JP2016197029A - 静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域を特定する。
【解決手段】静電気放電に伴い発生する電磁波を、異なる場所に設置した複数の受信アンテナからなる受信アンテナ群で検出し、各受信アンテナに電磁波が到達する時間差と受信アンテナの設置位置の関係から、双曲線法によって，静電気放電発生源の３次元座標を算出する静電気放電発生源検知方法において、全ての静電気放電発生源特定用双曲線に対して、サンプリング時間間隔の値を加算して得られる第一の双曲線と、サンプリング時間間隔の値を減算して得られる第二の双曲線とを求め、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって形成される領域を，サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物において静電気放電が発生した場合に、静電気放電発生源の位置を双曲線法によって算出し、サンプリングによる誤差範囲を含めて静電気放電発生源を検知する静電気放電発生源検知方法と、その位置を表示して可視化する静電気放電発生源可視化方法に関する。

従来の静電気放電発生箇所可視化方法及び可視化装置の一例として、被測定物において静電気放電が発生する状況をビデオ画像上で分かりやすく可視化する手段が、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の方法は、「静電気放電に伴う電磁波を受信するための４本以上のアンテナと、被測定物の様子を動画像で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラの撮影範囲を調べるための方位・仰角基準板を取り付けた支持体を被測定物の近傍に設置し、被測定物で発生した静電気放電に伴う電磁波が各アンテナへ到達する時間の差から、双曲線法によって、被測定物において静電気放電が発生した位置を算出し、被測定物のビデオ画像上に、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示や、静電気放電が発生するまでの残り時間表示や、静電気放電源の位置を数値で示す表示等を重ね表示することで、被測定物において静電気放電が発生する様子をビデオ画像で可視化する。」とするものである。

この方法によると、被測定物で発生した静電気放電に伴う電磁波が各受信アンテナへ到達する時間の差から、双曲線法によって、被測定物において静電気放電が発生した位置を算出することで、理論的には、被測定物における静電気放電の発生座標を、非常に正確に算出することが可能である。

また、被測定物のビデオ画像上に、静電気放電発生源の位置を示すマ−キング表示や、静電気放電が発生するまでの残り時間表示や、静電気放電発生源の位置を数値で示す表示等を重ね表示することで、被測定物において静電気放電が発生する様子をビデオ画像で、分かりやすく確認することができる。

特許第５３７４６８７号公報

特許文献１に記載の方法は、静電気放電に伴い発生する電磁波を検出するために用いる計測装置において、各アンテナ間での電磁波到達時間差を理論どおり、正確に算出できることを前提としているが、実際に実用化されている計測機器では、サンプリング速度が有限であるため、各アンテナ間での電磁波到達時間差を算出する際に誤差が生じ、これに伴って双曲線法で算出した放電位置にも誤差が生じてしまう。

しかし、特許文献１では、サンプリング速度の制限に伴い算出誤差が生じることや、算出誤差への対処方法などについては一切言及されていない。

このように、静電気放電発生源を検知するにあたって、静電気放電発生源から発せられる電磁波の電圧波形を検知しているが、その際に、所定のサンプリング速度のもとで検知がなされるため、サンプリングによる誤差範囲が生じる。そのため、計測器のサンプリング性能に応じて、サンプリングによる誤差範囲を含めて静電気放電発生源を特定することができれば、実用上極めて有効である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、静電気放電発生源検知を行う際に用いる計測器のサンプリング性能に応じて、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定することが可能な静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明の静電気放電発生源検知方法は、静電気放電に伴い発生する電磁波を、異なる場所に設置した複数の受信アンテナからなる受信アンテナ群で検出し、各受信アンテナに電磁波が到達する時間差と受信アンテナの設置位置の関係から、双曲線法によって，静電気放電発生源の３次元座標を算出する静電気放電発生源検知方法において、全ての静電気放電発生源特定用双曲線に対して、サンプリング時間間隔の値を加算して得られる第一の双曲線と、サンプリング時間間隔の値を減算して得られる第二の双曲線とを求め、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって形成される領域を，サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定することを特徴とする。

双曲線法を用いて静電気放電発生源の位置を算出する際、サンプリング時間間隔によって生じる静電気放電発生源の算出誤差領域を算出することにより、計測器のサンプリング性能に応じて、真の静電気放電発生源が存在する領域を特定することが可能となる。
ここで、静電気放電発生源特定用双曲線とは、２次元空間や３次元空間における静電気放電発生源を特定するために用いた双曲線を示す。

本発明の静電気放電発生源可視化方法は、本発明の静電気放電発生源検知方法によって得られる静電気放電発生源推定領域を可視化する静電気放電発生源可視化方法であって、前記受信アンテナ群で構成される３次元空間に校正された映像撮影機器を用いて、被試験体の様子を撮影し、記録し続け、前記受信アンテナ群が静電気放電に伴い発生する電磁波を検出すると、前記受信アンテナ群で構成される３次元空間を示す平面図や、前記映像撮影機器が撮影していた画像に対して、前記静電気放電発生源推定領域をマーキング表示して、静電気放電発生源推定領域を表示することを特徴とする。

受信アンテナ群で構成される３次元空間において、誤差領域を特定する交点の位置を、ＸＹ平面図、ＸＺ平面図、ＹＺ平面図として表示することにより、真の放電発生源が存在する領域を可視化することが可能となる。
また、被試験体のどの領域で放電が発生したかを、放電発生直後に画像上で確認することができる。
ここで、受信アンテナ群で構成される３次元空間に校正された映像撮影機器とは、撮影される画角や、撮影された画像における個々の画素が対応する角度、受信アンテナ群で構成される３次元空間における、ビデオカメラの撮影基準点の設置座標や撮影角度を予め明確にした映像撮影機器のことを意味する。

本発明の静電気放電発生源可視化方法においては、前記映像撮影機器で撮影した画像を任意の時間分、無限ループ記録し続け、前記受信アンテナ群が静電気放電を検出すると、検出した瞬間に撮影していた静止画像に静電気放電発生時基準番号を付与して、無限ループ記録した画像を静電気放電発生前後画像群として保存し、保存した個々の静止画像に静電気放電発生源推定領域を示すマーキング表示を加えた後、静止画像を時系列に表示して、被試験体で静電気放電が発生する前後の被測定物の状況を表示し確認する構成とすることができる。

これにより、被試験体において静電気放電が生じる領域と、静電気放電が発生する瞬間が分かるため、被試験体で静電気放電が生じる状況を容易に確認することが可能となる。

本発明によると、静電気放電発生源検知を行う際に用いる計測器のサンプリング性能に応じて、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定することができる。

本発明の第一実施形態に係る静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法を実現する装置の構成を示す図である。 ３次元空間における方位と仰角を示す図である。 静電気放電発生源からの電磁波の電圧波形と電磁波到達基準点を示す図である。 双曲線法による静電気放電発生源を特定する方法の説明図である。 静電気放電発生源の位置の特定を３次元空間に適用した説明図である。 サンプリングによる到達時間差の誤差を示す図である。 サンプリングによる誤差範囲を含んで、正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定する方法を説明する図である。 誤差範囲の算出例と表示例を示す図である。 サンプリングレートの相違による、静電気放電発生源推定領域の表示の一例を示す図である。 異なる到達時間差の場合の、静電気放電発生源推定領域の表示の一例を示す図である。

以下に、本発明の静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法を、その実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の第一実施形態に係る静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法を実現する装置の構成を示す。

図１に示すように、静電気放電発生源ｂを特定したい被測定物ａの近くの任意の場所に、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが配置されており、ビデオカメラ４、方位・仰角基準板５を取り付けた支持体１が設置されている。

受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄは、それぞれ同軸ケ−ブル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介して、デジタルオシロスコ−プ６の入力端子であるｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４にそれぞれ接続されている。デジタルオシロスコ−プ６は、制御用コンピュ−タ９とデジタルインターフェースケーブル９ａによって接続されており、制御用コンピュ−タ９は、デジタルオシロスコ−プ６を制御する。

ビデオカメラ４は、デジタルインターフェースケーブル９ｂによって制御用コンピュ−タ９と接続され、制御用コンピュ−タ９によって制御される。

支持体１において、受信アンテナ２ａを取り付けた位置を可視化装置の測定基準点ｃとし、受信アンテナ２ａに対して、それぞれ方角が９０度異なる任意の場所に受信アンテナ２ｂ、２ｃ、２ｄを取り付ける。図１の場合、測定基準点ｃに対して、受信アンテナ２ｂを通過する軸線をＹ軸、受信アンテナ２ｃを通過する軸線をＸ軸、受信アンテナ２ｄを通過する軸線をＺ軸とする。なお、ＸＹＺの各軸をどの受信アンテナの向きにするかは特に限定されない。

すなわち、図１に示す場合には、受信アンテナ２ａが基準点受信アンテナであり、この基準点受信アンテナと、基準点受信アンテナ以外の３つまたはそれ以上の受信アンテナによって受信アンテナ群が形成されている。基準点受信アンテナと他の２つの受信アンテナとで一つの平面を形成し、その他の受信アンテナは、この平面上はない位置に配置されている。

図１において、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄによって受信された信号は、高周波伝達経路である同軸ケ−ブル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを介して、４チャンネル入力のデジタルオシロスコ−プ６の入力チャンネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４に、それぞれ入力される。

個々の受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからデジタルオシロスコ−プ６までの電気信号到達時間差を予め調べておき、電磁波到達時間差を算出する際には、電気信号伝達時間差が０になるよう補正する。

デジタルオシロスコ−プ６は、制御用コンピュ−タ９とデジタルインターフェースケーブル９ａで接続され、制御用コンピュ−タ９でデジタルオシロスコ−プ６の初期化と測定条件の設定を行う。なお、制御用コンピュ−タ９とデジタルオシロスコ−プ６とを接続する際の通信インタフェ−ス方式は、ＧＰ−ＩＢ、ＲＳ−２３２Ｃ、ＬＡＮ、ＵＳＢ等、デジタルオシロスコ−プ６の制御やデ−タの受け渡しができるものであれば方式を問わない。制御用コンピュ−タ９の画面には、静電気放電発生源推定領域Ｒが表示される。この表示に至るプロセスは、後に詳述する。

図２に、３次元空間における方位と仰角を示す。
図２に示すように、３次元空間において、測定基準点ｃの存在するＸＹ平面での測定基準点ｃからの向きを方位とし、測定基準点ｃの存在するＸＹ平面に対する垂直方向の傾きの度合いを仰角とする。本実施形態の場合、＋Ｙ軸の向きを方位０度とし、＋Ｘ軸側（右側）に右回転するに従って方位が増加することとし、仰角については、測定基準点ｃの存在するＸＹ平面に向いている時を仰角０度とし、＋Ｚ軸の向きの時の仰角を＋９０度、−Ｚ軸の向きの時の仰角を−９０度とする。

静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのいずれかで受信すると、デジタルオシロスコ−プ６のトリガが掛かる状態にして、静電気放電の発生を監視する。デジタルオシロスコ−プ６のトリガ機能には、ある一定電位を超える入力があった場合にトリガの掛かるエッジトリガや、入力信号のパルス幅がある一定時間内であるときにトリガが掛かるパルス幅トリガや、それらを複数の入力チャンネルで組み合わせたパタ−ントリガなどがあり、どのようなトリガ条件にするかは、測定現場の状況に応じて調整して選択する。

静電気放電に伴い発生する電磁波を受信して、デジタルオシロスコ−プ６のトリガが掛かると、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄで受信した、静電気放電に伴い発生する電磁波の電圧的変化が、デジタルオシロスコ−プ６のチャンネルｃｈ１、ｃｈ２、ｃｈ３、ｃｈ４のデジタルデ−タとして記録される。

デジタルオシロスコ−プ６において記録されるデジタルデ−タとは、デジタルオシロスコ−プ６において、その各チャンネルに入力された電圧の時間的変化を離散的に高速ＡＤ（アナログ値からデジタル値へ）変換して得られた電圧値を、設定したポイントの数だけ時系列に記録したデ−タ群のことである。

デジタルオシロスコ−プ６のトリガが掛かかると、そのことを制御用コンピュ−タ９で検知し、静電気放電の発生時刻として記録する。そして、デジタルオシロスコ−プ６で記録された４チャンネル分のデジタルデ−タを制御用コンピュ−タ９で読み込み、各チャンネルにおける電磁波到達基準点を見つけだす。

図３に、静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを接続したデジタルオシロスコープ６で検出した電圧波形のイメージと電磁波到達基準点を示す。
電磁波到達基準点とは、静電気放電に伴い発生する電磁波が各受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに到達した時刻を比較するための基準点のことである。デジタルオシロスコ−プ６に記録された静電気放電に伴う電磁波の波形デ−タの中で、静電気放電に伴い発生する電磁波によって発生した最初の電圧パルスのピ−クを示す測定ポイントを、電磁波到達基準点Ｐ（２ａ）、Ｐ（２ｂ）、Ｐ（２ｃ）、Ｐ（２ｄ）とする。

測定ポイントとは、デジタルオシロスコ−プ６において時系列に記録されたデジタルデ−タの中の何番目のデ−タであるかを示すものである。

その電圧パルスのピ−ク部分がデジタルオシロスコ−プ６の表示範囲を超えている場合には、超えている区間の中間の測定ポイントを電磁波到達基準点とする。図３におけるＰ（２ｃ）がその例である。

そして、ある任意の２つの受信アンテナ間において、電磁波到達基準点を示す測定ポイントの差分に、計測時のデジタルオシロスコ−プ６のサンプリングレ−トの逆数を掛けると、その２つの受信アンテナ間での、静電気放電に伴い発生する電磁波の到達時間差ｔ（ｂａ）、ｔ（ｃａ）、ｔ（ｄａ）が算出される。

サンプリングレ−トとは、デジタルオシロスコ−プ６において電圧等の時間的変化を離散的に測定する際の、１秒間に測定する回数のことである。

サンプリング時間間隔とは、サンプリングレ−トの逆数のことで、デジタルオシロスコ−プ６において電圧等の時間的変化を離散的に測定する際の時間間隔を意味する。

双曲線法とは、静電気放電に伴い発生する電磁波を、設置場所の異なる３台以上の受信アンテナで受信し、各受信アンテナに電磁波が到達する時間差と受信アンテナの設置位置の関係から、組み合わせの異なる任意の２本の受信アンテナ間における双曲線をそれぞれ算出し、それらの双曲線の交点を求めることで、静電気放電の発生源の位置を特定する手法である。

２次元空間における放電源の座標を双曲線法で算出する場合、３台以上の受信アンテナを使用し、３次元空間における放電源の座標を双曲線法で算出する場合、３台の受信アンテナに加えて、それらのアンテナ群で構成される平面とは異なる位置に最低限、１台の受信アンテナを設置する必要がある。

図４に基づいて、双曲線法による静電気放電発生源を特定する方法を説明する。
図４（ａ）に示すように、静電気放電発生源ｂと、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃとが全て同じ２次元空間に存在する場合、静電気放電発生源ｂで発生した静電気放電に伴う電磁波を、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃが受信すると、図４（ｂ）に示すように、静電気放電発生源ｂと受信アンテナ２ａ、２ｂの設置場所との距離の差に応じて、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂとの到達時間差ｔ（ｂａ）が生じる。同様に、静電気放電発生源ｂと受信アンテナ２ａ、２ｃの設置場所との距離の差に応じて、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｃとの到達時間差ｔ（ｃａ）が生じる。

受信アンテナ２ａ、２ｂに対して到達時間差がｔ（ｂａ）となる点を結んだ線が、アンテナ２ａ、２ｂに対する双曲線Ｌ（ｂａ）となるが、一つの双曲線だけでは、双曲線Ｌ（ｂａ）上のどの点が放電の発生源であるかは特定できない。そこで、もう一つの受信アンテナ２ｃを用意し、アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃで、電磁波を受信することによって、双曲線Ｌ（ｂａ）と双曲線Ｌ（ｃａ）を求め、２つの双曲線の交点を、静電気放電発生源ｂの位置として特定することができる。

図４（ｃ）は、サンプリング速度が遅くなることによって、受信波形を正確に検出できない状況を説明しており、図中に白丸で示すものがサンプリングポイントである。各受信アンテナによって受信される電圧波形は、サンプリングによって離散的に検知されるため、真の時間差ｔｏと、サンプリングによって得られる実際に検知される時間差ｔとは異なっている。

上述した静電気放電発生源ｂの位置の特定を、３次元空間に適用したものを、図５に示す。図５（ａ）に示すように、静電気放電発生源ｂが３次元空間に存在する場合、Ｚ軸上に更に受信アンテナ２ｄを追加して、受信アンテナ２ａと２ｄで得られる双曲線Ｌ（ｄａ）を求める。双曲線Ｌ（ｄａ）を、図５（ｂ）に示すように、Ｚ軸線を軸として３６０度回転させた曲面を算出する。同様に、図５（ｃ）に示すように、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂによる双曲線Ｌ（ｂａ）を、Ｙ軸線を軸として３６０度回転させた曲面を算出し、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｃによる双曲線Ｌ（ｃａ）を、Ｘ軸線を軸として３６０度回転させた曲面を算出する。
なお、双曲線Ｌ（ｂａ）、双曲線Ｌ（ｃａ）、双曲線Ｌ（ｄａ）のそれぞれを回転して得られる曲面は、それぞれの双曲線による双曲線群で形成されるものであるため、ここでは、このような双曲線群も包括的に双曲線と称する。

図５（ｄ）は、上記の方法で得られた双曲線の交差についてのＸＹ断面を示しており、これらの３つの曲面が一つに交わる点を求めることによって、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間における静電気放電発生源ｂの座標を算出することができる。

支持体１に取り付ける受信アンテナの数を４本より、さらに増やし、既存の受信アンテ
ナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄとは異なる場所に取り付け、算出する双曲線の数を増やすこと
で、測定誤差が軽減され、静電気放電発生源の算出精度を向上させることもできる。

図６は、サンプリングによる到達時間差の誤差を示す。
双曲線法に用いる、２つの受信アンテナ間での電磁波の到達時間差を求める場合、比較する２つの受信アンテナの受信波形データの最初の電圧パルスのピークの検出時間差を正確に算出する必要がある。しかし、実際には、電磁波を検出するために用いる計測器のサンプリングレートにより、真のパルスピークを検出できない場合が多い。この場合、パルスピークの直前か直後のサンプリングポイントのうち、どちらか、よりピーク値に近い値のサンプリングポイントがサンプリング上のピークポイントとなる。

図６における丸印はサンプリングポイントを示しており、黒丸は電圧パルスのピ−ク値として検知されるピークポイントである。従って、２つの黒丸による時間間隔が、検知される到達時間差となる。この場合、真のパルスピークとサンプリング上のパルスピークとの時間差は、サンプリング時間間隔の半分の値以内となる。

図６（ａ）は、２つのチャンネルにおける真の受信波形パルスピークの位置が、いずれもサンプリング上のピークポイントの外側である場合を示している。この場合には、サンプリングにより検知される電磁波到達時間差は、真の電磁波到達時間差よりも短く測定される。そのため、真の電磁波到達時間差は、サンプリング上の電磁波到達時間差より、最長、サンプリング時間間隔の時間分、長い値となる。

従ってこの場合には、サンプリングにより検知される到達時間差ｔに対して、その前後に、サンプリング時間間隔の半分の時間を加算した時間間隔ｔｍａｘ内に、真のピ−ク値が存在していることになる。従って、サンプリングにより検知される到達時間差に、サンプリング時間間隔の値を加算すると、その時間間隔内に必ず真のピークが存在する。

逆に、図６(ｂ）は、２つのチャンネルにおける真の受信波形パルスピークの位置が、いずれもサンプリング上のピークポイントの内側である場合を示している。この場合には、サンプリングにより検知される電磁波到達時間差は、真の電磁波到達時間差よりも長く測定される。そのため、真の電磁波到達時間差は、サンプリング上の電磁波到達時間差より、最短で、サンプリング時間間隔の時間分、短い値となる。

従ってこの場合には、サンプリングにより検知される到達時間差ｔに対して、その前後に、サンプリング間隔の半分の時間を減算した時間間隔ｔｍｉｎ内に、真のピ−ク値が存在していることになる。従って、サンプリングにより検知される到達時間差に、サンプリング時間間隔の値を減算すると、その時間間隔内に必ず真のピークが存在する。

以上のことから、真の到達時間差は、有限のサンプリング速度を有する計測器を用いて得られる、「サンプリング上の電磁波到達時間差−サンプリング時間間隔」から、「サンプリング上の電磁波到達時間差＋サンプリング時間間隔」の間に必ず存在する。本発明は、このことに基づいて、双曲線法により、到達時間差に対応する双曲線を用いて、静電気放電発生源を正確に検知するものであり、以下に、その方法について説明する。

図７に基づいて、サンプリングによる誤差範囲を含んで、正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定する方法を説明する。
図７（ａ）は、真の静電気放電発生源ｂｏを示しており、真の静電気放電発生源ｂｏは、双曲線Ｌｏ(ｂａ)と双曲線Ｌｏ(ｃａ)の交点として、理論上求められるものである。

図７（ｂ）は、所定のサンプリング速度のもとで実際に検知される静電気放電発生源ｂと、静電気放電発生源特定用双曲線Ｌ(ｂａ)、Ｌ(ｃａ)を示しており、静電気放電発生源ｂは、双曲線Ｌ(ｂａ)と双曲線Ｌ(ｃａ)の交点として求められる。

図７（ｃ）は、静電気放電発生源特定用双曲線Ｌ(ｂａ)、Ｌ(ｃａ)に対して、サンプリング時間間隔の値を加算して得られる第一の双曲線と、静電気放電発生源特定用双曲線Ｌ(ｂａ)、Ｌ(ｃａ)に対して、サンプリング時間間隔の値を減算して得られる第二の双曲線を示している。
受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂとの時間差によって得られる第一の双曲線Ｌ（ｂａ+１）と第二の双曲線Ｌ（ｂａ-１）、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｃとの時間差によって得られる第一の双曲線Ｌ（ｃａ+１）と第二の双曲線Ｌ（ｃａ-１）を求める。

図７（ｄ）は、上述した４つの双曲線が交差することによって得られる４つの交点Ｑを示しており、第一の双曲線による交点が１つ、第二の双曲線による交点が１つ、第一の双曲線と第二の双曲線との交点が２つ形成される。これにより、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって形成される領域Ｒが、平面上に得られる。この領域Ｒ内には必ず真の静電気放電発生源ｂｏが含まれており、この領域Ｒを、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定する。

上記の説明に対して、受信アンテナ２ｄを加えて３次元での検知を行うと、第一の双曲線による交点が１つ、第二の双曲線による交点が１つ、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交点が６つ形成される。これにより、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって形成される領域Ｒが、３次元空間内に得られる。この領域Ｒ内には必ず真の静電気放電発生源ｂｏが含まれており、この領域Ｒを、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定する。

以下に、３次元空間を対象とした、具体的な一例を示す。
受信アンテナを４本使用する。受信アンテナの設置座標は、アンテナ１が（Ｘ：０ｃｍ、Ｙ：０ｃｍ、Ｚ：０ｃｍ）、アンテナ２が（Ｘ：０ｃｍ、Ｙ：１００ｃｍ、Ｚ：０ｃｍ）、アンテナ３が（Ｘ：１００ｃｍ、Ｙ：０ｃｍ、Ｚ：０ｃｍ）、アンテナ４が（Ｘ：０ｃｍ、Ｙ：０ｃｍ、Ｚ：１００ｃｍ）とする。

サンプリング上の電磁波到達時間差は、アンテナ１とアンテナ２との電磁波到達時間差が２ｎｓ（アンテナ１よりアンテナ２に電磁波が到達する時刻が２ｎｓ早い）、アンテナ１とアンテナ３との電磁波到達時間差が２ｎｓ（アンテナ１よりアンテナ３に電磁波が到達する時刻が２ｎｓ早い）、アンテナ１とアンテナ４との電磁波到達時間差が-０．５ｎｓ（アンテナ１よりアンテナ４に電磁波が到達する時刻が０．５ｎｓ遅い）とする。

使用する計測器のサンプリングレートが１０ＧＳ／ｓ（サンプリング時間間隔が０．１ｎｓ）である場合、真の放電発生源が存在すると推定される領域を特定するには、上述した各受信アンテナ間のサンプリング上の電磁波到達時間差に対して、サンプリング時間間隔の値を加算または減算して得られる、８通りの電磁波到達時間差の組み合わせから双曲線法で３次元座標が算出される。その算出結果を、表１に示す。
なお、ＧＳ／ｓ（ギガサンプリング／セック）とは、計測機器のサンプリング速度を示すもので、１ＧＳ／ｓとは、１秒間に１０の９乗回サンプリングを行うことを意味する。ｎｓ（ナノセック）とは時間の単位で、１ｎｓとは、０．００００００００１秒のことを意味する。

上記の手法により、３次元空間において、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定することができる。

図８に、誤差範囲の算出例と表示例を示す。
図８は、上記の４つの受信アンテナによって受信された到達時間差をもとに、サンプリングによる誤差を考慮して得られた双曲線の交点と、これらの双曲線の交差によって形成される領域である、静電気放電発生源推定領域を表示している。

図８（ａ）は、その上面図（ＸＹ面）であり、図８（ｂ）は、その側面図（ＸＺ面）である。図中のＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点、Ｅ点、Ｆ点、Ｇ点、Ｈ点が、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって得られる交点である。また、図８（ｃ）に示すように、受信アンテナ群で構成される３次元空間に校正されたビデオカメラで撮影した画像へのマーキングを行うと、６つの交点によって形成される画像領域内に、２つの交点が含まれた画像として表示され認識される。
なお、ここでは、ビデオカメラの撮影基準点はＸ：０ｃｍ、Ｙ：０ｃｍ、Ｚ：０ｃｍ
にあり、カメラの撮影角度は、ピッチング角度(＝方位)：＋４５度，ローリング角度（＝仰角）：０度，ヨーイング角度：０度（ＸＹ水平面に平行）という条件で撮影しているとする。

図９は、図８に示すものと同一条件で、サンプリングレートが２０ＧＳ／ｓ、１０ＧＳ／ｓ、５ＧＳ／ｓの場合の静電気放電発生源推定領域を、画像へマーキングしたものである。図９からわかるように、サンプリングレートが遅い程、静電気放電発生源推定領域が広くなっている。このように、静電気放電発生源検知を行う際に用いる計測器のサンプリング性能に応じて、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定できる点に、本発明の大きな特徴がある。

静電気放電発生源推定領域の形状は、受信アンテナの配置や放電源の位置によって変化する。図１０は、前記のものと同一条件で，サンプリングレートが１０ＧＳ／ｓで，サンプリング上の電磁波到達時間差が、アンテナ１とアンテナ２との差が０．６ｎｓ、アンテナ１とアンテナ３との差が２．６ｎｓ、アンテナ１とアンテナ４との差が-１．５ｎｓである場合の画像へのマーキング例である。この場合には、サンプリング上の放電発生源が、方位：+１９．８°、仰角：-１５，０°となっている、

本装置では、図１に示すように、受信アンテナ群によって、静電気放電の発生を監視することと並行して、ビデオカメラ４で、被測定物ａで静電気放電が発生する様子をビデオ画像で撮影する。

ビデオカメラ４で撮影されるビデオ画像には、ビデオカメラ４の撮像素子の焦点の中心である撮影基準点ｄを基点とした、ある方位と仰角の範囲に存在する被測定物ａの領域が映り、ビデオ画像上の個々の画素には、その領域内の、ある特定の方位と仰角に存在する被測定物ａの部位が映る。

そこで、撮影基準点ｄに対する静電気放電源ｂの方位と仰角を算出し、ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像において、その方位と仰角が該当する画素の部分にマ−キング表示をすることで、静電気放電源ｂの場所をビデオ画像上で可視化する。

撮影に用いるビデオカメラ４については、撮影に使用するカメラの撮影画角や撮影基準点の位置，撮影された画像における個々の画素が対応する角度(方位，仰角)を予め調べて、その結果を撮影画像角度データベースとして記録する。さらに，受信アンテナ群で構成される３次元空間における、ビデオカメラの撮影基準点（撮影画角に対する焦点位置）の設置座標や撮影角度（ピッチング・ヨーイング・ローリング）も予め明らかにしておく。
カメラの撮影角度において、ピッチングとは、受信アンテナ群で構成される３次元空間における方位の角度を意味し、ローリングは、受信アンテナ群で構成される３次元空間における仰角の角度を意味し、ヨーイングとは、受信アンテナ群で構成される３次元空間のＸＹ平面に対する回転角を意味する。図２において、ピッチング、ローリング、ヨーイングを図示している。

双曲線法で得られた放電発生源の位置を撮影画像にマーキングする際は、算出された放電発生源の座標が、上述した方法により明らかにしたカメラの設置条件下で、撮影された画像のどの画素に位置づけされるかを計算し、その場所にマーキングする。

受信アンテナ群とビデオカメラ４とを支持体１で一体化すると、様々な場所に移動して監視する際に、ビデオカメラと受信アンテナ群との位置関係や撮影角度を校正(明らかに）する必要がないというメリットがあるが、例えば、部屋全体を常時監視するため、部屋の壁にビデオカメラと受信アンテナ群を固定して運用する場合などは、設置する際に、ビデオカメラと受信アンテナ群との位置関係や撮影角度を校正(明らかに）にすれば、一体化治具を用いなくても良い。

ビデオカメラ４を用いて無限ループ撮影する場合、カメラ内部もしくは外部の画像記録媒体を用いる。撮影条件として、撮影速度(ｆｐｓ)、トリガ発生前記録枚数、トリガ発生後記録枚数、付与するファイル名の開始番号などを設定する。
無限ループ撮影を開始し、計測器の放電検知トリガ信号を検知したら、予め設定していたトリガ発生後記録枚数分の撮影後に無限ループ撮影を終了する。

その後、デジタルオシロスコープ６から受信波形データを読み込み、映像撮影機器が撮影していた画像の中から、静電気放電が発生した瞬間の画像に対して、静電気放電発生源推定領域をマーキング表示して、静電気放電発生源推定領域を表示することで静電気放電発生源を可視化する。

映像撮影機器で撮影した画像を任意の時間分、無限ループ記録し続け、受信アンテナ群が静電気放電現象を検出すると、検出した瞬間に撮影していた静止画像に静電気放電発生時基準番号を付与して、無限ループ記録した画像を静電気放電発生前後画像群として保存し、保存した個々の静止画像に静電気放電発生源推定領域を示すマーキング表示を加えた後、静止画像を時系列に表示して、被試験体で静電気放電が発生する前後の被測定物の状況を表示し確認することで、被試験体で静電気放電が発生する様子を可視化することもできる。

なお、デジタルオシロスコープ６で放電を検知したタイミングと、ビデオカメラ４で静電気放電の発生した瞬間の画像のタイミングを合わせる方法として、以下の方法を用いることができる。
第一の方法は、デジタルオシロスコープ６を制御する制御用コンピュータ９の内部メモリを用いてビデオカメラ４の無限ループ撮影を行いながら、デジタルオシロスコープ６で放電検出を示すフラグがたっていないかモニタリングし続け、デジタルオシロスコープ６で放電検出を示すフラグがたったことを検出したら、その瞬間に記録していた画像の管理番号を記録する方法である。

また、第二の方法は、デジタルオシロスコープ６のトリガ出力端子と、ビデオカメラ４のトリガ入力端子を接続し、ビデオカメラ４の内部メモリを用いて無限ループ撮影を行い、デジタルオシロスコープ６で放電を検出した際のトリガ信号を、ビデオカメラ４のトリガ入力端子を介して伝達する方法である。

放電検出を知らせるトリガ信号やフラグを検知したら、予め設定されていた、トリガ発生後記録枚数分の撮影後に無限ループ撮影を終了する。
制御コンピュータ９の内部メモリで無限ループ記録していた場合、放電発生時の画像ビデオカメラ４の内部メモリで画像を記録していた場合、制御コンピュータ９にトリガ発生前後の指定枚数の画像を転送する。

上記の第二の方法に基づく、本発明の第二実施形態についてより詳細に説明する。
本発明の第二実施形態は、第一実施形態で用いたビデオカメラ４の代わりに、ＴＴＬ信号でトリガがかかる入力端子を有し、撮影画像を内部メモリに無限ループでデジタル記録できるビデオカメラを用いる方法である。

デジタルオシロスコ−プ６のトリガ出力端子と、ビデオカメラ４のトリガ入力端子を接続し、静電気放電検出でデジタルオシロスコ−プ６にトリガがかかったら、ビデオカメラにトリガがかかるようにする。ビデオカメラは予め、無限ループ撮影状態にしておき、トリガがかかった時点から、予め設定されていた枚数分の画像を記録した後、撮影を終了する。撮影が終了したら、制御用コンピュ−タ９に、無限ループで記録した全ての静止画像を読み込み、デジタル記録媒体に記録する。場合によっては、一部の画像だけ限定して保存する場合もある。

上記のいずれの実施形態においても、全ての静止画像ファイルには、撮影された順番に通し番号が付与され、トリガが発生した瞬間に撮影した画像であることが分かるようにファイル名が付与される。
例えば、「撮影モード：無限ループ、画像記録形式：ＪＰＧ、撮影速度：３０ｆｐｓ、記録枚数：トリガ発生前２秒分（６０枚）・トリガ発生後１秒分（３０枚）、開始ファイル番号：ｆ０００、ファイル名は撮影順に連番で付与」の条件である場合、ファイル名「ｆ０６０」がトリガ発生時の画像であることが分かる。

読み込んだ全ての静止画像に、静電気放電発生源を示す枠をマーキング表示して保存する。マーキング表示に用いる色は、特に限定されないが、トリガ発生時の静止画像には、トリガ発生時の画像であることが識別できるよう、トリガ発生時以外のマーキング表示の色とは異なる色を用いる。

本発明は、静電気放電発生源検知を行う際に用いる計測器のサンプリング性能に応じて、サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域を特定することが可能な静電気放電発生源検知方法および静電気放電発生源可視化方法として、広く利用することができる。

１ 支持体
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 受信アンテナ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 同軸ケ−ブル
４ ビデオカメラ
５ 方位・仰角基準板
６ デジタルオシロスコ−プ
９ 制御用コンピュ−タ
９ａ、９ｂ デジタルインターフェースケーブル
ａ 被測定物
ｂ 静電気放電発生源
ｃ 測定基準点
ｄ 撮影基準点
Ｐ 電磁波到達基準点
ｔ 到達時間差
Ｌ 双曲線
Ｑ 交点
Ｒ 静電気放電発生源推定領域

Claims (3)

1. 静電気放電に伴い発生する電磁波を、異なる場所に設置した複数の受信アンテナからなる受信アンテナ群で検出し、各受信アンテナに電磁波が到達する時間差と受信アンテナの設置位置の関係から、双曲線法によって，静電気放電発生源の３次元座標を算出する静電気放電発生源検知方法において、全ての静電気放電発生源特定用双曲線に対して、サンプリング時間間隔の値を加算して得られる第一の双曲線と、サンプリング時間間隔の値を減算して得られる第二の双曲線とを求め、第一の双曲線による交差と、第二の双曲線による交差と、第一の双曲線と第二の双曲線との組み合わせによる交差とによって形成される領域を，サンプリングによる誤差範囲を含んで正確な静電気放電発生源が存在する領域である静電気放電発生源推定領域として特定することを特徴とする静電気放電発生源検知方法。
2. 請求項１記載の静電気放電発生源検知方法によって得られる静電気放電発生源推定領域を可視化する静電気放電発生源可視化方法であって、前記受信アンテナ群で構成される３次元空間に校正された映像撮影機器を用いて、被試験体の様子を撮影し、記録し続け、前記受信アンテナ群が静電気放電に伴い発生する電磁波を検出すると、前記受信アンテナ群で構成される３次元空間を示す平面図や、前記映像撮影機器が撮影していた画像に対して、前記静電気放電発生源推定領域をマーキング表示して、静電気放電発生源推定領域を表示することを特徴とする静電気放電発生源可視化方法。
3. 前記映像撮影機器で撮影した画像を任意の時間分、無限ループ記録し続け、前記受信アンテナ群が静電気放電を検出すると、検出した瞬間に撮影していた静止画像に静電気放電発生時基準番号を付与して、無限ループ記録した画像を静電気放電発生前後画像群として保存し、保存した個々の静止画像に静電気放電発生源推定領域を示すマーキング表示を加えた後、静止画像を時系列に表示して、被試験体で静電気放電が発生する前後の被測定物の状況を表示し確認することを特徴とする請求項２記載の静電気放電発生源可視化方法。

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