JP4743036B2 - 漏液センサ装置 - Google Patents

Description

本発明は生産ラインなどの設備から漏れる液体を検知する漏液センサ装置に係り、特にパイプラインや半導体工場床下に沿って平行に配置した平行電線路に流れる電流が漏液によって変化する位相変化量を検出し、漏液位置を特定する漏液センサ装置に関する。

従来の漏液センサ装置は、「特許文献１」（漏液検知装置）に開示されているように、相互に絶縁され、ほぼ平行に配置された第１および第２の導体から成る検知線を有し、少なくとも第２の導体を長さ方向または区間毎に一様な導体抵抗を有する位置検知用導体として成る検知線と、この検知線の片端に接続され、第１の導体側を上流側として定電流を供給する定電流電源と、電圧測定手段と、判定手段とを備え、漏液時に定電流電源から供給される定電流によって位置検知用導体の漏液位置から近端または遠端までの電圧降下値を電圧測定手段によって測定し、測定される電圧値から判定手段が漏液位置を算定するものであって、定電流電源は、所定値以下のデューティ比を有し、ピーク値が一定のパルス電流を発生するパルス電源であり、電圧測定手段は、パルス電圧のピーク値を測定するパルス電圧測定手段で構成されている。

上記のように、定電流電源が所定値以下のデューティ比を有し、ピーク値が一定のパルス電流を発生するパルス電源とし、電圧測定手段がパルス電圧のピーク値を測定するパルス電圧測定手段としたので、漏液の分極を生じることなく、パルス電流のピーク値が短時間に真の値に安定し、漏液位置を正確に測定できるものである。
特開平７−１１３７１９号公報（請求項１、図４を参照）

しかしながら、「特許文献１」（漏液検知装置）に開示された漏液センサ装置は、パルス電流によって漏液位置から近端または遠端までの電圧降下を発生させるため、第２の導体を長さ方向または区間ごとに一様な導体抵抗を有する複数の抵抗体で構成するため、漏液位置を高精度に検出する場合には、第２の導体に多くの抵抗体を設けねばならず、抵抗体の部品点数の増加を招く課題がある。

また、「特許文献１」に開示された漏液センサ装置は、漏液位置から近端または遠端までの電圧降下を測定するため、第２の導体の遠端から近端まで、漏液に溶解しない絶縁層で覆った導体が必要となり、１本の漏液に溶解しない絶縁層で覆った導体（線材）を、漏液で溶解する絶縁層で覆われた第１および第２の導体（線材）から独立して設けなければならないため、線材が３本必要となってコストアップを招き、線材の敷設に工数が発生する課題がある。

さらに、「特許文献１」に開示された漏液センサ装置は、漏液位置と第２導体の近端または遠端との間の電圧降下を切替えて測定するためのスイッチ手段が必要とされ、またスイッチ手段を切替える操作が発生する課題もある。

この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は平行２線の電線路間に正弦波の高周波電圧を印加して、漏液の発生しない初期電流の位相を測定しておき、漏液が発生して電線路に流れる漏液時電流の位相を検出し、漏液時電流の位相と初期電流の位相の偏差である位相変化量から漏液位置をピンポイントで特定可能な漏液センサ装置を提供することにある。

前記課題を解決するためこの発明に係る漏液センサ装置は、 ２線の平行電線を絶縁体で被覆し、絶縁体の中央を平行電線の延長方向に沿って連続溝または間歇溝を形成して、溝または桝状の溝に貯えられる漏液によって平行電線間に静電容量を発生する漏液センサと、漏液センサの給電端に高周波の正弦波電圧を印加し、漏液センサに発生した静電容量に基づいて平行電線に流れる高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、検出した位相変化量に対応した平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離を判定する検出／判定手段と、を有して構成し、更に、検出／判定手段が、平行電線の給電端に高周波の正弦波電圧を供給する基準電圧部と、漏液の無い初期状態に、平行電線に流れる初期電流を検出し、正弦波電圧に変換する電流検出部と、基準電圧部から供給される正弦波電圧と電流検出部から供給される正弦波電圧の位相および振幅を調整してキャンセルするキャンセル部と、 漏液時に流れる漏液時電流の位相変化量を検出する位相変化量検出部と、位相変化量検出部からの位相変化量を積分し、直流電圧で出力する位相−電圧変換部と、基準クロックから高周波の正弦波電圧を発生するとともに、位相変化量を検出するトリガパルスを発生するクロック処理部と、を備えたことを特徴とする。

この発明に係る漏液センサ装置は、２線の平行電線を絶縁体で被覆し、絶縁体の中央を平行電線の延長方向に沿って連続溝または間歇溝を形成して、連続溝または間歇溝に貯えられる漏液によって平行電線間に静電容量を発生する漏液センサと、漏液センサの給電端に高周波の正弦波電圧を印加し、漏液センサに発生した静電容量に基づいて平行電線に流れる高周波の正弦波電流の初期電流位相からの位相変化量を検出し、検出した位相変化量に対応した平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離を判定する検出／判定手段とを備えたので、漏液センサは、平行電線を絶縁体で被覆した単純な構成で、漏液に伴う平行電線間の静電容量を発生し、平行電線の距離に対応した高周波の正弦波電流の位相変化量を生じ、検出／判定手段は、高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、この位相変化量を平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離として判定するので、漏液位置を平行電線上のピンポイントとして判定することができる。更に、この発明に係る前記検出／判定手段は、平行電線の給電端に高周波の正弦波電圧を供給する基準電圧部と、漏液の無い初期状態に、平行電線に流れる初期電流を検出し、正弦波電圧に変換する電流検出部と、基準電圧部から供給される正弦波電圧と電流検出部から供給される正弦波電圧の位相および振幅を調整してキャンセルするキャンセル部と、漏液時に流れる漏液時電流の位相変化量を検出する位相変化量検出部と、位相変化量検出部からの位相変化量を積分し、直流電圧で出力する位相−電圧変換部と、基準クロックから高周波の正弦波電圧を発生するとともに、位相変化量を検出するトリガパルスを発生するクロック処理部とを備えたので、平行線路を流れる漏液の無い初期電流の位相をキャンセルし、直流電圧０ｖで出力し、漏液時電流の位相変化量をパルス幅で抽出し、このパルス幅を積分して、位相変化量に対応した直流電圧を出力することができる。

また、この発明に係る平行電線は、遠端を平行電線の特性インピーダンスで終端することを特徴とする。

この発明に係る平行電線は、遠端を平行電線の特性インピーダンスで終端するので、平行電線のインピーダンスと特性インピーダンスとの間でマッチングが取れ、終端の反射を最小にして、位相変化量を正確に検出することができる。

さらに、この発明に係る位相変化量は、漏液によって平行電線間に発生する静電容量に拘わりなく、静電容量が発生する平行電線の給電端からの距離に対応することを特徴とする。

この発明に係る位相変化量は、漏液によって平行電線間に発生する静電容量に拘わりなく、静電容量が発生する平行電線の給電端からの距離に対応するので、漏液が発生する平行電線上の位置をピンポイントで特定することができる。

さらに、この発明に係る検出／判定手段は、位相変化量検出部からの位相変化量を給電端から漏液が発生した距離に変換する位相変化量−距離変換部を備えたことを特徴とする。

この発明に係る検出／判定手段は、位相変化量検出部からの位相変化量を給電端から漏液が発生した距離に変換する位相変化量−距離変換部を備えたので、漏液センサの給電端から液漏れが発生した平行電線上の位置を特定することができる。

この発明に係る漏液センサ装置は、２線の平行電線を絶縁体で被覆し、絶縁体の中央を平行電線の延長方向に沿って連続溝または間歇溝を形成して、連続溝または間歇溝に貯えられる漏液によって平行電線間に静電容量を発生する漏液センサと、漏液センサの給電端に高周波の正弦波電圧を印加し、漏液センサに発生した静電容量に基づいて平行電線に流れる高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、検出した位相変化量に対応した平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離を判定する検出／判定手段とを備えたので、漏液センサは、平行電線を絶縁体で被覆した単純な構成で、漏液に伴う平行電線間の静電容量を発生し、平行電線の距離に対応した高周波の正弦波電流の位相変化量を生じ、検出／判定手段は、高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、この位相変化量を平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離として判定するので、漏液位置を平行電線上のピンポイントとして判定することができ、平行電線の単純な構成の漏液センサで、漏液位置を高精度に特定することができる。

また、この発明に係る平行電線は、終端を平行電線の特性インピーダンスで終端するので、平行電線のインピーダンスと特性インピーダンスとの間でマッチングが取れ、終端の反射を最小にして、位相変化量を正確に検出することができ、位相変化量に対応した平行電線上の漏液位置を特定することができる。

さらに、この発明に係る位相変化量は、漏液によって平行電線間に発生する静電容量に拘わりなく、静電容量が発生する平行電線の給電端からの距離に対応するので、漏液が発生する平行電線上の位置をピンポイントで特定することができ、漏液センサを平行電線の単純な構成にして、漏液位置を高精度に検出することができる。

また、この発明に係る検出／判定手段は、平行電線の給電端に高周波の正弦波電圧を供給する基準電圧部と、漏液の無い初期状態に、平行電線に流れる初期電流を検出し、正弦波電圧に変換する電流検出部と、基準電圧部から供給される正弦波電圧と電流検出部から供給される正弦波電圧の位相および振幅を調整してキャンセルするキャンセル部と、漏液時に流れる漏液時電流の位相変化量を検出する位相変化量検出部と、位相変化量検出部からの位相変化量を積分し、直流電圧で出力する位相−電圧変換部と、基準クロックから高周波の正弦波電圧を発生するとともに、位相変化量を検出するトリガパルスを発生するクロック処理部とを備えたので、平行線路を流れる漏液の無い初期電流の位相をキャンセルし、直流電圧０ｖで出力し、漏液時電流の位相変化量をパルス幅で抽出し、このパルス幅を積分して、位相変化量に対応した直流電圧を出力することができ、直流電圧の出力により、漏液の発生を認識するとともに、直流電圧の出力に対応した平行電線上の漏液位置を正確に特定することができる。

さらに、この発明に係る検出／判定手段は、位相変化量検出部からの位相変化量を給電端から漏液が発生した距離に変換する位相変化量−距離変換部を備えたので、漏液センサの給電端から液漏れが発生した平行電線上の位置を特定することができ、漏液が発生した漏液位置の距離をピンポイントで認識することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。なお、本発明は半導体工場内の床下やパイプラインなどからの漏液発生時に、漏液位置を特定するため、絶縁体で被覆された２線式の平行電線を床下やパイプの下側に沿って平行に配置し、漏液によって平行電線間に発生する静電容量に伴って平行電線に流れる高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、この位相変化量に対応した平行電線の給電端から漏液位置までの距離を判定して、漏液位置を特定するものである。

図１はこの発明に係る漏液センサ装置の実施の形態基本構成図である。図１において、漏液センサ装置１は、漏液センサ２と、検出／判定手段３とから構成されている。

漏液センサ２は、導体Ｃ１．Ｃ２の２線の平行電線ＥLに、絶縁体Ｉｏで被覆が施されており、平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａが印加され、平行電線ＥLの遠端Ｂ１−Ｂ２を平行電線ＥLの特性インピーダンスＺｏで終端された構成を有する。平行電線ＥLを特性インピーダンスＺｏで終端することにより、平行電線ＥLのインピーダンスと特性インピーダンスＺｏとの間でインピーダンスマッチングを取ることができ、終端からの高周波の正弦波電圧Ｖａの反射を最小にすることができる。

また、漏液センサ２は、半導体製造工場内のウェハー洗浄水を流すパイプラインや原子力発電所の原子炉の冷却水を流すパイプライン等に沿って平行に配置され、パイプラインから洗浄水や冷却水が漏れた場合に、洗浄水や冷却水の漏液が絶縁体Ｉｏを濡らすように、または絶縁体Ｉｏ上に貯まるように構成される。

なお、漏液センサ２は、漏液が無い場合、雨水や結露などに晒されない環境に適用されるものとする。

このような状態において、漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａが印加されると、洗浄水や冷却水の漏れが無い初期状態には、平行電線ＥLに高周波の正弦波初期電流ＩNが流れる。

この初期電流ＩNには、平行電線ＥLの導体Ｃ１．Ｃ２および絶縁体Ｉｏの誘電率εNにより決定される静電容量ＣNに伴って発生する位相θ1が現れる。

上記初期状態から、漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２から任意の距離ＸSの位置（漏液位置Ｐ）に漏液が発生すると、平行電線ＥLに高周波の正弦波漏液時電流ＩRが流れる。

この漏液時電流ＩRには、漏液位置Ｐの導体Ｃ１．Ｃ２および絶縁体Ｉｏに漏液が貯まることにより、この部分（漏液位置Ｐ）の誘電率が誘電率εRに変化すること伴って静電容量Ｃｍが発生し、静電容量Ｃｍの発生に伴って変化する漏液時位相θ2が現れる。ただし、漏液時位相θ2は、初期電流ＩNの初期位相θ1と漏液に伴い発生する静電容量Ｃｍに起因する位相変化量φの和として現れる。

なお、漏液発生に伴う漏液時電流ＩRの位相変化量φは、後述するように、漏液発生に伴う静電容量Ｃｍが所定範囲内にある場合には、静電容量Ｃｍに拘わりなく、給電端Ａ１−Ａ２から漏液位置Ｐまでの距離ＸSによって決定されることになる。

検出／判定手段３は、漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａを印加し、漏液センサ２に発生した静電容量Ｃｍに基づいて平行電線ＥLに流れる高周波の正弦波電流（漏液時電流ＩR）の位相変化量φを検出し、検出した位相変化量φに対応した平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２から漏液発生位置（漏液位置Ｐ）までの距離（ＸS）を判定する。

図２はこの発明に係る漏液センサの一実施の形態構成図である。図２−ａに漏液センサの断面図、図２−ｂに連続溝を有する漏液センサ、図２−ｃに間歇溝を有する漏液センサを示す。漏液センサ２は、平行電線ＥLを形成する導体Ｃ１と．導体Ｃ２と、導体Ｃ１．Ｃ２を被覆する絶縁体Ｉｏとから構成される。

絶縁体Ｉｏは、漏液に溶解しない材料で構成され、中央を平行電線ＥLの延長方向に沿って連続溝Ｍ１、または間歇溝Ｍ２を形成し、給電端Ａ１−Ａ２からの距離ＸSの漏液位置Ｐに液漏れが発生すると、対象となる漏液（例えば、洗浄水や冷却水）を連続溝Ｍ１または間歇溝Ｍ２に貯えられるようにする。

漏液が無い初期状態には、漏液センサ２は、平行電線ＥLの導体Ｃ１．Ｃ２および絶縁体Ｉｏの誘電率εNにより決定される静電容量ＣNが発生する。

一方、漏液が絶縁体Ｉｏの連続溝Ｍ１または間歇溝Ｍ２に蓄えられると、漏液位置Ｐの近傍には、漏液を含む絶縁体Ｉｏの誘電率が誘電率εRに変化し、漏液に伴う静電容量Ｃｍが発生する。

漏液に伴って発生する静電容量Ｃｍは、図２−ｂに示す連続溝Ｍ１では、漏液位置Ｐを中心にして漏液が広がるため、漏液の貯えられる範囲に応じて増加することになる。

一方、図２−ｃに示す間歇溝Ｍ２では、漏液位置Ｐの間歇溝Ｍ２に漏液が貯えられるため、間歇溝Ｍ２の大きさで決まる静電容量Ｃｍとなる。

漏液の無い初期状態に、漏液センサ２に流れる高周波の正弦波初期電流ＩNは、静電容量ＣNにより、初期位相θ１が現れる。

一方、漏液時に、漏液センサ２に流れる高周波の正弦波漏液時電流ＩRは、静電容量ＣNと漏液が貯えられることによって発生する静電容量Ｃｍにより、漏液時位相θ２が現れる。

漏液時電流ＩRの漏液時位相θ２と初期電流ＩNの初期位相θ１の偏差（＝θ２−θ１）である位相変化量φを検出することにより、漏液の発生と漏液位置Ｐを特定することができる。

次に、漏液により発生する静電容量Ｃｍ、位相変化量φならびに給電端Ａ１−Ａ２から漏液位置Ｐまでの距離ＸSの関係について、位相変化量φから判定する原理について説明する。図３はこの発明に係る位相変化量の一実施の形態実験回路図である。図３において、平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａを印加し、遠端Ｂ１−Ｂ２を平行電線ＥLの線路インピーダンスＺｏで終端する。

給電端Ａ１−Ａ２からの距離ＸSに静電容量Ｃｍ（コンデンサ）を挿入して、平行電線ＥLに流れる高周波の正弦波電流ＩLを測定し、正弦波電流ＩLの位相（位相変化量φ）を検出する。挿入する静電容量Ｃｍ（コンデンサ）は、１０ｐＦ、３０ＰＦおよび５０ｐＦとし、給電端Ａ１−Ａ２からの距離ＸSは、０〜１００ｍとする。

静電容量Ｃｍを距離ＸSの平行電線ＥL間に挿入したときの、正弦波電流ＩLの位相変化量φは、一般的に式−（１）で表され、ω＝２πｆ、β＝ωZo、ｆは正弦波電圧Ｖａの周波数である。

φ＝tan^-1[1-ωCmZo-tan(β・ＸS)]／[2-ωCmZo tan(β・ＸS)]……式−（１）。

図４はこの発明に係る位相変化量の一実施の形態演算結果図である。図４において、位相変化量φは、式−（１）に示す静電容量Ｃｍの値（１０〜５０ｐＦ）に拘わりなく、距離ＸSに依存することが明らかである。なお、位相変化量φの演算結果は、図３を用いた実験結果に一致する。

漏液に伴う漏液時電流ＩRの位相変化量φは、給電端Ａ１−Ａ２からの距離ＸSに依存するので、位相変化量φを検出することにより、平行電線ＥL上の漏液発生位置の給電端からの距離ＸSを特定することができる。

したがって、漏液センサ２の溝形状は、図２−ｂに示す平行電線ＥLの延長方向に沿って連続溝Ｍ１よりも、図２−ｃに示す間歇溝Ｍ２のほうが距離ＸSを特定するのに望ましい。

このように、この発明に係る平行電線ＥLは、遠端Ｂ１−Ｂ２を平行電線ＥLの線路インピーダンスＺｏで終端するので、平行電線のインピーダンスと特性インピーダンスとの間でマッチングが取れ、終端の反射を最小にして、位相変化量φを正確に検出することができ、位相変化量φに対応した平行電線ＥL上の漏液位置Ｐを特定することができる。

また、この発明に係る位相変化量φは、漏液によって平行電線ＥL間に発生する静電容量Ｃｍに拘わりなく、静電容量が発生する平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２からの距離ＸSに対応するので、漏液が発生する平行電線上の位置（漏液位置Ｐ）をピンポイントで特定することができ、漏液センサ２を平行電線ＥLの単純な構成にして、漏液位置を高精度に検出することができる。

続いて、漏液時に、平行電線ＥLに流れる漏液時電流ＩRの位相変化量φを検出し、給電端からの距離ＸS（漏液位置Ｐ）を特定する検出／判定手段３について説明する。図５はこの発明に係る検出／判定手段の一実施の形態要部ブロック構成図である。図５において、検出／判定手段３は、平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２に接続し、基準電圧部４、電流検出部５、キャンセル部６，位相変化量検出部７、位相−電圧変換部８、位相−距離変換部９およびクロック処理部１０を備える。

基準電圧部４は、クロック処理部１０のバンドパスフィルタ部１３から供給される高周波の正弦波電圧の振幅を調整し、例えば１ｖの基準電圧（高周波の正弦波電圧Ｖａ）を漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２に印加するとともに、キャンセル部６に提供する。

電流検出部５は、漏液センサ２の平行電線ＥLに流れる高周波の正弦波電流である初期電流ＩNまたは漏液時電流ＩRを検出し、検出した初期電流ＩNまたは漏液時電流ＩRを高周波の正弦波電圧信号に変換し、変換した電圧信号をキャンセル部６に提供する。

キャンセル部６は、基準電圧部４から提供される高周波の正弦波電圧Ｖａと、電流検出部５から提供される初期電流ＩNを変換した電圧信号とを比較して位相、振幅、および必要に応じて極性を反転し、正弦波電圧Ｖａと初期電流ＩNを変換した電圧信号とをキャンセルして０ｖの出力を位相変化量検出部７に供給する。

また、キャンセル部６は、電流検出部５から提供される漏液時電流ＩRを変換した電圧信号と、初期電流ＩNを変換した電圧信号を０ｖで補正出力した電圧信号と比較し、漏液時電流ＩRと初期電流ＩNの差分に相当した電圧信号ｖKを位相変化量検出部７に供給する。

なお、電圧信号ｖKは、初期電流ＩNに対応した電圧信号がキャンセル部６で補正（位相および振幅）されているので、漏液時電流ＩRと初期電流ＩNの差分電流に対応した出力となるので、電圧信号ｖKの位相も漏液時電流ＩRと初期電流ＩNの差分の位相変化量φとなる。

つまり、電圧信号ｖKは、漏液センサ２に漏液が発生した時に流れる漏液時電流ＩRの位相変化量φを有することになる。

位相変化量検出部７は、０クロスコンバータ機能、フリップ／フロップ（Ｆ／Ｆ）機能を備え、キャンセル部６から供給される高周波の正弦波電圧である電圧信号ｖKを０クロスコンバータを介してデューティ５０％のパルス信号に変換し、パルス信号をＦ／Ｆのセットパルスとし、クロック処理部１０から供給されるトリガパルスをＦ／Ｆのリセットパルスとすることにより、電圧信号ｖKの位相変化量φを位相検出出力（パルス）として検出する。位相検出出力（パルス）φは、位相−電圧変換部８および位相−距離変換部９に提供される。なお、パルス信号のデューティは、５０％を超え（＞５０％）、または下回って（＜５０％）もよい。

位相−電圧変換部８は、積分回路などで構成し、位相変化量検出部７から供給される位相検出出力（パルス）φに積分を施して平均化し、出力電圧Ｖｏを出力する。

出力電圧Ｖｏは、位相検出出力（パルス）φに対応して変化するので、出力電圧Ｖｏと位相変化量φの対応、および図４に示す位相変化量φと給電端からの距離ＸSの対応から漏液センサ２の給電端からの距離ＸS（漏液位置Ｐ）を特定することができる。

位相−距離変換部９は、図４に示す位相変化量φと給電端からの距離ＸSのデータテーブルを記憶し、位相変化量検出部７から供給される位相検出出力（パルス）φに基づいて位相変化量φを検出し、データテーブルを検索して、位相変化量φに対応する給電端からの距離ＸSを出力する。これにより、漏液位置Ｐまでの給電端からの距離ＸSを特定することができる。

クロック処理部１０は、水晶発振部１１、分周部１２、バンドパスフィルタ部１３およびトリガパルス発生部１４を備える。

水晶発振部１１は、水晶発振器で構成し、水晶振動子の高周波パルスを発生し、分周部１２に供給する。

分周部１２は、分周回路で構成し、水晶発振部１１から供給される高周波パルスを所定数に分周し、分周した周波数のパルスを基準パルスとしてバンドパスフィルタ部１３およびトリガパルス発生部１４に供給する。

バンドパスフィルタ部１３は、分周部１２から供給される基準パルスにフィルタリングを施し、基準パルスの高周波の正弦波電圧を発生し、発生した高周波の正弦波電圧を基準電圧部４に提供する。

トリガパルス発生部１４は、分周部１２から供給される基準パルスの立ち上がりでワンショットのトリガパルスを発生し、トリガパルスを位相変化量検出部７に提供する。

図６はこの発明に係る検出／判定手段の各部波形図である。図６において、（１）の波形は、分周部１２から出力される基準パルスを表す。（２）の波形は、基準電圧部４から平行電線ＥLに供給される高周波の正弦波電圧Ｖａを表す。

（３）の波形は、電流検出部５が検出し、電圧信号ｖKに変換した漏液時電流ＩRを表わしている。線路インピーダンスが容量性であると位相は進み、誘導性であると位相は遅れる。実施例のように平行２線の電線路では線路インピーダンスが容量性となり位相は進む。（４）の波形は、位相変化量検出部７が電圧信号ｖKに０クロス変換処理を施し、デューティ５０％のパルスに変換したパルス信号を表す。

（５）の波形は、トリガパルス発生部１４から出力されるトリガパルスを表す。（６）の波形は、位相変化量検出部７から出力される位相検出出力（パルス）φを表す。（７）の波形は、位相−電圧変換部８から出力される出力電圧Ｖｏを表す。

図７はこの発明に係る漏液センサ装置の一実施の形態漏液位置検出図である。図７において、静電容量Ｃｍをパラメータ（１０ｐＦ、５１ｐＦおよび１００ｐＦ）にした給電端からの距離ＸSと出力電圧Ｖｏの関係を表す。

このように、この発明に係る検出／判定手段３は、平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａを供給する基準電圧部４と、漏液の無い初期状態に、平行電線ＥLに流れる初期電流ＩNを検出し、正弦波電圧に変換する電流検出部５と、基準電圧部４から供給される正弦波電圧と電流検出部５から供給される正弦波電圧の位相および振幅を調整してキャンセルするキャンセル部６と、漏液時に流れる漏液時電流ＩRの位相変化量φを検出する位相変化量検出部７と、位相変化量検出部７からの位相変化量（位相検出出力パルφ）を積分し、直流電圧（出力電圧Ｖｏ）で出力する位相−電圧変換部８と、基準クロックから高周波の正弦波電圧を発生するとともに、位相変化量を検出するトリガパルスを発生するクロック処理部１０とを備えたので、平行電線ＥLを流れる漏液の無い初期電流ＩNの位相をキャンセルし、直流電圧０ｖで出力し、漏液時電流ＩRの位相変化量φをパルス幅（位相検出出力パルスφ）で抽出し、このパルス幅を積分して、位相変化量φに対応した直流電圧（出力電圧Ｖｏ）を出力することができ、直流電圧の出力（出力電圧Ｖｏ）により、漏液の発生を認識するとともに、直流電圧の出力（出力電圧Ｖｏ）に対応した平行電線上の漏液位置ＸSを正確に特定することができる。

また、この発明に係る検出／判定手段３は、位相変化量検出部７からの位相変化量（位相検出出力パルスφ）を給電端Ａ１−Ａ２から漏液が発生した距離ＸSに変換する位相変化量−距離変換部９を備えたので、漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２から液漏れが発生した平行電線ＥL上の位置（漏液位置Ｐ）を特定することができ、漏液が発生した漏液位置Ｐの距離ＸSをピンポイントで認識することができる。

以上説明したように、この発明に係る漏液センサ装置１は、２線の平行電線ＥLを絶縁体Ｉｏで被覆し、絶縁体Ｉｏの中央を平行電線ＥLの延長方向に沿って連続溝Ｍ１または間歇溝Ｍ２を形成して、連続溝Ｍ１または間歇溝Ｍ２に貯えられる漏液によって平行電線ＥL間に静電容量Ｃｍを発生する漏液センサ２と、漏液センサ２の給電端Ａ１−Ａ２に高周波の正弦波電圧Ｖａを印加し、漏液センサ２に発生した静電容量Ｃｍに基づいて平行電線ＥLに流れる高周波の正弦波電流（漏液時電流ＩR）の位相変化量φを検出し、検出した位相変化量φに対応した平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２から漏液発生位置（漏液位置Ｐ）までの距離ＸSを判定する検出／判定手段３とを備えたので、漏液センサ２は、平行電線ＥLを絶縁体Ｉｏで被覆した単純な構成で、漏液に伴う平行電線ＥL間の静電容量Ｃｍを発生し、平行電線ＥLの距離ＸSに対応した高周波の正弦波電流の位相変化量φを生じ、検出／判定手段３は、高周波の正弦波電流（漏液時電流ＩR）の位相変化量φを検出し、この位相変化量φを平行電線ＥLの給電端Ａ１−Ａ２から漏液発生位置（漏液位置Ｐ）までの距離ＸSとして判定するので、漏液位置を平行電線上のピンポイントとして判定することができ、平行電線の単純な構成の漏液センサで、漏液位置を高精度に特定することができる。

なお、本実施の形態では、漏液の対象となる液体を洗浄水や冷却水で説明したが、漏液センサの絶縁体を対象となる液体に溶解せず、誘電率が変化するものであれば、任意の液体でもよい。

本発明に係る漏液センサ装置は、平行２線の電線路間に正弦波高周波電圧を印加して、漏液の発生しない初期電流の位相を測定しておき、漏液が発生して電線路に流れる漏液時電流の位相を検出し、漏液時電流の位相と初期電流の位相の偏差である位相変化量から漏液位置をピンポイントで特定可能なもので、漏液の検出を平行電線で実行するあらゆる漏液センサ装置に適用することができる。

この発明に係る漏液センサ装置の実施の形態基本構成図 この発明に係る漏液センサの断面図 この発明に係る連続溝を有する漏液センサ構成図 この発明に係る間歇溝を有する漏液センサの構成図 この発明に係る位相変化量の一実施の形態実験回路図 この発明に係る位相変化量の一実施の形態演算結果図 この発明に係る検出／判定手段の一実施の形態要部ブロック構成図 この発明に係る検出／判定手段の各部波形図 この発明に係る漏液センサ装置の一実施の形態漏液位置検出図

符号の説明

１ 漏液センサ装置
２ 漏液センサ
３ 検出／判定手段
４ 基準電圧部
５ 電流検出部
６ キャンセル部
７ 位相変化量検出部
８ 位相−電圧変換部
９ 位相−距離変換部
１０ クロック処理部
１１ 水晶発振部
１２ 分周部
１３ バンドパスフィルタ部
１４ トリガパルス発生部
Ａ１−Ａ２ 給電端
Ｂ１−Ｂ２ 遠端
ＥL 平行電線
Ｃ１．Ｃ２ 導体
Ｉｏ 絶縁体
Ｚｏ 線路インピーダンス
Ｐ 漏液位置
Ｖａ 高周波の正弦波電圧
ＩN 初期電流
ＩR 漏液時電流
Ｌ 平行電線長Ｌ
ＸS 給電端からの距離
Ｍ１ 連続溝
Ｍ２ 間歇溝
Ｃｍ 静電容量
θ１ 初期位相
θ２ 漏液時位相
φ 位相変化量

Claims (4)

1. ２線の平行電線を絶縁体で被覆し、前記絶縁体の中央を前記平行電線の延長方向に沿って連続溝または間歇溝を形成して、前記溝または桝状の溝に貯えられる漏液によって前記平行電線間に静電容量を発生する漏液センサと、前記漏液センサの給電端に高周波の正弦波電圧を印加し、前記漏液センサに発生した静電容量に基づいて前記平行電線に流れる高周波の正弦波電流の位相変化量を検出し、検出した位相変化量に対応した前記平行電線の給電端から漏液発生位置までの距離を判定する検出／判定手段と、を有して構成し、更に、前記検出／判定手段は、
   前記平行電線の給電端に高周波の正弦波電圧を供給する基準電圧部と、
   漏液の無い初期状態に、前記平行電線に流れる初期電流を検出し、正弦波電圧に変換する電流検出部と、
   前記基準電圧部から供給される正弦波電圧と前記電流検出部から供給される正弦波電圧の位相および振幅を調整してキャンセルするキャンセル部と、
   漏液時に流れる漏液時電流の位相変化量を検出する位相変化量検出部と、
   前記位相変化量検出部からの位相変化量を積分し、直流電圧で出力する位相−電圧変換部と、基準クロックから高周波の正弦波電圧を発生するとともに、位相変化量を検出するトリガパルスを発生するクロック処理部と、
   を備えたことを特徴とする漏液センサ装置。
2. 前記平行電線は、遠端を前記平行電線の特性インピーダンスで終端することを特徴とする請求項１記載の漏液センサ装置。
3. 前記位相変化量は、漏液によって前記平行電線間に発生する静電容量に拘わりなく、静電容量が発生する前記平行電線の前記給電端からの距離に対応することを特徴とする請求項１記載の漏液センサ装置。
4. 前記検出／判定手段は、前記位相変化量検出部からの位相変化量を給電端から漏液が発生した距離に変換する位相変化量−距離変換部を備えたことを特徴とする請求項１記載の漏液センサ装置。

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