが低減された差分信号を生成することができるので、生成した差分信号を用いて伝送線における異常をより正確に検知することができる。

　（１０）上記（１）から（９）のいずれかにおいて、前記処理部は、前記異常の発生位置を検知してもよい。

　このような構成により、異常が発生した場合において、異常の発生位置の修理または交換を行う等の適切な対処を施すことができる。

　（１１）本開示の実施の形態に係る検知方法は、検知装置における検知方法であって、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力するステップと、前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測するステップと、計測した前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知するステップとを含む。

　このように、計測信号を伝送線へ出力したときの伝送線からの応答信号と、計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、参照信号と差分信号との相関の大きさを示す指標値に基づいて伝送線における異常を検知する方法により、たとえば低周波から高周波まで多様な周波数の正弦波および矩形波を計測信号として用いることができるとともに、伝送線において発生する反射信号を抽出するための方向性結合器等の回路を用いることなく、簡易な計算処理により参照信号と差分信号との位相差に基づいて異常を検知することができる。したがって、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することができる。

　以下、本開示の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

　＜第１の実施の形態＞
　［構成および基本動作］
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る通信システムの構成を示す図である。図１を参照して、通信システム３０１は、中継装置１０１と、複数の通信装置１１１とを備える。

　中継装置１０１は、伝送線１を介して各通信装置１１１と接続されている。より詳細には、伝送線１は、ケーブル部と、ケーブル部の第１端および第２端にそれぞれ設けられたコネクタ部とを含む。ケーブル部の第１端に設けられたコネクタ部は、中継装置１０１におけるコネクタ部に接続される。ケーブル部の第２端に設けられたコネクタ部は、通信装置１１１におけるコネクタ部に接続される。伝送線１は、たとえば、イーサネット（登録商標）ケーブルである。

　通信システム３０１は、たとえば車両に搭載される。この場合、通信装置１１１は、たとえば車載ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）である。なお、通信システム３０１は、ホームネットワークまたはファクトリーオートメーションに用いられもよい。

　中継装置１０１は、通信装置１１１と通信を行うことが可能である。中継装置１０１は、たとえば、異なる伝送線１に接続された複数の通信装置１１１間でやり取りされる情報を中継する中継処理を行う。また、中継装置１０１は、検知装置として機能し、たとえば定期的に、伝送線１における異常を検知する検知処理を行う。

　〔中継装置〕
　図２は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図２を参照して、中継装置１０１は、中継部１１と、複数の検知処理部７１と、複数の通信ポート６１とを備える。検知処理部７１は、信号出力部１２と、信号計測部１３と、処理部１４と、記憶部１５とを含む。中継部１１、信号出力部１２、信号計測部１３および処理部１４の一部または全部は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）およびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等のプロセッサにより実現される。記憶部１５は、たとえば不揮発性メモリである。通信ポート６１は、たとえばコネクタまたは端子である。各通信ポート６１には、伝送線１のコネクタ部が接続される。

　［中継部］
　中継部１１は、中継処理を行う。たとえば、中継部１１は、通信装置１１１間のフレームを中継する中継処理を行う。より詳細には、中継部１１は、ある通信装置１１１から対応の伝送線１および対応の通信ポート６１経由で受信したフレームを、当該フレームの宛先ＩＰアドレスに従って他の通信装置１１１へ対応の通信ポート６１および対応の伝送線１経由で送信する。

　［検知処理部］
　たとえば、中継装置１０１は、通信ポート６１の数と同数の検知処理部７１を備える。より詳細には、検知処理部７１は、通信ポート６１に対応して設けられ、対応の通信ポート６１に接続された伝送線１における異常を検知する検知処理を行う。以下、中継装置１０１における１つの検知処理部７１による検知処理について代表して説明する。

　（信号出力部）
　信号出力部１２は、計測信号を伝送線１へ出力する。一例として、信号出力部１２は、周波数ｆの正弦波である計測信号を伝送線１へ出力する。周波数ｆは、第１の周波数の一例である。より詳細には、信号出力部１２は、出力期間Ｔ１において、時刻ｔの関数として表される計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。信号出力部１２は、オフセット成分を含まない計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよいし、オフセット成分を含む計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよい。

　たとえば、出力期間Ｔ１は、中継部１１により検知対象の伝送線１を介した中継処理が行われない期間である。より詳細には、中継部１１は、当該伝送線１を介した中継処理を行わない期間を示す期間情報を信号出力部１２へ出力する。信号出力部１２は、中継部１１から期間情報を受けて、受けた期間情報に基づいて出力期間Ｔ１を決定する。

　たとえば、記憶部１５は、信号出力部１２が伝送線１へ出力すべき計測信号ｙｓ（ｔ）のデジタルデータＤｔ、および計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数を示す周波数情報を記憶している。デジタルデータＤｔは、正弦波の波形を示す複数の値からなる時系列データである。

　信号出力部１２は、記憶部１５における当該データ群を用いて、出力期間Ｔ１において１または複数周期の正弦波を検知対象の伝送線１へ出力する。より詳細には、信号出力部１２は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｏ　Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含む。信号出力部１２は、ＤＡＣの動作クロックの周期に相当する周期Ｃ１に従う出力タイミングにおいて、記憶部１５からデジタルデータＤｔを取得し、取得したデジタルデータＤｔをＤＡＣによりアナログ変換することにより生成される計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　信号出力部１２は、検知タイミングを示す同期信号を信号計測部１３へ出力する。信号出力部１２は、同期信号を信号計測部１３へ出力すると、出力期間Ｔ１を開始し、出力期間Ｔ１において計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　また、信号出力部１２は、周期Ｃ１に従う出力タイミングにおいて、記憶部１５からデジタルデータＤｔを取得し、取得したデジタルデータＤｔを、時刻ｔの関数として表されるデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）として処理部１４へ出力する。すなわち、信号出力部１２は、デジタルデータＤｔの振幅値の時系列データを処理部１４へ出力する。デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）は、参照信号の一例である。

　（信号計測部）
　信号計測部１３は、信号出力部１２により出力された計測信号ｙｓ（ｔ）に対する伝送線１からの応答信号を計測する。たとえば、信号計測部１３は、計測期間Ｔｍにおいて、時刻ｔの関数として表される応答信号ｙｍ（ｔ）を計測する。

　より詳細には、信号計測部１３は、信号出力部１２から同期信号を受けると、計測期間Ｔｍを開始し、計測期間Ｔｍにおいて応答信号ｙｍ（ｔ）を計測する。計測期間Ｔｍの長さは、たとえば、出力期間Ｔ１の長さから、伝送線１における計測信号の往復伝播時間を差し引いた長さと等しい。

　信号計測部１３は、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を含む。信号計測部１３は、計測期間Ｔｍにおいて、周期Ｃ１に従うサンプリングタイミングにおいて伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリングすることによりデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成し、生成したデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を処理部１４へ出力する。

　（処理部）
　処理部１４は、信号計測部１３により計測された応答信号ｙｍ（ｔ）と、計測信号ｙｓ（ｔ）に基づくデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　より詳細には、処理部１４は、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）から、信号出力部１２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　図３は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における信号計測部により計測される応答信号のシミュレーション結果を示す図である。図３において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図３における実線は、応答信号ｙｍ（ｔ）を示しており、図３における破線は、計測信号ｙｓ（ｔ）を示しており、図３における一点鎖線は、伝送線１において計測信号ｙｓ（ｔ）が反射された信号である反射信号ｙｒ（ｔ）を示している。図３は、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０１側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合における各信号のシミュレーション結果を示している。

　図３を参照して、信号計測部１３により計測される応答信号ｙｍ（ｔ）は、反射信号ｙｒ（ｔ）に計測信号ｙｓ（ｔ）が重畳された信号である。処理部１４は、デジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）からデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより、反射信号ｙｒ（ｔ）を示す差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　処理部１４は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）に含まれる周波数ｆの成分と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）に含まれる周波数ｆの成分との位相差Φを算出し、算出した位相差Φに基づいて、検知対象の伝送線１における異常を検知する。より詳細には、処理部１４は、検知処理において、検知対象の伝送線１における異常として、当該伝送線１における断線を検知する。たとえば、処理部１４は、当該断線の発生位置をさらに検知する。位相差Φは、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との相関の大きさを示す指標値の一例である。

　たとえば、処理部１４は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）とを用いて位相差Φを算出する。

　より詳細には、処理部１４は、信号出力部１２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）を算出する。また、処理部１４は、生成した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）を算出する。処理部１４は、複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の算出および複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の算出を並行して行ってもよいし、逐次的に行ってもよい。

　図４は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される複素解析信号の偏角のシミュレーション結果を示す図である。図４において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は偏角［ｒａｄ］を示している。図４における実線は、複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）を示しており、図４における破線は、複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）を示している。図４は、図３と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０１側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部１４により算出される偏角θｄｉｆｆ（ｔ）および偏角θｓｄ（ｔ）のシミュレーション結果を示している。

　処理部１４は、偏角θｓｄ（ｔ）と偏角θｄｉｆｆ（ｔ）との差分を位相差Φとして算出する。

　図５は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部による断線の発生位置の特定方法を示す図である。図５は、伝送線１において断線ＤＣが発生している状態を示している。たとえば、伝送線１は、通信装置１１１側の端部において終端抵抗を備えない構成である。

　図５を参照して、信号出力部１２により伝送線１へ出力される計測信号ｙｓ（ｔ）が伝送線１における反射点において反射されることにより、反射信号ｙｒ（ｔ）が発生する。たとえば、計測信号ｙｓ（ｔ）は、伝送線１において断線ＤＣが発生している場合、断線ＤＣの位置において反射される。一方、計測信号ｙｓ（ｔ）は、伝送線１において断線ＤＣが発生していない場合、伝送線１における通信装置１１１側の端部において反射される。

　計測信号ｙｓ（ｔ）と反射信号ｙｒ（ｔ）との位相差Φは、下記式（１）により表される。

　ここで、Ｌは、伝送線１における中継装置１０１側の端部から計測信号ｙｓ（ｔ）の反射点までの距離［ｍ］である。ｃは、光速［ｍ／秒］である。εｒは、伝送線１の比誘電率である。

　すなわち、伝送線１における中継装置１０１側の端部から計測信号ｙｓ（ｔ）の反射点までの距離Ｌは、下記式（２）により表される。処理部１４は、位相差Φを算出すると、式（２）に従って、算出した位相差Φに対応する距離Ｌを算出する。

　図６は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図６において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は伝送線１における中継装置１０１側の端部から反射点までの距離［ｍｍ］を示している。図６は、図３および図４と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０１側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部１４により算出される距離Ｌのシミュレーション結果を示している。

　図６を参照して、処理部１４は、算出した距離Ｌに基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。処理部１４は、伝送線１において断線が発生している場合、伝送線１における断線の発生位置をさらに検知する。

　より詳細には、記憶部１５は、検知対象の伝送線１の長さＬｃを示す伝送線情報を記憶している。

　処理部１４は、記憶部１５における伝送線情報を取得し、取得した伝送線情報が示す検知対象の伝送線１の長さＬｃから、算出した距離Ｌを差し引くことにより差分長さＬｄｉｆｆを算出する。

　処理部１４は、算出した差分長さＬｄｉｆｆと、所定のしきい値Ｔｈ１とを比較し、比較結果に基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。より詳細には、処理部１４は、差分長さＬｄｉｆｆがしきい値Ｔｈ１未満である場合、伝送線１において断線が発生していないと判定する。一方、処理部１４は、差分長さＬｄｉｆｆがしきい値Ｔｈ１以上である場合、伝送線１における中継装置１０１側の端部から距離Ｌの位置において断線が発生していると判定する。

　たとえば、処理部１４は、伝送線１において断線が発生していると判定した場合、判定結果を図示しない通信部および通信装置１１１を介してユーザへ通知する。

　ここで、処理部１４において正しく算出することができる距離Ｌの最大値である最大距離Ｌｍａｘは、計測信号ｙｓ（ｔ）の波長λの１／２であり、下記式（３）により表される。

　たとえば、信号出力部１２により出力される計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数ｆおよび上述した周期Ｃ１は、最大距離Ｌｍａｘが検知対象の伝送線１の長さＬｃ以上となるように予め設定される。

　［動作の流れ］
　本開示の実施の形態に係る通信システムにおける各装置は、メモリを含むコンピュータを備え、当該コンピュータにおけるＣＰＵ等の演算処理部は、以下のフローチャートの各ステップの一部または全部を含むプログラムを当該メモリから読み出して実行する。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、外部からインストールすることができる。これら複数の装置のプログラムは、それぞれ、記録媒体に格納された状態でまたは通信回線を介して流通する。

　図７は、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

　図７を参照して、まず、中継装置１０１は、検知処理を行うべきタイミングを待ち受け（ステップＳ１０２でＮＯ）、検知処理を行うべきタイミングにおいて（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍを開始する（ステップＳ１０４）。

　次に、中継装置１０１は、出力期間Ｔ１において、計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力し、計測期間Ｔｍにおいて、計測信号ｙｓ（ｔ）に対する伝送線１からの応答信号ｙｍ（ｔ）を計測する。より詳細には、中継装置１０１は、１サンプル分の計測信号ｙｓ（ｔ）を伝送線１へ出力し、伝送線１の電圧レベルをサンプリングすることにより１サンプル分のデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成する（ステップＳ１０６）。

　中継装置１０１は、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍが満了するまで（ステップＳ１０８でＮＯ）、１サンプル分の計測信号ｙｓ（ｔ）の出力および１サンプル分のデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）の生成を交互に繰り返し、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍが満了すると（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、応答信号ｙｍ（ｔ）と、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。より詳細には、中継装置１０１は、デジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）からデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する（ステップＳ１１０）。

　次に、中継装置１０１は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）に含まれる周波数ｆの成分と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）に含まれる周波数ｆの成分との位相差Φを算出する。より詳細には、中継装置１０１は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）とを用いて位相差Φを算出する（ステップＳ１１２）。

　次に、中継装置１０１は、上述した式（２）に従って、位相差Φに対応する距離Ｌを算出する（ステップＳ１１４）。

　次に、中継装置１０１は、検知対象の伝送線１の長さＬｃから、算出した距離Ｌを差し引くことにより差分長さＬｄｉｆｆを算出する（ステップＳ１１６）。

　次に、中継装置１０１は、算出した差分長さＬｄｉｆｆと、しきい値Ｔｈ１とを比較する（ステップＳ１１８）。

　次に、中継装置１０１は、差分長さＬｄｉｆｆがしきい値Ｔｈ１未満である場合（ステップＳ１２０でＮＯ）、伝送線１において断線が発生していないと判定し（ステップＳ１２２）、検知処理を行うべき新たなタイミングを待ち受ける（ステップＳ１０２でＮＯ）。

　一方、中継装置１０１は、差分長さＬｄｉｆｆがしきい値Ｔｈ１以上である場合（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、伝送線１における中継装置１０１側の端部から距離Ｌの位置において断線が発生していると判定する（ステップＳ１２４）。

　次に、中継装置１０１は、判定結果を図示しない通信部および通信装置１１１を介してユーザへ通知し（ステップＳ１２６）、検知処理を行うべき新たなタイミングを待ち受ける（ステップＳ１０２でＮＯ）。

　なお、本開示の第１の実施の形態に係る通信システム３０１では、中継装置１０１が検知処理を行う構成であるとしたが、これに限定するものではない。通信システム３０１における中継装置１０１とは別の装置が検知処理を行う構成であってもよい。具体的には、通信装置１１１が、検知装置として機能し、検知処理を行う構成であってもよい。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る通信システム３０１では、伝送線１は、ケーブル部およびコネクタ部を含む構成であるとしたが、これに限定するものではない。伝送線１は、回路基板上に形成された配線パターンであってもよい。この場合、中継装置１０１は、配線パターンである伝送線１における異常を検知する。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、処理部１４は、検知処理において、検知対象の伝送線１における異常として、当該伝送線１における断線を検知する構成であるとしたが、これに限定するものではない。処理部１４は、検知対象の伝送線１における異常として、当該伝送線１への不正機器の接続を検知する構成であってもよい。不正機器が伝送線１に接続された場合、伝送線１への不正機器の接続により接続箇所のインピーダンスが変化するので、信号出力部１２により伝送線１へ出力された計測信号ｙｓ（ｔ）が当該接続箇所において反射されて反射信号が発生する。信号計測部１３は、伝送線１において断線が発生した場合と同様に、計測信号ｙｓ（ｔ）に当該反射信号が重畳された応答信号を計測する。処理部１４は、差分長さＬｄｉｆｆの絶対値と、しきい値Ｔｈ１とを比較する。処理部１４は、差分長さＬｄｉｆｆの絶対値がしきい値Ｔｈ１未満である場合、伝送線１において不正機器の接続等の異常が発生していないと判定する。一方、処理部１４は、差分長さＬｄｉｆｆの絶対値がしきい値Ｔｈ１以上である場合、不正機器の接続等の異常が発生していると判定する。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、処理部１４は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）とを用いて位相差Φを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。処理部１４は、複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）および差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）を用いることなく位相差Φを算出する構成であってもよい。たとえば、処理部１４は、以下の手順により位相差Φを算出する構成であってもよい。

　すなわち、処理部１４は、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の振幅およびデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の振幅を±１の範囲に正規化する。処理部１４は、正規化した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を正弦関数の逆関数であるアークサインに通すことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の位相Ｐ１を算出する。また、処理部１４は、正規化したデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を正弦関数の逆関数であるアークサインに通すことによりデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の位相Ｐ２を算出する。そして、処理部１４は、たとえば位相Ｐ１，Ｐ２をアンラップし、位相Ｐ１と位相Ｐ２との差分を位相差Φとして算出する。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、処理部１４は、伝送線１において断線が発生している場合、伝送線１における断線の発生位置をさらに検知する構成であるとしたが、これに限定するものではない。処理部１４は、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する一方で、断線の発生位置の検知を行わない構成であってもよい。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る通信システム３０１では、伝送線１は、通信装置１１１側の端部において終端抵抗を備えない構成であるとしたが、これに限定するものではない。伝送線１は、通信装置１１１側の端部においてインピーダンス整合のための終端抵抗を備える構成であってもよい。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、処理部１４は、デジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）からデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する構成であるとしたが、これに限定するものではない。処理部１４は、差動増幅器等を用いたアナログ信号処理により差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する構成であってもよい。この場合、処理部１４は、生成した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を、ＡＤＣを用いてデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を用いて位相差Φを算出し、算出した位相差Φに基づいて断線を検知する。

　また、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、信号出力部１２は、正弦波である計測信号を伝送線１へ出力する構成であるとしたが、これに限定するものではない。信号出力部１２は、複数の周波数成分を有する計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよいし、矩形波である計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよい。

　たとえば、記憶部１５は、矩形波の波形を示す複数の値からなるデジタルデータＤｔＲＷを記憶している。信号出力部１２は、デジタルデータＤｔの代わりにデジタルデータＤｔＲＷを記憶部１５から取得し、取得したデジタルデータＤｔＲＷをアナログ変換した信号を計測信号ｙｓ（ｔ）として検知対象の伝送線１へ出力する。

　ここで、矩形波は、基本周波数の奇数倍の周波数成分を含む。信号計測部１３は、たとえばＢＰＦ（Ｂａｎｄ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて、伝送線１の電圧レベルを示すアナログ信号から一部の周波数成分を抽出し、抽出したアナログ信号をＡＤＣによりサンプリングすることによりデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成して処理部１４へ出力する。あるいは、伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリングすることによりデジタル信号を生成し、ＢＰＦを用いて当該デジタル信号の一部の周波数成分を抽出し、抽出したデジタル信号をデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）として処理部１４へ出力する。

　ところで、簡易な処理および構成で伝送線における断線を検知することが可能な技術が望まれる。

　たとえば、従来、ＴＤＲ（Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ）を用いて、伝送線１の特性を検出する技術が知られている。このような技術を用いて伝送線１の特性の変化を検出し、検出結果に基づいて伝送線１に関する異常を検知する場合、伝送線１の特性の変化を正確に検出するために、高い再現性で立ち上がりパルスを伝送線１へ出力する必要があり、その結果、高性能のパルス信号発生器が必要となる。

　また、ネットワークアナライザを用いて伝送線１のＳパラメータ等の特性を計測し、計測結果に基づいて伝送線１に関する異常を検知する場合、十分な検知精度を得るために、高価かつ複雑な計測機器を用いる必要があり、また、計測のたびに計測機器の校正を行う必要がある。

　これに対して、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、信号出力部１２は、第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線１へ出力する。信号計測部１３は、信号出力部１２により出力された計測信号に対する伝送線１からの応答信号を計測する。処理部１４は、信号計測部１３により計測された応答信号と、計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、参照信号と差分信号との相関の大きさを示す指標値である位相差を算出し、算出した位相差に基づいて、伝送線１における異常を検知する。

　このように、計測信号を伝送線１へ出力したときの伝送線１からの応答信号と、計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、参照信号と差分信号との位相差に基づいて伝送線１における異常を検知する構成により、たとえば低周波から高周波まで多様な周波数の正弦波および矩形波を計測信号として用いることができるとともに、伝送線１において発生する反射信号を抽出するための方向性結合器等の回路を用いることなく、簡易な計算処理により参照信号と差分信号との位相差に基づいて異常を検知することができる。したがって、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、簡易な処理および構成で伝送線における異常を検知することができる。

　また、上記のように、参照信号と差分信号との位相差に基づいて異常を検知するので、たとえば応答信号の振幅を解析するＴＤＲおよびネットワークアナライザを用いる構成と比べて、ノイズに対する耐性が高いので異常をより正確に検知することができる。また、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等の演算処理を行うことなく簡易な処理で異常を検知することができる。また、光信号または電波を用いる構成と比べて、伝送線１において定在波が生じている状態であっても異常を検知することができる。

　次に、本開示の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　＜第２の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、記憶部１５におけるデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を用いて差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する中継装置１０２に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る中継装置１０１と同様である。

　図８は、本開示の第２の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図８を参照して、中継装置１０２は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、検知処理部７１の代わりに検知処理部７２を備える。検知処理部７２は、検知処理部７１と比べて、信号計測部１３の代わりに信号計測部２３を含み、処理部１４の代わりに処理部２４を含む。たとえば、伝送線１は、通信装置１１１側の端部において終端抵抗を備える。

　検知処理部７２は、定常時における応答信号を計測する基準計測処理を行う。より詳細には、検知処理部７２は、伝送線１における断線が発生していない初期状態において基準計測処理を行う。検知処理部７２は、基準計測処理を行った後、たとえば定期的に検知処理を行う。なお、検知処理部７２は、初期状態において基準計測処理を行った後、定期的または不定期に、基準計測処理を行ってもよい。

　（基準計測処理）
　信号出力部１２は、同期信号を信号計測部２３へ出力し、出力期間Ｔ１において計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　信号計測部２３は、信号出力部１２から同期信号を受けると、計測期間Ｔｍを開始し、計測期間Ｔｍにおいて、周期Ｃ１に従うサンプリングタイミングにおいて伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリングすることにより、定常時におけるデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）であるデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を生成する。信号計測部２３は、生成したデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を記憶部１５に保存する。デジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）は、参照信号の一例である。

　（検知処理）
　信号出力部１２は、基準計測処理と同様に、同期信号を信号計測部１３へ出力し、出力期間Ｔ１において計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　信号計測部２３は、信号出力部１２から同期信号を受けると、計測期間Ｔｍを開始し、計測期間Ｔｍにおいて、周期Ｃ１に従うサンプリングタイミングにおいて伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリングすることにより、運用時におけるデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）であるデジタル応答信号ｙｍｄＳ（ｔ）を生成する。信号計測部２３は、生成したデジタル応答信号ｙｍｄＳ（ｔ）を処理部２４へ出力する。

　処理部２４は、応答信号ｙｍ（ｔ）と、定常時において信号計測部２３により計測された応答信号ｙｍ（ｔ）であるデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　より詳細には、処理部２４は、信号計測部２３からデジタル応答信号ｙｍｄＳ（ｔ）を受けて、記憶部１５からデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を取得し、デジタル応答信号ｙｍｄＳ（ｔ）からデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　処理部２４は、記憶部１５から取得したデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号ＣｍｄＲ（ｔ）を算出する。また、処理部２４は、生成した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）を算出する。そして、処理部２４は、複素解析信号ＣｍｄＲ（ｔ）の偏角θｍｄＲ（ｔ）と、複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）との差分を位相差Φとして算出する。

　処理部２４は、位相差Φを算出すると、上述した式（２）に従って、算出した位相差Φに対応する距離Ｌを算出する。

　処理部２４は、算出した距離Ｌに基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。処理部２４は、伝送線１において断線が発生している場合、伝送線１における断線の発生位置をさらに検知する。

　たとえば、処理部２４は、算出した距離Ｌと、所定のしきい値Ｔｈ２とを比較し、比較結果に基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。より詳細には、処理部２４は、算出した距離Ｌがしきい値Ｔｈ２未満である場合、伝送線１において断線が発生していないと判定する。一方、処理部２４は、算出した距離Ｌがしきい値Ｔｈ２以上である場合、伝送線１における中継装置１０２側の端部から距離Ｌの位置において断線が発生していると判定する。

　図９は、本開示の第２の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

　図９を参照して、まず、中継装置１０２は、基準計測処理を行う。より詳細には、中継装置１０２は、計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力し、定常時におけるデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）であるデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を生成して記憶部１５に保存する（ステップＳ２０２）。

　次に、中継装置１０２は、検知処理を行うべきタイミングを待ち受け（ステップＳ２０４でＮＯ）、検知処理を行うべきタイミングにおいて（ステップＳ２０４でＹＥＳ）、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍを開始する（ステップＳ２０６）。

　次に、中継装置１０２は、出力期間Ｔ１において、計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力し、計測期間Ｔｍにおいて、計測信号ｙｓ（ｔ）に対する伝送線１からの応答信号ｙｍ（ｔ）を計測する。より詳細には、中継装置１０１は、１サンプル分の計測信号ｙｓ（ｔ）を伝送線１へ出力し、伝送線１の電圧レベルをサンプリングすることにより１サンプル分のデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成する（ステップＳ２０８）。

　次に、中継装置１０２は、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍが満了するまで（ステップＳ２１０でＮＯ）、１サンプル分の計測信号ｙｓ（ｔ）の出力および１サンプル分のデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）の生成を交互に繰り返し、出力期間Ｔ１および計測期間Ｔｍが満了すると（ステップＳ２１０でＹＥＳ）、応答信号ｙｍ（ｔ）と、デジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。より詳細には、中継装置１０２は、デジタル応答信号ｙｍｄＳ（ｔ）から記憶部１５におけるデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する（ステップＳ２１２）。

　次に、中継装置１０２は、デジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との位相差Φを算出する。より詳細には、中継装置１０２は、デジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）の複素解析信号ＣｍｄＲ（ｔ）の偏角θｍｄＲ（ｔ）と、差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）とを用いて位相差Φを算出する（ステップＳ２１４）。

　次に、中継装置１０２は、上述した式（２）に従って、位相差Φに対応する距離Ｌを算出する（ステップＳ２１６）。

　次に、中継装置１０１は、算出した距離Ｌと、しきい値Ｔｈ２とを比較する（ステップＳ２１８）。

　次に、中継装置１０２は、距離Ｌがしきい値Ｔｈ２未満である場合（ステップＳ２２０でＮＯ）、伝送線１において断線が発生していないと判定し（ステップＳ２２２）、検知処理を行うべき新たなタイミングを待ち受ける（ステップＳ２０４でＮＯ）。

　一方、中継装置１０２は、距離Ｌがしきい値Ｔｈ２以上である場合（ステップＳ２２０でＹＥＳ）、伝送線１における中継装置１０２側の端部から距離Ｌの位置において断線が発生していると判定する（ステップＳ２２４）。

　次に、中継装置１０２は、判定結果を図示しない通信部および通信装置１１１を介してユーザへ通知し（ステップＳ２２６）、検知処理を行うべき新たなタイミングを待ち受ける（ステップＳ２０４でＮＯ）。

　上述したように、本開示の第２の実施の形態に係る中継装置１０２では、処理部２４は、応答信号ｙｍ（ｔ）と、定常時において信号計測部２３により計測された応答信号ｙｍ（ｔ）であるデジタル応答信号ｙｍｄＲ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　このような構成により、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、ノイズが軽減された差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を算出することができるので、算出した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を用いて伝送線１における断線をより正確に検知することができる。一方、本開示の第１の実施の形態に係る中継装置１０１では、中継装置１０２と比べて、より簡易な構成により伝送線１における断線を検知することができる。

　＜第３の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、伝送線１へ出力する計測信号ｙｓ（ｔ）に対して遅延調整が行われたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を用いて検知処理を行う中継装置１０３に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る中継装置１０１と同様である。

　図１０は、本開示の第３の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図１０を参照して、中継装置１０３は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、検知処理部７１の代わりに検知処理部７３を備える。検知処理部７３は、検知処理部７１と比べて、処理部１４の代わりに処理部３４を含み、遅延調整部１６をさらに含む。

　信号出力部１２は、同期信号を信号計測部１３へ出力し、出力期間Ｔ１において計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。また、信号出力部１２は、周期Ｃ１に従う出力タイミングにおいて、記憶部１５からデジタルデータＤｔを取得し、取得したデジタルデータＤｔをデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）として遅延調整部１６へ出力する。

　信号計測部１３は、信号出力部１２から同期信号を受けると、計測期間Ｔｍを開始し、計測期間Ｔｍにおいて、周期Ｃ１に従うサンプリングタイミングにおいて伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリングすることによりデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成し、生成したデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を処理部３４へ出力する。

　遅延調整部１６は、信号出力部１２からデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を受けて、受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を遅延させて処理部３４へ出力する。より詳細には、遅延調整部１６は、信号出力部１２により伝送線１へ出力される計測信号ｙｓ（ｔ）に対して位相が遅れたデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）を処理部３４へ出力する。

　たとえば、中継装置１０３では、計測信号ｙｓ（ｔ）に対するデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）の遅延量を設定変更可能である。より詳細には、遅延調整部１６により処理部３４へ出力されるデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）の遅延時間ｄｔは、設定変更可能である。たとえば、ユーザは、初期状態において処理部３４により生成される差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の振幅が所定値未満となるように遅延調整部１６における遅延時間ｄｔを設定する。

　遅延調整部１６は、遅延時間ｄｔの設定を受け付ける。遅延調整部１６は、検知処理において、信号出力部１２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を遅延時間ｄｔ遅延させて処理部３４へ出力する。

　処理部３４は、応答信号ｙｍ（ｔ）と、計測信号ｙｓ（ｔ）に対して遅延調整が行われた信号であるデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）との差分である差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。より詳細には、処理部３４は、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）から、遅延調整部１６から受けたデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　処理部３４は、遅延調整部１６から受けたデジタル計測信号ｙｓｄＤ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）を算出する。また、処理部３４は、生成した差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）をヒルベルト変換することにより複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）を算出する。そして、処理部３４は、複素解析信号Ｃｓｄ（ｔ）の偏角θｓｄ（ｔ）と、複素解析信号Ｃｄｉｆｆ（ｔ）の偏角θｄｉｆｆ（ｔ）との差分を位相差Φとして算出する。

　処理部３４は、位相差Φを算出すると、上述した式（２）に従って、算出した位相差Φに対応する距離Ｌを算出する。

　処理部３４は、算出した距離Ｌに基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。処理部３４は、伝送線１において断線が発生している場合、伝送線１における断線の発生位置をさらに検知する。

　たとえば、処理部３４は、算出した距離Ｌと、所定のしきい値Ｔｈ２とを比較し、比較結果に基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。より詳細には、処理部３４は、算出した距離Ｌがしきい値Ｔｈ２未満である場合、伝送線１において断線が発生していないと判定する。一方、処理部３４は、算出した距離Ｌがしきい値Ｔｈ２以上である場合、伝送線１における中継装置１０３側の端部から距離Ｌの位置において断線が発生していると判定する。

　図１１は、本開示の第３の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

　図１１を参照して、まず、中継装置１０３は、遅延時間ｄｔの設定を受け付ける（ステップＳ３０２）。

　次に、中継装置１０３は、ステップＳ３０４からステップＳ３１６の処理として、図７におけるステップＳ１０２からステップＳ１１４と同様の処理を行い、ステップＳ３１８からステップＳ３２６の処理として、図９におけるステップＳ２１８からステップＳ２２６と同様の処理を行う。

　なお、本開示の第３の実施の形態に係る中継装置１０３では、遅延調整部１６におけるデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の遅延時間ｄｔが設定変更可能な構成であるとしたが、これに限定するものではない。遅延調整部１６におけるデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）の遅延時間ｄｔは、たとえば伝送線１の長さに応じて、処理部３４により生成される差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）の振幅が所定値未満となるように予め設定された値であってもよい。

　＜第４の実施の形態＞
　本実施の形態は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、相関検波により位相差Φを算出する中継装置１０４に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る中継装置１０１と同様である。

　図１２は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図１２を参照して、中継装置１０４は、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、検知処理部７１の代わりに検知処理部７４を備える。検知処理部７４は、検知処理部７１と比べて、信号出力部１２の代わりに信号出力部２２を含み、処理部１４の代わりに処理部４４を含む。処理部４４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂおよびミキサ５Ａ，５Ｂを有する。

　信号出力部２２は、正弦波である計測信号を伝送線１へ出力する。より詳細には、信号出力部２２は、同期信号を信号計測部１３へ出力し、出力期間Ｔ１において計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。より詳細には、信号出力部２２は、周期Ｃ１に従う出力タイミングにおいて、記憶部１５からデジタルデータＤｔを取得し、取得したデジタルデータＤｔをＤＡＣによりアナログ変換することにより生成される計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　また、信号出力部２２は、記憶部１５から取得したデジタルデータＤｔをデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）として処理部４４へ出力する。また、信号出力部２２は、記憶部１５における周波数情報を参照して、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）に含まれる周波数ｆの成分の位相をπ／２シフトした信号であるデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）を、処理部４４へさらに出力する。

　信号計測部１３は、信号出力部２２から同期信号を受けると、計測期間Ｔｍを開始し、計測期間Ｔｍにおいて、伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリング周波数ｆｓでサンプリングすることによりデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成し、生成したデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を処理部４４へ出力する。ここで、サンプリング周波数ｆｓは、周期Ｃ１の逆数である。

　処理部４４は、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）から、信号出力部２２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　そして、処理部４４は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ１（ｔ）をＬＰＦ（Ｌｏｗ　Ｐａｓｓ　Ｆｉｌｔｅｒ）４Ａへ入力することによりＬＰＦ４Ａから出力される出力信号、およびデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ２（ｔ）をＬＰＦ４Ｂへ入力することによりＬＰＦ４Ｂから出力される出力信号を用いて、位相差Φを算出する。ＬＰＦ４Ａは、第１のフィルタの一例である。ＬＰＦ４Ｂは、第２のフィルタの一例である。

　より詳細には、処理部４４は、ミキサ５Ａを用いてデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を生成し、ミキサ５Ｂを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を生成する。

　図１３は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される乗算信号のシミュレーション結果を示す図である。図１３において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図１３における実線は、乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を示しており、図１３における破線は、乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を示している。図１３は、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）のシミュレーション結果を示している。

　乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を余弦波としたとき、以下の式（４），（５）により表される。

　ここで、Ａ１は、計測信号ｙｓ（ｔ）の振幅である。Ａ２は、反射信号ｙｒ（ｔ）の振幅である。ωは、周波数ｆに対応する角周波数である。式（４），（５）に示すように、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）は、計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数ｆの２倍の周波数成分Ｆｃと、定数項である直流成分Ｄｃとを含む。

　処理部４４は、上述したＬＰＦ４Ａ，４Ｂを用いて、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の周波数成分Ｆｃを減衰することにより、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の直流成分Ｄｃが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を生成する。ＬＰＦ４Ａ，４Ｂのカットオフ周波数は、たとえば周波数ｆの２倍の周波数以下である。ＬＰＦ４Ａ，４Ｂは、計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数ｆに基づく周波数成分を減衰する。

　たとえば、処理部４４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂとして、平均値フィルタを用いる。第１の平均値フィルタは、乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を受けて、サンプル数Ｎごとの乗算信号Ｍｓ１（ｔ）の平均値である抽出信号ＭｓＤ１（ｔ）を出力する。第２の平均値フィルタは、乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を受けて、サンプル数Ｎごとの乗算信号Ｍｓ２（ｔ）の平均値である抽出信号ＭｓＤ２（ｔ）を出力する。ここで、Ｎは、自然数である。たとえば、サンプル数Ｎ、サンプリング周波数ｆｓおよび周波数ｆは、以下の式（６）を満たす。

　これにより、第１の平均値フィルタにより、乗算信号Ｍｓ１（ｔ）の正負の値が打ち消し合うことにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）の周波数成分Ｆｃが減衰された抽出信号ＭｓＤ１（ｔ）が得られる。また、第２の平均値フィルタにより、乗算信号Ｍｓ２（ｔ）の正負の値が打ち消し合うことにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）の周波数成分Ｆｃが減衰された抽出信号ＭｓＤ２（ｔ）が得られる。

　なお、サンプル数Ｎ、サンプリング周波数ｆｓおよび周波数ｆは、以下の式（７）を満たす値であってもよい。これにより、デジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成するためのＡＤＣとして、より低いサンプリング周波数ｆｓでサンプリングするＡＤＣを用いることができる。

　図１４は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される抽出信号のシミュレーション結果を示す図である。図１４において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図１４における実線は、抽出信号ＭｓＤ１（ｔ）を示しており、図１４における破線は、抽出信号ＭｓＤ２（ｔ）を示している。図１４は、図１３と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）のシミュレーション結果を示している。

　第１の平均値フィルタの出力信号である抽出信号ＭｓＤ１（ｔ）および第２の平均値フィルタの出力信号である抽出信号ＭｓＤ２（ｔ）は、以下の式（８），（９）により表される。

　処理部４４は、抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を用いて、以下の式（１０）に従って位相差Φを算出する。

　処理部４４は、位相差Φを算出すると、上述した式（２）に従って、算出した位相差Φに対応する距離Ｌを算出する。

　図１５は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図１５において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は伝送線１における中継装置１０４側の端部から反射点までの距離［ｍ］を示している。図１５は、図１３および図１４と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される距離Ｌのシミュレーション結果を示している。

　図１５を参照して、処理部４４により算出される距離Ｌは、中継装置１０４側の端部と断線位置との間の距離である１０ｍと概ね一致する。以上より、本実施の形態に係る検知方法により、伝送線１において断線が発生しているか否か、および断線の発生位置を検知することができる。

　処理部４４は、距離Ｌを算出すると、算出した距離Ｌに基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。処理部４４は、伝送線１において断線が発生している場合、伝送線１における断線の発生位置をさらに検知する。伝送線１において断線が発生しているか否かの判定方法、および断線の発生位置の検知方法は、第１の実施の形態において説明した通りである。

　図１６は、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置が検知処理を行う際の動作手順の一例を定めたフローチャートである。

　図１６を参照して、まず、中継装置１０４は、ステップＳ４０２からステップＳ４１０の処理として、図７におけるステップＳ１０２からステップＳ１１０と同様の処理を行う。

　次に、中継装置１０４は、ミキサ５Ａを用いてデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を生成し、ミキサ５Ｂを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を生成する（ステップＳ４１２）。

　次に、中継装置１０４は、平均値フィルタを用いて、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の周波数成分Ｆｃを減衰することにより、抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を生成する（ステップＳ４１４）。

　次に、中継装置１０４は、抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を用いて、上述した式（１０）に従って位相差Φを算出する（ステップＳ４１６）。

　次に、中継装置１０４は、ステップＳ４１８からステップＳ４３０の処理として、図７におけるステップＳ１１４からステップＳ１２６と同様の処理を行う。

　なお、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置１０４では、処理部４４は、乗算信号Ｍｓ１（ｔ）をＬＰＦ４Ａへ入力することによりＬＰＦ４Ａから出力される出力信号、および乗算信号Ｍｓ２（ｔ）をＬＰＦ４Ｂへ入力することによりＬＰＦ４Ｂから出力される出力信号を用いて位相差Φを算出する構成であるとしたが、これに限定するものではない。たとえば、処理部４４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂの代わりに、直流成分を抽出するためのＢＰＦを用いる構成であってもよい。また、たとえば、信号計測部１３は、伝送線１の電圧レベルを計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数ｆでサンプルホールドすることによりデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を生成し、生成したデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）を処理部４４へ出力する。この場合、処理部４４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂを用いることなく、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を用いて位相差Φを算出する構成であってもよい。

　また、本開示の第４の実施の形態に係る中継装置１０４では、信号出力部２２は、正弦波である計測信号を伝送線１へ出力する構成であるとしたが、これに限定するものではない。信号出力部２２は、複数の周波数成分を有する計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよいし、矩形波である計測信号を伝送線１へ出力する構成であってもよい。より詳細には、信号出力部２２は、矩形波の波形を示す複数の値からなるデジタルデータＤｔＲＷを記憶部１５から取得し、取得したデジタルデータＤｔＲＷをアナログ変換した信号を計測信号ｙｓ（ｔ）として検知対象の伝送線１へ出力する。信号出力部２２は、記憶部１５から取得したデジタルデータＤｔＲＷをデジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）として処理部４４へ出力する。また、信号出力部２２は、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）の位相をπ／２シフトした信号であるデジタル計測信号ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）を、処理部４４へさらに出力する。

　信号計測部１３は、伝送線１の電圧レベルをＡＤＣによりサンプリング周波数ｆｓでサンプリングすることによりデジタル応答信号ｙｍｄＲＷ（ｔ）を生成し、生成したデジタル応答信号ｙｍｄＲＷ（ｔ）を処理部４４へ出力する。

　処理部４４は、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄＲＷ（ｔ）から、信号出力部２２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）を生成する。そして、処理部４４は、ＢＰＦを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）の一部の周波数成分の信号を抽出し、抽出した信号と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を生成する。また、処理部４４は、ＢＰＦを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）の一部の周波数成分の信号を抽出し、抽出した信号と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を生成する。処理部４４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂを用いて、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の直流成分Ｄｃが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を生成し、生成した抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を用いて、上述した式（１０）に従って位相差Φを算出する。処理部４４では、ＢＰＦを用いて抽出する周波数成分を任意に設定することができるので、矩形波である計測信号に含まれる任意の周波数成分に着目して検知処理を行うことができる。

　本開示の第４の実施の形態に係る中継装置１０４では、相関検波により位相差Φを算出することができるので、第１の実施の形態に係る中継装置１０１と比べて、耐ノイズ性を向上させることができる。したがって、より正確に伝送線１における異常を検知することができる。また、中継装置１０４では、中継装置１０１と比べて、複素解析信号を算出する必要がないので、実装コストを低減することができる。一方、中継装置１０１では、中継装置１０４と比べて、位相差Φの算出に要する時間を短くすることができるので、より早期に異常の有無を判定することができる。

　（変形例）
　処理部４４は、矩形波のデジタル信号を用いた相関検波により位相差Φを算出する構成であってもよい。

　信号出力部２２は、周期Ｃ１に従う出力タイミングにおいて、矩形波の波形を示す複数の値からなるデジタルデータＤｔＲＷを記憶部１５から取得し、取得したデジタルデータＤｔＲＷをアナログ変換したアナログ信号から、ＢＰＦを用いて抽出される正弦波である計測信号ｙｓ（ｔ）を検知対象の伝送線１へ出力する。

　また、信号出力部２２は、記憶部１５から取得したデジタルデータＤｔＲＷをデジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）として処理部４４へ出力する。また、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）の位相をπ／２シフトした信号であるデジタル計測信号ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）を、処理部４４へさらに出力する。

　処理部４４は、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）から、信号出力部２２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）を生成する。

　そして、処理部４４は、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ１（ｔ）をＬＰＦ４Ａへ入力することによりＬＰＦ４Ａから出力される出力信号、およびデジタル計測信号ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ２（ｔ）をＬＰＦ４Ｂへ入力することによりＬＰＦ４Ｂから出力される出力信号を用いて、位相差Φを算出する。

　より詳細には、処理部４４は、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を生成し、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を生成する。この場合、デジタル計測信号ｙｓｄＲＷ（ｔ），ｙｓｄＲＷＰ（ｔ）と、差分信号ｙｄｉｆｆＲ（ｔ）の乗算は、元波形を周期的に反転および非反転を繰り返すことで実現することができるので、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）を生成するための複雑な乗算器を用いる必要がなく、ハードウェアの単純化および低コスト化を実現することができる。

　図１７は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により生成される乗算信号のシミュレーション結果を示す図である。図１７において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図１７における実線は、乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を示しており、図１７における破線は、乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を示している。図１７は、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）のシミュレーション結果を示している。

　処理部４４は、平均値フィルタを用いて、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の周波数成分Ｆｃを減衰することにより、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の直流成分Ｄｃが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤＲ１（ｔ），ＭｓＤＲ２（ｔ）を生成する。

　図１８は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により生成される抽出信号のシミュレーション結果を示す図である。図１８において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図１８における実線は、抽出信号ＭｓＤＲ１（ｔ）を示しており、図１８における破線は、抽出信号ＭｓＤＲ２（ｔ）を示している。図１８は、図１７と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される抽出信号ＭｓＤＲ１（ｔ），ＭｓＤＲ２（ｔ）のシミュレーション結果を示している。

　処理部４４は、上述した式（１０）に従って、抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）の代わりに抽出信号ＭｓＤＲ１（ｔ），ＭｓＤＲ２（ｔ）を用いて、位相差Φを算出する。

　図１９は、本開示の第４の実施の形態の変形例に係る中継装置における処理部により算出される距離のシミュレーション結果を示す図である。図１９において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は伝送線１における中継装置１０４側の端部から反射点までの距離［ｍ］を示している。図１９は、図１７および図１８と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０４側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部４４により算出される距離Ｌのシミュレーション結果を示している。

　図１９を参照して、処理部４４により算出される距離Ｌは、中継装置１０４側の端部と断線位置との間の距離である１０ｍと概ね一致する。以上より、本変形例に係る検知方法により、伝送線１において断線が発生しているか否か、および断線の発生位置を検知することができる。

　＜第５の実施の形態＞
　本実施の形態は、第４の実施の形態に係る中継装置１０４と比べて、相関検波により反射係数ｒｃを算出する中継装置１０５に関する。以下で説明する内容以外は第４の実施の形態に係る中継装置１０４と同様である。

　図２０は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図２０を参照して、中継装置１０５は、第４の実施の形態に係る中継装置１０４と比べて、検知処理部７４の代わりに検知処理部７５を備える。検知処理部７５は、検知処理部７４と比べて、処理部４４の代わりに処理部５４を含む。処理部５４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂおよびミキサ５Ａ，５Ｂを有する。

　処理部５４は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ１（ｔ）をＬＰＦ４Ａへ入力することによりＬＰＦ４Ａから出力される出力信号、およびデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との乗算信号Ｍｓ２（ｔ）をＬＰＦ４Ｂへ入力することによりＬＰＦ４Ｂから出力される出力信号を用いて、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との反射係数ｒｃを算出する。反射係数ｒｃは、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との相関の大きさを示す指標値の一例である。

　より詳細には、処理部５４は、ミキサ５Ａを用いてデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ１（ｔ）を生成し、ミキサ５Ｂを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ２（ｔ）を生成する。

　処理部５４は、ＬＰＦ４Ａ，４Ｂを用いて、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の周波数成分Ｆｃを減衰することにより、乗算信号Ｍｓ１（ｔ），Ｍｓ２（ｔ）の直流成分Ｄｃが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を生成する。

　処理部５４は、既知である計測信号ｙｓ（ｔ）の振幅Ａ１、および生成した抽出信号ＭｓＤ１（ｔ），ＭｓＤ２（ｔ）を用いて、以下の式（１１）に従って反射信号ｙｒ（ｔ）の振幅Ａ２を算出する。

　図２１は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される振幅のシミュレーション結果を示す図である。図２１において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は信号の振幅［Ｖ］を示している。図２１における実線は、振幅Ａ２を示しており、図２１における破線は、反射信号ｙｒ（ｔ）を示している。図２１は、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０５側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部５４により算出される振幅Ａ２のシミュレーション結果を示している。

　処理部５４は、振幅Ａ２を算出すると、以下の式（１２）に従って反射係数ｒｃを算出する。

　図２２は、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置における処理部により生成される反射係数のシミュレーション結果を示す図である。図２２において、横軸は時刻［秒］を示しており、縦軸は反射係数を示している。図２２における実線は、反射係数ｒｃを示している。図２２は、図２１と同様に、長さ１１ｍの伝送線１における中継装置１０５側の端部から１０ｍ離れた位置に断線が発生した場合において処理部５４により算出される反射係数ｒｃのシミュレーション結果を示している。

　処理部５４は、振幅Ａ２および反射係数ｒｃの経時変化に基づいて、伝送線１における異常を検知することができる。より詳細には、処理部５４は、反射係数ｒｃを算出すると、反射係数ｒｃと、所定のしきい値Ｔｈ３とを比較し、比較結果に基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。

　式（１２）に示すように、反射係数ｒｃは、振幅Ａ１，Ａ２の絶対値の比、および位相差Φに応じて変化する。位相差Φは、伝送線１の特定インピーダンスが変化しない場合、伝送線１における中継装置１０５側の端部から計測信号ｙｓ（ｔ）の反射点までの距離Ｌに応じた一定の値となる。たとえば、処理部５４は、算出した反射係数ｒｃと、伝送線１における信号の単位長さあたりの減衰量に基づいて、距離Ｌを算出することができる。

　なお、本開示の第５の実施の形態に係る中継装置１０５では、処理部５４は、反射係数ｒｃに加えて、位相差Φを算出し、反射係数ｒｃおよび位相差Φに基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する構成であってもよい。より詳細には、処理部５４は、反射係数ｒｃに基づく判定結果および位相差Φに基づく判定結果を総合的に考慮することにより、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。

　＜第６の実施の形態＞
　本実施の形態は、第４の実施の形態に係る中継装置１０４および第５の実施の形態に係る中継装置１０５と比べて、周波数（ｆ＋ｆｂ）の成分を含む信号を用いて位相差Φおよび反射係数ｒｃを算出する中継装置１０６に関する。以下で説明する内容以外は第４の実施の形態に係る中継装置１０４および第５の実施の形態に係る中継装置１０５と同様である。

　図２３は、本開示の第６の実施の形態に係る中継装置の構成を示す図である。図２３を参照して、中継装置１０６は、第４の実施の形態に係る中継装置１０４と比べて、検知処理部７４の代わりに検知処理部７６を備える。検知処理部７６は、検知処理部７４と比べて、信号出力部２２の代わりに信号出力部３２を含み、処理部４４の代わりに処理部６４を含む。処理部６４は、ＢＰＦ６Ａ，ＬＰＦ４Ｃ，４Ｄおよびミキサ５Ｃ，５Ｄ，５Ｅを有する。

　信号出力部３２は、信号出力部２２と比べて、デジタル計測信号ｙｓｄＰ（ｔ）を処理部４４へ出力する代わりに、周波数（ｆ＋ｆｂ）の成分を含むデジタル計測信号ｙｓｄＦ（ｔ）を処理部６４へ出力する。ここで、ｆｂは、ｆよりも小さく、ゼロに近い値である。デジタル計測信号ｙｓｄＦ（ｔ）は、デジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を余弦波とし、周波数ｆｂに対応する角周波数をωｂとしたとき、以下の式（１３）により表される。

　処理部６４は、周波数（ｆ＋ｆｂ）の成分を含むデジタル計測信号ｙｓｄＦ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）との乗算信号を、周波数ｆｂの成分を抽出するためのＢＰＦ６Ａ入力することによりＢＰＦ６Ａから出力される出力信号を用いて、位相差Φおよび反射係数ｒｃを算出する。ＢＰＦ６Ａは、第３のフィルタの一例である。

　より詳細には、処理部６４は、信号出力部３２からデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を受けて、信号計測部１３から受けたデジタル応答信号ｙｍｄ（ｔ）から、信号出力部３２から受けたデジタル計測信号ｙｓｄ（ｔ）を差し引くことにより差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）を生成する。

　処理部６４は、ミキサ５Ｃを用いてデジタル計測信号ｙｓｄＦ（ｔ）と差分信号ｙｄｉｆｆ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ３（ｔ）を生成する。乗算信号Ｍｓ３（ｔ）は、以下の式（１４）により表される。

　式（１４）に示すように、乗算信号Ｍｓ３（ｔ）は、計測信号ｙｓ（ｔ）の周波数ｆの２倍である角周波数２ωｔの高周波成分ＦＨと、角周波数ωｂｔの低周波成分ＦＬとを含む。

　処理部６４は、ＢＰＦ６Ａを用いて、乗算信号Ｍｓ３の高周波成分ＦＨを減衰することにより、乗算信号Ｍｓ３（ｔ）の低周波成分ＦＬが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤ３（ｔ）を生成する。ＢＰＦ６Ａは、乗算信号Ｍｓ３（ｔ）を受けて、抽出信号ＭｓＤ３（ｔ）を出力する。ＢＰＦ６Ａの出力信号である抽出信号ＭｓＤ３（ｔ）は、以下の式（１５）により表される。

　処理部６４は、ミキサ５Ｄを用いて、抽出信号ＭｓＤ３（ｔ）と、振幅がＡ３であり、かつ周波数ｆｂの成分を含むデジタル信号Ｄｆｂ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ４（ｔ）を生成する。また、処理部６４は、ミキサ５Ｅを用いて、抽出信号ＭｓＤ３（ｔ）と、デジタル信号Ｄｆｂ（ｔ）に含まれる周波数ｆｂの成分の位相をπ／２シフトした信号であるデジタル信号ＤｆｂＰ（ｔ）とを乗算することにより乗算信号Ｍｓ５（ｔ）を生成する。ここで、振幅Ａ３は、振幅Ａ１と同じであってもよい。乗算信号Ｍｓ４（ｔ），Ｍｓ５（ｔ）は、以下の式（１６），（１７）により表される。

　式（１６），（１７）に示すように、乗算信号Ｍｓ４（ｔ），Ｍｓ５（ｔ）は、周波数ｆｂの２倍の周波数成分Ｆｃｂと、定数項である直流成分Ｄｃｂとを含む。

　処理部６４は、ＬＰＦ４Ｃ，４Ｄを用いて、乗算信号Ｍｓ４（ｔ），Ｍｓ５（ｔ）の周波数成分Ｆｃｂを減衰することにより、乗算信号Ｍｓ４（ｔ），Ｍｓ５（ｔ）の直流成分Ｄｃｂが抽出された信号である抽出信号ＭｓＤ４（ｔ），ＭｓＤ５（ｔ）を生成する。ＬＰＦ４Ｃ，４Ｄのカットオフ周波数は、たとえば周波数ｆｂの２倍の周波数以下である。ＬＰＦ４Ｃ，４Ｄは、周波数ｆｂに基づく周波数成分を減衰する。

　ＬＰＦ４Ｃは、乗算信号Ｍｓ４（ｔ）を受けて、抽出信号ＭｓＤ４（ｔ）を出力する。ＬＰＦ４Ｄは、乗算信号Ｍｓ５（ｔ）を受けて、抽出信号ＭｓＤ５（ｔ）を出力する。ＬＰＦ４Ｃの出力信号である抽出信号ＭｓＤ４（ｔ）およびＬＰＦ４Ｄの出力信号である抽出信号ＭｓＤ５（ｔ）は、以下の式（１８），（１９）により表される。

　処理部６４は、抽出信号ＭｓＤ４（ｔ），ＭｓＤ５（ｔ）を用いて、以下の式（２０）に従って位相差Φを算出する。

　処理部６４は、位相差Φを算出すると、上述した式（２）に従って、算出した位相差Φに対応する距離Ｌを算出する。

　また、処理部６４は、既知である計測信号ｙｓ（ｔ）の振幅Ａ１、および生成した抽出信号ＭｓＤ４（ｔ），ＭｓＤ５（ｔ）を用いて、以下の式（２１）に従って反射信号ｙｒ（ｔ）の振幅Ａ２を算出する。

　処理部６４は、振幅Ａ２を算出すると、上述した式（１２）に従って反射係数ｒｃを算出する。処理部６４は、算出した反射係数ｒｃと、しきい値Ｔｈ３とを比較し、比較結果に基づいて、伝送線１において断線が発生しているか否かを判定する。

　上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
　［付記１］
　検知装置であって、
　第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、
　前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、
　前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備え、
　前記処理部は、前記指標値に基づいて、前記伝送線における前記検知装置側の端部から、前記伝送線において前記計測信号が反射される反射点までの距離を算出し、算出した前記距離に基づいて前記異常の発生位置を特定する、検知装置。

　［付記２］
　第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、
　前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、
　前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備え、
　前記伝送線は、終端抵抗を備えない、検知装置。

　［付記３］
　正弦波を計測信号として伝送線へ出力する信号出力部と、
　前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、
　前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との位相差に基づいて、前記伝送線における断線を検知する処理部とを備える、検知装置。

　１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　伝送線
　１１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中継部
　１２，２２，３２　　　　　　　　　　　　　　　　信号出力部
　１３，２３　　　　　　　　　　　　　　　　　　　信号計測部
　１４，２４，３４，４４，５４，６４　　　　　　　処理部
　１５　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　記憶部
　１６　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　遅延調整部
　６１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通信ポート
　７１，７２，７３，７４，７５　　　　　　　　　　検知処理部
　１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６　中継装置
　１１１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通信装置
　３０１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　通信システム
　４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ　　　　　　　　　　　　　ＬＰＦ
　５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ　　　　　　　　　　ミキサ
　６Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＢＰＦ

Claims

　第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力する信号出力部と、
　前記信号出力部により出力された前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測する信号計測部と、
　前記信号計測部により計測された前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との差分である差分信号を生成し、前記参照信号と前記差分信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知する処理部とを備える、検知装置。
　前記処理部は、前記指標値として、前記参照信号に含まれる前記第１の周波数の成分と、前記差分信号に含まれる前記第１の周波数の成分との位相差を算出する、請求項１に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記指標値として、前記参照信号と前記差分信号との反射係数を算出する、請求項１または請求項２に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記参照信号と前記差分信号との乗算信号を、直流成分を抽出するための第１のフィルタへ入力することにより前記第１のフィルタから出力される出力信号、および前記参照信号に含まれる前記第１の周波数の成分の位相をπ／２シフトした信号と前記差分信号との乗算信号を、直流成分を抽出するための第２のフィルタへ入力することにより前記第２のフィルタから出力される出力信号を用いて、前記指標値を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の成分を含む信号と前記差分信号との乗算信号を、前記第１の周波数と前記第２の周波数との差分の周波数の成分を抽出するための第３のフィルタへ入力することにより前記第３のフィルタから出力される出力信号を用いて、前記指標値を算出する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記参照信号の複素解析信号の偏角と、前記差分信号の複素解析信号の偏角とを用いて前記位相差を算出する、請求項２に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記応答信号と、前記計測信号に対して遅延調整が行われた信号である前記参照信号との差分である前記差分信号を生成する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検知装置。
　前記計測信号に対する前記参照信号の遅延量を設定変更可能である、請求項７に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記応答信号と、定常時において前記信号計測部により計測された前記応答信号である前記参照信号との差分である前記差分信号を生成する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の検知装置。
　前記処理部は、前記異常の発生位置を検知する、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の検知装置。
　検知装置における検知方法であって、
　第１の周波数の成分を含む計測信号を伝送線へ出力するステップと、
　前記計測信号に対する前記伝送線からの応答信号を計測するステップと、
　計測した前記応答信号と、前記計測信号に基づく参照信号との相関の大きさを示す指標値を算出し、算出した前記指標値に基づいて、前記伝送線における異常を検知するステップとを含む、検知方法。