ケーブル探査方法及びケーブル探査装置
【課題】プラント内のケーブル探査作業においてノイズ環境下であっても複数の作業班が並行して探査可能にして作業時間を短縮する。
【解決手段】互いに異なる探査対象ケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、ケーブルに流れる電流を検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報により探査対象ケーブルを判定する受信機を備え、電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持ち、受信機は受信した電気信号のうち、第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、同一周波数のサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、第二の位相情報と第一の位相情報の差を用いて探査対象ケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有する。
【解決手段】互いに異なる探査対象ケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、ケーブルに流れる電流を検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報により探査対象ケーブルを判定する受信機を備え、電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持ち、受信機は受信した電気信号のうち、第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、同一周波数のサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、第二の位相情報と第一の位相情報の差を用いて探査対象ケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル探査方法及びケーブル探査装置に係り、特に、既に敷設されているケーブルの敷設経路及び接続先を探査するのに好適なケーブル探査方法及びケーブル探査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所、産業プラント及びビルなどの施設では、機器の状態監視、制御及び電力供給のためのケーブルが施設内に敷設されている。ケーブルは、ケーブルトレイ内に施工図面を基にして敷設されるため、どの経路を通っているかは既知の場合が多い。ケーブルトレイには、計測用、制御用、低圧動力用、高圧動力用の各ケーブルが載っており、それぞれのケーブルが、異なるケーブルトレイに分けられている場合もあれば、区別なく１つのケーブルトレイに混在している場合もある。１つのケーブルトレイ内には、数本から数十本、場合によっては１００本を超えるケーブルが敷設されている。
【０００３】
各ケーブルは、１芯のケーブル及び多芯（２芯以上）のケーブルを含んでおり、更に、シールドの有無、太さ及び敷設長も様々である。各ケーブルの末端部には、様々な機器が接続されている場合もあれば、何も接続されていない場合もある。
【０００４】
このような施設では、ケーブルの劣化による短絡事故及びデータ伝送不良を防ぐために、ケーブルを交換したり、あるいは新しい機器の設置に伴い、古い機器で使用していたケーブルを撤去したりする場合がある。ケーブルの交換及び撤去において、ケーブルトレイ内に敷設された各ケーブルの末端部から目的のケーブルのみを引き抜くことは、目的のケーブルがケーブルトレイ内で他のケーブルと絡み合っていたり、目的のケーブル自体がケーブルトレイ及び他のケーブルと結束されていたりして困難な場合がほとんどである。このようなときには、末端部からケーブルを辿っていき、適当な箇所で切断し引き抜く作業を繰り返すことになる。しかしながら、ケーブルを目視でたどる作業は非常に困難である。例えば、壁及び天井の貫通部、ケーブルダクトといった、目視でケーブルをたどれない場所では、どれが目的のケーブルであるかを判別することが難しい。
【０００５】
このような問題に対して、特許文献１では探査対象ケーブルに探査用信号を流し、この信号を捕らえてケーブルを識別するケーブル探査方法が記載されている。この方法は、探査用信号を目的のケーブルの導体部分に印加して流し、そのケーブルの周囲に発生する磁界及び電界を検出することによりケーブルを判別する。このような方式にすることでこれまで困難だった作業が実施できるようになる。
【０００６】
一方で、特に原子力発電プラントにおいては定期検査期間が可能な限り短い方がよく、そのためには複数の作業班に分かれてそれぞれの作業班が並行してケーブルを探査する方法が有効である。しかし、特許文献１に示されている方法では、同一の固定周波数を用いているため、複数の送信機からの信号が互いに干渉するため識別できなくなり、そのため同時に複数の作業班が並行して探査作業をすることができない可能性がある。
【０００７】
特許文献２では、このような要求に対して送信機の周波数を互いに異なるものとすることで干渉を抑制し、同時探査を可能とする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１―３２４５３０号公報
【特許文献２】特開平９―２０３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および特許文献２はいずれも以下の点で問題がある。プラント内にて使用する場合には、ケーブル探査装置の周辺や探査したいケーブルの周辺にある機器やケーブルからノイズが放射されていることが多く、このノイズによって探査できない可能性がある。制御用ケーブルについては電灯用の電源としても使用している場合がありインバータノイズが重畳していたり、計装ケーブルについても電気信号を伝送するためにノイズを多く放射する場合がある。この周辺では数百ｋＨｚから数ＭＨｚの電磁界ノイズが非常に多い。
【００１０】
特許文献１によると、このようなノイズが探査信号と同一周波数である場合に周波数を変える手段が無いため探査できなくなる可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２については周波数は可変であるが、例えば選択できる周波数が少ない場合、すでに他の送信機で使用している周波数は使用できない。また受信機はプラント内のさまざまな場所に移動するためノイズの周波数がそれぞれ異なる場合がある。そのたびに他の送信機と同一とならない周波数を他の作業班と調整しながら設定するのは探査作業に寄与しない時間が多くなり、つまりは探査期間が長くなるという問題が残る。そのため実際のプラント内での作業を想定した場合、ノイズがある環境で複数の作業班が同時に探査作業できるようにすることは重要な課題である。
【００１２】
本発明の目的はケーブル探査装置においてノイズ環境下であっても複数の作業班が並行して探査可能として作業時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報で探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置において、探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号からなり、受信機は、印加する電気信号の少なくとも一部のサブキャリアを受信する磁電変換素子と、複数の送信機のうちの第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、磁電変換素子で受信した電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、第二の位相情報と第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、ケーブル探査装置において、位相情報取得部は、サブキャリアの位相情報を取得する位相検出部と、割当位相情報格納部の割当位相情報からの位相変化量を計算する位相減算部と、予め定めた時点の位相情報を補正し取得する位相同期部を有することを特徴とする。
【００１５】
また、ケーブル探査装置において、位相判定部は、受信した電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから取得した第二の位相情報が所定範囲にあるとき探査対象とするケーブルであると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、ケーブル探査装置において、送信機にはサブキャリア選択手段を備え、送信するサブキャリア周波数を変更可能とすることを特徴とする。
【００１７】
また、ケーブル探査装置において、受信機は、サブキャリア選択手段を備え、複数の送信機のうちの１台の送信機が送信するサブキャリアを選択して探査することを特徴とする。
【００１８】
また、ケーブル探査装置において、複数の送信機が送信するサブキャリアは、交互に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また、ケーブル探査装置において、サブキャリアは、交互に配置される部分と、隣接のサブキャリアを同一の送信機で使用する配置となる部分が混在することを特徴とする。
【００２０】
また、ケーブル探査装置において、導体に流れる電気信号は探査対象ケーブルに非接触で印加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１乃至８のいずれかに記載のケーブル探査装置において、受信機には検出した信号の信号対雑音レベル比を推定するＳ／Ｎ推定部を設け、予め設定する信号対雑音レベル比を満足する周波数のサブキャリアの位相情報を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とする。
【００２２】
また、ケーブル探査装置において、電気信号の周波数は少なくとも０．１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の範囲であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報で探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置を用いたケーブル探査方法において、互いに異なる探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号からなり、複数の送信機は互いに異なるサブキャリアで送信し、受信機は、複数の送信機のうちの第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め備え、印加する電気信号の一部またはすべてのサブキャリアを受信し、
受信したサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数のサブキャリアから検出する第二の位相情報を取得し、第二の位相情報と予め備える第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、探査用信号に複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号を用い、更には複数の送信機が異なるサブキャリアを使用するため、周辺機器やケーブルから放射するノイズが多い状況でも同時に複数の探査装置を使用して探査できるようになるため、探査作業時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明のケーブル探査装置の時間軸信号波形による模式図。
【図１Ｂ】本発明のケーブル探査装置の周波数軸信号波形による模式図。
【図２】本発明の送信機の構成を示すブロック図。
【図３Ａ】本発明の送信機が送信する信号構成例を示す波形図。
【図３Ｂ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図３Ｃ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図４Ａ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図４Ｂ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図５】本発明の受信機の構成を示すブロック図。
【図６】位相減算部での処理概略を示す模式図。
【図７】位相同期ができていない場合の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図８】探査対象ケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図９】探査対象と異なるケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図１０】探査対象ケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図１１】Ｓ／Ｎ推定部の処理方法を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施例を以下に図面について説明する。
【実施例】
【００２７】
〔基本構成〕
図１Ａ、１Ｂは本発明の好適な実施例を示す。送信機１ａから出力する探査用信号７を電磁変換素子２を用いてケーブル３に印加し、受信機６に接続する磁電変換素子５を用いてケーブル３、４に流れる探査用信号を検出して探査対象であるケーブル３か否かを判定する構成である。図示しないがケーブルはケーブルトレイ内に敷設され、ケーブル３以外にケーブル４等の複数ケーブルを含んでいる。
【００２８】
各ケーブル３、４は、同一のケーブルトレイ内の一部または全部の区間にわたって並走して配線されている。各ケーブル３、４の導体の両端は、図示されていないが、端子盤、制御装置、機器及びセンサ等が接続されている。あるいは一部のケーブル３、４は、端子盤、機器及び制御装置に接続されず、開放されているものもある。さらにはケーブル３、４の端部が接地されている場合もある。
【００２９】
ケーブル３、４としては、並行ケーブルのほか、多芯ケーブル、単線ケーブル、同軸ケーブル及びシールド付ケーブルなどが用いられる。両端が開放されているケーブルは、例えば新しい機器に替えたために不要になり、ケーブルトレイから引き抜かずにそのまま残しているものである。
【００３０】
図１Ａ、１Ｂでは、電磁変換素子２として例えば誘導結合素子や電流注入プローブ等を用いて非接触で信号を注入しているが、探査対象ケーブル３の導体に直接電極を接触して探査用信号７を印加してもよい。非接触の場合には、ケーブル３、４の端部だけでなく、経路途中からでもケーブル３、４の被覆を剥くことなく信号を印加でき、作業性が高くなって作業時間短縮の効果がある。直接接触して信号を注入する場合には、非接触に比べて低い出力電圧でも信号が印加できるため増幅器の構成が簡単になり小型化が可能になるという効果がある。
【００３１】
受信機６に接続する磁電変換素子５は、例えば電流プローブまたはカレントトランスと呼ばれる非接触の検出素子であるが、それ以外にもサーチコイルやループアンテナ等でもよい。磁電変換素子５がループアンテナやサーチコイルの場合には、探査対象ケーブル３から放射する磁界であるか否かを判定するため、比較的広い範囲で判定できるためルートごとの判定に有利で、例えばトレイの分岐点でどちらのルートに探査対象であるケーブル３が敷設されているかを１本１本探査することなく判別できる。そのため、探査作業時間が削減できるという効果がある。一方で、電流プローブを用いれば、確実に１本を特定できる効果がある。
〔探査信号〕
次に、探査用信号７の詳細について説明する。探査用信号７は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式によって生成されるＯＦＤＭ信号８からなる。ＯＦＤＭ信号８は複数のサブキャリア３０１で構成されているが、各サブキャリア３０１に割り付ける位相情報（割当位相角等の割当位相情報）は予め受信機６で既知とする。
【００３２】
図１ＡにはＯＦＤＭ信号を時間軸で示した波形を示している。ＯＦＤＭ信号８は有限時間を持つ信号であり、この時間長を１単位として１シンボルと称する。このＯＦＤＭ信号８を探査用信号７として送信機１から出力する場合、一定数のシンボルを送信してもよいし、あるいは連続的に同一シンボルを繰り返し送信してもよい。
【００３３】
図１Ｂには各サブキャリア３０１の配置、すなわちＯＦＤＭ信号を周波数軸で表わした信号波形を示す。送信機１ａから送信する信号は、全てのサブキャリア３０１を送信するのではなく、例えば図に示しているようにサブキャリア番号が奇数のものだけ送信する。一方、送信機１ｂについては探査信号として出力するＯＦＤＭ信号のサブキャリア３０１は偶数のものを用いて、送信機１aとの混信を避ける。
〔送信機〕
図２は本発明の送信機１の構成を説明するブロック図である。送信機１は、探査用信号発生回路１１と増幅器１２、およびサブキャリア選択手段３０２からなり、探査用信号発生回路１１から出力する信号を増幅器１２で増幅し、探査用信号７として電磁変換素子２に送る。
【００３４】
探査用信号発生回路１１では、図示しないメモリに予め保有するサブキャリア割当位相情報を用いてＯＦＤＭ信号８を生成し出力する。この構成ではＯＦＤＭ信号生成のための信号処理を伴うため構成がやや複雑になる。
【００３５】
そこでメモリに予め生成したＯＦＤＭ信号８の時系列波形データを記録しておいて、予め定める時間間隔で１データずつ増幅器１２に送り出すようにすることも可能であり、より構成が簡潔になる。
【００３６】
サブキャリア選択手段３０２は、探査用信号発生回路１１に接続するもので、どのサブキャリア３０１を使用してＯＦＤＭ信号８を送信するかを探査作業者が予め設定し、その設定値に従ってＯＦＤＭ信号８を出力する。つまり、図１の実施例においては送信機１ａが奇数のサブキャリア３０１、送信機１ｂが偶数のサブキャリア３０１を送信するが、サブキャリア選択手段３０２によって送信機１ａが偶数、送信機１ｂが奇数のサブキャリア３０１を出力する様に設定することもできる。
【００３７】
先に述べた予め保有する割当位相情報は共通にして、サブキャリア選択手段３０２の設定値に応じて割り当てるサブキャリア３０１を変更してもよい。
【００３８】
また、予めＯＦＤＭ時系列波形データを記録しておく方法であれば、予め奇数のサブキャリア３０１に割り付けた場合と偶数に割り付けた場合を記録しておいてサブキャリア選択手段３０２の設定値に応じてどちらの波形を出力するか決定してもよい。
【００３９】
あるいは送信機１ａは奇数、送信機１ｂは偶数のサブキャリア３０１を固定的に出力し、これ以外には変更できないようにしてもよく、この場合にはサブキャリア選択手段３０２は不要である。
〔サブキャリア〕
ここで、図１では、送信機１ａは奇数、送信機１ｂは偶数のサブキャリア３０１を割り当てると説明したが、これに限るものではない。また送信機１も２台だけに限定されない。すなわち、複数の送信機１が互いに異なるサブキャリア３０１を使用して探査用信号７を出力することが重要である。このようにすることで互いの送信する探査用信号７が干渉することが無くなるためである。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは送信機１が３台の場合のサブキャリア３０１の割当方法の一例を示したものであるが、例えば図３Ａの様に送信機１ａは１、４、７・・・という具合にサブキャリア３０１を割り当て、送信機１ｂは図３Ｂの様に２、５、８・・・とし、３台目の送信機１ｃは図３Ｃの様に３、６、９・・・を割り当てることとすればよい。
【００４０】
サブキャリア３０１は必ず交互に割り当てられる必要はなく、例えば図４Ａ、４Ｂは送信機１が２台の場合の例であるが、送信機１ａは図４Ａに示す様に１、２、５、６、９、１０・・・を割り当て、送信機１ｂは図４Ｂに示すように３、４、７、８、１１、１２・・・というように同一送信機１がサブキャリア３０１を連続して割り当ててもよい。つまり隣接するサブキャリア３０１に割り当ててもよい。
【００４１】
ただし、全てのサブキャリア３０１をまとめて偏在させて割り当てると、後述する理由によりノイズによる探査性能の低下の恐れがあるため、可能な限りサブキャリア３０１は分散して割り当てたほうがよい。
〔受信機〕
図５は受信機６の構成を示すブロック図である。受信機６の機能をディジタル信号処理で実現する場合には、磁電変換素子５の後段に可変ゲインアンプとアナログ／ディジタル変換機を設ければよい。
【００４２】
受信機６では、磁電変換素子５で検出した探査用信号７を受信して、磁電変換素子５をクランプしているケーブル３、４が目的の送信機１が信号を印加しているケーブルと同一であるか否かを判定する。受信機６では、ケーブルの判定に受信信号１１４の位相情報である位相角２０１を用いる。
〔位相検出〕
受信機６は、受信信号１１４から必要な位相情報を抽出し取得する位相情報取得部１０８を有する。位相情報取得部１０８は、位相検出部１０９、位相減算部１１５、および位相同期部１１７から構成される。
【００４３】
位相検出部１０９では、サブキャリア３０１に対して位相角情報を取得する。その手段は、例えば受信信号１１４に対してフーリエ変換を実施してサブキャリア３０１ごとに得られる実数部、虚数部の情報から、位相角を計算する方法がある。得られた位相角情報は位相減算部１１５に送る。位相減算部１１５では、予めメモリに備えている送信探査用信号７の各サブキャリア３０１に割り当てた位相角を割当位相情報格納部１１６から引き出して参照し、位相検出部１０９から送られる位相角情報から割当位相角をサブキャリア３０１ごとに減算する。
【００４４】
この処理の概略を図６を用いて説明する。あるサブキャリア３０１に対して位相検出部１０９から送られる実数部、虚数部の位相が図６に○で示す検出座標であり、そのサブキャリア３０１に対して送信機１で割り当てた座標が●で示すサブキャリア割当座標であるとする。それぞれの座標によって成す角を検出位相角、割当位相角とする。
【００４５】
信号伝搬経路の特性が平坦である場合、すなわち伝達関数が１の場合には検出座標はサブキャリア割当座標と同一座標になる。しかし、伝搬減衰、位相の周波数変化、ノイズなどの要因で振幅、位相ともにこの座標から変化する。位相減算部１１５では、割当位相角からの位相変化量を計算して出力する。つまり、「検出位相角」から「割当位相角」を減算して「検出位相角から割当位相角を補正した位相角」を算出すれば、◎で示す信号伝搬経路で変化した位相角が求まる。結果は位相同期部１１７に送る。
【００４６】
ここでサブキャリア選択手段３０３は例えば送信機１の台数に応じた識別番号がスイッチなどで設定できるようにしてあり、予め探査作業者が目的の送信機１に対応する識別番号を設定するものである。設定値は割当位相情報格納部１１６、位相検出部１０９に送る。
【００４７】
位相検出部１０９には予め識別番号に対応した送信機１で使用するサブキャリア番号情報が格納されており、割当位相角が割り当てられているサブキャリア３０１のみについて信号処理を実行する。
【００４８】
また、割当位相角が送信機によって異なる場合には、割当位相情報格納部１１６には、各送信機の割当位相角を予め記録しておき、サブキャリア選択手段３０３から送る識別信号を受けて対応する割当位相角を位相減算部１１５に送る。
【００４９】
図示しないが、受信機６がある特定の送信機１の信号しか受信しない場合、すなわち受信する送信機１の信号を選択的に変えるのではなく固定して使用する場合には、サブキャリア選択手段３０３は不要で、予め割当位相情報格納部１１６、位相検出部１０９に当該の送信機１がどのサブキャリア３０１を使用しているのかを示す情報を記録しておけばよい。
〔位相同期〕
受信機６が任意のタイミングで受信する信号の位相は、あくまで任意のタイミングで受信した時点での位相角であり、これは特に意味を持たない。本来は予め定めた時点での位相角が必要であり、位相同期部１１７はこの予め定める時点に位相角を補正する機能を持つ。位相同期部１１７が取得する位相減算部１１５から送る情報は、信号伝搬経路の位相変化量に本来のタイミングと異なることによって変化する位相量が加わった結果で得られる。
【００５０】
この結果を模式的に示したものを図７に示す。横軸は周波数、縦軸は得られた位相角である。図７中の点２０１はそれぞれ各サブキャリアの位相角であり、複数のサブキャリアについて示している。先に説明したように、本来のタイミングからずれた分だけ変化する位相量で傾きを生じている様子を模式的に示しているが、本来のタイミングであれば傾きはほとんどない。
【００５１】
図７の位相角２０１に対して、傾きがほぼゼロとなるように補正すれば、位相減算部１１５の出力と同様の結果が得られる。具体的には、例えば図７の位相角２０１を直線近似し、その傾きを図７の各位相２０１から差し引けばよい。
【００５２】
図８及び図９は位相同期部１１７の出力結果の一例で、図８は図１の送信機１ａが印加したケーブル３と同一のケーブルに流れる探査用信号７を検出した場合の例で、図９はそれと異なるケーブル４に流れる探査用信号７を検出した場合の例である。図９は、ケーブル４の受信信号の検出位相が逆位相となっており、このためπだけ周波数軸からずれて表示される。
【００５３】
また、図１０は送信機１ｂが印加したケーブル４に流れる探査用信号７を検出した場合の例であり、同位相となっている。
〔Ｓ／Ｎ推定〕
また、Ｓ／Ｎ推定部１２０から送られる情報を用い、Ｓ／Ｎが所定より低いサブキャリア３０１については位相同期処理や後段の処理で除去する。すなわち、後段の位相判定部１１０へは、Ｓ／Ｎが所定値を満足しないサブキャリア３０１の位相角２０１については送らない。
【００５４】
Ｓ／Ｎ推定部１２０では、受信信号１１４を用いて周波数またはサブキャリア３０１ごとのＳ／Ｎ（信号対雑音電力比）を推定し、その結果を位相判定部１１０に送る。図１１はＳ／Ｎ推定部１２０で実施するＳ／Ｎ推定処理の一例を説明する図である。Ｓ／Ｎ推定をする場合には少なくとも２シンボル以上のＯＦＤＭ信号８を受信する必要がある。図１１では各シンボル８のある特定のサブキャリア３０１から取得する実数部及び虚数部からなる複素数座標について着目しているが、これ以外のサブキャリア３０１についても同様である。
【００５５】
図１１に●で示す点は、各シンボル８の当該サブキャリア３０１の座標である。当該サブキャリア３０１の周波数にノイズが重畳していなければ座標は同一点になる。すなわち●は１点に重なる。逆にＳ／Ｎが悪いほど●のばらつきは大きくなる。
【００５６】
○は●の平均であり、これを基準座標として原点からの○の距離と○からの●の距離との比がＳ／Ｎになる。これをキャリアごとに算出して位相同期部１１７に送る。
〔位相判定〕
図５に示す受信機６において、位相判定部１１０では、位相同期部１１７から送られる結果を用いて探査対象ケーブル３の信号か否か、すなわち目的の送信機１が探査用信号７を印加しているケーブル３、４と同一であるか否かを判定する。
【００５７】
具体的には、位相が−９０°から＋９０°の場合に探査対象ケーブルからの信号であると判定する。つまり各サブキャリア３０１から取得する位相角２０１を平均してその結果が−９０°から＋９０°の場合に探査対象ケーブルからの信号であると判定すればよい。あるいは平均値ではなく１次近似して切片の値を用いてもよい。結果は表示部１１１に送られ、探査作業者に示される。
【００５８】
Ｓ／Ｎ推定部１２０が無い場合や１シンボル８のみ受信して判定する場合でも後述する本発明の効果は十分に得られるが、Ｓ／Ｎ推定部１２０があればノイズによる誤判定を防止できるためさらに探査精度を向上できる効果がある。なお、図１１に示したＳ／Ｎ推定部１２０でのＳ／Ｎ推定方法はあくまで一例であり他の方法であってもよい。
【００５９】
位相判定部１１０はＳ／Ｎ推定部１２０からの情報を取得しない場合には予め指定した一部またはすべてのサブキャリア３０１に対して上記の位相判定処理を実施する。
【００６０】
受信機６においては、図示していないが、すでに述べているように複数のＯＦＤＭ信号８のシンボルを受信して加算平均する処理を適用すればＯＦＤＭ信号８に信号伝搬途中に重畳したノイズ成分が減少してＳ／Ｎ比は向上し、探査精度を向上させることができる。
【００６１】
送信する探査用信号７は、電磁変換素子２及び磁電変換素子５の周波数特性を考慮して決定することが望ましい。電磁変換素子２及び磁電変換素子５の信号通過帯域が例えば０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの場合、ＯＦＤＭ信号８のサブキャリア範囲についても０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内にする。これ以外の帯域のサブキャリア３０１を付加してもよいが、帯域外成分は探査に寄与しないためエネルギーのロスとなる。それだけでなく、より高い周波数成分を含む信号とすると、送信機１及び受信機６に高いクロック周波数で動作する回路を備える必要があり、装置が高価になる。
【００６２】
さらに実験の結果では探査用信号７は０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ程度であれば、探査性能は十分であり、プラント内で利用する場合にはこの周波数範囲とすることで不要な信号の漏えいを低減できるため核計装システムなどへの影響も低減できるという効果がある。
【００６３】
次に本発明の効果を説明する。プラント内で使用する場合には、ケーブルにノイズが重畳していたり、あるいはケーブル探査装置の周辺にある機器から放射する電磁界ノイズが多い環境である。本発明においては、複数のサブキャリア３０１からなるＯＦＤＭ信号８を探査用信号７として用いる。そのため複数のサブキャリア３０１の位相角２０１を用いて探査対象ケーブルか否かの判定をすることによってノイズがある環境においても正しく探査できる効果がある。
【００６４】
更に、複数の送信機１が互いに異なるサブキャリア３０１を用いて信号を送信し、受信機６は目的の送信機１から送るサブキャリア３０１のみを用いてケーブル３、４を探査するため、複数の作業班が同時に異なるケーブルを探査することができ、探査作業に要する時間を短縮できるようになる。
【００６５】
従来は、ノイズの影響が無くなおかつ他の送信機１と異なる周波数を設定する必要があり、その場合には予め他の作業班が使用していない周波数を調査したり、受信機が探査場所を変更した際にその場所のノイズ環境に応じて再び周波数の変更作業が生じるため、作業性が損なわれる可能性がある。これに対して本方式であれば、作業開始時に予め他の送信機１と異なるサブキャリア３０１を用いるように設定しておけば、ノイズの周波数が探査場所によって変化しても複数送信する内のいずれかのサブキャリア３０１が受信できれば探査できるため、周波数を変更する必要が無く、そのため作業性を向上でき更に探査作業時間を短縮できる効果がある。
【符号の説明】
【００６６】
１…送信機
２…電磁変換素子
３、４…ケーブル
５…磁電変換素子
６…受信機
７…探査用信号
８…ＯＦＤＭ信号
１１…探査用信号発生回路
１２…増幅器
１０８…位相情報取得部
１０９…位相検出部
１１０…位相判定部
１１１…表示部
１１４…受信信号
１１５…位相減算部
１１６…割当位相情報格納部
１１７…位相同期部
１２０…Ｓ／Ｎ推定部
２０１…検出位相
３０１…サブキャリア
３０２、３０３…サブキャリア選択手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ケーブル探査方法及びケーブル探査装置に係り、特に、既に敷設されているケーブルの敷設経路及び接続先を探査するのに好適なケーブル探査方法及びケーブル探査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所、産業プラント及びビルなどの施設では、機器の状態監視、制御及び電力供給のためのケーブルが施設内に敷設されている。ケーブルは、ケーブルトレイ内に施工図面を基にして敷設されるため、どの経路を通っているかは既知の場合が多い。ケーブルトレイには、計測用、制御用、低圧動力用、高圧動力用の各ケーブルが載っており、それぞれのケーブルが、異なるケーブルトレイに分けられている場合もあれば、区別なく１つのケーブルトレイに混在している場合もある。１つのケーブルトレイ内には、数本から数十本、場合によっては１００本を超えるケーブルが敷設されている。
【０００３】
各ケーブルは、１芯のケーブル及び多芯（２芯以上）のケーブルを含んでおり、更に、シールドの有無、太さ及び敷設長も様々である。各ケーブルの末端部には、様々な機器が接続されている場合もあれば、何も接続されていない場合もある。
【０００４】
このような施設では、ケーブルの劣化による短絡事故及びデータ伝送不良を防ぐために、ケーブルを交換したり、あるいは新しい機器の設置に伴い、古い機器で使用していたケーブルを撤去したりする場合がある。ケーブルの交換及び撤去において、ケーブルトレイ内に敷設された各ケーブルの末端部から目的のケーブルのみを引き抜くことは、目的のケーブルがケーブルトレイ内で他のケーブルと絡み合っていたり、目的のケーブル自体がケーブルトレイ及び他のケーブルと結束されていたりして困難な場合がほとんどである。このようなときには、末端部からケーブルを辿っていき、適当な箇所で切断し引き抜く作業を繰り返すことになる。しかしながら、ケーブルを目視でたどる作業は非常に困難である。例えば、壁及び天井の貫通部、ケーブルダクトといった、目視でケーブルをたどれない場所では、どれが目的のケーブルであるかを判別することが難しい。
【０００５】
このような問題に対して、特許文献１では探査対象ケーブルに探査用信号を流し、この信号を捕らえてケーブルを識別するケーブル探査方法が記載されている。この方法は、探査用信号を目的のケーブルの導体部分に印加して流し、そのケーブルの周囲に発生する磁界及び電界を検出することによりケーブルを判別する。このような方式にすることでこれまで困難だった作業が実施できるようになる。
【０００６】
一方で、特に原子力発電プラントにおいては定期検査期間が可能な限り短い方がよく、そのためには複数の作業班に分かれてそれぞれの作業班が並行してケーブルを探査する方法が有効である。しかし、特許文献１に示されている方法では、同一の固定周波数を用いているため、複数の送信機からの信号が互いに干渉するため識別できなくなり、そのため同時に複数の作業班が並行して探査作業をすることができない可能性がある。
【０００７】
特許文献２では、このような要求に対して送信機の周波数を互いに異なるものとすることで干渉を抑制し、同時探査を可能とする方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１―３２４５３０号公報
【特許文献２】特開平９―２０３７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１および特許文献２はいずれも以下の点で問題がある。プラント内にて使用する場合には、ケーブル探査装置の周辺や探査したいケーブルの周辺にある機器やケーブルからノイズが放射されていることが多く、このノイズによって探査できない可能性がある。制御用ケーブルについては電灯用の電源としても使用している場合がありインバータノイズが重畳していたり、計装ケーブルについても電気信号を伝送するためにノイズを多く放射する場合がある。この周辺では数百ｋＨｚから数ＭＨｚの電磁界ノイズが非常に多い。
【００１０】
特許文献１によると、このようなノイズが探査信号と同一周波数である場合に周波数を変える手段が無いため探査できなくなる可能性がある。
【００１１】
また、特許文献２については周波数は可変であるが、例えば選択できる周波数が少ない場合、すでに他の送信機で使用している周波数は使用できない。また受信機はプラント内のさまざまな場所に移動するためノイズの周波数がそれぞれ異なる場合がある。そのたびに他の送信機と同一とならない周波数を他の作業班と調整しながら設定するのは探査作業に寄与しない時間が多くなり、つまりは探査期間が長くなるという問題が残る。そのため実際のプラント内での作業を想定した場合、ノイズがある環境で複数の作業班が同時に探査作業できるようにすることは重要な課題である。
【００１２】
本発明の目的はケーブル探査装置においてノイズ環境下であっても複数の作業班が並行して探査可能として作業時間を短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報で探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置において、探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号からなり、受信機は、印加する電気信号の少なくとも一部のサブキャリアを受信する磁電変換素子と、複数の送信機のうちの第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、磁電変換素子で受信した電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、第二の位相情報と第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有することを特徴とする。
【００１４】
また、ケーブル探査装置において、位相情報取得部は、サブキャリアの位相情報を取得する位相検出部と、割当位相情報格納部の割当位相情報からの位相変化量を計算する位相減算部と、予め定めた時点の位相情報を補正し取得する位相同期部を有することを特徴とする。
【００１５】
また、ケーブル探査装置において、位相判定部は、受信した電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから取得した第二の位相情報が所定範囲にあるとき探査対象とするケーブルであると判定することを特徴とする。
【００１６】
また、ケーブル探査装置において、送信機にはサブキャリア選択手段を備え、送信するサブキャリア周波数を変更可能とすることを特徴とする。
【００１７】
また、ケーブル探査装置において、受信機は、サブキャリア選択手段を備え、複数の送信機のうちの１台の送信機が送信するサブキャリアを選択して探査することを特徴とする。
【００１８】
また、ケーブル探査装置において、複数の送信機が送信するサブキャリアは、交互に配置されることを特徴とする。
【００１９】
また、ケーブル探査装置において、サブキャリアは、交互に配置される部分と、隣接のサブキャリアを同一の送信機で使用する配置となる部分が混在することを特徴とする。
【００２０】
また、ケーブル探査装置において、導体に流れる電気信号は探査対象ケーブルに非接触で印加することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１乃至８のいずれかに記載のケーブル探査装置において、受信機には検出した信号の信号対雑音レベル比を推定するＳ／Ｎ推定部を設け、予め設定する信号対雑音レベル比を満足する周波数のサブキャリアの位相情報を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とする。
【００２２】
また、ケーブル探査装置において、電気信号の周波数は少なくとも０．１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の範囲であることを特徴とする。
【００２３】
さらに、複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、電気信号の位相情報で探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置を用いたケーブル探査方法において、互いに異なる探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号からなり、複数の送信機は互いに異なるサブキャリアで送信し、受信機は、複数の送信機のうちの第一の送信機がサブキャリアに割り付ける第一の位相情報とサブキャリアの周波数情報を予め備え、印加する電気信号の一部またはすべてのサブキャリアを受信し、
受信したサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数のサブキャリアから検出する第二の位相情報を取得し、第二の位相情報と予め備える第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、探査用信号に複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号を用い、更には複数の送信機が異なるサブキャリアを使用するため、周辺機器やケーブルから放射するノイズが多い状況でも同時に複数の探査装置を使用して探査できるようになるため、探査作業時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１Ａ】本発明のケーブル探査装置の時間軸信号波形による模式図。
【図１Ｂ】本発明のケーブル探査装置の周波数軸信号波形による模式図。
【図２】本発明の送信機の構成を示すブロック図。
【図３Ａ】本発明の送信機が送信する信号構成例を示す波形図。
【図３Ｂ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図３Ｃ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図４Ａ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図４Ｂ】本発明の送信機が送信する他の信号構成例を示す波形図。
【図５】本発明の受信機の構成を示すブロック図。
【図６】位相減算部での処理概略を示す模式図。
【図７】位相同期ができていない場合の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図８】探査対象ケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図９】探査対象と異なるケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図１０】探査対象ケーブルの信号検出時の各サブキャリア位相を示すグラフ。
【図１１】Ｓ／Ｎ推定部の処理方法を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施例を以下に図面について説明する。
【実施例】
【００２７】
〔基本構成〕
図１Ａ、１Ｂは本発明の好適な実施例を示す。送信機１ａから出力する探査用信号７を電磁変換素子２を用いてケーブル３に印加し、受信機６に接続する磁電変換素子５を用いてケーブル３、４に流れる探査用信号を検出して探査対象であるケーブル３か否かを判定する構成である。図示しないがケーブルはケーブルトレイ内に敷設され、ケーブル３以外にケーブル４等の複数ケーブルを含んでいる。
【００２８】
各ケーブル３、４は、同一のケーブルトレイ内の一部または全部の区間にわたって並走して配線されている。各ケーブル３、４の導体の両端は、図示されていないが、端子盤、制御装置、機器及びセンサ等が接続されている。あるいは一部のケーブル３、４は、端子盤、機器及び制御装置に接続されず、開放されているものもある。さらにはケーブル３、４の端部が接地されている場合もある。
【００２９】
ケーブル３、４としては、並行ケーブルのほか、多芯ケーブル、単線ケーブル、同軸ケーブル及びシールド付ケーブルなどが用いられる。両端が開放されているケーブルは、例えば新しい機器に替えたために不要になり、ケーブルトレイから引き抜かずにそのまま残しているものである。
【００３０】
図１Ａ、１Ｂでは、電磁変換素子２として例えば誘導結合素子や電流注入プローブ等を用いて非接触で信号を注入しているが、探査対象ケーブル３の導体に直接電極を接触して探査用信号７を印加してもよい。非接触の場合には、ケーブル３、４の端部だけでなく、経路途中からでもケーブル３、４の被覆を剥くことなく信号を印加でき、作業性が高くなって作業時間短縮の効果がある。直接接触して信号を注入する場合には、非接触に比べて低い出力電圧でも信号が印加できるため増幅器の構成が簡単になり小型化が可能になるという効果がある。
【００３１】
受信機６に接続する磁電変換素子５は、例えば電流プローブまたはカレントトランスと呼ばれる非接触の検出素子であるが、それ以外にもサーチコイルやループアンテナ等でもよい。磁電変換素子５がループアンテナやサーチコイルの場合には、探査対象ケーブル３から放射する磁界であるか否かを判定するため、比較的広い範囲で判定できるためルートごとの判定に有利で、例えばトレイの分岐点でどちらのルートに探査対象であるケーブル３が敷設されているかを１本１本探査することなく判別できる。そのため、探査作業時間が削減できるという効果がある。一方で、電流プローブを用いれば、確実に１本を特定できる効果がある。
〔探査信号〕
次に、探査用信号７の詳細について説明する。探査用信号７は、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式によって生成されるＯＦＤＭ信号８からなる。ＯＦＤＭ信号８は複数のサブキャリア３０１で構成されているが、各サブキャリア３０１に割り付ける位相情報（割当位相角等の割当位相情報）は予め受信機６で既知とする。
【００３２】
図１ＡにはＯＦＤＭ信号を時間軸で示した波形を示している。ＯＦＤＭ信号８は有限時間を持つ信号であり、この時間長を１単位として１シンボルと称する。このＯＦＤＭ信号８を探査用信号７として送信機１から出力する場合、一定数のシンボルを送信してもよいし、あるいは連続的に同一シンボルを繰り返し送信してもよい。
【００３３】
図１Ｂには各サブキャリア３０１の配置、すなわちＯＦＤＭ信号を周波数軸で表わした信号波形を示す。送信機１ａから送信する信号は、全てのサブキャリア３０１を送信するのではなく、例えば図に示しているようにサブキャリア番号が奇数のものだけ送信する。一方、送信機１ｂについては探査信号として出力するＯＦＤＭ信号のサブキャリア３０１は偶数のものを用いて、送信機１aとの混信を避ける。
〔送信機〕
図２は本発明の送信機１の構成を説明するブロック図である。送信機１は、探査用信号発生回路１１と増幅器１２、およびサブキャリア選択手段３０２からなり、探査用信号発生回路１１から出力する信号を増幅器１２で増幅し、探査用信号７として電磁変換素子２に送る。
【００３４】
探査用信号発生回路１１では、図示しないメモリに予め保有するサブキャリア割当位相情報を用いてＯＦＤＭ信号８を生成し出力する。この構成ではＯＦＤＭ信号生成のための信号処理を伴うため構成がやや複雑になる。
【００３５】
そこでメモリに予め生成したＯＦＤＭ信号８の時系列波形データを記録しておいて、予め定める時間間隔で１データずつ増幅器１２に送り出すようにすることも可能であり、より構成が簡潔になる。
【００３６】
サブキャリア選択手段３０２は、探査用信号発生回路１１に接続するもので、どのサブキャリア３０１を使用してＯＦＤＭ信号８を送信するかを探査作業者が予め設定し、その設定値に従ってＯＦＤＭ信号８を出力する。つまり、図１の実施例においては送信機１ａが奇数のサブキャリア３０１、送信機１ｂが偶数のサブキャリア３０１を送信するが、サブキャリア選択手段３０２によって送信機１ａが偶数、送信機１ｂが奇数のサブキャリア３０１を出力する様に設定することもできる。
【００３７】
先に述べた予め保有する割当位相情報は共通にして、サブキャリア選択手段３０２の設定値に応じて割り当てるサブキャリア３０１を変更してもよい。
【００３８】
また、予めＯＦＤＭ時系列波形データを記録しておく方法であれば、予め奇数のサブキャリア３０１に割り付けた場合と偶数に割り付けた場合を記録しておいてサブキャリア選択手段３０２の設定値に応じてどちらの波形を出力するか決定してもよい。
【００３９】
あるいは送信機１ａは奇数、送信機１ｂは偶数のサブキャリア３０１を固定的に出力し、これ以外には変更できないようにしてもよく、この場合にはサブキャリア選択手段３０２は不要である。
〔サブキャリア〕
ここで、図１では、送信機１ａは奇数、送信機１ｂは偶数のサブキャリア３０１を割り当てると説明したが、これに限るものではない。また送信機１も２台だけに限定されない。すなわち、複数の送信機１が互いに異なるサブキャリア３０１を使用して探査用信号７を出力することが重要である。このようにすることで互いの送信する探査用信号７が干渉することが無くなるためである。図３Ａ、３Ｂ、３Ｃは送信機１が３台の場合のサブキャリア３０１の割当方法の一例を示したものであるが、例えば図３Ａの様に送信機１ａは１、４、７・・・という具合にサブキャリア３０１を割り当て、送信機１ｂは図３Ｂの様に２、５、８・・・とし、３台目の送信機１ｃは図３Ｃの様に３、６、９・・・を割り当てることとすればよい。
【００４０】
サブキャリア３０１は必ず交互に割り当てられる必要はなく、例えば図４Ａ、４Ｂは送信機１が２台の場合の例であるが、送信機１ａは図４Ａに示す様に１、２、５、６、９、１０・・・を割り当て、送信機１ｂは図４Ｂに示すように３、４、７、８、１１、１２・・・というように同一送信機１がサブキャリア３０１を連続して割り当ててもよい。つまり隣接するサブキャリア３０１に割り当ててもよい。
【００４１】
ただし、全てのサブキャリア３０１をまとめて偏在させて割り当てると、後述する理由によりノイズによる探査性能の低下の恐れがあるため、可能な限りサブキャリア３０１は分散して割り当てたほうがよい。
〔受信機〕
図５は受信機６の構成を示すブロック図である。受信機６の機能をディジタル信号処理で実現する場合には、磁電変換素子５の後段に可変ゲインアンプとアナログ／ディジタル変換機を設ければよい。
【００４２】
受信機６では、磁電変換素子５で検出した探査用信号７を受信して、磁電変換素子５をクランプしているケーブル３、４が目的の送信機１が信号を印加しているケーブルと同一であるか否かを判定する。受信機６では、ケーブルの判定に受信信号１１４の位相情報である位相角２０１を用いる。
〔位相検出〕
受信機６は、受信信号１１４から必要な位相情報を抽出し取得する位相情報取得部１０８を有する。位相情報取得部１０８は、位相検出部１０９、位相減算部１１５、および位相同期部１１７から構成される。
【００４３】
位相検出部１０９では、サブキャリア３０１に対して位相角情報を取得する。その手段は、例えば受信信号１１４に対してフーリエ変換を実施してサブキャリア３０１ごとに得られる実数部、虚数部の情報から、位相角を計算する方法がある。得られた位相角情報は位相減算部１１５に送る。位相減算部１１５では、予めメモリに備えている送信探査用信号７の各サブキャリア３０１に割り当てた位相角を割当位相情報格納部１１６から引き出して参照し、位相検出部１０９から送られる位相角情報から割当位相角をサブキャリア３０１ごとに減算する。
【００４４】
この処理の概略を図６を用いて説明する。あるサブキャリア３０１に対して位相検出部１０９から送られる実数部、虚数部の位相が図６に○で示す検出座標であり、そのサブキャリア３０１に対して送信機１で割り当てた座標が●で示すサブキャリア割当座標であるとする。それぞれの座標によって成す角を検出位相角、割当位相角とする。
【００４５】
信号伝搬経路の特性が平坦である場合、すなわち伝達関数が１の場合には検出座標はサブキャリア割当座標と同一座標になる。しかし、伝搬減衰、位相の周波数変化、ノイズなどの要因で振幅、位相ともにこの座標から変化する。位相減算部１１５では、割当位相角からの位相変化量を計算して出力する。つまり、「検出位相角」から「割当位相角」を減算して「検出位相角から割当位相角を補正した位相角」を算出すれば、◎で示す信号伝搬経路で変化した位相角が求まる。結果は位相同期部１１７に送る。
【００４６】
ここでサブキャリア選択手段３０３は例えば送信機１の台数に応じた識別番号がスイッチなどで設定できるようにしてあり、予め探査作業者が目的の送信機１に対応する識別番号を設定するものである。設定値は割当位相情報格納部１１６、位相検出部１０９に送る。
【００４７】
位相検出部１０９には予め識別番号に対応した送信機１で使用するサブキャリア番号情報が格納されており、割当位相角が割り当てられているサブキャリア３０１のみについて信号処理を実行する。
【００４８】
また、割当位相角が送信機によって異なる場合には、割当位相情報格納部１１６には、各送信機の割当位相角を予め記録しておき、サブキャリア選択手段３０３から送る識別信号を受けて対応する割当位相角を位相減算部１１５に送る。
【００４９】
図示しないが、受信機６がある特定の送信機１の信号しか受信しない場合、すなわち受信する送信機１の信号を選択的に変えるのではなく固定して使用する場合には、サブキャリア選択手段３０３は不要で、予め割当位相情報格納部１１６、位相検出部１０９に当該の送信機１がどのサブキャリア３０１を使用しているのかを示す情報を記録しておけばよい。
〔位相同期〕
受信機６が任意のタイミングで受信する信号の位相は、あくまで任意のタイミングで受信した時点での位相角であり、これは特に意味を持たない。本来は予め定めた時点での位相角が必要であり、位相同期部１１７はこの予め定める時点に位相角を補正する機能を持つ。位相同期部１１７が取得する位相減算部１１５から送る情報は、信号伝搬経路の位相変化量に本来のタイミングと異なることによって変化する位相量が加わった結果で得られる。
【００５０】
この結果を模式的に示したものを図７に示す。横軸は周波数、縦軸は得られた位相角である。図７中の点２０１はそれぞれ各サブキャリアの位相角であり、複数のサブキャリアについて示している。先に説明したように、本来のタイミングからずれた分だけ変化する位相量で傾きを生じている様子を模式的に示しているが、本来のタイミングであれば傾きはほとんどない。
【００５１】
図７の位相角２０１に対して、傾きがほぼゼロとなるように補正すれば、位相減算部１１５の出力と同様の結果が得られる。具体的には、例えば図７の位相角２０１を直線近似し、その傾きを図７の各位相２０１から差し引けばよい。
【００５２】
図８及び図９は位相同期部１１７の出力結果の一例で、図８は図１の送信機１ａが印加したケーブル３と同一のケーブルに流れる探査用信号７を検出した場合の例で、図９はそれと異なるケーブル４に流れる探査用信号７を検出した場合の例である。図９は、ケーブル４の受信信号の検出位相が逆位相となっており、このためπだけ周波数軸からずれて表示される。
【００５３】
また、図１０は送信機１ｂが印加したケーブル４に流れる探査用信号７を検出した場合の例であり、同位相となっている。
〔Ｓ／Ｎ推定〕
また、Ｓ／Ｎ推定部１２０から送られる情報を用い、Ｓ／Ｎが所定より低いサブキャリア３０１については位相同期処理や後段の処理で除去する。すなわち、後段の位相判定部１１０へは、Ｓ／Ｎが所定値を満足しないサブキャリア３０１の位相角２０１については送らない。
【００５４】
Ｓ／Ｎ推定部１２０では、受信信号１１４を用いて周波数またはサブキャリア３０１ごとのＳ／Ｎ（信号対雑音電力比）を推定し、その結果を位相判定部１１０に送る。図１１はＳ／Ｎ推定部１２０で実施するＳ／Ｎ推定処理の一例を説明する図である。Ｓ／Ｎ推定をする場合には少なくとも２シンボル以上のＯＦＤＭ信号８を受信する必要がある。図１１では各シンボル８のある特定のサブキャリア３０１から取得する実数部及び虚数部からなる複素数座標について着目しているが、これ以外のサブキャリア３０１についても同様である。
【００５５】
図１１に●で示す点は、各シンボル８の当該サブキャリア３０１の座標である。当該サブキャリア３０１の周波数にノイズが重畳していなければ座標は同一点になる。すなわち●は１点に重なる。逆にＳ／Ｎが悪いほど●のばらつきは大きくなる。
【００５６】
○は●の平均であり、これを基準座標として原点からの○の距離と○からの●の距離との比がＳ／Ｎになる。これをキャリアごとに算出して位相同期部１１７に送る。
〔位相判定〕
図５に示す受信機６において、位相判定部１１０では、位相同期部１１７から送られる結果を用いて探査対象ケーブル３の信号か否か、すなわち目的の送信機１が探査用信号７を印加しているケーブル３、４と同一であるか否かを判定する。
【００５７】
具体的には、位相が−９０°から＋９０°の場合に探査対象ケーブルからの信号であると判定する。つまり各サブキャリア３０１から取得する位相角２０１を平均してその結果が−９０°から＋９０°の場合に探査対象ケーブルからの信号であると判定すればよい。あるいは平均値ではなく１次近似して切片の値を用いてもよい。結果は表示部１１１に送られ、探査作業者に示される。
【００５８】
Ｓ／Ｎ推定部１２０が無い場合や１シンボル８のみ受信して判定する場合でも後述する本発明の効果は十分に得られるが、Ｓ／Ｎ推定部１２０があればノイズによる誤判定を防止できるためさらに探査精度を向上できる効果がある。なお、図１１に示したＳ／Ｎ推定部１２０でのＳ／Ｎ推定方法はあくまで一例であり他の方法であってもよい。
【００５９】
位相判定部１１０はＳ／Ｎ推定部１２０からの情報を取得しない場合には予め指定した一部またはすべてのサブキャリア３０１に対して上記の位相判定処理を実施する。
【００６０】
受信機６においては、図示していないが、すでに述べているように複数のＯＦＤＭ信号８のシンボルを受信して加算平均する処理を適用すればＯＦＤＭ信号８に信号伝搬途中に重畳したノイズ成分が減少してＳ／Ｎ比は向上し、探査精度を向上させることができる。
【００６１】
送信する探査用信号７は、電磁変換素子２及び磁電変換素子５の周波数特性を考慮して決定することが望ましい。電磁変換素子２及び磁電変換素子５の信号通過帯域が例えば０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの場合、ＯＦＤＭ信号８のサブキャリア範囲についても０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲内にする。これ以外の帯域のサブキャリア３０１を付加してもよいが、帯域外成分は探査に寄与しないためエネルギーのロスとなる。それだけでなく、より高い周波数成分を含む信号とすると、送信機１及び受信機６に高いクロック周波数で動作する回路を備える必要があり、装置が高価になる。
【００６２】
さらに実験の結果では探査用信号７は０．１ＭＨｚ〜５ＭＨｚ程度であれば、探査性能は十分であり、プラント内で利用する場合にはこの周波数範囲とすることで不要な信号の漏えいを低減できるため核計装システムなどへの影響も低減できるという効果がある。
【００６３】
次に本発明の効果を説明する。プラント内で使用する場合には、ケーブルにノイズが重畳していたり、あるいはケーブル探査装置の周辺にある機器から放射する電磁界ノイズが多い環境である。本発明においては、複数のサブキャリア３０１からなるＯＦＤＭ信号８を探査用信号７として用いる。そのため複数のサブキャリア３０１の位相角２０１を用いて探査対象ケーブルか否かの判定をすることによってノイズがある環境においても正しく探査できる効果がある。
【００６４】
更に、複数の送信機１が互いに異なるサブキャリア３０１を用いて信号を送信し、受信機６は目的の送信機１から送るサブキャリア３０１のみを用いてケーブル３、４を探査するため、複数の作業班が同時に異なるケーブルを探査することができ、探査作業に要する時間を短縮できるようになる。
【００６５】
従来は、ノイズの影響が無くなおかつ他の送信機１と異なる周波数を設定する必要があり、その場合には予め他の作業班が使用していない周波数を調査したり、受信機が探査場所を変更した際にその場所のノイズ環境に応じて再び周波数の変更作業が生じるため、作業性が損なわれる可能性がある。これに対して本方式であれば、作業開始時に予め他の送信機１と異なるサブキャリア３０１を用いるように設定しておけば、ノイズの周波数が探査場所によって変化しても複数送信する内のいずれかのサブキャリア３０１が受信できれば探査できるため、周波数を変更する必要が無く、そのため作業性を向上でき更に探査作業時間を短縮できる効果がある。
【符号の説明】
【００６６】
１…送信機
２…電磁変換素子
３、４…ケーブル
５…磁電変換素子
６…受信機
７…探査用信号
８…ＯＦＤＭ信号
１１…探査用信号発生回路
１２…増幅器
１０８…位相情報取得部
１０９…位相検出部
１１０…位相判定部
１１１…表示部
１１４…受信信号
１１５…位相減算部
１１６…割当位相情報格納部
１１７…位相同期部
１２０…Ｓ／Ｎ推定部
２０１…検出位相
３０１…サブキャリア
３０２、３０３…サブキャリア選択手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、前記探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、前記電気信号の位相情報で前記探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置において、
前記探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、前記複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号からなり、前記受信機は、前記印加する電気信号の少なくとも一部のサブキャリアを受信する磁電変換素子と、前記複数の送信機のうちの第一の送信機が前記サブキャリアに割り付ける第一の位相情報と前記サブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、前記磁電変換素子で受信した前記電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、前記第二の位相情報と前記第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたケーブル探査装置において、前記位相情報取得部は、前記サブキャリアの位相情報を取得する位相検出部と、前記割当位相情報格納部の割当位相情報からの位相変化量を計算する位相減算部と、予め定めた時点の位相情報を補正し取得する位相同期部を有することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたケーブル探査装置において、前記位相判定部は、受信した前記電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから取得した第二の位相情報が所定範囲にあるとき探査対象とするケーブルであると判定することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記送信機にはサブキャリア選択手段を備え、送信する前記サブキャリア周波数を変更可能とすることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記受信機は、サブキャリア選択手段を備え、前記複数の送信機のうちの１台の送信機が送信するサブキャリアを選択して探査することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記複数の送信機が送信するサブキャリアは、交互に配置されることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項７】
請求項６に記載されたケーブル探査装置において、前記サブキャリアは、交互に配置される部分と、隣接のサブキャリアを同一の送信機で使用する配置となる部分が混在することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記導体に流れる電気信号は前記探査対象ケーブルに非接触で印加することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記受信機には前記検出した信号の信号対雑音レベル比を推定するＳ／Ｎ推定部を設け、予め設定する信号対雑音レベル比を満足する周波数のサブキャリアの位相情報を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記電気信号の周波数は少なくとも０．１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の範囲であることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項１１】
複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、前記探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、前記電気信号の位相情報で前記探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置を用いたケーブル探査方法において、
前記互いに異なる探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号からなり、
前記複数の送信機は互いに異なるサブキャリアで送信し、
前記受信機は、前記複数の送信機のうちの第一の送信機が前記サブキャリアに割り付ける第一の位相情報と前記サブキャリアの周波数情報を予め備え、前記印加する電気信号の一部またはすべてのサブキャリアを受信し、
前記受信したサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数のサブキャリアから検出する第二の位相情報を取得し、前記第二の位相情報と前記予め備える第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する
ことを特徴とするケーブル探査方法。
【請求項１】
複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、前記探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、前記電気信号の位相情報で前記探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置において、
前記探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号を用い、前記複数の送信機の送信する電気信号は互いに異なるサブキャリアを持つ直交周波数分割多重信号からなり、前記受信機は、前記印加する電気信号の少なくとも一部のサブキャリアを受信する磁電変換素子と、前記複数の送信機のうちの第一の送信機が前記サブキャリアに割り付ける第一の位相情報と前記サブキャリアの周波数情報を予め格納する割当位相情報格納部と、前記磁電変換素子で受信した前記電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから第二の位相情報を取得する位相情報取得部と、前記第二の位相情報と前記第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する位相判定部を有することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたケーブル探査装置において、前記位相情報取得部は、前記サブキャリアの位相情報を取得する位相検出部と、前記割当位相情報格納部の割当位相情報からの位相変化量を計算する位相減算部と、予め定めた時点の位相情報を補正し取得する位相同期部を有することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載されたケーブル探査装置において、前記位相判定部は、受信した前記電気信号のサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数からなるサブキャリアから取得した第二の位相情報が所定範囲にあるとき探査対象とするケーブルであると判定することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記送信機にはサブキャリア選択手段を備え、送信する前記サブキャリア周波数を変更可能とすることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記受信機は、サブキャリア選択手段を備え、前記複数の送信機のうちの１台の送信機が送信するサブキャリアを選択して探査することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記複数の送信機が送信するサブキャリアは、交互に配置されることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項７】
請求項６に記載されたケーブル探査装置において、前記サブキャリアは、交互に配置される部分と、隣接のサブキャリアを同一の送信機で使用する配置となる部分が混在することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記導体に流れる電気信号は前記探査対象ケーブルに非接触で印加することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記受信機には前記検出した信号の信号対雑音レベル比を推定するＳ／Ｎ推定部を設け、予め設定する信号対雑音レベル比を満足する周波数のサブキャリアの位相情報を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定することを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載されたケーブル探査装置において、前記電気信号の周波数は少なくとも０．１ＭＨｚ以上５ＭＨｚ以下の範囲であることを特徴とするケーブル探査装置。
【請求項１１】
複数のケーブルのうち、互いに異なる探査対象とするケーブルに電気信号を印加する複数の送信機と、前記探査対象とするケーブルに流れる電流を電気信号として検出する磁電変換素子と、前記電気信号の位相情報で前記探査対象とするケーブルであるか否かを判定する受信機を備えたケーブル探査装置を用いたケーブル探査方法において、
前記互いに異なる探査対象とするケーブルに印加する電気信号は、予め定めた第一の位相情報を割り付けた複数のサブキャリアからなる直交周波数分割多重信号からなり、
前記複数の送信機は互いに異なるサブキャリアで送信し、
前記受信機は、前記複数の送信機のうちの第一の送信機が前記サブキャリアに割り付ける第一の位相情報と前記サブキャリアの周波数情報を予め備え、前記印加する電気信号の一部またはすべてのサブキャリアを受信し、
前記受信したサブキャリアのうち第一の送信機から送信するサブキャリアと同一の周波数のサブキャリアから検出する第二の位相情報を取得し、前記第二の位相情報と前記予め備える第一の位相情報の差で得られる結果を用いて探査対象とするケーブルであるか否かを判定する
ことを特徴とするケーブル探査方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−１０８９１７（Ｐ２０１３−１０８９１７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５７３０（Ｐ２０１１−２５５７３０）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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