JP5374687B2 - 静電気放電発生箇所可視化方法及び可視化装置 - Google Patents

Description

本発明は、被測定物において静電気放電が発生した位置を、双曲線法によって算出し、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状況をビデオ画像上で分かりやすく可視化するための方法及び装置に関するものである。

従来の放電発生位置の探査方法及び探査装置には、広範囲に設けられた配線設備の部分放電発生箇所を短時間で、精度良く、しかも容易に探査することのできるものがある（特許文献１参照。）。

以下、特許文献１で示した従来の配電線部分放電発生位置の探査方法及び探査装置について説明する。

この方法は、「第１の測定点で部分放電による電波信号を２本１組となる複数組の受信アンテナで受信し、組を構成する２本の受信アンテナへの電波信号の各到達時間差より、双曲線法を介して部分放電発生源の方向を検出すると共に第１の測定点の緯度、経度情報をＧＰＳにより取り込み、その後、第２の測定点に移動し、第２の測定点で同様の方法で部分放電発生源の方向を検出すると共に第２の測定点の緯度、経度情報をＧＰＳにより取り込み、ＧＰＳから取り込んだ各測定点の位置情報と、各測定点で検出された各測定点からの部分放電発生源の方向とを利用して表示装置に表示された配電線路が記録された地図情報上に部分放電発生源の位置を特定し、配電線路と部分放電発生源の位置とを比較して配電線設備の部分放電か否かを判別することを特徴とする配電線部分放電発生位置の探査方法」であり、「移動体に測定点の緯度、経度情報を得るためのＧＰＳアンテナと、部分放電により生じた電波信号を受信するための３本以上の受信アンテナが備えられており、組となる２本の受信アンテナの部分放電発生源からの電波信号の到達時間差を２組分求め、双曲線法を介して部分放電発生源の方向を検出する演算装置と、配電線路が記録された地図情報上に２カ所の各測定点から演算装置により得られた部分放電発生源方向へ伸ばした直線、又は該２本の直線の交点を表示可能な表示装置を備えていることを特徴とする配電線部分放電発生位置の探査装置」とされている。

この方法の場合、探索装置を搭載した自動車を移動して、少なくとも２カ所で測定した上で、配電線路を記録された地図情報上に放電源の位置が表示され、その地図情報をもとに作業者が放電源とされる場所に赴き、放電源の位置を特定することになる。

しかし、静電気放電の場合、物質どおしの接触や剥離など、動的な現象で主に発生するため、放電を検知してから時間をおいて静電気放電源の位置を特定しても、静電気放電源の状況が変わっている場合が多く、放電原因の特定に手間取る場合もある。
特開２００１−３３５１０公報

そこで、本発明は、被測定物において静電気放電が発生した位置を、双曲線法によって算出し、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−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示と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状況をビデオ画像上で分かりやすく可視化することのできる手段を提供することを課題とする。

本発明の静電気放電発生箇所可視化方法は、
静電気放電に伴う電磁波を受信するための４本以上の受信アンテナと、被測定物で静電気放電が発生する様子を動画で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラのカメラ基準点に対する方位と仰角の基準点が描かれた方位・仰角基準板とを一つの支持体に取り付けて被測定物の近傍に設置し、全ての受信アンテナで受信した静電気放電に伴う電磁波を同一時間軸で記録できる計測器に全ての受信アンテナを接続し、静電気放電の発生を監視する前に、方位・仰角基準板をビデオカメラで撮影し、撮影される方位と仰角の範囲を調べるとともに、撮影したビデオ画像の各画素が、どの方位と仰角を示すか明らかにした上で、
静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナのいずれかで受信すると計測器のトリガが掛かる状態にして、静電気放電の発生を監視し、
その計測器でトリガが掛かり、静電気放電に伴う電磁波を検知すると、全ての受信アンテナで受信した静電気放電に伴う電磁波を同一時間軸で記録するステップと、
記録した電磁波の波形を制御用コンピュータで解析して、各受信アンテナへ電磁波が到達した時間差を求め、双曲線法を用いて、受信アンテナの配置を基準とした３次元空間における静電気放電源の座標を算出するステップと、
静電気放電の発生を監視するのと並行して、ビデオカメラで撮影したビデオ画像も制御用コンピュータに取り込み、算出された静電気放電源の座標とビデオカメラのカメラ基準点との位置関係を元に、撮影したビデオカメラのカメラ基準点に対する静電気放電源の方位と仰角を制御用コンピュータで算出し、ビデオカメラで撮影したビデオ画像の該当する画素の部分にマ−キング表示を行うステップを有することで、静電気放電源の位置をビデオ画像上で可視化する静電気放電発生箇所可視化方法であって、
静電気放電を検知してからビデオ画像にマ−キング表示するまでの遅延時間が発生するので、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを、マ−キング表示までの遅延時間に応じて遅らせることで、静電気放電が発生する瞬間のビデオ画像にマ−キング表示をするタイミングを合わせ、さらに、マ−キング表示に伴う遅延時間よりも多くの時間分、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを遅らせることで、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを、静電気放電が発生する以前のビデオ画像上に重ね表示して、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ことを特徴とする。

これによれば、被測定物に対して、受信アンテナとビデオカメラと方位・仰角基準板が一体化された支持体を向けて、ビデオ撮影と静電気放電の発生の監視をしておき、静電気放電の発生を検知すると、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを、静電気放電が発生する以前のビデオ画像に重ね表示され、静電気放電の瞬間に、放電源でどんな現象が起きているかを確認することができるため、放電の発生原因の究明が非常に容易になる。

また、被測定物に対して、受信アンテナとビデオカメラと方位・仰角基準板が一体化された支持体を正確に位置合わせする必要もないため、可視化装置の設置が非常に容易である。

請求項２の静電気放電発生箇所可視化装置は、
静電気放電に伴う電磁波を受信するための４本以上の受信アンテナと、被測定物で静電気放電が発生する様子を動画で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラのカメラ基準点に対する方位と仰角の基準点が描かれた方位・仰角基準板と、それらを取り付け、一体化して支持するための支持体と、全ての受信アンテナで受信した電磁波の電圧波形を同一時間軸で観測し、記録するための計測器と、
静電気放電の発生を監視する前に、ビデオカメラで撮影された方位・仰角基準板のビデオ画像の各画素が、ビデオカメラのカメラ基準点に対して、どの方位と仰角を示すか明らかにした上で、
静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナのいずれかで受信すると計測器のトリガが掛かる状態にして、静電気放電の発生を監視し、その計測器でトリガが掛かり静電気放電に伴う電磁波を検知すると、
計測器に記録した電磁波の波形を解析して、各受信アンテナへ電磁波が到達した時間差を求め、双曲線法を用いて、受信アンテナの配置を基準とした３次元空間における静電気放電源の座標を算出するとともに、
被測定物で静電気放電が発生する様子を撮影したビデオ画像の取り込みを行い、
算出された静電気放電源の座標とビデオカメラのカメラ基準点との位置関係をもとに、撮影したビデオカメラのカメラ基準点に対する静電気放電源の方位と仰角を算出し、ビデオ画像の該当する画素の部分に
静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを重ね表示して、その画像を記録するための制御用コンピュ−タと、
ビデオカメラで撮影したビデオ画像を制御用コンピュ−タに任意の時間分遅れて取り込ませるための画像遅延装置と、
ビデオ画像上に、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを重ね表示させるためのスーパーインポーズボ−ドと、
ビデオ画像上に、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とが重ね表示されたビデオ画像を記録、再生するための画像記録装置と
ビデオモニタ−装置とからなる静電気放電箇所可視化装置であって、
静電気放電を検知してからビデオ画像にマ−キング表示するまでの遅延時間が発生するので、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを、マ−キング表示までの遅延時間に応じて遅らせることで、静電気放電が発生する瞬間のビデオ画像にマ−キング表示をするタイミングを合わせ、さらに、マ−キング表示に伴う遅延時間よりも多くの時間分、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを遅らせることで、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを、静電気放電が発生する以前のビデオ画像上に重ね表示して、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ことを特徴とする。

これによれば請求項１の可視化方法を実施するために必要な、静電気放電に伴い発生する電磁波を受信するための複数の受信アンテナやビデオカメラの設置や、双曲線法による静電気放電源の座標の算出や、静電気放電源の位置の特定が容易であるので、請求項１に記載の可視化方法を容易に行うことができる。

以上述べたように、本発明により、被測定物において静電気放電が発生した位置を、双曲線法によって算出し、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−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示と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状況をビデオ画像上で分かりやすく可視化する手段を提供することができる。

以下、本発明を好適な実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の可視化装置の構成を説明する図である。
図１において、静電気放電の発生源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とビデオカメラ４と方位・仰角基準板５を取り付けた支持体１を設置する。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１〜４にそれぞれ接続する。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−フェ−スケ−ブル９ａで接続されており、制御用コンピュ−タ９によってデジタルオシロスコ−プ６を制御する。

ビデオカメラ４では、被測定物ａの様子を動画で撮影し、そのビデオ画像を、リアルタイムに、ビデオケ−ブル４ｂ、画像遅延装置７、ビデオケ−ブル７ａ、スーパーインポーズボ−ド８を介して、制御用コンピュ−タ９に取り込む。

図１の支持体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Ｘ軸、受信アンテナ２ｃを通過する軸線をＹ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。

図２は、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間の概念図である。

この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。実施例１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。

図１において、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ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１〜４に、それぞれ接続するが、このとき各同軸ケ−ブルの長さや電気的特性を同一にしておくと、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄからデジタルオシロスコ−プ６まで電気信号が到達する時間が同じになり、各チャンネル間で静電気放電に伴い発生する電磁波の到達時間差を算出する際に、時間軸の補正が不要である。

一方、各アンテナからデジタルオシロスコ−プ６への電気信号の伝達時間が異なる場合、その差分をなくすために、各アンテナからデジタルオシロスコ−プへの電気信号の到達時間の差分を予め明らかにしておき、各チャンネル間で静電気放電に伴い発生する電磁波の到達時間差を算出する際に、各チャンネルにおける、各アンテナからデジタルオシロスコ−プ６への電気信号の到達時間の差分を補正する。

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−フェ−スケ−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。

その上で、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、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、選択する。

例えば、微弱な静電気放電を検出したい場合には、トリガの掛かる電位を下げ、周囲の静電気放電以外の電磁ノイズの影響を軽減したい場合には、静電気放電に伴い発生する電磁波がGHｚ帯にまで及ぶ高周波成分を含んでいることを利用して、パルス幅トリガの設定でトリガの掛かるパルス幅を極力狭くする方法や、静電気放電に伴い発生する電磁波の周波数成分だけが通過できるバンドパスフィルタ等をデジタルオシロスコ−プ６の入力部に取り付けてもよい。

受信アンテナの種類や仕様については特に限定しないが、アンテナの設置位置の誤差を少なくするには、物理的なサイズがなるべく小さい方が好ましい。

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１〜４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。

電磁波到達基準点とは、図３に示すように、静電気放電に伴い発生する電磁波が各アンテナに到達した時刻を比較するための基準点のことで、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。

もし、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た場合、超えていた区間の中間の測定ポイントを電磁波到達基準点とする。（例えば、図３のＰ＿２ｂ）

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り、サンプリングレ−トの逆数とは、離散的に測定する間隔の時間を意味する。

双曲線法とは、静電気放電に伴う電磁波を、設置場所の異なる４台以上のアンテナで受信し、各アンテナに電磁波が到達する時間差と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、電磁波の発生源の位置を特定する手法である。

図４に示すように、静電気放電源ｂ及び受信アンテナ２ａ、２ｂが全て同じ２次元空間に存在する場合、静電気放電源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と２ｂで受信すると、静電気放電源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電磁波の受信時刻差ｔ＿ｂａが生じる。受信アンテナ２ａ、２ｂに対して受信時間差が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ｔ＿ｂａとなるが、双曲線ｔ＿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で、双曲線ｔ＿ｂａと双曲線ｔ＿ｃａを求めると、その交点として静電気放電源ｂの位置を特定することができる。

図５に示すように、静電気放電源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、受信アンテナ２ａと２ｄで得られる双曲線ｔ＿ｄａをＺ軸線を軸として３６０度回転させた曲面を算出する。同じように、受信アンテナ２ａと受信アンテナ２ｂによる双曲線ｔ＿ｂａもＸ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ｔ＿ｃａはＹ軸線を軸として３６０度回転させた曲面を算出し、それら３つの曲面が一つに交わる点を求めることで、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、静電気放電源の算出精度を向上させることもできる。

次に、算出された静電気放電ｂの位置を、ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像上でマ−キング表示する方法について説明する。

本装置では、図１に示すように、アンテナ群によって、静電気放電の発生を監視するのと並行して、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４ａの焦点の中心であるカメラ基準点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、カメラ基準点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。

ビデオカメラ４で撮影される方位と仰角の範囲は、図６の右図に示すように、ビデオカメラ４のズ−ムの度合いで変化する。そこで、静電気放電の監視を開始する前に、ビデオ基準点ｄに対する方位と仰角の基準点が描かれた方位・仰角基準板５をビデオカメラ４で撮影し、撮影される方位や仰角の範囲を調べるとともに、撮影したビデオ画像の各画素が、どの方位と仰角の物体を映すのか計算する式のパラメ−タを求める。

方位・仰角基準板５には、図７に示すように、カメラ基準点ｄから、カメラ画像中心線ｅの線上で直線距離Ａの位置で、カメラ画像中心線ｅに垂直な平面における、カメラ基準点ｄを基点とした様々な方位と仰角を示す点が描かれている。

カメラ画像中心線ｅとは、カメラ基準点を基点とし、ビデオカメラ４の撮像素子４ａが向いている方角を示す線である。

方位・仰角基準板５には、カメラ画像中心線ｅと方位・仰角基準板５との交点で、方位・仰角基準板５における方位と仰角の原点である原点ｆから、カメラ画像の水平方向に延びる方位軸線ｐや、カメラ画像の垂直方向に延びる仰角軸線ｑ、方位軸線ｐ上の任意の方位を示す数値、仰角軸線ｑ上の任意の仰角を示す数値、方位軸線ｐに平行な線、仰角軸線ｑに平行な線なども描かれている。

方位・仰角基準板５に描く任意の方位と仰角を示す点の位置を算出する場合、図７に示すように、カメラ基準点ｄを基点とし、カメラ画像中心線ｅに対して方位：θｒｅｆ＿ｈ度、仰角：０度の向きに延びる直線と方位・仰角基準板５との交点を点ｊとし、カメラ基準点ｄを基点とし、カメラ画像中心線ｅに対して方位：θｒｅｆ＿ｈ度、仰角：θｒｅｆ＿ｖ度の向きに延びる直線と方位・仰角基準板５との交点を点ｋとし、線分ｄｆの長さをＡ、線分ｆｊの長さをＢ、線分ｄｊの長さをＣ、線分ｊｋの長さをＤとして、下記の数１〜数４で算出する。

実際の方位・仰角基準板５は、自立可能な平板で、任意の様々な方位と仰角を示す点や数値、直線などの表示が分かりやすければよく、材質や表示の描写方法は特に限定しない。
樹脂やガラス等の平板に油性ペンなどで、表示を直接描く方法や、ＯＨＰシ−ト等に表示を印刷したものを、樹脂やガラス等の平板に貼り付けるなどの方法等がある。

方位・仰角基準板５を支持体１に取り付ける際は、図６に示すように、ビデオカメラ４のカメラ画像中心線ｅの線上でカメラ基準点ｄから直線距離Ａの位置に、カメラ画像中心線ｅに対して垂直になるよう取り付ける。その際、ビデオ画像の中心部Ｆに方位・仰角基準板５の原点ｆが写り、ビデオ画像の中心部を横切る方位軸線Ｐの線上に、方位・仰角基準板５の方位軸線ｐが映るように方位・仰角基準板５を位置合わせする。

ビデオカメラ４で撮影される方位と仰角の範囲は、図６の右図に示すように、ビデオカメラ４のズ−ムの度合いに応じて変化するので、撮影したビデオ画像の個々の画素が、どの方位と仰角の画像を映すのかもズ−ムの度合いに応じて変化するため、ビデオカメラ４で撮影された画像の各画素が、ビデオ基準点ｄに対して、どの方位と仰角を示すのか計算する必要がある。

基本的な考え方は、方位・仰角基準板５に描く任意の方位と仰角を示す点を求める際に用いた数１から数４の考え方と同じである。方位・仰角基準板５に描く任意の方位と仰角を示す点を求める際には、カメラ基準点ｄと方位・仰角基準板５との直線距離Ａによって、任意の方位と仰角を示す点を描く位置が決まったのに対して、ビデオカメラ４で撮影された画像の各画素が、どの方位と仰角を示すのか計算する式の場合、図６に示すように、ビデオカメラ４で撮影された方位・仰角基準板５の画像に映っている、方位軸線上にある任意の方位基準点ｎ（方位：θｍ）の画素が、ビデオ画像の中央部の画素から何画素目（画素数：ｍ＿ｐｉｘ）にあるかを数５に代入してＡ’の値を決め、その値を数６や数７に代入して、求めたい方位：θｈ度と仰角：θｖ度を示す画素の位置（画素Ｘ、画素Ｙ）を算出する。

なお、数５から数７においては、ビデオ画像の横方向をＸ軸、縦方向をＹ軸とし、算出する画素のＸ軸の値を画素Ｘ、Ｙ軸の値を画素Ｙ、ビデオ画像の横方向の画素数の半分の数値を画像Ｘ中央座標、ビデオ画像の縦方向の画素数の半分の数値を画像Ｙ中央座標とした。

次に、ビデオカメラ４を支持体１に取り付ける方法と、ビデオカメラ基準点ｄに対する静電気放電源ｂの方位と仰角を算出する方法を説明する。

ビデオカメラ４を支持体１に取り付ける場合、図９に示すように、測定基準点ｃに対してカメラ基準点ｄが仰角：０度、方位：θｃ度の向きで、アンテナ２ａと物理的に干渉しない位置にビデオカメラ４を取り付ける。
その際、ビデオカメラ４のカメラ画像中心線ｅ向きも、仰角：０度、方位：θｃ度に合わせ、ビデオ画像の方位軸線Ｐが、測定基準点ｃの存在するＸＹ平面と一致するように取り付ける。

そして、三角関数に基づき下記の数８から数１０で、ビデオカメラ基準点ｄに対する静電気放電源ｂの方位：θｈ度と仰角：θｖ度を算出する。
なお、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間において、カメラ基準点ｄを通り、Ｙ軸線と平行な直線上で、Ｙ軸の値が静電気放電源ｂのＹ座標と同じ点をｇとし、受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間において、Ｘ軸、Ｙ軸の値が静電気放電源ｂの座標Ｘ、Ｙと同じでＺ軸の値が０の点をｈとし、線分ｇｈの長さをｄｂ＿ｘ、線分ｄｇの長さをｄｂ＿ｙ、線分ｄｈの長さをｄｂ＿ｘｙ、線分ｂｈの長さをｄｂ＿ｚとする。

但し、ｄｂ＿ｘ≠０でかつ、ｄｂ＿ｙ＝０の時は、数８は計算せずに、「θｈ＝９０−θc、θｖ＝（数１０の結果）」とし、ｄｂ＿ｘ＝０でかつ、ｄｂ＿ｙ≠０時は、数８は計算せずに、「θｈ＝−θc、θｖ＝（数１０の結果）」とし、ｄｂ＿ｘ＝０でかつ、ｄｂ＿ｙ＝０でかつ、ｄｂ＿ｚ≠０の時は、数８〜数１０とも計算せずに、「θｈ＝値なし、θｖ＝９０°（ｄｂ＿ｚ＞０の場合）」もしくは、「θｈ＝値なし、θｖ＝−９０°（ｄｂ＿ｚ＜０の場合）」とする。そして、ｄｂ＿ｘ＝０でかつ、ｄｂ＿ｙ＝０でかつ、ｄｂ＿ｚ＝０の時は、数８〜数１０とも計算せずに、「θｈ＝値なし、θｖ＝値なし」とする。

なお、算出された静電気放電源ｂの方位と仰角が、ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像で表示可能な範囲を超えていた場合、撮影画像に対して、算出された静電気放電源ｂの方位や仰角が、ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像で表示可能な範囲を超えている旨の文章や、撮影画像のどちら側に静電気放電源ｂが存在しているかを示す矢印などを、ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像上に表示することもできる。

以上の方法によって、静電気放電源ｂの位置をビデオカメラ４で撮影したビデオ画像上の該当する画素の位置にマ−キング表示することが可能となるが、デジタルオシロスコ−プ６で静電気放電を検知してからビデオ画像にマ−キング表示をするための処理時間の分、ビデオ画像にマ−キング表示するタイミングが遅れてしまう。

そこで、図１に示すように、制御用コンピュ−タにビデオ画像を取り込む際に、画像遅延装置７で、放電検知からマ−キング表示までにかかる処理時間の分、ビデオ画像を遅延させ、そのビデオ画像上にマ−キング表示することで、静電気放電の起きた瞬間のビデオ画像に、マ−キング表示をすることができる。

この際、マ−キング表示までにかかる処理時間よりも多くの時間分、ビデオ画像を遅延させることで、静電気放電が発生する以前のビデオ画像から、静電気放電源ｂの位置を示すマ−キング表示１２や静電気放電が発生するまでの残り時間表示１３、静電気放電源の位置を数値で示す表示１４等を表示し始めることも可能であり、被測定物ａにおいて、静電気放電が発生する様子を、より分かりやすく可視化することがことができる。

なお、マ−キング表示までに掛かる処理時間が非常に短い場合や、画像遅延装置７がない場合には、画像遅延装置７を用いず、放電発生直後の画像にマ−キング表示する方法でも良い。

このように、本発明を用いることで、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ことが可能となる。

実施例１における測定システムの構成例。 受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間の 概念図。 電磁波到達基準点や到達時間差の算出方法について説明した図。 ２次元空間における双曲線法による静電気放電発生箇所の特定方法。 ３次元空間における双曲線法による静電気放電発生箇所の特定方法。 ビデオカメラ４で方位・仰角基準板５を撮影する際にカメラの機種やズ−ム の度合い等で撮影される画像が異なることを示した図。 方位・仰角基準板５に表示する、様々な任意の方位と仰角を示す点の位置を 算出する方法。 方位・仰角基準板５の作成例 カメラ基準点ｄに対する静電気放電源ｂの方位と仰角を算出する際に用いる 点や線や角度を示した図。

a 被測定物
b 静電気放電源
c 測定基準点
d カメラ基準点
ｄｂ＿ｘ 線分ｇｈの長さ
ｄｂ＿ｙ 線分ｄｇの長さ
ｄｂ＿ｘｙ 線分ｄｈの長さ
ｄｂ＿ｚ 線分ｂｈの長さ
ｅ カメラ画像中心線
ｆ 方位・仰角基準板５に表記する、方位と仰角の原点（カメラ画像中心線ｅと方位・仰角基準板５との交点）
ｇ 受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間において、カメラ基準点ｄを通り、Ｙ軸線と平行な直線上で、Ｙ軸の値が静電気放電源ｂのＹ座標と同じ点
ｈ 受信アンテナ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの配置を基準とした３次元空間において、Ｘ軸、Ｙ軸の値が静電気放電源ｂのＸ座標、Ｙ座標と同じでＺ軸の値が０の点
ｊ カメラ基準点ｄを基点とし、カメラ画像中心線ｅに対して方位：
θｒｅｆ＿ｈ度、仰角：０度の向きに延びる直線と方位・仰角基準板５との交点
ｋ カメラ基準点ｄを基点とし、カメラ画像中心線ｅに対して方位：
θｒｅｆ＿ｈ度、仰角：θｒｅｆ＿ｖ度の向きに延びる直線と方位・仰角基準板５との交点
ｍ ビデオカメラで撮影される領域
ｍ＿ｐｉｘ ビデオ画像の中央部の画素から方位基準点ｎまでの画素数
ｎ ビデオカメラ４で撮影された方位・仰角基準板５の画像に映っている、方位軸線上にある任意の方位基準点
ｐ 方位・仰角基準板５の方位軸線
ｑ 方位・仰角基準板５の仰角軸線
ｔ＿ｂａ 受信アンテナ２ｂと２ａにおける電磁波到達基準点の時間差
ｔ＿ｃａ 受信アンテナ２ｃと２ａにおける電磁波到達基準点の時間差
ｔ＿ｄａ 受信アンテナ２ｄと２ａにおける電磁波到達基準点の時間差
ｘ１、ｙ１、ｚ１ ３次元空間に存在する静電気放電源ｂの座標例
Ａ 線分ｄｆの長さ
Ｂ 線分ｆｊの長さ
Ｃ 線分ｄｊの長さ
Ｄ 線分ｊｋの長さ
Ｆ ビデオ画像の中心部
Ｐ ビデオ画像の中心部を横切る方位軸線
Ｐ＿２ａ 受信アンテナ２ａの受信波形の電磁波到達基準点
Ｐ＿２ｂ 受信アンテナ２ｂの受信波形の電磁波到達基準点
Ｐ＿２ｃ 受信アンテナ２ｃの受信波形の電磁波到達基準点
Ｐ＿２ｄ 受信アンテナ２ｄの受信波形の電磁波到達基準点
θｃ 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＋Ｙ軸線と線分ｃｄやカメラ画像中心線ｅとの角度
θｈ カメラ画像中心線ｅと線分ｄｈとの角度
θｍ ビデオカメラ４で撮影したビデオ画像に映った方位基準点ｎの角度
θｒｅｆ＿ｈ 角ｆｄｊの角度
θｒｅｆ＿ｖ 角ｊｄｋの角度
θｖ 角ｂｄｈの角度
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
４a ビデオカメラの撮像素子
４b ビデオケ−ブル
５ 方位・仰角基準板
６ デジタルオシロスコ−プ
７ 画像遅延装置
７ａ ビデオケ−ブル
８ スーパーインポーズボ−ド
９ 制御用コンピュ−タ
９ａ デジタルインタ−フェ−スケ−ブル
９ｂ ビデオケ−ブル
９ｃ モニタ−出力ケ−ブル
９ｄ モニタ−装置
１０ 画像記録装置
１０a ビデオケ−ブル
１１ ビデオモニタ−装置
１２ 静電気放電源ｂの位置を示すマ−キング表示
１３ 放電発生までの残り時間を示す表示
１４ 静電気放電源の位置を数値で示す表示

Claims (2)

1. 静電気放電に伴う電磁波を受信するための４本以上の受信アンテナと、被測定物で静電気放電が発生する様子を動画で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラのカメラ基準点に対する方位と仰角の基準点が描かれた方位・仰角基準板とを一つの支持体に取り付けて被測定物の近傍に設置し、全ての受信アンテナで受信した静電気放電に伴う電磁波を同一時間軸で記録できる計測器に全ての受信アンテナを接続し、静電気放電の発生を監視する前に、方位・仰角基準板をビデオカメラで撮影し、撮影される方位と仰角の範囲を調べるとともに、撮影したビデオ画像の各画素が、どの方位と仰角を示すか明らかにした上で、
   静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナのいずれかで受信すると計測器のトリガが掛かる状態にして、静電気放電の発生を監視し、
   その計測器でトリガが掛かり、静電気放電に伴う電磁波を検知すると、全ての受信アンテナで受信した静電気放電に伴う電磁波を同一時間軸で記録するステップと、
   記録した電磁波の波形を制御用コンピュータで解析して、各受信アンテナへ電磁波が到達した時間差を求め、双曲線法を用いて、受信アンテナの配置を基準とした３次元空間における静電気放電源の座標を算出するステップと、
   静電気放電の発生を監視するのと並行して、ビデオカメラで撮影したビデオ画像も制御用コンピュータに取り込み、算出された静電気放電源の座標とビデオカメラのカメラ基準点との位置関係を元に、撮影したビデオカメラのカメラ基準点に対する静電気放電源の方位と仰角を制御用コンピュータで算出し、ビデオカメラで撮影したビデオ画像の該当する画素の部分にマ−キング表示を行うステップを有することで、静電気放電源の位置をビデオ画像上で可視化する静電気放電発生箇所可視化方法であって、
   静電気放電を検知してからビデオ画像にマ−キング表示するまでの遅延時間が発生するので、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを、マ−キング表示までの遅延時間に応じて遅らせることで、静電気放電が発生する瞬間のビデオ画像にマ−キング表示をするタイミングを合わせ、さらに、マ−キング表示に伴う遅延時間よりも多くの時間分、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを遅らせることで、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを、静電気放電が発生する以前のビデオ画像上に重ね表示して、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ことを特徴とする静電気放電発生箇所可視化方法。
   
2. 静電気放電に伴う電磁波を受信するための４本以上の受信アンテナと、被測定物で静電気放電が発生する様子を動画で撮影するためのビデオカメラと、ビデオカメラのカメラ基準点に対する方位と仰角の基準点が描かれた方位・仰角基準板と、それらを取り付け、一体化して支持するための支持体と、全ての受信アンテナで受信した電磁波の電圧波形を同一時間軸で観測し、記録するための計測器と、
   静電気放電の発生を監視する前に、ビデオカメラで撮影された方位・仰角基準板のビデオ画像の各画素が、ビデオカメラのカメラ基準点に対して、どの方位と仰角を示すか明らかにした上で、
   静電気放電に伴い発生する電磁波を、受信アンテナのいずれかで受信すると計測器のトリガが掛かる状態にして、静電気放電の発生を監視し、その計測器でトリガが掛かり静電気放電に伴う電磁波を検知すると、
   計測器に記録した電磁波の波形を解析して、各受信アンテナへ電磁波が到達した時間差を求め、双曲線法を用いて、受信アンテナの配置を基準とした３次元空間における静電気放電源の座標を算出するとともに、
   被測定物で静電気放電が発生する様子を撮影したビデオ画像の取り込みを行い、
   算出された静電気放電源の座標とビデオカメラのカメラ基準点との位置関係をもとに、撮影したビデオカメラのカメラ基準点に対する静電気放電源の方位と仰角を算出し、ビデオ画像の該当する画素の部分に
   静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを重ね表示して、その画像を記録するための制御用コンピュ−タと、
   ビデオカメラで撮影したビデオ画像を制御用コンピュ−タに任意の時間分遅れて取り込ませるための画像遅延装置と、
   ビデオ画像上に、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを重ね表示させるためのスーパーインポーズボ−ドと、
   ビデオ画像上に、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とが重ね表示されたビデオ画像を記録、再生するための画像記録装置と
   ビデオモニタ−装置とからなる静電気放電箇所可視化装置であって、
   静電気放電を検知してからビデオ画像にマ−キング表示するまでの遅延時間が発生するので、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを、マ−キング表示までの遅延時間に応じて遅らせることで、静電気放電が発生する瞬間のビデオ画像にマ−キング表示をするタイミングを合わせ、さらに、マ−キング表示に伴う遅延時間よりも多くの時間分、制御用コンピュ−タへのビデオ画像の取り込みを遅らせることで、静電気放電源の位置を示すマ−キング表示と、静電気放電が発生するまでの残り時間表示と、静電気放電源の位置を数値で示す表示とを、静電気放電が発生する以前のビデオ画像上に重ね表示して、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ことを特徴とする静電気放電発生箇所可視化装置。
   

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