JP7052817B2 - 電線検査システムおよび電線検査方法 - Google Patents
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Description
最初に、本開示の実施態様を説明する。
本開示の電線検査システムは、電線の損傷状態を検査するための電線検査システムであって、前記電線は、導体と、絶縁被覆と、を有する芯線と、前記芯線の構成部材と、前記芯線に沿って配置された前記芯線以外の部材と、の少なくとも一方より構成される損傷検知部と、を有し、前記損傷検知部は、検査信号として電気信号または光信号を入力して、応答信号を取得する電線検査を行った際に、前記電線の損傷状態によって、前記応答信号が変化し、前記電線検査システムは、第一の時点において、複数の前記電線を含む電線群に対して、前記電線検査によって得られる前記応答信号を、個体ごとに記憶する記憶部と、前記第一の時点よりも後の第二の時点において、前記電線群の中から選択される対象電線に対して、前記電線検査を行う検査部と、前記対象電線に対して、前記第一の時点における前記応答信号を、前記記憶部から呼び出して、前記第二の時点で前記検査部によって取得した前記応答信号と比較し、該2つの応答信号に差が存在する場合に、前記対象電線に損傷が存在すると判定する解析部と、を有する。
以下、図面を用いて、本開示の実施形態にかかる電線検査システム、電線検査方法、および電線について詳細に説明する。本開示の実施形態に係る電線検査システムは、電線の損傷状態を検査することができるシステムであり、本電線検査システムを用いて、本開示の実施形態にかかる電線検査方法を実行することができる。また、それら電線検査システムおよび電線検査方法を好適に適用できる電線の例が、本開示の実施形態にかかる電線となる。本明細書において、垂直、直交、直線状、螺旋状等、電線の構成部材の形状や配置を示す語には、幾何的に厳密な概念のみならず、電線において許容される範囲の誤差を含むものとする。
最初に、本開示の実施形態にかかる電線検査システムおよび電線検査方法において、検査の対象となる電線について説明する。検査対象となる電線は、通常の電線と同様に、導体と、導体の外周を被覆する絶縁被覆を有する芯線を含んでおり、さらに、損傷検知部を備えている。損傷検知部は、検査信号として電気信号または光信号を入力して、応答信号を取得する電線検査を行いうるものである。電線検査に際し、損傷検知部において得られる応答信号には、電線の損傷状態により、つまり電線への損傷の有無により、さらに好ましくは損傷の程度および位置により、変化が生じる。
芯線の各構成部材は、電力供給や信号伝達、ノイズ遮蔽等、電線本来の役割を担っているが、この形態においては、それら芯線の構成部材に、本来の役割に加えて、損傷検知部としての役割も担わせる。例えば、芯線を構成する導体等の導電性部材が、損傷検知部として機能する。損傷検知部として機能させる導電性部材の数は限定されるものではなく、例えば1つの導電性部材の一端から他端まで電気信号を通過させて、電線検査を行っても、相互に絶縁された2つの導電性部材の間の電気的特性を評価することで、電線検査を行ってもよい。2つの導電性部材を利用する形態の具体例としては、後の詳細な説明で例示しているツイストペア線(電線C)のように、芯線に含まれる2本の導体を損傷検知部として利用する形態や、同軸シールドケーブルにおいて、中心導体とシールド導体を損傷検知部として利用する形態を挙げることができる。
この場合には、芯線の構成部材は、損傷検知部としては利用されない。その代わりに、損傷検知に特化した部材が、芯線の外側に配置され、芯線とともに電線を構成している。例えば、芯線の外周に、導電性部材を含んだテープ体や線条体等を配置し、損傷検知部として利用する形態が考えられる。この場合にも、芯線の外側に配置した1つの導電性部材の一端から他端まで電気信号を通過させて、電線検査を行っても、芯線の外側に、相互に絶縁された2つの導電性部材を備えた部材を配置し、それら2つの導電性部材の間の電気的特性を評価することで、電線検査を行ってもよい。2つの導電性部材を有する損傷検知用部材を芯線の外周に配置する形態の具体例として、後に本開示の実施形態の第二の電線として説明する積層テープ巻き電線3を用いる形態、つまり2つの導電性被覆層を有する積層テープを芯線の外周に巻き付け、2つの導電性被覆層の間の電気的特性を評価する形態を挙げることができる。また、この形態(ii)を採用する場合には、検査信号として、電気信号ではなく、光信号を用いることもでき、例えば、光ファイバを芯線に並走させておき、光ファイバにおける光信号の伝送によって、電線検査を行うこともできる。
この場合には、芯線の構成部材と、芯線の外側に配置された部材とが、協働して損傷検知部として機能する。例えば、導体等、芯線を構成する導電性部材と、芯線の外周に配置された別の導電性の部材とが、損傷検知部を構成する場合が挙げられる。具体的な例としては、後に本開示の実施形態の第一の電線として説明する導電テープ巻き電線1を用いる形態、つまり芯線の外周に導電テープを巻き付け、その導電テープと芯線の導体の間の電気的特性を評価する形態を挙げることができる。
次に、本開示の一実施形態にかかる電線検査システムについて説明する。
次に、上記電線検査システムAを利用した本開示の一実施形態にかかる電線検査方法について、簡単に説明する。図2に、本電線検査方法をフロー図にて示している。
次に、電線の個体ごとの応答信号のばらつきと、損傷による応答信号の変化について説明する。ここでは、例として、図3について示すように、2か所(点Cp5および点Cp6)に分岐を有するツイストペア線として構成された電線Cに対して、時間領域反射法によって特性インピーダンスを計測する場合について、実際の測定結果の例を示しながら説明を行う。なお、ここで示す測定例は、時間領域反射法の中でも、後に説明するマルチキャリア時間領域反射法(MCTDR法)によって測定したものである。
以下に、上記で説明した電線検査システムおよび電線検査方法による検査の対象として好適に適用することができる電線の具体例を挙げる。ここでは、本開示の第一の実施形態にかかる電線としての導電テープ巻き電線1と、本開示の第二の実施形態にかかる電線としての積層テープ巻き電線3の2種の電線について、詳細に説明する。なお、これら2種の電線1,3に対しては、本開示の電線検査システムおよび電線検査方法を用いる以外の方法でも、損傷の検知を行うことができる。例えば、計測装置を常時接続したまま、電線検査を連続的に行う形態の損傷検知等も、適用することができる。そこで、以下では、必要に応じて、他の検査方法に関連する事項についても説明する。
まず、第一の実施形態にかかる電線として、導電テープ巻き電線1について説明する。
図5に、本開示の第一の実施形態にかかる電線として、導電テープ巻き電線1の斜視図を示す。また、図6Aに、導電テープ巻き電線1を軸線方向に垂直に切断した断面の一例を示す。
次に、導電テープ巻き電線1に対して行われる電線検査について、説明する。電線検査において、直接的に検出されるのは、導電テープ20に発生した損傷D1であるが、その導電テープ20の損傷D1を指標として、芯線10の絶縁被覆12に外傷Dが形成されていること、あるいは絶縁被覆12に外傷Dが形成される寸前の予兆段階にあることを検知するのを、電線検査の目的としている。
次に、第二の実施形態にかかる電線として、積層テープ巻き電線3について、説明する。ここでは、上記導電テープ巻き電線1と共通する構成や検査方法、およびそれらによる効果については、説明を省略し、簡単に説明を行う。
図11Aに、積層テープ巻き電線3の概略を斜視図にて示す。積層テープ巻き電線3においては、芯線31の外周に、積層テープ40が、螺旋状に巻き付けられている。積層テープ40も、上記導電テープ20と同様に、1本の芯線31の外周に巻き付けてもよいが、好ましくは、図11Aに示すとおり、複数の芯線31が束にされたワイヤーハーネス30全体としての外周に、積層テープ40が巻き付けられた形態をとっているとよい。この場合には、いわば積層テープ巻きワイヤーハーネスの状態となるが、本明細書においては、そのような状態も含めて、積層テープ巻き電線3と称するものとする。積層テープ40は、芯線31の束(電線束)の外周に直接巻き付けられていても、チューブ等の外装材に電線束を収めたうえで、その外装材の外周に巻き付けられていてもよい。
積層テープ巻き電線3においては、積層テープ40が有する2層の導電性被覆層42,42を損傷検知部として利用し、電線検査として、2層の被覆層42,42の間の特性インピーダンスを計測することで、損傷を検知することができる。電線検査において、直接的に検出されるのは、積層テープ40の被覆層41,41に発生した損傷であるが、その被覆層41,41における損傷を指標として、芯線31(またはワイヤーハーネス30)に外傷が形成されていること、あるいは外傷が形成される寸前の予兆段階にあることを検知するのを、電線検査の目的としている。
まず、導電テープ巻き電線について、特性インピーダンスの計測による損傷の検知が行えるかを確認した。
まず、直線状の導電テープ巻き電線において、特性インピーダンスの計測を利用して、外傷の検知を行えるかを、確認した。
芯線として、全長10mの単線構造の電線を準備した。その芯線の外周に、銅箔よりなる導電テープを、粗い螺旋状に巻き付け、試料電線とした。螺旋のピッチは、10mmとした。導電テープの幅と、導電テープに占められない間隙の幅との比率は、ほぼ1:1とした。
上記で準備した試料電線の基端において、芯線の導体と導電テープとの間の特性インピーダンスを計測した。計測は、MCTDR法によって行った。測定中、導電テープの電位は、フロート状態に保った。
図12に、例として、試料電線の基端から232cmの位置に模擬的な外傷を形成した場合について、特性インピーダンスの計測結果を示す。図12および後に示す図13~図14Cでは、時間軸を基端からの距離に変換したものを横軸に、特性インピーダンスを縦軸にとっている。ただし、横軸に付した数値は、距離の絶対値を示すものではなく、距離に比例する量である。縦軸の特性インピーダンスは、距離ゼロにおける値をゼロとした変動量で表示している。
次に、分岐を有する電線において、特性インピーダンスの計測を利用した外傷の検知を行えるかを、確認した。
芯線として、図9に示すような分岐構造を有する電線を準備した。ここでは、本線14の中途部に設けた3つの分岐部13A~13Cから、それぞれ枝線15A~15Cが分岐している。この芯線10’の本線14および枝線15A~15Cの各部に、導電テープを粗い螺旋状に巻き付け、試料電線とした。本線14および枝線15A~15Cのそれぞれに巻き付けた導電テープは、相互に電気的に接触させておいた。用いた導電テープの種類、螺旋のピッチ、導電テープと間隙との幅の比率は、上記試験[1-1]と同じとした。この試料電線の本線および各枝線の所定の位置に、導電テープを破断させた模擬的な外傷を形成した。
上記試験[1-1]と同様に、MCTDR法による特性インピーダンスの計測を行った。
図14Aに、外傷を形成していない場合について、計測結果を示す。一方、図14Bに、基端に最も近い分岐部13Aから延びている枝線15Aに外傷を形成した場合の計測結果を示す。分岐部13Aを挟んで、基端1Aから外傷形成箇所までの距離は、4.0mであった。
最後に、積層テープ巻き電線についても、損傷の検知が行えるかを確認した。
積層テープとして、絶縁性の不織布をテープ状に裁断し、厚さ0.1mm、幅8mmの銅テープで挟み込んだ。不織布テープと銅テープの間は、接着層によって接着した。この積層テープを、ワイヤーハーネスを模擬した樹脂ホース(外径10mm;長さ7m)の外周に、螺旋状に巻き付けた。積層テープは、樹脂ホースに対して、接着テープによって固定した。巻き付けに際し、螺旋のピッチは、約25mmとした。積層テープの幅と、積層テープに占められない間隙の幅との比率は、ほぼ1:1とした。
上記で準備した試料の基端において、積層テープを構成する2層の銅テープの間で、反射係数ρを計測した。計測は、MCTDR法によって行った。測定中、2層の銅テープの電位は、フロート状態に保った。なお、2層の銅テープ間の特性インピーダンスを、損傷のない箇所でZ0、損傷が生じている箇所でZLとすると、反射係数ρは、下の式(1)で表される。
ρ=(ZL-Z0)/(ZL+Z0) (1)
つまり、損傷箇所で特性インピーダンスが上昇すると、反射係数も上昇し、損傷箇所で特性インピーダンスが低下すると、反射係数も低下することになる。そこで、この試験においては、反射係数を、特性インピーダンスに代わる特性として、計測している。
まず、外傷として銅テープに破断を形成した場合の結果について確認する。図15Aに破断形成前の正常時、図15Bに破断を形成した後の状態について、反射係数の計測結果を示す。なお、図15A~16Cでは、時間軸を基端からの距離(単位:m)に変換したものを横軸に、反射係数ρを縦軸にとっている。図15Bの破断形成後の計測結果を見ると、距離ゼロの近傍に、機器接続部に由来する大きな変動が見られるのに加え、距離4.5mの近傍に、図15Aの正常時の計測結果には見られない正方向のピークが生じている。図15Cに、破断形成後の反射係数の値から破断形成前の反射係数の値を減じた差分を示すが、差分において、その正方向のピーク構造が、一層明瞭になっている。
1A 電線の基端
10,10’ 芯線
11 導体
12 絶縁被覆
13A~13C 分岐部
14 本線
15A~15C 枝線
20 導電テープ
25 間隙
3 積層テープ巻き電線
30 ワイヤーハーネス
31 芯線
40 積層テープ
41 基材
42 被覆層
43 接着テープ
9 計測装置
100 電線
120 導電性層
A 電線検査システム
A1 記憶部
A2 検査部
A3 解析部
C 電線
Cp1~Cp6 電線C上の点
C1~C3 電線
C2a 検査時の電線C2の応答信号
C2b 初期状態の電線C2の応答信号
D 外傷
D1 導電テープの損傷
P ピーク
R 変化領域
S1~S4 電線検査方法の各ステップ
Claims (13)
- 電線の損傷状態を検査するための電線検査システムであって、
前記電線は、
導体と、絶縁被覆と、を有する芯線と、
前記芯線の構成部材と、前記芯線に沿って配置された前記芯線以外の部材と、の少なくとも一方より構成される損傷検知部と、を有し、
前記損傷検知部は、相互に電気的に絶縁された2つの導電性部材を有し、検査信号として交流成分を含んだ電気信号を入力して、応答信号として、前記2つの導電性部材の間の特性インピーダンスを、時間領域反射法または周波数領域反射法によって測定する電線検査を行った際に、前記電線の損傷状態によって、前記応答信号が変化し、
前記電線検査システムは、
第一の時点において、複数の前記電線を含む電線群に対して、前記電線検査によって得られる前記応答信号を、個体ごとに記憶する記憶部と、
前記第一の時点よりも後の第二の時点において、前記電線群の中から選択される対象電線に対して、前記電線検査を行う検査部と、
前記対象電線に対して、前記第一の時点における前記応答信号を、前記記憶部から呼び出して、前記第二の時点で前記検査部によって取得した前記応答信号と比較し、該2つの応答信号に差が存在する場合に、前記対象電線に損傷が存在すると判定する解析部と、を有し、
前記解析部は、前記第一の時点における前記応答信号と、前記第二の時点における前記応答信号との間に、前記応答信号上で差が生じている領域を、前記電線の軸線方向に沿った位置に対応づけ、その位置に損傷が発生していると判定する、電線検査システム。 - 前記検査信号は、連続した周波数範囲にわたる成分を、周波数ごとに独立した強度で重畳したものであり、前記周波数範囲の中に、一部の周波数の成分が欠損しているか、周囲の周波数と比較して強度が不連続に小さくなった除外周波数を含んでおり、
前記電線検査においては、前記応答信号として、前記2つの導電性部材の間の特性インピーダンスを、時間領域反射法によって測定する、請求項1に記載の電線検査システム。 - 前記検査信号において、前記除外周波数は、前記対象電線の外部の発生源に由来し、前記対象電線の周囲を伝搬する電磁波の周波数を含んでいる、請求項2に記載の電線検査システム。
- 電線の損傷状態を検査するための電線検査システムであって、
前記電線は、
導体と、絶縁被覆と、を有する芯線と、
前記芯線の外周に、螺旋状に巻き付けられた導電テープと、を有し、
前記導電テープのターン間に、前記導電テープに占められない間隙を有しており、
前記芯線の前記導体と、前記導電テープとから、損傷検知部が構成され、
前記損傷検知部は、検査信号として交流成分を含んだ電気信号を入力して、応答信号として、前記導体と前記導電テープとの間の特性インピーダンスを計測する電線検査を行った際に、前記電線の損傷状態によって、前記応答信号が変化し、
前記電線検査システムは、
第一の時点において、複数の前記電線を含む電線群に対して、前記電線検査によって得られる前記応答信号を、個体ごとに記憶する記憶部と、
前記第一の時点よりも後の第二の時点において、前記電線群の中から選択される対象電線に対して、前記電線検査を行う検査部と、
前記対象電線に対して、前記第一の時点における前記応答信号を、前記記憶部から呼び出して、前記第二の時点で前記検査部によって取得した前記応答信号と比較し、該2つの応答信号に差が存在する場合に、前記対象電線に損傷が存在すると判定する解析部と、を有する、電線検査システム。 - 前記芯線は、前記導体の外周に前記絶縁被覆を設けた絶縁電線を1本のみ含んだ単線構造を有している、請求項4に記載の電線検査システム。
- 電線の損傷状態を検査するための電線検査システムであって、
前記電線は、
導体と、絶縁被覆と、を有する芯線と、
前記芯線の外周に配置された積層テープと、を有し、
前記積層テープは、テープ状の絶縁体または半導体として構成された基材の両面に、導電性の被覆層を形成したものであり、
前記電線において、前記積層テープの2層の前記被覆層から損傷検知部が構成され、
前記損傷検知部は、検査信号として交流成分を含んだ電気信号を入力して、応答信号として、2層の前記被覆層の間の特性インピーダンスを計測する電線検査を行った際に、前記電線の損傷状態によって、前記応答信号が変化し、
前記電線検査システムは、
第一の時点において、複数の前記電線を含む電線群に対して、前記電線検査によって得られる前記応答信号を、個体ごとに記憶する記憶部と、
前記第一の時点よりも後の第二の時点において、前記電線群の中から選択される対象電線に対して、前記電線検査を行う検査部と、
前記対象電線に対して、前記第一の時点における前記応答信号を、前記記憶部から呼び出して、前記第二の時点で前記検査部によって取得した前記応答信号と比較し、該2つの応答信号に差が存在する場合に、前記対象電線に損傷が存在すると判定する解析部と、を有する電線検査システム。 - 前記芯線は、複数を束にしたワイヤーハーネスの状態にあり、
前記積層テープは、前記ワイヤーハーネス全体としての外周に、螺旋状に巻き付けられている、請求項6に記載の電線検査システム。 - 前記基材は、外部の環境よって、電気的特性が変化する、請求項6または請求項7に記載の電線検査システム。
- 前記記憶部は、前記検査部および前記解析部から離れた場所に備えられる、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電線検査システム。
- 前記解析部は、前記第一の時点における前記応答信号と、前記第二の時点における前記応答信号との差分を求め、前記差分に基づいて、該2つの応答信号に差が存在するか否かを判定する、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の電線検査システム。
- 前記電線群は、同一種の前記電線を複数含んでいる、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の電線検査システム。
- 前記電線群を構成する前記電線は、中途に分岐部を有する、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電線検査システム。
- 請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の電線検査システムを用いて、
前記第一の時点において、前記電線群を構成する前記電線について、前記電線検査を行い、前記応答信号を取得する初期データ取得工程と、
前記初期データ取得工程で取得した前記応答信号を、前記電線の個体ごとに、前記記憶部に記憶させるデータ記憶工程と、
前記第二の時点において、前記検査部によって、前記対象電線に対して、前記電線検査を行う計測工程と、
前記解析部によって、前記対象電線について、前記第一の時点で取得した前記応答信号を前記記憶部から呼び出して、前記第二の時点で前記計測工程において取得した前記応答信号と比較し、該2つの応答信号に差が存在する場合に、前記対象電線に損傷が発生していると判定する解析工程と、を実施する電線検査方法。
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