JP2020003288A

JP2020003288A - 劣化検出方法及び劣化検出装置

Info

Publication number: JP2020003288A
Application number: JP2018121744A
Authority: JP
Inventors: 史也神山; Fumiya Kamiyama; 石橋　賢一; Kenichi Ishibashi; 賢一石橋
Original assignee: Yazaki Energy System Corp
Current assignee: Yazaki Energy System Corp
Priority date: 2018-06-27
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: JP7204291B2

Abstract

【課題】劣化検出の精度向上を図った劣化検出方法及び劣化検出装置を提供する。【解決手段】制御部１７は、励磁コイル１１に励磁信号を流して電線２上に渦電流を発生させ、検出コイル１２に渦電流に応じた検出信号を出力させる。制御部１７は、モータ１５１を制御して励磁コイル１１及び検出コイル１２を長手方向Ｄ１に沿って移動させ、移動させる毎に検出信号の出力値と、励磁信号及び検出信号の位相差と、を求める。制御部１７は、求めた検出信号の出力値と、位相差と、の関係をマッピングしたグラフを表示部１６に表示する。作業員が、表示部１６に表示されたグラフに基づいて電線２の腐食状態を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、劣化検出方法及び劣化検出装置に関する。

従来の劣化検出方法として、例えば、特許文献１に記載された異常検出装置が提案されている。特許文献１の異常検出装置は、変圧器のブッシングに接続している電線の錆（以下、腐食）を診断することを目的としている。励磁コイル、検出コイルを内蔵するクランプヘッドに電線を挟み、励磁コイルに励磁電流を流して電線に渦電流を発生させ、検出コイルから出力される渦電流に応じた検出出力に基づいて腐食を診断している。

しかしながら、従来の異常検出装置では、腐食の有無が検出できる程度の精度しかなく、どの程度の腐食（劣化）が生じているか検出することができない、という問題があった。

特開２００７−２７１６０７号公報

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、劣化状態の検出精度向上を図った劣化検出方法及び劣化検出装置を提供することを目的としている。

本発明の態様である劣化検出方法は、導体の劣化状態を検出するための劣化検出方法であって、励磁コイルに励磁信号を流して前記導体上に渦電流を発生させ、検出コイルを用いて前記渦電流に応じた検出信号を出力させる出力工程と、前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、に基づいて前記導体の劣化状態を検出する検出工程と、を備えたことを特徴とする。

また、前記導体が、電線の導体から構成され、前記出力工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルを前記導体に対して、その長手方向に沿って移動させ、前記検出工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルが移動する毎に得た前記検出信号の大きさと、前記位相差と、に基づいて前記導体の劣化状態を検出してもよい。

また、前記検出工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルが移動する毎に得た前記検出信号の大きさと、前記位相差と、の関係をマッピングしたグラフを作成し、前記グラフに基づいて前記導体の劣化状態を検出してもよい。

また、本発明の態様である劣化検出装置は、導体に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイルと、を備え、前記導体の劣化状態を検出するための劣化検出装置において、前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、を出力する出力部をさらに備えたことを特徴とする。

また、本発明の態様である劣化検出装置は、導体に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイルと、を備え、前記導体の劣化状態を検出するための劣化検出装置において、前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、に基づいて前記導体状態を検出する検出部をさらに備えたことを特徴とする。

上述した態様によれば、検出信号の大きさと、励磁信号及び検出信号の位相差と、の双方に基づいて導体の劣化状態を検出しているので、劣化状態の検出精度向上を図ることができる。

本発明の劣化検出方法を実施した劣化検出装置の一実施形態を示すブロック図である。電線と図１に示す劣化検出装置を構成する励磁コイル、検出コイルとの配置を示す正面図である。電線と図１に示す劣化検出装置を構成する励磁コイル、検出コイルとの配置を示す側面図である。基準試料、試料Ａ〜Ｇに対する検出信号の出力値の周波数特性を示すグラフである。基準試料、試料Ａ〜Ｇに対する検出信号及び励磁信号の位相差の周波数特性を示すグラフである。基準試料、試料Ａ〜Ｇに対する検出信号の出力と、検出信号及び励磁信号の位相差と、の関係を示すグラフである。図１に示す制御部の処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて説明する。同図に示す劣化検出装置１は、電線２の導体２２の劣化状態（＝腐食状態）を検出する装置である。電線２は、図２に示すように、複数の素線２１を撚り合わせた導体２２と、この導体２２を覆う被覆部２３と、を備えている。

劣化検出装置１は、図１に示すように、励磁コイル１１と、検出コイル１２と、交流電源１３と、検出部１４と、コイル移動部１５と、表示部１６と、制御部１７と、を備えている。

励磁コイル１１及び検出コイル１２は各々、巻線を、例えば、らせん状に巻回して構成されている。励磁コイル１１は、励磁信号（交流電流）を流して電線２の表面に渦電流を誘導させるためのコイルである。検出コイル１２は、渦電流による磁束変化により誘導電流が流れるコイルである。交流電源１３は、励磁コイル１１に励磁信号を流す電源である。検出部１４は、検出コイル１２に流れる誘導電流を検出して、検出信号として出力する。即ち、検出信号は渦電流に応じた信号である。

コイル移動部１５は、上記励磁コイル１１及び検出コイル１２を、電線２の長手方向Ｄ１に沿って移動させる。コイル移動部１５は、励磁コイル１１及び検出コイル１２が取り付けられ、内部に電線２が通される図示しない本体部と、この本体部を長手方向Ｄ１に沿って移動させるための図１に示すモータ１５１と、を備えている。

図示しない本体部には、その内側に例えば走行コロなどの回転体が設けられ、電線２に対して長手方向Ｄ１に沿って移動自在になっている。上記励磁コイル１１及び検出コイル１２は、図２に示すように、その中心軸Ａが電線２の径方向Ｄ２に沿うように本体部に取り付けられている。また、励磁コイル１１及び検出コイル１２は、図３に示すように、長手方向Ｄ１に沿って並べられ、一部が重なるように配置されている。

出力部としての表示部１６は、検出信号の出力値（振幅の大きさ）と、検出信号及び励磁信号の位相差と、の関係を示すグラフを表示するためのものである。

制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵したマイクロコンピュータから構成され、劣化検出装置１全体の制御を司る。制御部１７は、交流電源１３に接続され、交流電源１３のオンオフを制御する。制御部１７は、モータ１５１に接続され、モータ１５１を駆動することにより、励磁コイル１１及び検出コイル１２を長手方向Ｄ１に沿って移動させる。

制御部１７は、検出部１４に接続され、検出部１４から出力された検出信号が入力される。制御部１７は、励磁コイル１１及び検出コイル１２が移動する毎に検出した検出信号の出力値と位相差とを求める。また、制御部１７は、求めた検出信号の出力値と位相差とをプロットしたグラフ（図６参照）を作成し、表示部１６に表示させる。

次に、上記劣化検出装置１を用いた劣化検出方法の原理について図４〜図６を参照して説明する。上述した劣化検出装置１を用いて、試料Ａ〜Ｃの電線２に対して１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの励磁信号を励磁コイル１１に流して、検出コイル１２の検出信号の出力値及び位相差を測定した結果を図４及び図５に示す。なお、励磁コイル１１及び検出コイル１２としては、内径が３０[ｍｍ]、ターン数３００[Ｔ]のものを用いた。

なお、試料Ａが、腐食していない試料である。また、試料Ｂは、各素線２１が接点以外が腐食した状態であり、中レベルの腐食が発生している試料である。また、試料Ｃは、素線２１が一様に腐食した状態であり、大レベルの腐食が発生している試料である。

図４及び図５に示すように、腐食が発生している電線２は、腐食が発生していない電線２に比べて検出信号の出力値が低下し、位相が遅れる。検出信号の出力値が低下する理由は以下の通りである。腐食している電線２は、導体２２表面の抵抗が腐食していない電線２に比べて大きく、導体２２表面に発生する渦電流が抑制され、これに伴い出力値が低下する。位相が遅れる理由は以下の通りである。素線２１表面に腐食が発生する場合、各素線２１（電極）間の腐食が絶縁体となり、各素線２１が疑似的なコンデンサとなる。このコンデンサの容量成分により位相遅れが発生する。

図４に示すように、約１０[ｋＨｚ]以下では、腐食が発生していない試料Ａと、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、における検出信号の出力値の差は、ある程度大きい。しかしながら、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、大レベルの腐食が発生している試料Ｃと、における検出信号の出力値の差は小さい。約１０［ｋＨｚ］以上では、逆に、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、大レベルの腐食が発生している試料Ｃと、における検出信号の出力値差は、ある程度大きいが、腐食が発生していない試料Ａと、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、における検出信号の出力値の差は、小さい。このため、検出信号の出力値だけでは、腐食の程度まで精度よく診断するのは難しい。

また、図５に示すように、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、大レベルの腐食が発生している試料Ｃと、における位相差の差は、ある程度大きい。しかしながら、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、腐食が発生していない試料Ａと、における位相差の差は、ほとんどなく、腐食の程度まで精度よく検出するのは難しい。

次に、発明者らは、励磁コイル１１及び検出コイル１２が移動する毎に求めた複数の検出信号の出力値と、位相差と、の関係をマッピングしたグラフを作成した。結果を図６に示す。なお、周波数は、検出信号の出力値の差及び位相差の差が最も大きくなる３[ｋＨｚ]の間に設定されている。同図に示すように、腐食が発生していない試料Ａと、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、は、検出信号の出力値の差がある程度大きい。このため、両者を区別して診断することができる。一方、中レベルの腐食が発生している試料Ｂと、大レベルの腐食が発生している試料Ｃと、は、位相差の差がある程度あるため、両者を区別して診断することができる。このため、検出信号の出力値及び位相差の双方に基づいて腐食の検出を行うことにより、腐食の程度まで精度よく検出できる。

次に、上記概略で説明した劣化検出装置１の動作について図７を参照して説明する。まず、作業員が、励磁コイル１１及び検出コイル１２を取り付けた図示しない本体部内に電線２を挿入する。これにより、図２及び図３に示すように、電線２上に励磁コイル１１及び検出コイル１２を配置することができる。次に、作業員が図示しない操作部を操作すると、制御部１７は、図７に示す処理を実行する。

まず、制御部１７は、交流電源１３をオンする（ステップＳ１）。これにより、励磁コイル１１に励磁信号が流れて、電流２の導体表面に渦電流が誘導される。本実施形態では、励磁信号の周波数は、１〜１００ｋＨｚに設定されている。図４及び図５に示すように、励磁信号の周波数を１〜１００ｋＨｚとすることにより、試料Ａと試料Ｂとにおける検出信号の出力差を大きくし、試料Ｂと試料Ｃとにおける位相差の差を大きくすることができる。ただし、出力値や位相差の差が大きくなる周波数は、励磁コイル１１、検出コイル１２の設計に応じて変動するため、この限りではない。

次に、制御部１７は、検出部１４から出力される検出信号を取り込む（ステップＳ２）。次に、制御部１７は、取り込んだ検出信号の出力値及び位相差を求めて、ＲＡＭ等の記憶部に記憶させる（ステップＳ３）。

その後、制御部１７は、作業員によって終了操作が行われたか否かを判定する（ステップＳ４）。終了操作が行われていなければ（ステップＳ４でＮ）、制御部１７は、モータ１５１を駆動して励磁コイル１１及び検出コイル１２を電線２の長手方向Ｄ１に沿って所定距離移動させた後（ステップＳ５）、ステップＳ２に戻る。これにより、ＲＡＭには、励磁コイル１１及び検出コイル１２が移動する毎に、検出信号の出力値及び位相差が記憶される。

一方、終了操作が行われていれば（ステップＳ４でＹ）、制御部１７は、ＲＡＭ内に記憶された複数の検出信号の出力値と、位相差と、の関係をマッピングしたグラフを作成し、表示部１６に表示して（ステップＳ５）、処理を終了する。作業員は、表示部１６に表示されたグラフから電線２の腐食を診断する。

制御部１７は、図６に示すように、大レベルの腐食を示す領域と、中レベルの腐食を示す領域と、腐食がない領域と、がグラフ上、識別できるように表示されている。詳しくは、大レベルの腐食を示す領域と中レベルの腐食を示す領域との境界に境界ラインＬ２を表示し、中レベルの腐食を示す領域と腐食がない領域との境界に境界ラインＬ１を表示している。作業員は、グラフ上にプロットされた点がどの領域に位置するかによって腐食レベルを検出することができる。

なお、上述した大レベルの腐食を示す領域と、中レベルの腐食を示す領域と、腐食がない領域と、は、事前に腐食が発生していない電線２を励磁コイル１１及び検出コイル１２により走査し、そのときの検出信号に基づいて定められる。

上述した実施形態によれば、制御部１７が、励磁コイル１１に励磁信号を流して電線２上に渦電流を発生させ、検出コイル１２に渦電流に応じた検出信号を出力させる。そして、作業員が、表示部１６に表示されたグラフ上にプロットされている検出信号の出力と、励磁信号及び検出信号の位相差と、に基づいて電線２の腐食レベルを検出している。このように、検出信号の大きさと、励磁信号及び検出信号の位相差と、の双方に基づいて電線２の腐食レベルを検出しているので、腐食レベルの検出精度向上を図ることができる。また、電線２の腐食の度合いがわかるため、電線２の寿命が分かり、電線２の管理がしやすくなる。

上述した実施形態によれば、制御部１７は、励磁コイル１１及び検出コイル１２を電線２の長手方向Ｄ１に沿って移動させ、励磁コイル１１及び検出コイル１２が移動する毎に得た検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、をグラフ上にプロットして表示する。このように、励磁コイル１１及び検出コイル１２を用いて電線２上を走査することにより、電線２全体の腐食検出を行うことができる。

また、図６に示すように、検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、の関係をマッピングしたグラフを表示することにより、腐食の度合いが視覚的に分かりやすくなるため、腐食検出しやすい。

なお、上述した実施形態によれば、制御部１７は、検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、の関係を示すグラフを表示させていたが、これに限ったものではない。制御部１７は、検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、を表示するだけでもよい。

また、上述した実施形態によれば、作業員が、検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、の関係を示すグラフを見て腐食レベルを検出していたが、これに限ったものではない。制御部１７が、検出部として機能し、検出信号の出力値と、励磁信号及び励磁信号の位相差と、から腐食状態を判断し、その旨を表示部１６に表示させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、励磁コイル１１、検出コイル１２を移動させて、励磁コイル１１、検出コイル１２を電線２に対して移動させていたが、これに限ったものではない。電線２を長手方向Ｄ１に沿って移動させて、励磁コイル１１、検出コイル１２を電線２に対して移動させるようにしてもよい。

また、上述した実施形態によれば、電線２の導体の劣化を検出していたが、これに限ったものではない。電線２の導体でなくてもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２電線
１１励磁コイル
１２検出コイル
１６表示部（出力部）
１７制御部（検出部）
２２導体
Ｄ１長手方向

Claims

導体の劣化状態を検出するための劣化検出方法であって、
励磁コイルに励磁信号を流して前記導体上に渦電流を発生させ、検出コイルを用いて前記渦電流に応じた検出信号を出力させる出力工程と、
前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、に基づいて前記導体の劣化状態を検出する検出工程と、を備えたことを特徴とする劣化検出方法。
前記導体が、電線の導体から構成され、
前記出力工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルを前記導体に対して、その長手方向に沿って移動させ、
前記検出工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルが移動する毎に得た前記検出信号の大きさと、前記位相差と、に基づいて前記導体の劣化状態を検出することを特徴とする請求項１に記載の劣化検出方法。
前記検出工程において、前記励磁コイル及び前記検出コイルが移動する毎に得た前記検出信号の大きさと、前記位相差と、の関係をマッピングしたグラフを作成し、前記グラフに基づいて前記導体の劣化状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の劣化検出方法。
導体に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイルと、を備え、前記導体の劣化状態を検出するための劣化検出装置において、
前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、を出力する出力部をさらに備えたことを特徴とする劣化検出装置。
導体に渦電流を発生させるための励磁コイルと、前記渦電流に応じた検出信号を出力するための検出コイルと、を備え、前記導体の劣化状態を検出するための劣化検出装置において、
前記検出信号の大きさと、前記励磁信号及び前記検出信号の位相差と、に基づいて前記導体状態を検出する検出部をさらに備えたことを特徴とする劣化検出装置。