CN102498407A - 电磁场传感器以及接收器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可以简化判别操作，可以迅速并且正确地进行电缆的判别的电磁场传感器。钳式传感器(30)具备：由具有导电性的非磁性体构成，在夹持电缆的状态下在圆周方向上包围该电缆的一部分的近似环状的电极(31)；由磁性体构成，经由绝缘体(32)配置在电极(31)的环(31a)的外侧的磁芯(33)；在磁芯(33)上缠绕的线圈(34)；以及从电极(31)通过导线(35a)引出，从线圈(34)的两端通过导线(35b)引出的输出部(35)，从输出部(35)输出通过电磁感应而在线圈(34)中产生的感应电流，从输出部(35)输出通过静电感应而在电极(31)中产生的电压。

Description

电磁场传感器以及接收器
技术领域
本发明涉及可以从多个电缆中识别希望的电缆或确认电缆的铺设路径的电缆检索装置中使用的电磁场传感器以及接收器。
背景技术
在用户***的光纤网络的架线工程中的捆扎方法中，在一条螺旋吊线(spiral hanger)内铺设多条光纤电缆。因此，在新设置接头盒(closure)的嵌入操作等中，在将光纤电缆多条化的区间中，作为操作对象的光纤电缆的判别需要时间，光纤电缆的判别操作效率不高。另外，有可能发生接头盒的安装的误差或光纤电缆的误切断引起的通信故障，因此，迅速并且准确地进行光纤电缆的判别变得重要。
与此对应，现有的电缆的检测装置，在用于对应该确定的电缆发送电流信号或电压信号的发送器中，设置自由振荡这些电流信号和电压信号的双方的信号的一个振荡电路。与此相伴，通过一个信号处理电路构成接收并处理表示在上述应该确定的电缆的周围产生的磁场或电场的信号的接收器(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-114561号公报
发明内容
但是，现有的电缆的检测装置，电磁感应式的检测器和静电感应式的检测器是独立的，当操作者根据发送器的报知结果知道应该进行电磁感应式和静电感应式的哪种方式的电缆检测后，需要将电磁感应式的检测器和静电感应式的检测器的某一个检测器连接在接收器上，存在判别操作烦杂的课题。
为了解决上述课题而提出该发明，其提供可以简化判别操作的电磁场传感器以及接收器。
用于解决课题的手段
在该发明的电磁场传感器中，特征在于，具备：由具有导电性的非磁性体构成，在使电缆轴向通过的状态下，在圆周方向上包围该电缆的一部分的近似环状的电极；由具有导电性的磁性体构成，经由绝缘体配置在所述电极的环的外侧的磁芯；在所述磁芯上缠绕的线圈；以及从所述电极引出，从所述线圈的两端引出的输出部，从所述输出部输出根据在电缆中流动的电流通过电磁感应在所述线圈中产生的感应电流，从所述输出部输出根据在电缆上施加的电压通过静电感应在所述电极中产生的电压。
发明的效果
在公开的电磁场传感器中，可以简化判别操作，可以迅速并且准确地进行电缆的判别。
附图说明
图1(a)是表示电缆检索装置的发送侧的概要结构的框图，图1(b)是表示电缆检索装置的接收侧的概要结构的框图。
图2(a)是表示图1所示的钳式电磁场传感器的概要结构的外形图，图2(b)是表示图2(a)所示的钳式电磁场传感器的磁芯护套内部的截面的局部截面图。
图3(a)是表示图2(b)所示的钳式电磁场传感器的打开状态的局部截面图，图3(b)是图2(b)所示的钳式电磁场传感器的另一实施例的局部截面图。
图4(a)是表示图2(b)所示的钳式电磁场传感器的另一实施例的局部截面图，图4(b)是表示图2(b)所示的钳式电磁场传感器的又一实施例的局部截面图。
图5(a)是用于钳式电磁场传感器的评价试验的电路图，图5(b)是表示钳式电磁场传感器的特性评价的结果的表。
图6是用于电缆检索装置的模拟场试验的配置图。
图7是表示电极宽度16mm的钳式电磁场传感器的判别性能的验证结果的表。
图8是表示电极宽度32mm的钳式电磁场传感器的判别性能的验证结果的表。
图9是表示电极宽度35mm的钳式电磁场传感器的判别性能的验证结果的表。
图10是表示电极宽度40mm的钳式电磁场传感器的判别性能的验证结果的表。
图11是表示电极宽度50mm的钳式电磁场传感器的判别性能的验证结果的表。
具体实施方式
(本发明的第1实施方式)
光纤电缆的判别方式为，在光纤电缆的支撑线或作为张力构件(tensionmember)而使用的钢线上，从发送器10经由发送用变流器(CT：currenttransformer)20施加电信号，经由本发明的钳式电磁场传感器30(接收用传感器)用接收器40检测该信号，由此来识别光纤电缆。此外，发送器10以及接收器40例如举出TASCO公司生产的产品名“PTR600功率***”。
发送器10采用能够与各种电缆(0～600V，交流(Alternating Current：AC)/直流(Direct Current：DC))连接，根据作为判别对象的电缆(以下称为判别对象电缆)的状况，产生非常微弱的感应电流或电压的判别信号的施加方法。
在图1(a)中，发送器10具备：将频率33.3kHz作为基本信号，发送将以1msec为周期(频率1kHz)的on/off以及以400msec为周期(频率2.5Hz)的on/off组合而得的信号的发信号器11；放大从发信号器11输入的信号的放大器12；使从放大器12输入的信号中的交流信号通过，切断直流信号的耦合电容器13。
此外，在从发信号器11发送的信号中，频率33.3kHz以及1kHz的信号是作为判别信号而起作用的信号，频率2.5Hz的信号是作为蜂鸣器的鸣响以及灯的闪烁而起作用的信号。
另外，作为判别信号，使频率1kHz的信号重叠在频率33.3kHz的基本信号上，从发送器10施加在判别对象电缆上，通过接收器40进行检测，由此降低在判别对象电缆的周围铺设的其他电缆或设置在周围的设备产生的外来噪音等的影响，实现了判别对象电缆的判别的可靠性的提高。
发送用CT20在内径27mm的分离型的铁氧体磁芯上缠绕了20匝(左右各10匝)的线圈。此外，在铁氧体磁芯上缠绕的线圈的匝数不限于20匝，但是如以下的表1所示，根据实验结果优选为电压施加以及电流通电的两特性优秀的20匝。另外，本实施方式的发送用CT20，由于在内径27mm的铁氧体磁芯上缠绕了线圈，因此以外径25mm以内的电缆为判别对象，但是，若增大铁氧体磁芯的内径，则不限于该外径的判别对象电缆。
[表1]
发送用CT的特性
  线圈的匝数   电压施加性能   电流通电性能
  10   ×(不可)   ×(不可)
  20   ○(良)   ○(良)
  30   △(可)   △(可)
  40   △(可)   △(可)
钳式电磁场传感器30构成为能够对判别对象电缆进行夹持，是检测根据在判别对象电缆中流过的电流而产生的磁场和/或根据在判别对象电缆上施加的电压而产生的电场的检测器。
在图2以及图3(a)中，钳式电磁场传感器30具备：在夹持判别对象电缆使其轴向通过的状态下，在圆周方向上包围判别对象电缆的一部分的近似环状的电极31；经由绝缘体32设置在电极31的环31a的外侧的磁芯33；在磁芯33上缠绕的线圈34；从电极31通过导线35a引出，从线圈34的两端通过导线35b引出的输出部35；容纳磁芯33的框架36。
电极31由具有导电性的非磁性体构成，在本实施方式中，将近似矩形的1片铜板弯曲并左右对称地形成，呈现近似半环状地成对地相对配置，具有从环31a的外侧突出，在开闭时相互接触分离的对接端面31b，并且具有相对于该对接端面31b在相反的方向上弯曲的相对面31c。另外，电极31根据施加在判别对象电缆上的电压通过静电感应而产生电压，经由导线35a将电压输出到输出部35。
此外，将电极31做成非磁性体，是为了不通过电极31屏蔽根据在判别对象电缆中流过的电流而产生的磁场，而在磁芯33中感应出磁场。
另外，电极31通过具有相对面31c，可以使相对面31c与壁面等接触，检测根据在壁内等铺设的判别对象电缆上施加的电压而产生的电场，可以确认判别对象电缆的铺设路径。
此外，若钳式电磁场传感器30中不具有判别对象电缆的铺设路径的检索功能，则电极31也不需要具有相对面31c，电极31例如可以如图4(a)所示，为具有环31a以及对接端面31b的形状，或如图4(b)所示，为仅具有环31a的形状。
磁芯33由具有导电性的磁性体构成，在本实施方式中使用两片在薄膜状的金属层33a上层压了作为绝缘层32a的PET(polyethylene terephthalate)膜而构成的磁屏蔽片(磁性体膜)，沿着电极31的环31a以及对接端面31b的外侧设置各磁性体膜。
另外，磁芯33由于检测灵敏度根据磁力回路中的空隙而受到影响，因此使磁芯33的对接状态保持为良好状态是重要的。因此，通过在电极31的对接端面31b的外侧设置磁芯33，可以确保电极31的对接端面31b中的左右的磁性体膜彼此相对的面积，可以谋求磁芯33的特性的稳定。
此外，本实施方式的磁芯33使用了磁性体膜，但是也可以使用分离型的铁氧体磁芯。在使用具有导电性的磁芯时，如图3(b)所示，为了将磁芯33和电极31之间绝缘，需要在磁芯33和电极31之间***绝缘体32。
线圈34形成了相对于左右的磁芯33在相同方向(图2中内卷)上缠绕的绕组，左右的绕组串联连接。另外，线圈34基于在判别对象电缆中流过的电流，通过电磁感应而在磁芯33中感应出电压，根据在磁芯33中感应出的磁场的变化而产生感应电流，经由导线35b将感应电流输出到输出部35。
输出部35与接收器40连接，将通过电磁感应而在线圈34中产生的感应电流输出到接收器40，将通过静电感应而在电极31中产生的电压输出到接收器40。
框架36通过树脂而成型，具备：分别容纳一对磁芯3的呈现近似圆弧状成对地相对配置的磁芯护套36a；和用于与固定在磁芯护套36a的内侧面的电极31的对接端面31b相互接触分离的一对手柄36b。
接收器40通过内部的微型处理器仅自动识别从发送器10发出的信号，由此显著提高了用于判别电缆的操作性以及可靠性。此外，通过接收器40进行的电缆的判别，在构成了通过判别对象电缆的导电部的闭合回路的情况下，在判别对象电缆上几乎不施加电压而流过电流，因此，能够根据基于该电流而产生的磁场的大小进行对象电缆的判别。另一方面，在未构成通过判别对象电缆的导电部的闭合回路的情况下，在判别对象电缆中几乎不流过电流而施加了电压，因此，能够根据基于该电压而产生的电场的大小进行对象电缆的判别。
在图1(b)中，接收器40具备：电磁场检测部41、加法器42、信号放大/灵敏度调整部43、滤波器44、信号电平检测部45和报知部46。
电磁场检测部41根据从钳式电磁场传感器30输入的电压和/或感应电流，检测电场(电压)和/或磁场(感应电流)，并将检测出的感应电流变换为电压，输出到加法器42。在磁场(感应电流)的检测中，在构成了共振电路的情况和未构成共振电路的情况下进行了后述的评价试验时，在构成了共振电路的情况下，判别对象电缆的判别性能优秀，因此电磁场检测部41在磁场(感应电流)的检测中优选内置共振电路。
加法器42将从电磁场检测部41输入的、基于静电感应的电压以及变换感应电流而得的电压相加，输出到信号放大/灵敏度调整部43。
信号放大/灵敏度调整部43，对于从加法器42输入的电压，在接收强度强(以下称为强接收)的情况下将放大率设为50倍，在接收强度弱(以下称为弱接收)的情况下将放大率设为2.5倍，输出到滤波器44。此外，本实施方式的信号放大/灵敏度调整部43，在后述的钳式电磁场传感器30的规格的研究中，为了能够使与接收器40连接的钳式电磁场传感器30的兼容性最佳，设定为该放大率，但是不限于该放大率。
滤波器44是仅使从信号放大/灵敏度调整部43输入的信号中的预定频率通过的带通滤波器(Band-pass filter：BPF)，将通过的预定频率的信号输出到信号电平检测部45。
信号电平检测部45根据预先决定的阈值检测从滤波器44输入的信号的电平，并将检测出的信号电平输出到报知部46。
报知部46根据从信号电平检测部45输入的信号的电平，通过蜂鸣器的鸣响和/或灯的点亮等，对操作者进行报知。
在此，研究钳式电磁场传感器30的规格。
首先，关于钳式电磁场传感器30中的线圈34的最佳匝数，使用图5(a)所示的评价试验电路，在闭合回路的电阻值大的情况下(10kΩ以上)进行电场的检测，在闭合回路的电阻值小的情况下(10kΩ以下)进行磁场的检测，在图5(b)中表示与接收器40组合来调整后的结果。在此，将钳式电磁场传感器30中的电极31以及磁性体膜(金属层33a、绝缘层32a)的长度方向(与圆周方向垂直的方向)的宽度设为16mm。
如图5(b)所示，在线圈34的匝数为30匝以及40匝的情况下，为了在磁场检测中得到判别性能良好的结果，在本实施方式的钳式电磁场传感器30中作为线圈34的匝数选择了40匝。此外，本实施方式的线圈34，对于包含金属层33a(磁芯33)的磁性体膜以40匝(左右各20匝)进行了缠绕，但是不限于该匝数，优选根据钳式电磁场传感器30所要求的磁场检测的灵敏度来调整匝数。
接着，构建模拟了图6所示的场的设备，关于具备发送器10、发送用CT20、钳式电磁场传感器30以及接收器40的电缆检索装置的电缆的判别性能，在图7中表示验证的结果。在此，将钳式电磁场传感器30中的电极31以及磁性体膜的长度方向的宽度设为16mm。
另外，模拟场将一个工作台与另一工作台间的距离设为20m左右，将以离地1.5m左右的高度通过支架悬挂的光纤芯线数为200芯、100芯、12芯、12芯以及12芯的光纤电缆的组合做成从一个工作台经由另一工作台返回一个工作台的近似U字形的路线。在该近似U字形的路线中，模拟地在200芯、100芯以及12芯的3条，和12芯、12芯以及12芯的3条这两路线中实施了验证试验。
另外，关于所使用的光纤电缆的长度，200芯的光纤电缆为68m，100芯的光纤电缆为145m，12芯的光纤电缆为46m。此外，关于光纤电缆的剩余长度，在终端部分进行捆扎来实施试验。
另外，接地点的电阻值以及200芯、100芯以及12芯的各光纤电缆中的支撑线的电阻值如以下的表2所示。
[表2]
  项目   电阻值[Ω]
  接地   90.0
  支撑线(200芯)   3.3
  支撑线(100芯)   8.7
  支撑线(12芯：红)   2.9
  支撑线(12芯：蓝)   3.0
  支撑线(12芯：白)   3.0
而且，在验证试验中，作为没有判别信号的蔓延的模拟电杆安装模式，在不将判别对象电缆与两条其它电缆连接，不将判别对象电缆的两端接地的情况下(模拟电杆安装模式1)、不将判别对象电缆与两条其它电缆连接，将判别对象电缆的一端接地的情况下(模拟电杆安装模式2)、和不将判别对象电缆与两条其它电缆连接，将判别对象电缆的两端接地的情况下(模拟电杆安装模拟3)，针对各路线进行了验证。
另外，在验证试验中，作为有判别信号的蔓延，未构成闭合回路的模拟电杆安装模式，在将判别对象电缆与一条其它电缆以一端连接，将判别对象电缆的一端接地的情况下(模拟电杆安装模式4)、将判别对象电缆与一条其它电缆以一端连接，将判别对象电缆的两端接地的情况下(模拟电杆安装模式5)，针对各路线进行了验证。
另外，在验证试验中，作为有判别信号的蔓延，构成了闭合回路的模拟电杆安装模式，在将判别对象电缆与一条其它电缆以两端连接，将判别对象电缆的一端接地的情况下(模拟电杆安装模式6)、将判别对象电缆与一条其它电缆以两端连接，将判别对象电缆的两端接地的情况下(模拟电杆安装模式7)、和将判别对象电缆与两条其它电缆以两端连接，将判别对象电缆的两端接地的情况下(模拟电杆安装模拟8)，针对各路线进行了验证。
在该验证试验中，如图7所示，得到了检测电场的性能(未构成闭合回路时的电缆的判别性能)差的结果。因此，为了提高电场检测的性能，使电极1的长度方向的宽度在30mm～40mm范围内变化时，确认当电极1的长度方向的宽度在32mm以上时电缆检索装置的电场检测的动作良好。
此外，在图7中，二重圆圈(◎)标记表示作为接收器40的报知部46的LED(light-emitting diode)灯点亮5个，是反应非常良好的情况，能够可靠地判别的评价结果。另外，圆圈(○)标记表示作为接收器40的报知部46的LED灯点亮3～5个或者能够判定电平，是反应良好的情况，能够进行判别的评价结果。另外，三角(△)标记表示作为接收器40的报知部46的LED灯点亮，是反应低的情况，根据LED灯的点亮个数能够进行判别的评价结果。另外，叉号(×)标记表示作为接收器40的报知部46的LED灯点亮0～3个，无法进行判别的评价结果。
图8表示根据图7所示的评价结果，针对使用了电极1的长度方向的宽度为32mm、磁性体膜的长度方向的宽度为16mm的钳式电磁场传感器30的情况下的电缆检索装置的电缆的判别性能，使用图6所示的模拟场进行验证的结果。
在该验证试验中，如图8所示，确认了在全部条件下能够进行电缆的判别，电缆检索装置作为电缆的判别器具有良好的性能。
如前所述，可知钳式电磁场传感器30中的电极1以及磁性体膜将长度方向的宽度设为16mm，实现了模拟场中的验证时，需要电场检测的性能的进一步提高，优选将电极1的长度方向的宽度设为32mm以上。
另一方面，增大电极1的长度方向的宽度，钳式电磁场传感器30的开闭所需要的力增加，并且电极1相对于框架36的突出量增大，设想对判别对象电缆的夹持操作的操作性降低，或无法充分地夹持判别对象电缆，无法判别的情况。
与此相对，以下的表3表示考虑电缆检索装置进行的电缆的判别的可靠性和实用方面，使用具备具有在32mm～50mm的范围内的32mm、35mm、40mm、45mm以及50mm的长度方向的宽度的电极1的钳式电磁场传感器30，通过图5(a)所示的评价试验电路验证电磁场检测的特性的结果。此外，使用被认为磁场检测用的性能提高的构成了共振电路的接收器40。
[表3]
钳式电磁场传感器的特性和电极宽度的关系
Figure BDA0000143051510000091
Figure BDA0000143051510000101
如表3所示，钳式电磁场传感器30的特性，电极1的长度方向的宽度(以下称为电极宽度)在32mm～50mm中没有很大的不同，但是强接收中的电场检测性能，相对于电极宽度32mm，电极宽度35mm以上性能更好，弱接收中的磁场检测性能，环路电阻越大越能够以小电流进行判别，因此，相对于电极宽度32mm以及35mm，电极宽度40mm以上性能更好。
因此，考虑实用方面，作为钳式电磁场传感器30的电极宽度认为40mm是妥当的，因此，包含电极宽度40mm在内，针对电极宽度35mm以及50mm通过模拟场进行验证。
构建模拟出与图6所示的场不同的场的设备，关于电缆检索装置的电缆的判别性能，图9表示将电极宽度设为35mm时的验证结果，图10表示将电极宽度设为40mm时的验证结果，图11表示将电极宽度设为50mm时的验证结果。
此外，模拟场在12芯、12芯以及12芯的3条的1个路线中，针对所述的模拟电杆安装模式1～8实施了验证试验。另外，所使用的12芯的光纤电缆的长度为90m、60m以及60m。
而且，接地点的电阻值以及12芯的各光纤电缆中的支撑线的电阻值如以下表4所示。
[表4]
  项目   电阻值[Ω]
  接地   95
  支撑线(12芯)   10
  支撑线(12芯；判别对象电缆)   6
  支撑线(12芯)   5
在该验证试验中，如图9、图10以及图11所示，可知在将判别对象电缆的一端接地时，电场检测的性能体现少量差异，按照电极宽度为35mm、40mm、50mm的顺序，性能提高。
此外，当根据全体条件来判断时，认为电极宽度35mm、40mm以及50mm在判别性能中没有问题，但是当考虑实用方面和判别性能的可靠性时，认为将电极宽度设为40mm是妥当的。
如上所述，在本实施方式的钳式电磁场传感器30中，通过1次的夹持操作可以检测根据在判别对象电缆中流动的电流而产生的磁场以及根据在判别对象电缆上施加的电压而生成的磁场，起到可以大幅度简化电缆的判别操作性的作用效果。
另外，在本实施方式的钳式电磁场传感器30中，由于电极31具有相对面31c，因此可以检测根据在壁内等铺设的判别对象电缆上施加的电压而产生的电场，起到可以确认判别对象电缆的铺设路径的作用效果。
另外，在本实施方式的钳式电磁场传感器30中，通过在电极31的对接端面31b的外侧设置磁芯33，可以确保电极31的对接端面31b中的左右的磁性体膜彼此相对的面积，起到可以实现磁芯33的特性的稳定的作用效果。
此外，在以上的说明中，作为电磁场传感器，使用了为了容易进行判别对象电缆的轴向通过而构成为能够对判别对象电缆进行夹持的钳式电磁场传感器进行了说明，但不限于钳式，例如也可以使用环形型的磁芯33来构成环形型的电磁场传感器。
接收器的电磁场检测部41根据从钳式电磁场传感器30输入的电压和/或感应电流，检测电场(电压)和/或磁场(感应电流)，并将检测出的感应电流变换为电压后输出到加法器42，但是，有时发生由于电场检测信号和磁场检测信号的相位的差异引起的加法信号的抵消，进行误判定。为了防止该误判定，通过构成检测电场(电压)来进行信号电平的判定，和/或检测磁场(感应电流)来进行信号电平的判定，此后综合进行判定的电路结构，可以提高判别性能。另外，作为用于防止误判定的其它手段，通过构成对检测出的电场(电压)信号整流后进行放大，和/或对检测出磁场(感应电流)信号整流后进行放大，此后相加来进行信号电平的判定的电路结构，也可以提高判别性能。
另外，作为判别对象电缆，举例说明了光纤电缆，但是不限于光纤电缆，本实施方式的钳式电磁场传感器30可以应用于金属通信电缆或电力电缆等各种电线、电缆的判别以及配线路线探查等。
符号的说明
1 电极
3 磁芯
10 发送器
11 发信号器
12 放大器
13 耦合电容器
20 发送用CT
30 钳式电磁场传感器
31 电极
31a 环
31b 端面
31c 相对面
32 绝缘体
32a 绝缘层
33 磁芯
33a 金属层
34 线圈
35 输出部
35a 导线
35b 导线
36 框架
36a 磁芯护套
36b 手柄
40 接收器
41 电磁场检测部
42 加法器
43 信号放大/灵敏度调整部
44 滤波器
45 信号电平检测部
46 报知部

Claims (5)

1.一种电磁场传感器，其特征在于，
具备：
由具有导电性的非磁性体构成，在使电缆轴向通过的状态下，在圆周方向上包围该电缆的一部分的近似环状的电极；
由磁性体构成，经由绝缘体配置在所述电极的环的外侧的磁芯；
在所述磁芯上缠绕的线圈；以及
从所述电极引出，从所述线圈的两端引出的输出部，
从所述输出部输出根据在电缆中流动的电流通过电磁感应在所述线圈中产生的感应电流，从所述输出部输出根据在电缆上施加的电压通过静电感应在所述电极中产生的电压。
2.根据权利要求1所述的电磁场传感器，其特征在于，
所述电极呈现近似半环状地被成对相对配置，具有向环的外侧突出、在开闭时相互接触分离的对接端面，并且具有在相对于该对接端面相反的方向上弯曲的相对面。
3.根据权利要求2所述的电磁场传感器，其特征在于，
沿着所述电极的对接端面的外侧设置所述磁芯。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的电磁场传感器，其特征在于，
调整所述电极和/或磁芯的长度方向的宽度，以便达到满足来自与所述输出部连接的接收器的要求的输出电平。
5.一种接收器，其与所述权利要求1至4中任意一项所述的电磁场传感器连接，其特征在于，
具备：
加法器，其将从所述输出部输入的基于静电感应的电压以及基于感应电流的电压相加。
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