JP4416831B1 - Inspection device, inspection method, and inspection program - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡便に被覆線材の被覆検査を実行可能とする。
【解決手段】誘電体で被覆された電線Cにおける誘電体の傷やピンホールの有無を検査する検査装置100において、空胴共振器11でTM01モードのマイクロ波定在波を励起し、TM01モードの回転磁界中心に電線Cを通過させることにより電線Cにマイクロ波周波数の交流電流Iを流す。そして空胴共振器11の内部から外部へと連続している電線Cから放射されるマイクロ波を受信し、電線Cの長さ方向にオフセットした2本のアンテナを電線Cの軸に対して等角度に隣接配置し、その差動信号に基づいて交流電流Iの位相速度を得る。この位相速度が、一定でない部位を検出すると、その部位について被覆に異常があると判断する。
【選択図】図1An object of the present invention is to make it possible to perform a covering inspection of a covering wire more easily.
In an inspection apparatus 100 for inspecting the presence or absence of a dielectric flaw or a pinhole in an electric wire C coated with a dielectric, a TM01 mode microwave standing wave is excited by a cavity resonator 11 and a TM01 mode is excited. By passing the electric wire C through the center of the rotating magnetic field, an alternating current I having a microwave frequency is passed through the electric wire C. And the microwave radiated | emitted from the electric wire C which continues from the inside of the cavity resonator 11 to the exterior is received, and two antennas offset in the length direction of the electric wire C are made with respect to the axis of the electric wire C, etc. Adjacent to the angle, the phase velocity of the alternating current I is obtained based on the differential signal. When a part where the phase velocity is not constant is detected, it is determined that the covering is abnormal for the part.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、検査装置、検査方法および検査プログラムに関し、特に、導体線を被覆する誘電体の状態を検査する検査装置、検査方法および検査プログラムに関する。 The present invention relates to an inspection apparatus, an inspection method, and an inspection program, and more particularly to an inspection apparatus, an inspection method, and an inspection program for inspecting a state of a dielectric covering a conductor wire.
電線等のように導体表面を誘電体で被覆した被覆線材は、出荷前に、その被覆の傷、ピンホール、剥がれなどの有無が検査される。被覆が不十分だと耐圧に影響するからである。被覆検査の方法としては、レーザー光を被覆に照射してその反射光を利用する方法、高感度カメラで撮影した被覆の画像を画像処理することにより被覆の異常を検出する方法、被覆線材に高電圧を通電して絶縁破損やピンホールで空気がイオン化することにより発光する紫外線を検出する方法などが知られている。 A coated wire whose conductor surface is covered with a dielectric material such as an electric wire is inspected for the presence of scratches, pinholes, peeling, etc. before shipment. This is because the pressure resistance is affected if the coating is insufficient. The coating inspection methods include a method of irradiating the coating with laser light and utilizing the reflected light, a method of detecting a coating abnormality by processing the image of the coating taken with a high-sensitivity camera, There is known a method of detecting ultraviolet rays that emit light by energizing a voltage to cause insulation breakage or air ionization in a pinhole.
上述のレーザー光を用いる被覆検査では、検査すべきポイントにレーザー光を照射し、その反射光の強弱に基づいて被覆の異常を検査される。このときレーザー光が正確に検査ポイントに照射されなければならないし、検査ポイントの反射光が正確に受光部に入射しなければならない。従って、ぶれたり振動したりしている被覆線材の検査には不向きであった。
また、レーザー光を用いる被覆検査では、照射面の検査しか出来ないので電線等の全表面を検査しようと思うと、レーザー光で導電線の表面を走査したり、レーザー光の光源や受光部を検査対象である導電線の軸を中心にして複数方向に用意したりしなければならない。従って、レーザー光で被覆検査を行う場合は、検査装置がどうしても大掛かりになってしまうし高価になってしまう。
In the above-described coating inspection using laser light, laser light is irradiated to a point to be inspected, and abnormality of the coating is inspected based on the intensity of the reflected light. At this time, the laser beam must be accurately applied to the inspection point, and the reflected light of the inspection point must be accurately incident on the light receiving unit. Therefore, it is not suitable for the inspection of the coated wire which is shaken or vibrated.
In addition, in the coating inspection using laser light, only the irradiated surface can be inspected, so if you want to inspect the entire surface of the electric wire etc., you can scan the surface of the conductive wire with laser light, or use the laser light source It must be prepared in a plurality of directions around the axis of the conductive wire to be inspected. Therefore, when the coating inspection is performed with the laser beam, the inspection apparatus is inevitably large and expensive.
高感度カメラを用いて被覆検査を行う場合も、やはり検査装置が大掛かりになってしまうし装置が高価になってしまう。高感度カメラがそもそも高価であるし、高速で移動する被覆線材の全周を網羅するように画像を取得するためには複数台の高感度カメラを用意するか、高感度カメラを被覆線材の周方向に移動させつつ撮影するような装置が必要になるからである。また、撮影された画像から被覆の異常を検出するために、高速な画像処理を実行できる処理装置も必要になる。特に後述のように高速に移動する電線の被覆検査を行おうとすると、高感度であることに加えて高速撮影可能な高速度カメラが必要になるし、高速で順次撮影された画像を高速で画像処理する装置も必要になる。 Even when covering inspection is performed using a high-sensitivity camera, the inspection apparatus becomes too large and the apparatus becomes expensive. High-sensitivity cameras are expensive in the first place, and in order to acquire images so as to cover the entire circumference of the coated wire moving at high speed, multiple high-sensitivity cameras are prepared, or the high-sensitivity camera is installed around the coated wire. This is because a device for taking a picture while moving in the direction is required. In addition, a processing apparatus capable of executing high-speed image processing is also required in order to detect a covering abnormality from the captured image. In particular, if you want to perform coating inspection on wires that move at a high speed as described later, in addition to high sensitivity, you will need a high-speed camera that can take high-speed images, and images taken sequentially at high speed will be imaged at high speed. A processing device is also required.
オゾン濃度を検出する方法では、電線に高電圧を印加する必要があるので危険であるし、オゾンに照射した紫外線の吸光度を検出するための装置等も必要になる。そのため検査装置が大掛かりになってしまうし、装置も高価になってしまう。 The method for detecting the ozone concentration is dangerous because a high voltage needs to be applied to the electric wire, and a device for detecting the absorbance of ultraviolet rays irradiated to ozone is also required. Therefore, the inspection apparatus becomes large and the apparatus becomes expensive.
ところで、電線Cは、出荷前に工場でその被覆検査を行う必要がある。数十〜数百メートルにも及ぶ電線の検査を正確におこないつつ実用的な時間で検査を完了するためには、その製造ラインの途中で検査するのが好ましい。検査工程を別途設ける必要が無いので、生産効率が向上するからである。しかしながら、製造ラインにおける電線は長さ方向に数百m/minで高速移動しており、上述の技術では、このような要望に応えることは出来なかった。 By the way, it is necessary to inspect the coating of the electric wire C at a factory before shipment. In order to complete the inspection in a practical time while accurately inspecting an electric wire of several tens to several hundreds of meters, it is preferable to inspect in the middle of the production line. This is because there is no need to provide a separate inspection process, so that production efficiency is improved. However, the electric wires in the production line are moving at a high speed of several hundreds m / min in the length direction, and the above-described technology has not been able to meet such a demand.
また、被覆検査においては、被覆の傷・ピンホール・剥がれ等の欠損の有無を検査するだけでなく、被覆の均一性や複数種類の被覆を重ねてある場合の被覆同士の密着度合等のような被覆の性能検査を行えると好ましい。しかしながら、被覆の均一性や密着度合などは表面からは測定できないので、上述のレーザー光や高感度カメラやオゾン濃度を利用する方法は利用できない。むろん、例えばCT(Computed Tomography)などのように大掛かりな装置を用いれば検査することも可能ではあるが、より簡便な検査方法の開発が望まれていた。 In addition, in the coating inspection, not only the presence of defects such as coating scratches, pinholes, peeling, etc., but also the uniformity of coating and the degree of adhesion between coatings when multiple types of coatings are stacked, etc. It is preferable that the performance of the coating can be inspected. However, since the uniformity and the degree of adhesion of the coating cannot be measured from the surface, the above-described laser light, high-sensitivity camera, and method using ozone concentration cannot be used. Of course, although it is possible to inspect using a large-scale apparatus such as CT (Computed Tomography), development of a simpler inspection method has been desired.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、より簡便に導電線を被覆する誘電体の状態を検査することができる検査装置、検査方法および検査プログラムの提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an inspection apparatus, an inspection method, and an inspection program that can inspect the state of a dielectric covering a conductive wire more easily.
上記課題を解決するために、本発明の検査装置は、導電線を被覆する誘電体の状態を検査する検査装置であって、空胴共振器に所定周波数の電磁波の定在波をTM01モードで励起し、該空胴共振器を貫通する上記導電線に電磁誘導によって上記所定周波数の交流電流を流す励振部と、上記導電線を流れる交流電流によって上記導電線から放射される電磁波であって、上記誘電体を通過して放射される上記所定周波数の電磁波を受信する受信部と、上記受信部が受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方に基づいて上記誘電体の状態を判断する判断部とを具備する構成としてある。 In order to solve the above problems, an inspection apparatus of the present invention is an inspection apparatus for inspecting a state of a dielectric covering a conductive wire, and a standing wave of an electromagnetic wave having a predetermined frequency is applied to a cavity resonator in a TM01 mode. An excitation unit that excites and passes the alternating current of the predetermined frequency to the conductive wire penetrating the cavity resonator by electromagnetic induction; and an electromagnetic wave radiated from the conductive wire by the alternating current flowing through the conductive wire , The state of the dielectric is determined based on at least one of a receiving unit that receives the electromagnetic wave of the predetermined frequency radiated through the dielectric and an amplitude intensity and a phase around the electromagnetic wave received by the receiving unit. And a determination unit.
上記構成において、導電線は誘電体によって被覆されており、導電線は基本的にむら無く均質であって位相の廻りは一定しているものとする。また被覆も基本的に、均質な状態になるように予め作成されているが、作成状況次第では均質な状態から一定量の誤差を勘案した状態から外れた不均質な状態となることがある。言い換えると、導電線に対して垂直な断面における被覆は、均質な状態であれば導電線のどこで切断してもほぼ同様の断面を示すが、不均質な状態であれば他の断面と異なる様相を呈する。 In the above configuration, it is assumed that the conductive wire is covered with a dielectric, the conductive wire is basically uniform and uniform, and the phase is constant. In addition, the coating is basically prepared in advance so as to be in a homogeneous state, but depending on the creation situation, the coating may be in a non-homogeneous state that deviates from a state in which a certain amount of error is taken into consideration. In other words, the coating in the cross section perpendicular to the conductive wire shows almost the same cross section wherever the conductive wire is cut if it is in a homogeneous state, but it looks different from other cross sections in a non-homogeneous state. Presents.
上記検査装置は、このような断面の状態を、被覆の外部から非破壊で検査することができる。すなわち、上記励振部は、空胴共振器に所定周波数の電磁波の定在波をTM01モードで励起し、該空胴共振器を貫通する上記導電線に電磁誘導によって上記所定周波数の交流電流を流す。この交流電流によって導電線から上記誘電体を通過して放射される電磁波を上記受信部で受信する。上記受信部は、上記所定周波数の電磁波を選択的に受信することが出来るようになっている。 The inspection apparatus can inspect the state of such a cross section from the outside of the coating in a nondestructive manner. That is, the excitation unit excites a standing wave of an electromagnetic wave having a predetermined frequency in the cavity resonator in the TM01 mode, and causes the alternating current having the predetermined frequency to flow through the conductive wire passing through the cavity resonator by electromagnetic induction. . An electromagnetic wave radiated from the conductive wire through the dielectric by the alternating current is received by the receiving unit. The receiving unit can selectively receive the electromagnetic wave having the predetermined frequency.
所定周波数としては、マイクロ波周波数帯のようにその周波数を有する交流電流が表皮電流化する周波数帯が特に好適である。被覆の状態が交流電流に大きく影響した方がよく、被覆の状態が交流電流に与える影響が大きいほど、上記交流電流によって前記導電線から放射される電磁波も被覆の状態による影響が強く表れるからである。つまり、該電磁波において、被覆の状態に対応する情報のS/N比が向上するからであるとも言える。 As the predetermined frequency, a frequency band in which an alternating current having the frequency becomes a skin current, such as a microwave frequency band, is particularly suitable. It is better that the state of the coating greatly affects the alternating current, and the greater the influence of the state of the coating on the alternating current, the more strongly the electromagnetic wave radiated from the conductive wire by the alternating current is more strongly affected by the state of the coating. is there. That is, it can be said that the S / N ratio of information corresponding to the state of the coating is improved in the electromagnetic wave.
被覆の状態を示す情報としては、上記電磁波の振幅強度と位相の廻りとを利用可能であり、上記判断部はこれらのいずれかを利用して上記被覆の状態を判断する。振幅強度を利用すれば、例えば、被覆の欠損した部位から放射される電磁波と欠損のない部位から放射される電磁波とではその振幅強度が異なるので、所定の閾値を設定することによりその差異を検出できる。また、例えば、被覆に気泡等の異物が入った部位を通過して放射される電磁波であっても同様のことが言える。 As information indicating the state of the coating, the amplitude intensity and the phase around the electromagnetic wave can be used, and the determination unit determines the state of the coating using any of these. If the amplitude intensity is used, for example, the amplitude intensity differs between the electromagnetic wave radiated from the part where the covering is missing and the electromagnetic wave radiated from the part where the defect is not, so the difference is detected by setting a predetermined threshold value. it can. Further, for example, the same applies to electromagnetic waves radiated through a portion where foreign matters such as bubbles are contained in the coating.
また、位相の廻りは、その伝送媒体が均質であれば一定になるが、伝送媒質の品質が悪くて非均質であれば一定せずに不定に成ることが知られている。ここで言う伝送媒質は、実際に電流が流れる導体部分のみならずその周囲を覆う被覆の影響をも含む。すなわち、上記被覆が均質であれば位相の廻りは一定であるが、被覆が均質でなければ位相の廻りが不定になる。従って、位相の廻りを利用すれば、被覆が欠損したり被覆に異物が混入したりするとその部位から放射される電磁波の位相の廻りに変化が生じるので、被覆の異常を検出することができる。 Also, around the phase is the transmission medium is constant if homogeneous, are known to be unstable without constant as long as it is a non-homogeneous poor quality of the transmission medium. The transmission medium referred to here includes not only a conductor portion through which current actually flows, but also the influence of a coating covering the periphery thereof. That is, if the coating is homogeneous, the phase rotation is constant, but if the coating is not homogeneous, the phase rotation is indefinite. Therefore, if the surroundings of the phase are utilized, if the coating is lost or foreign matter is mixed in the coating, a change occurs in the phase of the electromagnetic wave radiated from the part, so that the abnormality of the coating can be detected.
また、上記導電線が上記導電線の長さ方向に移動している場合には、上記判断部は、上記受信部が受信した電磁波の位相の廻りの変動に基づいて上記誘電体の状態を判断するように構成してもよい。受信部の受信した電磁波の振幅強度は、検査対象である導電線が移動しているとブレや振動によって空間変動要因が入り、正確な計測が出来ないからである。この点、位相は空間変動要因に影響されないので、位相の廻りは正確に計測することが可能である。よって、移動している導電線の被覆状態を正確に検出できるようになる。 In addition, when the conductive wire is moving in the length direction of the conductive wire, the determination unit determines the state of the dielectric based on the fluctuation around the phase of the electromagnetic wave received by the reception unit. You may comprise. This is because the amplitude intensity of the electromagnetic wave received by the receiving unit cannot be accurately measured if a conductive wire to be inspected is moved, causing a spatial variation factor due to vibration or vibration. In this respect, since the phase is not affected by the spatial variation factor, it is possible to accurately measure the circumference of the phase . Therefore, the covering state of the moving conductive wire can be accurately detected.
また、上記受信部は、所定方向に上記導電線を走査しつつ上記電磁波を受信してもよい。むろん、基準となる状態の被覆を通して放射される電磁波強度が既知であれば、特定のポイントで受信した電磁波強度に基づいて被覆の正常/異常を判断できる。しかし、例えば検査対象が複数種類ある場合は、検査ポイントの周辺との相対的な受信強度で判断したり、各検査ポイントで受信された受信強度の平均値に対する受信強度で判断したりする必要がある。このとき、上記判断部は、上記受信部が受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方の変動に基づいて上記誘電体の状態を判断することができる。 The receiving unit may receive the electromagnetic wave while scanning the conductive line in a predetermined direction. Of course, if the electromagnetic wave intensity radiated through the coating in the reference state is known, the normality / abnormality of the coating can be determined based on the electromagnetic wave intensity received at a specific point. However, for example, when there are multiple types of inspection objects, it is necessary to make a determination based on the reception intensity relative to the periphery of the inspection point, or to determine the reception intensity relative to the average value of the reception intensity received at each inspection point. is there. At this time, the determination unit can determine the state of the dielectric based on at least one change in amplitude intensity and phase around the electromagnetic wave received by the reception unit.
このように位相の廻りを利用する場合には、上記受信部は、上記導電線から放射される上記所定周波数の電磁波の位相の廻りを検出し、上記判断部は、上記電磁波の位相の廻りが所定量を超えた部位について上記被覆に異常ありと判断するように構成できる。すなわち、予め一定以上の品質が保たれていることを前提とし、該品質であれば位相の廻りがこれ以上になることが無いという所定量(閾値)を、予め実験的に決定しておく。そして、上記判断部は、位相の廻りを検出し、位相の廻りが上記所定量を超えるか否かで上記被覆の状態を判断することができる。 In this way, when using the phase rotation , the receiving unit detects the phase rotation of the electromagnetic wave having the predetermined frequency radiated from the conductive wire, and the determination unit detects the phase rotation of the electromagnetic wave. It can comprise so that it may judge that the said coating | cover has abnormality about the site | part exceeding the predetermined amount. In other words, on the premise that a certain level of quality is maintained in advance, a predetermined amount (threshold value) is determined in advance that the phase does not exceed this level if the quality is the same. Then, the determination unit detects around the position phase, can be around the phase to determine the state of the coating on whether more than the predetermined amount.
ところで、上記空胴共振器によって上記導電線に効率よく交流電流を流すための本発明の選択的な一側面として、上記導電線は、上記TM01モードの回転磁界の略中心に沿って配置されてもよい。TM01モードでは、回転磁界の中心が最も電界が強く、また回転磁界の中心における電界ベクトルは一方向に定まる。すなわち上記回転磁界の中心に沿って上記導電線を配置すれば、導電線内を通過する電界ベクトルの総和が最大化されるので、空胴共振器の定在波から導電線に流れる交流電流への変換効率が最大化される。 By the way, as a selective aspect of the present invention for efficiently flowing an alternating current to the conductive line by the cavity resonator, the conductive line is arranged along the approximate center of the rotating magnetic field of the TM01 mode. Also good. In the TM01 mode, the center of the rotating magnetic field has the strongest electric field, and the electric field vector at the center of the rotating magnetic field is determined in one direction. In other words, if the conductive line is arranged along the center of the rotating magnetic field, the sum of the electric field vectors passing through the conductive line is maximized, so that the standing wave of the cavity resonator is changed to the alternating current flowing through the conductive line. Conversion efficiency is maximized.
また交流電流に対する被覆の状態の影響を高めるための本発明の選択的な一側面として、上記励振部は、上記空胴共振器にマイクロ波周波数帯の定在波を励起することにより、上記導電線にマイクロ波周波数の交流電流を流すようにしてもよい。マイクロ波周波数の交流電流は、導電線において表皮電流になる。交流電流が表皮電流化すると、電流の大部分が被覆近傍を流れるので、被覆と交流電流の相互作用が最大化される。すなわち、被覆の状態の影響が、交流電流により顕著化する。 As another optional aspect of the present invention for enhancing the influence of the state of the coating on the alternating current, the excitation unit excites the standing wave in the microwave frequency band to the cavity resonator, thereby An alternating current having a microwave frequency may be passed through the wire. The alternating current of microwave frequency becomes a skin current in the conductive wire. When the alternating current becomes a skin current, most of the current flows in the vicinity of the coating, so that the interaction between the coating and the alternating current is maximized. That is, the influence of the coating state becomes more prominent due to the alternating current.
また、導電線に空間振動が発生する場合に好適な本発明の選択的な一側面として、上記受信部は、上記導電線の軸に対して等角であって上記導電線の長さ方向にオフセット配置された少なくとも2つの電界センサーを備えており、これら電界センサー間の差動信号に基づいて上記位相の廻りを検出するように構成することができる。位相の廻りを検出する方法としては、導電線を長さ方向に走査して、導電線の各部位における電磁波強度を測定して、導電線の所定長さあたりの位相変動を検出する方法があるが、この方法では上記空間振動によって電磁波強度が変動してしまう。そこで、オフセット配置した2本以上の電界センサーにて受信した電磁波強度の差動によって、上記位相の廻りを検出する。位相の廻りであれば、振幅強度に依存しないし、隣接する電界センサー間の差動信号であれば、簡単なゲイン調整を行うことで導電線の空間振動による影響を排除した位相の廻りを得ることができる。なお、上記電界センサーは、空中線アンテナなどの電磁波の電界強度に応じて発生する電流や電圧を計測するものであってもよいし、光電界センサーのように電磁波の電界強度に応じて発生する屈折率変動を計測するものであってもよく、電界強度に対応して発生した物理量の変動を計測するデバイスであればいかなるものを利用しても構わない。 In addition, as a selective aspect of the present invention that is suitable when spatial vibration occurs in the conductive wire, the receiving unit is equiangular with respect to the axis of the conductive wire and in the length direction of the conductive wire. At least two electric field sensors arranged in an offset manner are provided, and the above-mentioned phase rotation can be detected based on a differential signal between the electric field sensors. As a method of detecting the rotation of the phase, there is a method of detecting a phase fluctuation per predetermined length of the conductive line by scanning the conductive line in the length direction and measuring the electromagnetic wave intensity at each part of the conductive line. However, in this method, the electromagnetic wave intensity varies due to the spatial vibration. Therefore, the rotation of the phase is detected by the differential of the electromagnetic wave intensity received by the two or more electric field sensors arranged offset. If it is around the phase, it does not depend on the amplitude intensity, and if it is a differential signal between adjacent electric field sensors, the gain around the phase that eliminates the influence of the spatial vibration of the conductive wire can be obtained by performing simple gain adjustment. be able to. The electric field sensor may measure a current or voltage generated according to the electric field strength of the electromagnetic wave such as an antenna antenna, or may be a refraction generated according to the electric field strength of the electromagnetic wave, like an optical electric field sensor. Any device may be used as long as it is a device that measures fluctuations in physical quantities generated in response to electric field strength.
なお、電界センサーのオフセット間隔は、空間振動する上記導電線との相対距離が、差動信号を得るための組となる電界センサーで等しく変化するようにする必要がある。すなわち、組となる電界センサー間のオフセット間隔は、電界センサー同士の干渉を避けうる最短距離であることが望ましい。ここで言う干渉とは、物理的干渉や電磁気的干渉である。電界センサーが近接するほど、隣接する電界センサーの差動信号に生じる空間変動要因は小さくなるので、検査結果の信頼性が向上する。 It should be noted that the offset distance of the electric field sensor needs to be changed so that the relative distance from the conductive wire that vibrates in space changes equally in the electric field sensor that forms a group for obtaining a differential signal. In other words, it is desirable that the offset interval between the paired electric field sensors is the shortest distance that can avoid interference between the electric field sensors. The interference referred to here is physical interference or electromagnetic interference. The closer the electric field sensor is, the smaller the spatial variation factor that occurs in the differential signal of the adjacent electric field sensor, thereby improving the reliability of the inspection result.
また、上記電界センサーは、上記誘電体が基準状態のときに形成される上記定在波の腹に近接配置されることが好ましい。上記定在波の腹では電界強度が最も強いため、電界強度の変動についても最も感度よく検出できるからである。なお、ここで言う基準状態とは、上記均質な状態を意味する。 The electric field sensor is preferably disposed close to the antinode of the standing wave formed when the dielectric is in a reference state. This is because the electric field strength is strongest at the antinode of the standing wave, and the fluctuation of the electric field strength can be detected with the highest sensitivity. In addition, the reference | standard state said here means the said homogeneous state.
なお、上記受信部は、上記導電線について、上記励振部の空胴共振器内を通過する部位とは異なる部位から上記電磁波を受信している。ただし、空胴共振器と受信部との間で、電界が発生すると導電線から発生する電界分布が乱れてしまう。そこで、本発明の選択的な一側面として、上記励振部と上記受信部を別個に構成し、上記励振部と上記受信部の間に導電体で作成された遮蔽板を配置することが好ましい。遮蔽板を配置することにより、励振部と受信部との間が電磁的に隔絶されるので、受信部が電磁波を受信する部位における導電線の電界は、励振部からの遠隔作用を受けずに済むので、導電線から放射される電磁波における被覆の状態に関する情報のS/N比が向上する。 In addition, the said receiving part has received the said electromagnetic wave from the site | part different from the site | part which passes the inside of the cavity resonator of the said excitation part about the said conductive wire. However, when an electric field is generated between the cavity resonator and the receiving unit, the electric field distribution generated from the conductive wire is disturbed. Therefore, as an optional aspect of the present invention, it is preferable that the excitation unit and the reception unit are configured separately, and a shielding plate made of a conductor is disposed between the excitation unit and the reception unit. By arranging the shielding plate, the excitation unit and the reception unit are electromagnetically isolated from each other, so that the electric field of the conductive wire in the part where the reception unit receives the electromagnetic wave is not affected by the remote action from the excitation unit. As a result, the S / N ratio of information relating to the state of coating in the electromagnetic wave radiated from the conductive wire is improved.
なお、以上説明した検査装置は、他の機器に組み込まれた状態で実施されたり他の方法とともに実施されたりする等の各種の態様を含む。また、本発明は上記検査装置を備える検査システム、上述した装置の構成に対応した工程を有する検査方法、上述した装置の構成に対応した機能をコンピューターに実現させる検査プログラム、該検査プログラムを記録したコンピューター読み取り可能な記録媒体、等としても実現可能である。これら検査システム、検査方法、検査プログラム、該検査プログラムを記録した媒体、の発明も、上述した作用、効果を奏する。むろん、請求項2〜10に記載した構成も、上記システムや上記方法や上記プログラムや上記記録媒体に適用可能である。 In addition, the inspection apparatus demonstrated above contains various aspects, such as being implemented in the state integrated in another apparatus, or being implemented with another method. The present invention also includes an inspection system including the above-described inspection device, an inspection method having a process corresponding to the configuration of the above-described device, an inspection program for causing a computer to realize a function corresponding to the above-described device configuration, and the inspection program recorded therein It can also be realized as a computer-readable recording medium. The inventions of these inspection system, inspection method, inspection program, and medium on which the inspection program is recorded also have the above-described operations and effects. Of course, the configurations described in claims 2 to 10 are also applicable to the system, the method, the program, and the recording medium.
以上説明したように本発明によれば、より簡便に導電線の被覆検査を実行可能な検査装置を提供することができる。
また請求項2にかかる発明によれば、移動している導電線の被覆状態を正確に検出できるようになる。
また請求項3にかかる発明によれば、複数種類の検査対象がある場合でも被覆状態を検査することができる。
また請求項4にかかる発明によれば、空胴共振器から導電線に受信される電磁波の受信効率を向上できる。
また請求項5にかかる発明によれば、導電線に流れる交流電流に対する被覆の影響を高めることができる。
また請求項6,7にかかる発明によれば、空間振動の発生する導電線であっても、空間振動に影響されること無く被覆の状態を検査可能になる。
また請求項8にかかる発明によれば、電界強度の変動の検出感度を向上できる。
また請求項9にかかる発明によれば、被覆の異常検出を簡単に出来るようになる。
また請求項10にかかる発明によれば、励振部と受信部とを電磁的に隔絶して、被覆異常の検出精度を向上できる。
また請求項11にかかる発明によれば、上述した検査装置に対応する検査方法を提供可能になる。
また請求項12にかかる発明によれば、上述した検査装置を制御する検査プログラムを提供可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an inspection apparatus capable of performing a conductive wire coating inspection more simply.
According to the invention of claim 2, it is possible to accurately detect the covering state of the moving conductive wire.
Moreover, according to the invention concerning Claim 3, even when there exist multiple types of test object, a covering state can be test | inspected.
Moreover, according to the invention concerning Claim 4, the receiving efficiency of the electromagnetic waves received by a conductive wire from a cavity resonator can be improved.
Moreover, according to the invention concerning Claim 5, the influence of the coating | cover with respect to the alternating current which flows into a conductive wire can be heightened.
According to the sixth and seventh aspects of the present invention, the state of the coating can be inspected without being affected by the spatial vibration even if the conductive wire generates the spatial vibration.
Moreover, according to the invention concerning Claim 8, the detection sensitivity of the fluctuation | variation of an electric field strength can be improved.
According to the invention of claim 9, it is possible to easily detect the abnormality of the coating.
According to the invention of claim 10, it is possible to improve the detection accuracy of the coating abnormality by electromagnetically separating the excitation unit and the reception unit.
According to the invention of claim 11, it is possible to provide an inspection method corresponding to the above-described inspection apparatus.
According to the invention of claim 12, it is possible to provide an inspection program for controlling the above-described inspection apparatus.
以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
(1)本発明の構成:
(2)被覆検査処理:
(3)変形例1:
(4)変形例2:
(5)変形例3:
(6)まとめ:
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) Configuration of the present invention:
(2) Cover inspection processing:
(3) Modification 1:
(4) Modification 2:
(5) Modification 3:
(6) Summary:
(1)本発明の構成:
<概略構成>
図1は本発明の一実施形態にかかる構成を示すブロック図である。同図に示すように、検査装置100は、誘電体で被覆された電線に所定周波数の交流電流を流す励振部10と、上記所定周波数の交流電流が流されている電線から放射される所定周波数の電磁波を受信するための受信部20と、電線を長さ方向に搬送するための搬送機構30と、受信部20で受信した電磁波を解析して電線の被覆の状態を検査する解析処理部40を備えている。以下、各部10〜40の構成について、より詳細に説明して行く。
(1) Configuration of the present invention:
<Outline configuration>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the inspection apparatus 100 includes an excitation unit 10 for supplying an alternating current of a predetermined frequency to an electric wire covered with a dielectric, and a predetermined frequency radiated from the electric wire in which the alternating current of the predetermined frequency is supplied. Receiving unit 20 for receiving the electromagnetic wave, a transport mechanism 30 for transporting the electric wire in the length direction, and an analysis processing unit 40 for analyzing the electromagnetic wave received by the receiving unit 20 and inspecting the state of the covering of the electric wire. It has. Hereinafter, the structure of each part 10-40 is demonstrated in detail.
<マイクロ波で表皮電流を発生>
励振部10は、電線Cに所定周波数の交流電流Iを発生させる。本実施形態においては交流電流Iの周波数はマイクロ波周波数帯としてある。ただし、交流電流Iが表皮電流化する周波数であれば他の周波数帯を採用しても本実施形態と同様の効果を得られる。また、表皮電流化しない周波数帯の電磁波であっても誘電体の状態が交流電流Iに影響する度合が減るものの影響がなくなるわけではないので、表皮電流化しない周波数帯の電磁波を利用しても構わない。交流電流Iが表皮電流化すると、図2に示すように、導体表面からδの深さまでに電流が集中する。
<Generate skin current with microwaves>
The excitation unit 10 generates an alternating current I having a predetermined frequency in the electric wire C. In the present embodiment, the frequency of the alternating current I is in the microwave frequency band. However, as long as the alternating current I is a frequency at which the skin current is changed, the same effect as that of the present embodiment can be obtained even if another frequency band is adopted. Further, even if the electromagnetic wave has a frequency band that does not become a skin current, the degree of influence of the dielectric state on the AC current I is reduced, but the influence is not lost. I do not care. When the alternating current I becomes a skin current, as shown in FIG. 2, the current concentrates from the conductor surface to a depth of δ.
図2は、電線Cに流れる表皮電流を説明する図である。同図に示すように、表皮電流は、誘電体からの距離がδの範囲内に集中しているため、交流電流Iは被覆の厚み、傷、量、種類、均質性などの物理・化学的状態による影響を受けやすい。従って、交流電流Iの振幅強度や位相の廻りにはこれらの物理・化学的状態が反映されることになる。また、電線Cに交流電流Iが流れるため、電線Cから交流電流Iの周波数に応じた電磁波が放射される。この電磁波も交流電流Iと同じく誘電体の影響を受けているため、電線Cから放射される電磁波を解析すれば被覆の状態を把握することができる。以下、この電磁波の発生方法と受信方法、並びに解析方法について説明する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the skin current flowing in the electric wire C. FIG. As shown in the figure, since the skin current is concentrated within the range of δ from the dielectric, the alternating current I is physical / chemical such as coating thickness, scratches, quantity, type, and homogeneity. Susceptible to condition. Therefore, these physical and chemical states are reflected around the amplitude intensity and phase of the alternating current I. Further, since the alternating current I flows through the electric wire C, an electromagnetic wave corresponding to the frequency of the alternating current I is radiated from the electric wire C. Since this electromagnetic wave is also affected by the dielectric like the alternating current I, the state of the coating can be grasped by analyzing the electromagnetic wave radiated from the electric wire C. The electromagnetic wave generation method, reception method, and analysis method will be described below.
<空胴共振器によって非接触で電流発生>
励振部10で電線Cに交流電流Iを流す際は、非接触で行うことが望ましい。接触により被覆が傷つくのを防止するためであり、また後述のように長さ方向に対して垂直に振動している電線Cに確実に電流を流すためである。本実施形態の励振部10は、非接触で交流電流Iを電線Cに流すために空胴共振器11を備えている。
<Non-contact current generation by cavity resonator>
When the alternating current I is passed through the electric wire C by the excitation unit 10, it is desirable to perform it in a non-contact manner. This is for preventing the coating from being damaged by the contact, and for surely passing an electric current through the electric wire C vibrating perpendicularly to the length direction as will be described later. The excitation unit 10 of the present embodiment includes a cavity resonator 11 in order to flow an alternating current I through the electric wire C in a non-contact manner.
空胴共振器11は、内部に特定のマイクロ波周波数帯の定在波を励起することができる。空胴共振器11に電線Cの一部を通過させておくと、電線Cはこの定在波を受信する。このとき、電線Cを通過する電界ベクトルの総和が、電線Cの長さ方向の成分を有していれば、電磁誘導によって電線Cにはマイクロ波周波数の交流電流が流れる。すなわち、空胴共振器11に励起した定在波が、電線Cを流れる交流電流Iに変換される。なお、本実施形態においては、定在波を効率よく交流電流Iに変換するために、空胴共振器11に励起する定在波のモードをTM01モードとしてある。 The cavity resonator 11 can excite a standing wave in a specific microwave frequency band inside. If a part of the electric wire C is allowed to pass through the cavity resonator 11, the electric wire C receives this standing wave. At this time, if the sum of the electric field vectors passing through the electric wire C has a component in the length direction of the electric wire C, an alternating current having a microwave frequency flows through the electric wire C by electromagnetic induction. That is, the standing wave excited in the cavity resonator 11 is converted into an alternating current I flowing through the electric wire C. In the present embodiment, in order to efficiently convert the standing wave into the alternating current I, the standing wave mode excited in the cavity resonator 11 is the TM01 mode.
<TMモード>
図3は、TM01モードの定在波を発生させた空胴共振器11における電磁界分布を示す図である。同図において電界ベクトルは実線で示してあり、磁界ベクトルは点線で示してある。
図3に示すように、TM01モードの定在波が励起された空胴共振器11には、円筒の軸を中心とする回転磁界が発生しており、同時に回転磁界の軸方向のベクトルを持った電界が発生している。TM01モードの定在波では、回転磁界の中心に近付くほど、電界強度が強まる。そこで本実施形態においては、図3のTM01モードの回転磁界の中心である円筒の軸に沿って電線Cを配置してある。よって、元来、放射損が少なくエネルギー効率が高い空胴共振器11を利用しつつ、マイクロ波から交流電流Iへの変換効率をさらに向上してある。
<TM mode>
FIG. 3 is a diagram showing an electromagnetic field distribution in the cavity resonator 11 in which the standing wave of the TM01 mode is generated. In the figure, the electric field vector is indicated by a solid line, and the magnetic field vector is indicated by a dotted line.
As shown in FIG. 3, a rotating magnetic field around the axis of the cylinder is generated in the cavity resonator 11 in which the standing wave of the TM01 mode is excited, and at the same time, it has a vector in the axial direction of the rotating magnetic field. An electric field is generated. In the standing wave of the TM01 mode, the electric field strength increases as it approaches the center of the rotating magnetic field. Therefore, in the present embodiment, the electric wire C is disposed along the axis of the cylinder that is the center of the rotating magnetic field in the TM01 mode in FIG. Therefore, the conversion efficiency from the microwave to the alternating current I is further improved while using the cavity resonator 11 with low radiation loss and high energy efficiency.
<空胴共振器の構成>
ここで、空胴共振器11のより具体的な構造について図4を参照して説明する。なお、図4には円筒型の空胴共振器を例にとって示してあるが、むろん方形の空胴共振器や球形の空胴共振器も利用できることはいうまでもない。
図4に示すように空胴共振器11は、金属製の円筒状側壁11aと、その軸線方向両端を塞ぐ端部側壁11b,11cとを備えている。端部側壁11b、11cは、円筒の軸線が通過する部位を含んだ略中央部にそれぞれ開口11b1,11c1が形成されている。端部側壁11b,11cはこれら開口11b1,11c1を除いて円筒状側壁11aの両端を電磁的に密閉している。なお、端部側壁11b、11cの間隔Lは、空胴共振器11内に発生させたいマイクロ波の定在波の波長λに対し、L=(λ/2)×n(nは自然数)を満たすように決定される。
<Configuration of cavity resonator>
Here, a more specific structure of the cavity resonator 11 will be described with reference to FIG. Although FIG. 4 shows a cylindrical cavity resonator as an example, it goes without saying that a rectangular cavity resonator or a spherical cavity resonator can also be used.
As shown in FIG. 4, the cavity resonator 11 includes a metal cylindrical side wall 11 a and end side walls 11 b and 11 c that close both ends in the axial direction. In the end side walls 11b and 11c, openings 11b1 and 11c1 are formed at substantially central portions including a portion through which the cylindrical axis passes, respectively. The end side walls 11b and 11c electromagnetically seal both ends of the cylindrical side wall 11a except for the openings 11b1 and 11c1. The interval L between the end side walls 11b and 11c is L = (λ / 2) × n (n is a natural number) with respect to the wavelength λ of the microwave standing wave to be generated in the cavity resonator 11. It is decided to meet.
<励振法>
図4のように構成された空胴共振器11には、所定の伝送線路からマイクロ波が導入される。所定の伝送線路としては、同軸線路、ストリップ線路、導波管、誘電体導波路などを利用することができる。また、所定の伝送線路を空胴共振器11に結合するには、ループ結合、プローブ結合、ホール結合、スリット結合などを利用できる。本実施形態においては、例えば図4のようにループアンテナを配置してあり、回転磁界を励振することにより空胴共振器11内にTM01モードを励起している。
その他、例えば、図5のように方形導波管と円筒共振空洞を接合し、方形導波管に励起したTE01モードを円筒共振空洞に導入しても、円筒共振空洞にTM01モードの定在波が励起することができる。
<Excitation method>
Microwaves are introduced into the cavity resonator 11 configured as shown in FIG. 4 from a predetermined transmission line. As the predetermined transmission line, a coaxial line, a strip line, a waveguide, a dielectric waveguide, or the like can be used. Further, in order to couple a predetermined transmission line to the cavity resonator 11, loop coupling, probe coupling, hole coupling, slit coupling, or the like can be used. In the present embodiment, for example, a loop antenna is arranged as shown in FIG. 4, and the TM01 mode is excited in the cavity resonator 11 by exciting a rotating magnetic field.
In addition, for example, even if the TE01 mode excited in the rectangular waveguide is introduced into the cylindrical resonant cavity by joining the rectangular waveguide and the cylindrical resonant cavity as shown in FIG. 5, the TM01 mode standing wave is introduced into the cylindrical resonant cavity. Can be excited.
<電線から放射されるマイクロ波>
電線Cは、搬送機構30によってその長さ方向に搬送されており、空胴共振器11の開口11b1から導入されて、開口11c1から引き出される。この搬送経路は、上述したように空胴共振器11の内部でTM01モードの回転磁界の中心を通っているので、電線Cにはその搬送方向へ進行する交流電流が電磁誘導によって誘起されている。すなわち、電線Cに発生する交流電流Iは電線Cの長さ方向に進行するので、交流電流Iは空胴共振器11の外部にある電線Cにも流れており、空胴共振器11の外部にある電線Cからもマイクロ波が放射される。
<Microwave radiated from electric wire>
The electric wire C is transported in the length direction by the transport mechanism 30, introduced from the opening 11 b 1 of the cavity resonator 11, and pulled out from the opening 11 c 1. Since this transport path passes through the center of the TM01 mode rotating magnetic field inside the cavity resonator 11 as described above, an AC current traveling in the transport direction is induced in the electric wire C by electromagnetic induction. . That is, since the alternating current I generated in the electric wire C travels in the length direction of the electric wire C, the alternating current I also flows through the electric wire C outside the cavity resonator 11, and the outside of the cavity resonator 11. Microwaves are also radiated from the electric wire C located at.
電線Cから放射されるマイクロ波は、上述したように電線Cの被覆状態の影響をうけており、そのマイクロ波の位相の廻りや振幅強度は放射位置における被覆状態に応じたものとなる。例えば、電線Cから放射されるマイクロ波は、被覆を通過する際に吸収されるので、被覆が欠損している部位では被覆が欠損していない部位に比べて放射強度が強くなる。また、例えば、電線Cが均質であれば伝送するマイクロ波の位相の廻り方は一定であるが、電線Cの被覆が欠損している部位では伝送媒質が均質でなくなり、被覆が欠損していない部位とはマイクロ波の位相の廻り方が異なる。すなわち、電線Cの各部位から放射されるマイクロ波を受信して、その位相の廻りや振幅強度を解析出来れば被覆状態を定量化した情報を得ることができる。特に、交流電流Iは表皮電流化しているので、表皮電流化していない電流と比べると、近接する被覆の状態の影響を強くうけることになる。すなわち、電線Cから放射されるマイクロ波には、そのマイクロ波を放射した部位における被覆状態が色濃く反映されている。 The microwave radiated from the electric wire C is affected by the covering state of the electric wire C as described above, and the phase around the microwave and the amplitude intensity depend on the covering state at the radiation position. For example, since the microwave radiated from the electric wire C is absorbed when passing through the coating, the radiation intensity is stronger at the portion where the coating is missing than at the portion where the coating is not missing. Also, for example, if the electric wire C is homogeneous, the phase of the transmitted microwave is constant, but the transmission medium is not homogeneous at the portion where the coating of the electric wire C is missing, and the coating is not missing. The way the phase of the microwave is different from the part. That is, if the microwaves radiated from the respective parts of the electric wire C are received and the phase around and the amplitude intensity can be analyzed, information quantifying the covering state can be obtained. In particular, since the alternating current I is a skin current, it is strongly influenced by the state of the adjacent coating as compared to a current that is not a skin current. That is, in the microwave radiated from the electric wire C, the covering state at the portion where the microwave is radiated is reflected deeply.
<電線の搬送>
ところで、電線Cを長さ方向に高速で搬送すると、電線Cには振動やブレが発生する。振動が発生すると、電線Cと受信部20のアンテナとの距離も変動するのでマイクロ波の正確な強度を受信できなくなる。むろんアンテナを電線Cに接触させれば空間変動に起因する受信強度の変動は発生しないが、振動やブレを抑制するほどアンテナを電線Cに接触させると電線Cの被覆を傷つける可能性もあるし、検査の都度電線と検査装置を固定する手間が増えるので検査工程の簡略化のためにもマイクロ波の受信は非接触で行うことが望ましい。
<Conveyance of electric wires>
By the way, if the electric wire C is conveyed in the length direction at high speed, the electric wire C is vibrated or shaken. When vibration occurs, the distance between the electric wire C and the antenna of the receiving unit 20 also fluctuates, so that the accurate intensity of the microwave cannot be received. Of course, if the antenna is brought into contact with the electric wire C, the fluctuation of the reception intensity due to the spatial fluctuation does not occur. However, if the antenna is brought into contact with the electric wire C so as to suppress vibration and blurring, the covering of the electric wire C may be damaged. Since the time and labor for fixing the electric wire and the inspection device increase every time of inspection, it is desirable to receive the microwave in a non-contact manner in order to simplify the inspection process.
また、当然ながら空胴共振器11内部に通過させている電線Cも振動するので、電線Cは回転磁界の中心と軸との一致度合が変動することによって交流電流Iの強度も空間振動の影響で上下動する。このような交流電流Iの変動による影響を排除するために、例えば交流電流Iの強度に同期して受信部20のゲインを調整したりすることも考えられるが、装置規模の増大に繋がってしまう。また防振のために、例えば電線Cの搬送経路にガイドローラのような芯ブレ防止部材を配置して電線Cの振動を緩和することが考えられる。むろん、ガイドローラで電線Cの空間振動を極力抑えることは本実施形態においても効果的であるが、このような機械的な防振対策だけで完全に振動を抑えるのは難しい。 Of course, since the electric wire C passing through the cavity resonator 11 also vibrates, the electric wire C varies in the degree of coincidence between the center and the axis of the rotating magnetic field, so that the intensity of the alternating current I is also affected by the spatial vibration. Move up and down. In order to eliminate the influence of the fluctuation of the alternating current I, for example, the gain of the receiving unit 20 may be adjusted in synchronization with the intensity of the alternating current I. However, this leads to an increase in the scale of the apparatus. . In order to prevent vibration, for example, it is conceivable to reduce the vibration of the electric wire C by arranging a core blur preventing member such as a guide roller in the conveyance path of the electric wire C. Of course, it is effective in the present embodiment to suppress the spatial vibration of the electric wire C as much as possible with the guide roller, but it is difficult to completely suppress the vibration only by such mechanical anti-vibration measures.
そこで本実施形態では、受信部20にて受信して解析処理部40で利用する情報を、マイクロ波の振幅情報ではなくマイクロ波の位相情報とすることにより、上記空間振動の影響を棄却することにする。位相情報は受信強度に影響されないので、空胴共振器11から電線Cに受信される交流電流Iの変動や、受信部20の受信強度に対する空間振動の影響を後述のように効果的に排除することできるからである。なお、本実施形態において利用する位相情報とは、位相の廻りの変動である。 Therefore, in the present embodiment, the information received by the receiving unit 20 and used by the analysis processing unit 40 is not the amplitude information of the microwave but the phase information of the microwave, thereby rejecting the influence of the spatial vibration. To. Since the phase information is not influenced by the reception intensity, the fluctuation of the alternating current I received from the cavity resonator 11 to the electric wire C and the influence of the spatial vibration on the reception intensity of the reception unit 20 are effectively eliminated as described later. Because it can. Note that the phase information to be used in the present embodiment, it is around Rino phase variations.
<位相の廻り>
図6は、位相の廻りについて説明するグラフである。同図に示すように、電線C上を進行する交流電流Iの位相の廻りΔvは、A−B間とその他の部位との間で等しくなる。ここで言う伝送媒質は、実際に電流が流れる導体部分のみならずその周囲を覆う被覆の影響をも含むものである。特に本実施形態では交流電流Iが表皮電流なので被覆の状態も導体を流れる電流に大きく影響し、そういった意味で伝送媒質には被覆をも含むことになる。従って、例えば、A点とB点の間に傷やピンホールなどの異常があって伝送媒質が均質と見做せない場合は、交流電流Iの位相の廻りΔvがその部位で変化するので、この間の位相の廻りΔvは他の部位に比べて大きくなったり小さくなったりと一定でなくなる。このような位相の廻りΔvを検出するためには、図7に示す手法と、図8に示す手法の2通りが考えられる。
<Around phase>
FIG. 6 is a graph for explaining about the phase. As shown in the figure, the phase shift Δv of the alternating current I traveling on the electric wire C is equal between AB and other parts . The transmission medium referred to here includes not only the conductor portion through which current actually flows, but also the influence of a coating covering the periphery thereof. In particular, in this embodiment, since the alternating current I is a skin current, the state of the coating greatly affects the current flowing through the conductor. In this sense, the transmission medium includes the coating. Therefore, for example, if there is an abnormality such as a flaw or a pinhole between the points A and B and the transmission medium cannot be regarded as homogeneous, the phase around the phase of the alternating current I changes at that part. The phase rotation Δv during this time becomes not constant as it becomes larger or smaller than other parts. In order to detect such a phase shift Δv, two methods, a method shown in FIG. 7 and a method shown in FIG. 8, can be considered.
<空間振動による信号変動を相殺する>
図7は、単一断面の均等性を用いる方法を説明する図であり、図8は軸方向の均等性を用いる方法を説明する図である。
図7においては、電線Cの垂直断面において電線Cの周囲に一定角度置きに複数のアンテナを配置してある。このように1垂直断面に等角配置した複数アンテナで放射電磁波の強度を受信することにより、該垂直断面において電線Cから放射される電磁波の強度を経時的に取得する。この電磁波の強度の経時変化を解析すると、電線Cを流れる交流電流Iの位相の変化が追跡できる。しかしながら、この方法では電線Cの空間振動による影響を吸収することは難しく、正確な位相の変化を把握することが難しい。
<Cancel signal fluctuation due to spatial vibration>
FIG. 7 is a diagram for explaining a method using uniformity of a single section, and FIG. 8 is a diagram for explaining a method using uniformity in the axial direction.
In FIG. 7, a plurality of antennas are arranged around the electric wire C at a constant angle in the vertical cross section of the electric wire C. In this way, by receiving the intensity of the electromagnetic wave radiated by a plurality of antennas arranged equiangularly in one vertical section, the intensity of the electromagnetic wave radiated from the electric wire C in the vertical section is acquired over time. By analyzing the change over time in the intensity of the electromagnetic wave, the change in the phase of the alternating current I flowing through the electric wire C can be tracked. However, with this method, it is difficult to absorb the influence due to the spatial vibration of the electric wire C, and it is difficult to grasp the exact phase change.
一方、図8においては、電線Cの長さ方向にオフセットした2本のアンテナを隣接配置し、その差動信号に基づいて位相の廻りを得ている。2本のアンテナの隣接間距離が十分に短ければ、電線Cに対する各アンテナの距離は連動して変化する。従って、2本のアンテナで受信したマイクロ波強度の差動信号においては、電線Cの振動による受信強度への影響は相殺されることになる。すなわち、電線Cの空間振動に影響されずに位相の回りΔvを測定するためには、図8の方式が好ましいことが分かる。そこで、本実施形態においては後者の方法により位相に関する情報を得ることにする。以下、後者の方法を「隣接間差動」と呼ぶことにする。 On the other hand, in FIG. 8, two antennas offset in the length direction of the electric wire C are disposed adjacent to each other, and the phase around is obtained based on the differential signal. If the distance between adjacent two antennas is sufficiently short, the distance of each antenna with respect to the wire C changes in conjunction. Therefore, in the differential signal of the microwave intensity received by the two antennas, the influence on the reception intensity due to the vibration of the electric wire C is canceled out. That is, it can be seen that the method of FIG. 8 is preferable in order to measure the phase rotation Δv without being affected by the spatial vibration of the electric wire C. Therefore, in the present embodiment, information on the phase is obtained by the latter method. Hereinafter, the latter method is referred to as “adjacent differential”.
<アンテナは2本を軸方向にオフセット配置>
図9は、隣接間差動において利用する本実施形態の受信部20と解析処理部40のハードウェア構成を示すブロック図である。同図に示すように、受信部20は2本のアンテナ21a,21bと、BPF(Band Pass Filter)22a,22bと、LNA(Low Noise Amplifier)23a,23bと、BPF(Band Pass Filter)24a,24bと、検波器25a,25bを備えている。アンテナ21aとアンテナ21bは、電線Cの軸に対して等角配置されるとともに電線Cの軸方向に所定間隔オフセットして配置されている。
<Two antennas are offset in the axial direction>
FIG. 9 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the receiving unit 20 and the analysis processing unit 40 of the present embodiment used in the differential between adjacent portions. As shown in the figure, the receiving unit 20 includes two antennas 21a and 21b, BPFs (Band Pass Filters) 22a and 22b, LNAs (Low Noise Amplifiers) 23a and 23b, and BPFs (Band Pass Filters) 24a, 24b and detectors 25a and 25b. The antenna 21a and the antenna 21b are arranged at an equal angle with respect to the axis of the electric wire C and are arranged with a predetermined interval offset in the axial direction of the electric wire C.
アンテナ21aで受信されたマイクロ波はBPF22aに入力されて、BPF22aとLNA23aとBPF24aで所望のマイクロ波周波数以外の不要な周波数成分やノイズ成分を除去しつつ所定の増幅度で増幅したマイクロ波MW1にされる。マイクロ波MW1は検波器25aでその強度を検出される。
同様にアンテナ21bで受信されたマイクロ波もBPF22bに入力されて、BPF22bとLBA23bとBPF24bで所望のマイクロ波周波数以外の不要な周波数成分やノイズ成分を除去しつつ所定の増幅度で増幅したマイクロ波MW2にされる。マイクロ波NW2は検波器25bでその強度を検出される。
検出されたマイクロ波MW1,MW2は解析処理部40に入力される。
The microwave received by the antenna 21a is input to the BPF 22a, and is converted into a microwave MW1 amplified by a predetermined amplification degree while removing unnecessary frequency components and noise components other than the desired microwave frequency by the BPF 22a, the LNA 23a, and the BPF 24a. Is done. The intensity of the microwave MW1 is detected by the detector 25a.
Similarly, the microwave received by the antenna 21b is also input to the BPF 22b, and the microwave amplified by a predetermined amplification degree while removing unnecessary frequency components and noise components other than the desired microwave frequency by the BPF 22b, the LBA 23b, and the BPF 24b. MW2. The intensity of the microwave NW2 is detected by the detector 25b.
The detected microwaves MW1 and MW2 are input to the analysis processing unit 40.
なお本実施形態では、アンテナ2本で隣接間差動を行っているが、アンテナ3本以上を軸方向に所定間隔ずつオフセット配置して各アンテナ間の差動信号を処理したりするなどの変形例は、当然に本発明の範疇に含まれる。このようにアンテナ本数を軸方向に増加すれば、軸方向の観測領域が広がるので、電線Cの搬送速度を速めることが可能になる。
また、図10のように、所定距離オフセットした隣接する垂直断面のそれぞれに、同数であって複数のアンテナを等角配置し、軸方向に隣接する各組のアンテナのそれぞれで隣接間差動による位相の廻りを検出する変形例も、当然に本発明の範疇に含まれる。同図のようにアンテナを配置すると、アンテナが軸対称に配置されるので後に示す電界分布も軸対称になり、計測精度が向上する。また位相の廻りの変動を各組のアンテナ毎に計測し、これらを平均することにより位相の廻りの計測精度も向上する。
In this embodiment, the differential between adjacent antennas is performed by two antennas. However, a modification such as processing differential signals between the antennas by offsetting three or more antennas at predetermined intervals in the axial direction. Examples are naturally included in the scope of the present invention. If the number of antennas is increased in the axial direction in this way, the observation area in the axial direction is expanded, so that the conveying speed of the electric wire C can be increased.
Further, as shown in FIG. 10, the same number of antennas are arranged at equal angles in each of adjacent vertical sections offset by a predetermined distance, and each pair of antennas adjacent in the axial direction is subjected to inter-adjacent differential. Naturally, a modification for detecting the rotation of the phase is also included in the scope of the present invention. When the antenna is arranged as shown in the figure, since the antenna is arranged in an axial symmetry, the electric field distribution shown later is also in the axial symmetry, and the measurement accuracy is improved. The variation around the phase is measured for each set of antenna is also improved measurement accuracy around the phase by averaging them.
<アンテナを定在波の腹に配置する>
図11は交流電流Iによって放射される電磁波の電界分布とアンテナ21a,21bの位置関係を概念的に示した図である。同図の上には、電線Cの被覆状態が正常なときに交流電流Iによって発生する電界強度分布の定在波が示してあり、同図の下には、電線Cの被覆状態に異常があるときに交流電流Iによって発生する電界強度分布の定在波が示してある。図11の上図に示すように、アンテナ21a,21bを被覆が正常なときの定在波の腹に相当する位置に配置すると、電界強度の変動を最も感度よく検出できる。定在波の腹の部分では電界強度が最も強いため、S/N比が向上するからである。また、腹の部分では差動信号が最小であるため、差動信号が所定量以上に上昇したか否かで容易に被覆の異常を検出できるからである。
<Place antenna on belly of standing wave>
FIG. 11 is a diagram conceptually showing the electric field distribution of electromagnetic waves radiated by the alternating current I and the positional relationship between the antennas 21a and 21b. In the upper part of the figure, a standing wave of the electric field intensity distribution generated by the alternating current I when the covering state of the electric wire C is normal is shown. The standing wave of the electric field intensity distribution generated by the alternating current I at a certain time is shown. As shown in the upper diagram of FIG. 11, when the antennas 21a and 21b are arranged at positions corresponding to antinodes of standing waves when the covering is normal, fluctuations in the electric field intensity can be detected with the highest sensitivity. This is because the S / N ratio is improved because the electric field strength is strongest in the antinode portion of the standing wave. In addition, since the differential signal is minimum at the antinode, it is possible to easily detect an abnormality in the covering depending on whether the differential signal has risen to a predetermined amount or more.
なお、隣接間差動の場合はアンテナが2つあるので、いずれか一方のアンテナを定在波のピークに合わせるように配置することが考えられる。いずれのアンテナを腹にあわせるかの選択は、位相の廻りが変動したときに、より差動信号が大きく現れるように選択するとよい。図11に示した例では、傷が有ると位相の廻りが速くなっているため、左のアンテナを腹の中心に略一致させるとよい。位相が廻ったときに差動信号が顕著に変化するので検出感度が向上するからである。むろん、図7のようにアンテナを配置した場合も、アンテナが定在波の腹に一致するように配置すると、検出感度が向上する。 Since there are two antennas in the case of differential between adjacent areas, it is conceivable to arrange one of the antennas so as to match the peak of the standing wave. The selection of which antenna to match with the belly should be selected so that the differential signal appears more greatly when the rotation around the phase fluctuates. In the example shown in FIG. 11, since there is a flaw around the phase when there is a flaw, the left antenna should be substantially coincident with the center of the belly. This is because the detection sensitivity is improved because the differential signal changes significantly when the phase is rotated. Of course, even when the antenna is arranged as shown in FIG. 7, if the antenna is arranged so as to coincide with the antinode of the standing wave, the detection sensitivity is improved.
<解析処理部>
図11において、解析処理部40は、アンプ42a,42bと、差動アンプ43と、差動アンプ44と、可変ゲインアンプ45と、コンパレーター46とを備えている。マイクロ波MW1とマイクロ波MW2はアンプ42aとアンプ42bでそれぞれ増幅される。増幅されたマイクロ波MW1は差動アンプ43の非反転入力端子に入力される。また、増幅されたマイクロ波MW2は差動アンプ43の反転入力端子に入力される。その結果、差動アンプ43はマイクロ波MW1とマイクロ波MW2の差動信号Def1を出力する。
<Analysis processing unit>
In FIG. 11, the analysis processing unit 40 includes amplifiers 42a and 42b, a differential amplifier 43, a differential amplifier 44, a variable gain amplifier 45, and a comparator 46. The microwave MW1 and the microwave MW2 are amplified by the amplifier 42a and the amplifier 42b, respectively. The amplified microwave MW1 is input to the non-inverting input terminal of the differential amplifier 43. Further, the amplified microwave MW2 is input to the inverting input terminal of the differential amplifier 43. As a result, the differential amplifier 43 outputs a differential signal Def1 of the microwaves MW1 and MW2.
また差動アンプ44は、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の双方を差動アンプ44の反転入力端子に入力されており、所定の比較用電圧(固定値)を非反転入力端子に入力されている。その結果、差動アンプ44は、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の平均値と所定の比較用電圧の差動信号Def2を出力する。差動信号Def2は、可変ゲインアンプ45にゲインコントロール信号として入力される。すなわち可変ゲインアンプ45は、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2を一定値に規格化した場合に得られるであろう信号レベルに、差動信号Def1のゲインを調整する。 In the differential amplifier 44, both the microwave MW1 and the microwave MW2 are input to the inverting input terminal of the differential amplifier 44, and a predetermined comparison voltage (fixed value) is input to the non-inverting input terminal. . As a result, the differential amplifier 44 outputs a differential signal Def2 having an average value of the microwaves MW1 and MW2 and a predetermined comparison voltage. The differential signal Def2 is input to the variable gain amplifier 45 as a gain control signal. That is, the variable gain amplifier 45 adjusts the gain of the differential signal Def1 to a signal level that would be obtained when the microwaves MW1 and MW2 are normalized to a constant value.
可変ゲインアンプ45でゲイン調整された差動信号Def1はコンパレーター46の反転増幅端子に入力され、コンパレーター46の非反転入力端子に入力された所定の電圧(閾値)と比較される。この所定の閾値は、被覆に異常があるか否かを判定するための基準電圧であり、予め実験的に算出されて設定されたものである。その結果、コンパレーター46は差動信号Defが所定の閾値よりも大きい場合には所定電圧を出力し、所定の閾値よりも小さい場合には所定電圧を出力しない。従って、作業者は、コンパレーター46の出力電圧の有無により、電線Cの被覆異常を把握することができる。 The differential signal Def1 gain-adjusted by the variable gain amplifier 45 is input to the inverting amplification terminal of the comparator 46 and compared with a predetermined voltage (threshold value) input to the non-inverting input terminal of the comparator 46. The predetermined threshold value is a reference voltage for determining whether or not there is an abnormality in the covering, and is set by experimental calculation in advance. As a result, the comparator 46 outputs a predetermined voltage when the differential signal Def is larger than a predetermined threshold, and does not output a predetermined voltage when the differential signal Def is smaller than the predetermined threshold. Therefore, the operator can grasp the abnormality of the covering of the electric wire C based on the presence or absence of the output voltage of the comparator 46.
なお、上述した実施形態において解析処理部40をアナログ回路で構成してあるが、受信部20の出力するマイクロ波MW1,MW2を所定のプログラム実行環境に入力し、デジタル信号に変換して上述のアナログ回路と同様の解析処理をプログラム的に実行してもよい。プログラム実行環境としては、少なくとも、差動信号Def1を入力されてこれをA/D変換するA/D変換部と、解析処理プログラムを記憶したROM(Read Only Memory)と、ROMから適宜解析処理プログラムを読み出して実行するCPU(Central Processing Unit)と、CPUのワークエリアとして利用されるRAM(Random Access Memory)とを備えていればよい。 In the above-described embodiment, the analysis processing unit 40 is configured by an analog circuit. However, the microwaves MW1 and MW2 output from the reception unit 20 are input to a predetermined program execution environment, converted into digital signals, and the above-described embodiments. Analysis processing similar to that of the analog circuit may be executed programmatically. As a program execution environment, at least an A / D conversion unit that receives a differential signal Def1 and A / D converts the differential signal Def1, a ROM (Read Only Memory) that stores an analysis processing program, and an analysis processing program from the ROM as appropriate It is only necessary to have a CPU (Central Processing Unit) that reads and executes the data and a RAM (Random Access Memory) that is used as a work area of the CPU.
<隣接間差動の効果>
以上のように隣接アンテナ間の差動信号に基づいて電線Cの所定長あたりの位相の進み具合を検出することにより、電線Cの振幅に起因する信号強度の変動を相殺しつつ位相の廻りを検出することができるようになる。
<位相位置のズレを微小化>
なお、各アンテナのオフセット間隔は、アンテナ間の物理的干渉を避けうる最短距離とすることが望ましい。アンテナ間のオフセット間隔を短距離にすれば、例え電線Cが振動したとしてもアンテナと電線Cの間隔が同じように変化するので、各アンテナで受信するマイクロ波強度に対する空間振動の影響も同じように変化する。従って、差動信号Def1は、空間振動によって発生した受信強度の変動を正確に相殺できることになる。より具体的には、例えば、マイクロ波であればその波長の1/10以下が望ましく、波長が51.7mmの5.8GHzのマイクロ波を利用する場合は、アンテナ間距離を5.17mm以下とするとよい。
<Effect of differential between adjacent>
By detecting the progress of phase per predetermined length of the wire C on the basis of the differential signal between the adjacent antennas as described above, around the phase while offsetting changes in signal strength due to the amplitude of the electric wire C Can be detected.
<Miniaturization of phase shift>
The offset interval between the antennas is preferably the shortest distance that can avoid physical interference between the antennas. If the offset interval between the antennas is set to a short distance, even if the electric wire C vibrates, the interval between the antenna and the electric wire C changes in the same way, so that the influence of spatial vibration on the microwave intensity received by each antenna is the same. To change. Therefore, the differential signal Def1 can accurately cancel the fluctuations in the reception intensity caused by the spatial vibration. More specifically, for example, in the case of a microwave, 1/10 or less of the wavelength is desirable, and when using a 5.8 GHz microwave having a wavelength of 51.7 mm, the distance between the antennas is 5.17 mm or less. Good.
<利用する周波数帯>
また、本実施形態の空胴共振器11に励起するマイクロ波は、特にISMバンド (Industry-Science-Medical Band)のマイクロ波を利用することが好ましい。ISMバンドでの利用は、既存の通信に与える影響が小さく、電磁妨害(Electro Magnetic Interference)等に対して規制が比較的緩やかだからである。より具体的には、マイクロ波帯の中でITU(International Telecommunication Union)にて定められている、2.4GHz帯(2400-2500 MHz)、5.8GHz帯(5725-5875 MHz)、 10.8GHz帯、24GHz帯(24-24.25 GHz) を利用することが好ましい。
<Frequency band to be used>
The microwave excited in the cavity resonator 11 of the present embodiment is particularly preferably an ISM band (Industry-Science-Medical Band) microwave. This is because the use in the ISM band has a small effect on existing communications, and is relatively lenient with respect to electromagnetic interference (Electro Magnetic Interference) and the like. More specifically, the 2.4 GHz band (2400-2500 MHz), 5.8 GHz band (5725-5875 MHz), 10.8 GHz, which are defined by the ITU (International Telecommunication Union) in the microwave band. It is preferable to use a band, 24 GHz band (24-24.25 GHz).
<アンテナと解析部を実装した基板>
以上の受信部20と解析処理部40は、図12に示すように一つの基板上に配置すると取り扱いやすくなる。同図に示すように、基板Pには表から裏へ貫通する孔が形成されており、この孔に電線Cを通す。穴の周囲には、電線Cの通過するポイントを中心として、等角にアンテナが配置される。
また、孔の周囲の所定範囲を高周波エリアとし、高周波エリアの外側をデータ処理エリアとしてある。両エリアの境界は、電線Cから放射される電磁波強度が所定強度まで減衰する距離よりも外側に設けてある。ここで言う所定強度は、データ処理エリアに配置される各素子が誤作動を起さず、データ処理エリアの信号伝送ラインで伝送される信号強度よりも十分に低い値となるように定めることができる。このようにして決定した高周波エリアには、受信部20の各素子21〜44を配置し、データ処理エリアには解析処理部40の各素子46〜49や、データ処理を行うCPU、RAM、ROM等のように高周波信号により誤作動する可能性の高い素子を配置する。
以上のように基板Pに受信部20や解析処理部40を配置すると、アンテナの等角配置が非常に容易であるし、データ処理部とアンテナと検波器とを一体的に扱えるようになるので組立てなどの作業性が向上する。
<Board with antenna and analysis unit mounted>
The receiving unit 20 and the analysis processing unit 40 described above are easy to handle when arranged on one substrate as shown in FIG. As shown in the figure, a hole penetrating from the front to the back is formed in the substrate P, and the electric wire C is passed through this hole. Around the hole, an antenna is arranged at an equiangular angle around a point through which the electric wire C passes.
A predetermined range around the hole is a high frequency area, and the outside of the high frequency area is a data processing area. The boundary between both areas is provided outside the distance at which the electromagnetic wave intensity radiated from the electric wire C is attenuated to a predetermined intensity. The predetermined strength mentioned here is determined so that each element arranged in the data processing area does not cause malfunction and is sufficiently lower than the signal strength transmitted through the signal transmission line in the data processing area. it can. The elements 21 to 44 of the receiving unit 20 are arranged in the high frequency area thus determined, and the elements 46 to 49 of the analysis processing unit 40 and the CPU, RAM, and ROM for performing data processing are arranged in the data processing area. An element having a high possibility of malfunctioning due to a high-frequency signal is arranged.
When the receiving unit 20 and the analysis processing unit 40 are arranged on the substrate P as described above, the equiangular arrangement of the antenna is very easy, and the data processing unit, the antenna, and the detector can be handled integrally. Workability such as assembly is improved.
<遮蔽板>
さらに、励振部10と受信部20の間に遮蔽板を配置すると遮蔽板は空胴共振器の開口部からの漏洩波の影響が軽減するので好適である。図13は、電線Cに沿って形成される電界の瞬時値分布を示した図である。同図において、上に示した図は遮蔽板を配置しない場合の電界分布を示した図であり、下に示した図はアルミ製の遮蔽板を励振部10と受信部20の間に配置した場合の電界分布を示した図である。
<Shielding plate>
Furthermore, it is preferable to arrange a shielding plate between the excitation unit 10 and the receiving unit 20 because the influence of the leakage wave from the opening of the cavity resonator is reduced. FIG. 13 is a diagram showing an instantaneous value distribution of the electric field formed along the electric wire C. FIG. In the same figure, the figure shown above is the figure which showed electric field distribution when not arrange | positioning a shielding board, and the figure shown below has arrange | positioned the shielding board made from aluminum between the excitation part 10 and the receiving part 20. FIG. It is the figure which showed the electric field distribution in the case.
図13の測定に使用した電線Cは、φ=1mmの銅線に厚み0.1mmでPTFEを被覆したものであり、遮蔽板は電線Cを通過させるためのφ=10mmの開口が形成されている。遮蔽板の有り無しで電界分布を比較すると、遮蔽板無しであれば電界の軸対称性が成立していないが、遮蔽板を配置した場合は遮蔽板にて空胴共振器から遮蔽された部位は電界が軸対称になっていることが分かる。 The electric wire C used for the measurement in FIG. 13 is a copper wire of φ = 1 mm coated with PTFE with a thickness of 0.1 mm, and the shielding plate has an opening of φ = 10 mm for allowing the electric wire C to pass through. Yes. When comparing the electric field distribution with and without the shielding plate, the axial symmetry of the electric field is not established without the shielding plate, but when the shielding plate is placed, the part shielded from the cavity resonator by the shielding plate Shows that the electric field is axisymmetric.
<実施例:感度>
以上説明した構成の検出感度をテストするために、図14に示す試験的な構成で被覆状態の検出感度試験を行ったところ、図15に示す結果を得た。なお、図14に示す試験構成では、電線Cはφ=1mmの銅線に0.1mmのPTFEを被覆したものであり、被覆に0.5mmの被膜欠落部を形成してある。また、電線Cの軸方向に2.5mm離した2本のアンテナを、電線Cから5mmの位置に配置してある。空胴共振器11には、5.8GHzのTM01モードのマイクロ波を発振してある。
<Example: Sensitivity>
In order to test the detection sensitivity of the configuration described above, the detection sensitivity test of the covering state was performed with the experimental configuration shown in FIG. 14, and the result shown in FIG. 15 was obtained. In the test configuration shown in FIG. 14, the electric wire C is a copper wire of φ = 1 mm coated with 0.1 mm of PTFE, and a coating missing portion of 0.5 mm is formed in the coating. Further, two antennas separated by 2.5 mm in the axial direction of the electric wire C are arranged at a position 5 mm from the electric wire C. The cavity resonator 11 oscillates a 5.8 GHz TM01 mode microwave.
図15は、図14に示す試験的な構成において、傷のない部位と傷のある部位とにアンテナを合わせて各々検出周波数を0GHzから8GHzまで掃引しつつ、各アンテナで受信した電界強度をプロットしてある。同図から、5.8GHz付近における各アンテナの受信強度の差分は、傷なしに比べて傷ありの方が0.3〜0.6dBも大きいことが読取れる。また、電線Cから5mm離れた位置で計測した電界は、−47dBであることも読取れる。よって、電線Cから放射される電界強度に基づいて被覆の欠落を実用的なレベルで検出できることがわかる。 FIG. 15 is a plot of the electric field strength received by each antenna while sweeping the detection frequency from 0 GHz to 8 GHz with the antennas aligned with the unscratched part and the scratched part in the experimental configuration shown in FIG. It is. From the figure, it can be read that the difference in the reception intensity of each antenna in the vicinity of 5.8 GHz is larger by 0.3 to 0.6 dB when there is a flaw than when there is no flaw. It can also be read that the electric field measured at a position 5 mm away from the electric wire C is -47 dB. Therefore, it can be seen that the lack of coating can be detected at a practical level based on the electric field intensity radiated from the electric wire C.
(2)被覆検査処理:
ここで、上述した解析処理部40で行っている回路処理をプログラム実行環境で実現した場合の被覆検査処理について説明する。なお、以下の説明においては、例えばCPU,RAM,ROMを備えたプログラム実行環境のことを制御部50と記載することにする。検査装置100は、被覆検査処理の結果を表示するためのディスプレイや、作業者が検査装置100に検査の開始を指示したり、被覆検査処理の結果を表示させたり、結果の表示方法を設定したりするための操作入力部を備えている。なお、ディスプレイや操作入力部は、上述のように解析処理部40を回路で構成した場合にも備えている。
(2) Cover inspection processing:
Here, a covering inspection process when the circuit processing performed by the analysis processing unit 40 described above is realized in a program execution environment will be described. In the following description, a program execution environment including, for example, a CPU, a RAM, and a ROM will be referred to as a control unit 50. The inspection apparatus 100 displays a result of the covering inspection process, an operator instructs the inspection apparatus 100 to start the inspection, displays the result of the covering inspection process, and sets a display method of the result. It has an operation input unit. The display and the operation input unit are also provided when the analysis processing unit 40 is configured by a circuit as described above.
図16は、被覆検査処理のフローチャートである。この処理を実行する前の準備として、検査装置を実行する作業者は、電線Cの一端を持って電線Cが空胴共振器11の円筒の軸を通過して開口11b1から開口11c1へと抜けるようにセットし、例えば搬送機構30にその一端をセットする。利用者が検査装置100を操作して検査処理を開始させると、まず空胴共振器11にTM01モードのマイクロ波定在波が励起され、次いで搬送機構が巻取機構などで電線Cを巻き取るなどして、電線Cの搬送を開始する。すると、解析処理部40は、受信部20から差動信号Def1の取得する処理を開始する。ここまでの検査前の準備については、上述のように解析処理部40を回路で実現した場合も同様である。 FIG. 16 is a flowchart of the covering inspection process. As a preparation before executing this process, an operator who executes the inspection apparatus holds one end of the electric wire C, and the electric wire C passes through the cylindrical axis of the cavity resonator 11 and exits from the opening 11b1 to the opening 11c1. For example, one end of the transport mechanism 30 is set. When the user starts the inspection process by operating the inspection apparatus 100, first, a TM01 mode microwave standing wave is excited in the cavity resonator 11, and then the transport mechanism winds the electric wire C by a winding mechanism or the like. Thus, the conveyance of the electric wire C is started. Then, the analysis processing unit 40 starts processing to acquire the differential signal Def1 from the receiving unit 20. The preparation up to this point is the same when the analysis processing unit 40 is realized by a circuit as described above.
処理が開始されると、ステップS100(以下、「ステップ」の記載を省略する。)において、制御部50は、A/D変換部からマイクロ波MW1とマイクロ波MW2のデジタル信号を取得する。なお、S100におけるデータ取得は、所定時間置きに自動的に実行されている。ここでいう所定時間は、電線Cの搬送速度や電線Cに形成されることが想定される異常部位(例えば傷)のサイズとの関係で決定されるものであり、この所定時間内に電線Cが搬送される距離が、電線Cに形成されることが想定される異常部位(例えば傷)のサイズ以下となるように決定される。所定時間を適切に設定することにより、検査装置100は、電線Cを漏れ無く検査できるだけの時間分解能を有することになる。 When the process is started, in step S100 (hereinafter, “step” is omitted), the control unit 50 acquires digital signals of the microwaves MW1 and MW2 from the A / D conversion unit. Note that data acquisition in S100 is automatically executed at predetermined time intervals. The predetermined time here is determined by the relationship between the conveyance speed of the electric wire C and the size of an abnormal part (for example, a scratch) that is supposed to be formed on the electric wire C, and the electric wire C within the predetermined time. Is determined so as to be equal to or smaller than the size of an abnormal part (for example, a wound) assumed to be formed on the electric wire C. By appropriately setting the predetermined time, the inspection apparatus 100 has a time resolution sufficient to inspect the electric wire C without leakage.
なお、データ取得と以下のS105〜S120の処理は並列して実行されてもよいし、S100のデータ取得が電線Cの全長で完了してから取得した各データに対してS105〜S120の処理を順に実行してもよい。また、S105〜S120の処理が、所定時間内に完了するのであれば、S100〜S120の処理を所定時間置きに繰り返し実行するようにしてもよい。 In addition, data acquisition and the process of following S105-S120 may be performed in parallel, and the process of S105-S120 is performed with respect to each data acquired after the data acquisition of S100 was completed in the full length of the electric wire C. You may perform in order. Further, if the processes of S105 to S120 are completed within a predetermined time, the processes of S100 to S120 may be repeatedly executed at predetermined time intervals.
S105において、制御部50は、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の差分ΔMWを算出する。この差分ΔMWは、上述した回路における差動信号Def1に相当する。なお、S105において制御部50は、差動信号Def1の信号強度を所定割合増幅したり、ノイズ除去処理を行っても構わない。 In S105, the control unit 50 calculates a difference ΔMW between the microwave MW1 and the microwave MW2. This difference ΔMW corresponds to the differential signal Def1 in the circuit described above. In S105, the control unit 50 may amplify the signal intensity of the differential signal Def1 by a predetermined ratio or perform noise removal processing.
S110において、制御部50は、差分ΔMWのゲイン調整をする。例えば、制御部50は、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の平均値を指標値Iとして取得し、この指標値Iと所定の基準値Sとの比率S/Iを算出する。そして、比率S/Iを差分ΔMWに乗じる。すると、差分ΔMWは、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の平均値を基準値Sに規格化したときに、規格化されたマイクロ波MW1とマイクロ波MW2から得られるであろう差分の値にゲイン調整される。むろん、このときの指標値Iとしては、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2の平均値を所定割合増減させたものであってもよいし、マイクロ波MW1とマイクロ波MW2のいずれかであってもよい。 In S110, the control unit 50 adjusts the gain of the difference ΔMW. For example, the control unit 50 acquires an average value of the microwaves MW1 and MW2 as the index value I, and calculates a ratio S / I between the index value I and a predetermined reference value S. Then, the ratio S / I is multiplied by the difference ΔMW. Then, when the average value of the microwaves MW1 and MW2 is normalized to the reference value S, the difference ΔMW is gain-adjusted to a difference value that would be obtained from the normalized microwaves MW1 and MW2. Is done. Of course, as the index value I at this time, the average value of the microwave MW1 and the microwave MW2 may be increased or decreased by a predetermined ratio, or may be either the microwave MW1 or the microwave MW2. .
S115において、制御部50は、差分ΔMWと所定の閾値の大小関係を判断する。この閾値は、被覆に異常があるか否かを判定するための基準値であり、実験的に予め決定されている。制御部50は、比較の結果、差分ΔMWが所定の閾値よりも大きい場合には被覆に異常が有ると判断して差分ΔMWが取得されたタイミングを示す情報と共にその旨をRAMに記憶し、差分ΔMWが所定の閾値よりも小さい場合には異常無しと判断して差分ΔMWが取得されたタイミングを示す情報と共にその旨をRAMに記憶する。むろん異常有無のいずれか一方は、RAMに何も記憶しないことにより、その旨を示してもよい。 In S115, the control unit 50 determines the magnitude relationship between the difference ΔMW and a predetermined threshold value. This threshold value is a reference value for determining whether or not there is an abnormality in the covering, and is experimentally determined in advance. When the difference ΔMW is larger than a predetermined threshold as a result of the comparison, the control unit 50 determines that there is an abnormality in the covering, stores that in the RAM together with information indicating the timing at which the difference ΔMW is acquired, When ΔMW is smaller than a predetermined threshold, it is determined that there is no abnormality, and information indicating the timing at which the difference ΔMW is acquired is stored in the RAM. Of course, either one of the presence / absence of abnormality may be indicated by not storing anything in the RAM.
S120において、制御部50は、電線Cの全長に亘って検査が完了したか否かを判断する。完了していない場合は、S100に戻って次の差分ΔMWについてS105〜S115の処理を行って異常の有無を判定する。一方、電線Cの全長について検査が完了している場合は、S125に進む。
S125において、制御部50は、異常部位の有無や、異常部位の箇所をディスプレイに表示する。異常部位の箇所は、電線Cの搬送速度と異常部位の検出されたタイミングとに基づいて、算出可能である。むろん、リアルタイムで検査結果を表示するのであれば、異常検出された時点で電線Cの搬送を停止し、作業者が異常判定された箇所をチェックできるようにしてもよい。
In S120, the control unit 50 determines whether or not the inspection is completed over the entire length of the electric wire C. If not completed, the process returns to S100 and the processes of S105 to S115 are performed on the next difference ΔMW to determine whether there is an abnormality. On the other hand, if the inspection has been completed for the entire length of the electric wire C, the process proceeds to S125.
In S125, the control unit 50 displays the presence / absence of the abnormal part and the part of the abnormal part on the display. The location of the abnormal part can be calculated based on the conveyance speed of the electric wire C and the detected timing of the abnormal part. Of course, if the inspection result is displayed in real time, the conveyance of the electric wire C may be stopped when the abnormality is detected so that the operator can check the location where the abnormality is determined.
(3)変形例1:
上述した実施形態では、検査対象として軸方向に高速移動する電線Cを例にとって説明したので、隣接間差動で検出した位相の廻りの変化に基づいて被覆の異常を検出した。しかしながら、本発明を空間振動が発生しない静的な検査対象に適用する場合は、上述の隣接間差動は当然に利用できるが、振幅情報を利用する方法も利用できるし、垂直断面内にアンテナを等角配置して位相を検出する方法も利用可能である。
そこで、振幅情報を利用して被覆の異常を検出する例として、以下に止血用バルーンの融着検査について説明を行う。
(3) Modification 1:
In the above-described embodiment, the electric wire C that moves at high speed in the axial direction as an inspection target has been described as an example. Therefore, a coating abnormality is detected based on a change in the phase around detected by the differential between adjacent portions . However, when the present invention is applied to a static inspection object in which spatial vibration does not occur, the above-described adjacent-to-adjacent differential can naturally be used, but a method using amplitude information can also be used, and an antenna in a vertical section can be used. It is also possible to use a method of detecting the phase by arranging them at the same angle.
Therefore, as an example of detecting an abnormality in the coating using amplitude information, a fusion test of a hemostatic balloon will be described below.
図17は、止血用バルーンの融着を検査する検査装置200の構成を示すブロック図である。同図において、検査装置200は、励振部210と、受信部220と、回転駆動部230と、解析処理部240とを備えている。励振部210は、上述した実施形態と同様であり、受信部220は1本のアンテナと受信部20の備えていたBPFやLNAを備えている。
なお、止血用バルーンはその一端をガイドチューブの外周に融着されており、止血用バルーンそのものは励振部210の外部に配置されている。ガイドチューブには、例えばステンレス鋼のワイヤWがチューブの中心に挿通されており、このワイヤWの一部が励振部220の内部に配置されている。このワイヤWは上述した電線Cと同様に励振部210によって交流電流Iが流される。
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of an inspection apparatus 200 for inspecting fusion of a hemostatic balloon. In the figure, the inspection apparatus 200 includes an excitation unit 210, a reception unit 220, a rotation drive unit 230, and an analysis processing unit 240. The excitation unit 210 is the same as that in the above-described embodiment, and the reception unit 220 includes one antenna and the BPF or LNA that the reception unit 20 has.
Note that one end of the hemostasis balloon is fused to the outer periphery of the guide tube, and the hemostasis balloon itself is disposed outside the excitation unit 210. In the guide tube, for example, a stainless steel wire W is inserted through the center of the tube, and a part of the wire W is disposed inside the excitation unit 220. In the same manner as the electric wire C described above, an alternating current I is passed through the wire W by the excitation unit 210.
受信部220は、図18のように一軸の機械的旋回機構を備えており、止血用バルーンのバルーン部のサイズに対応するために径方向への退避が可能になっている。なお本変形例の受信部220のアンテナ数を1本にしてあるのは、止血用バルーンに空間振動が無く、1本のアンテナでマイクロ波の放射強度を正確に検出できるからである。むろん、複数アンテナを用いてもよい。例えば、止血用バルーンの芯線の垂直断面内に複数のアンテナを等角配置すれば、後述の検査処理においてガイドチューブを回転させずに融着部位の全周検査を完了できる。 The receiving unit 220 includes a uniaxial mechanical turning mechanism as shown in FIG. 18, and can be retracted in the radial direction to correspond to the size of the balloon portion of the hemostatic balloon. The reason why the number of antennas of the receiving unit 220 in this modification is one is that there is no spatial vibration in the hemostasis balloon, and the microwave radiation intensity can be accurately detected with one antenna. Of course, multiple antennas may be used. For example, if a plurality of antennas are equiangularly arranged within the vertical cross section of the core wire of the hemostatic balloon, the entire circumference inspection of the fusion site can be completed without rotating the guide tube in the inspection process described later.
回転駆動部230は、例えば図19に示すような、ラック&ピニオンを用いた逆送回転機構で構成できる。図19において挾持部231は導体線を挾持可能であり、ピニオンを回転させると、ラックAとラックBが平行な位置関係を保ちつつ図19において左右逆方向に移送されて、挾持部231に挾持された導体線はピニオンの回転方向と同方向に回転される。
また、回転駆動部230は、ワイヤWの両端を支持するなどしてワイヤWの空間座標が安定的するように保持しており、さらに案内輪などの芯ブレ防止機構でワイヤWおよび止血用バルーンの空間座標を固定している。その結果、受信部220のアンテナと止血用バルーンの融着部位との距離は、一定であり上述の実施形態のように振動することはない。
The rotation drive unit 230 can be configured by a reverse rotation mechanism using a rack and pinion, for example, as shown in FIG. In FIG. 19, the holding part 231 can hold the conductor wire, and when the pinion is rotated, the rack A and the rack B are transported in the opposite directions in FIG. 19 while maintaining the parallel positional relationship, and are held by the holding part 231. The formed conductor wire is rotated in the same direction as the rotation direction of the pinion.
In addition, the rotation drive unit 230 holds the wire W so that the spatial coordinates of the wire W are stabilized by supporting both ends of the wire W, and the wire W and the hemostasis balloon by a core shake prevention mechanism such as a guide wheel. The spatial coordinates of are fixed. As a result, the distance between the antenna of the receiving unit 220 and the fusion site of the hemostatic balloon is constant and does not vibrate as in the above-described embodiment.
ここで、図20を参照して止血用バルーンとガイドチューブの融着部位に生じうる異常について具体的に説明する。図20は、止血用バルーンとガイドチューブが融着された部位の断面を拡大して示した要部断面図である。同図に示すように、中心にあるワイヤWをガイドチューブが被覆しており、このガイドチューブの外周に止血用バルーンの一端が融着されている。この融着部位において、ガイドチューブと止血用バルーンの間に気泡などの異物が入った状態で融着される可能性があり、これが止血用バルーンの融着不良である。 Here, with reference to FIG. 20, the abnormality which may arise in the fusion | fusion part of the hemostatic balloon and a guide tube is demonstrated concretely. FIG. 20 is an enlarged cross-sectional view of a main part showing a section where a hemostasis balloon and a guide tube are fused. As shown in the figure, a guide tube covers a wire W at the center, and one end of a hemostatic balloon is fused to the outer periphery of the guide tube. At this fusion site, there is a possibility that foreign matter such as air bubbles enters between the guide tube and the hemostasis balloon, which is a poor fusion of the hemostasis balloon.
融着不良の有無は、ワイヤWから放射される一定強度のマイクロ波の強度によって判断することができる。融着不良が有る部位においては空気層が介在するので、誘電率の異なる物質が接した境界が増えて放射強度の減衰度合が高まるからである。例えば、融着が完全であれば、境界はガイドチューブと止血用バルーンの間に形成されるだけであるが、気泡が入った状態の部位では、ガイドチューブと気相の間の境界と、気相と止血用バルーンの間の境界の2つが形成される。従って、融着が均等な部位であれば芯線から一定の距離の電界強度は均一でほぼ真円状の分布となるが、気泡が入った部位ではその真円性が崩れることになる。なお、上述した電線Cに交流電流Iを流したときと同じく、励振部210によってワイヤWに電流を流した場合も図21に示すような電界分布の瞬時値が得られる。 The presence or absence of poor fusion can be determined by the intensity of a certain intensity of microwave radiated from the wire W. This is because an air layer is present in a portion where there is a poor fusion, so that the boundary where materials having different dielectric constants are in contact with each other increases and the attenuation of radiation intensity increases. For example, if the fusion is complete, the boundary is only formed between the guide tube and the hemostatic balloon, but at the site with air bubbles, the boundary between the guide tube and the gas phase Two boundaries are formed between the phase and the hemostatic balloon. Accordingly, the electric field intensity at a constant distance from the core wire is uniform and has a substantially circular distribution if the fusion is uniform, but the circularity is lost in the portion containing bubbles. As in the case where the alternating current I is passed through the electric wire C described above, the instantaneous value of the electric field distribution as shown in FIG.
なお本変形例においては、励振部210にはワイヤWのみを挿入すれば十分であるが、ガイドチューブも励振部210に挿入しても構わない。また、挿入されたワイヤWと励振部210との間には、接触防止のガードスリーブが必要である。また、止血用バルーンは医療機器であるので、検査装置200を載置する台には防菌フードをつける必要がある。 In this modification, it is sufficient to insert only the wire W into the excitation unit 210, but a guide tube may be inserted into the excitation unit 210. Further, a guard sleeve for preventing contact is required between the inserted wire W and the excitation unit 210. Further, since the hemostatic balloon is a medical device, it is necessary to attach a bactericidal hood to the table on which the inspection apparatus 200 is placed.
以上の構成により、制御部250は図22に示す検査処理を実行する。図22は、検査処理のフローチャートである。なお本変形例の検査装置200の備える制御部250も実施形態の制御部50と同様にCPU,RAM,ROMを備えたプログラム実行環境である。検査処理を行うにあたり、作業者は、中心にワイヤW芯線を通した止血用バルーンを検査装置200にセットする。このとき、止血用バルーンとガイドチューブとの融着部位にアンテナが近接するように位置を調整する。次に、作業者は、回転駆動部230の挾持部231にガイドチューブを挾持させ、受信部220を検出位置に配置する。このとき、さらにアンテナと融着部位との位置を調整する。 With the above configuration, the control unit 250 executes the inspection process shown in FIG. FIG. 22 is a flowchart of the inspection process. In addition, the control part 250 with which the test | inspection apparatus 200 of this modification is provided is also a program execution environment provided with CPU, RAM, and ROM similarly to the control part 50 of embodiment. In performing the inspection process, the operator sets a hemostatic balloon having a wire W core wire at the center thereof in the inspection apparatus 200. At this time, the position is adjusted so that the antenna comes close to the fusion site between the hemostatic balloon and the guide tube. Next, the operator holds the guide tube on the holding unit 231 of the rotation driving unit 230 and places the receiving unit 220 at the detection position. At this time, the positions of the antenna and the fusion site are further adjusted.
図22に示すように、S200において、制御部250は、回転駆動部230のピニオンを所定量回転させてガイドチューブを所定角度だけ回転させる。つまり、S200においては、アンテナに対面する融着部位を変更する。 As shown in FIG. 22, in S200, the control unit 250 rotates the pinion of the rotation driving unit 230 by a predetermined amount to rotate the guide tube by a predetermined angle. In other words, in S200, the fusion site facing the antenna is changed.
S205において、制御部250は、受信部220から電界強度を取得し、S200で設定した角度と対応付けて電界強度をRAMに保存する。
S210において、制御部250は、S200において回転した総回転量が360°に達したか否かを判断する。360°回転し終わっていればS215に進み、総回転量が360°に満たない場合はS200に戻ってS200以降の処理を行う。
In S205, the control unit 250 acquires the electric field strength from the receiving unit 220, and stores the electric field strength in the RAM in association with the angle set in S200.
In S210, control unit 250 determines whether or not the total rotation amount rotated in S200 has reached 360 °. If the rotation of 360 ° has been completed, the process proceeds to S215. If the total rotation amount is less than 360 °, the process returns to S200 to perform the processes after S200.
S215において、制御部250は、検査結果をディスプレイに表示する。例えば、軸方向の計測位置毎に、計測角度に対する電界強度分布をプロットしたグラフを表示したり、隣接する計測角度における電界強度との差分が所定値以上となった部位について異常と判定して、その部位を通知する。むろん、医療現場では止血用バルーンの良否判定できれば使用可否の目安になるので、異常の有無のみを通知するだけでも構わない。 In S215, the control unit 250 displays the inspection result on the display. For example, for each measurement position in the axial direction, a graph plotting the electric field strength distribution with respect to the measurement angle is displayed, or a portion where the difference between the electric field strength at the adjacent measurement angle is a predetermined value or more is determined as abnormal, Notify the site. Of course, if it is possible to determine whether the hemostasis balloon is acceptable or not at the medical site, it can be used as a guideline for whether or not the balloon can be used.
なお、本変形例1ではワイヤWを被覆するバルーンチューブとガイドチューブの検査を例にとって説明したが、本変形例1は細径ピアノ線のダイアモンド被覆の検査にも利用可能である。ここで言う細径ピアノ線は、ピアノ線の表面にダイアモンド粉末を焼結したものであり、半導体用のシリコン切断(ダイカット)に用いられる。このピアノ線に対するダイアモンドの焼付け状況は、シリコンの加工性能に影響する。例えば、ダイアモンド被覆に欠損のあるピアノ線に通常の送りをかけて使うとピアノ線がシリコンに直接接触して切れてしまう事故が発生する。そこで、細径ピアノ線に本変形例1の検査を適用することにより、ダイアモンド被覆の厚みを検査できる。 In the first modification, the inspection of the balloon tube and the guide tube covering the wire W has been described as an example. However, the first modification can also be used for the inspection of the diamond covering of the thin piano wire. The small-diameter piano wire referred to here is obtained by sintering diamond powder on the surface of the piano wire, and is used for silicon cutting (die cutting) for semiconductors. The condition of diamond baking on this piano wire affects the processing performance of silicon. For example, if a normal wire is applied to a piano wire with a missing diamond coating, the piano wire will be in direct contact with the silicon and will break. Therefore, the thickness of the diamond coating can be inspected by applying the inspection of the first modification to the thin piano wire.
また、上述した変形例1では、受信部のアンテナを移動させたり、複数アンテナを電線の周方向や軸方向に配置したりして、所定方向に沿って電界強度を計測した変動データとして取得しているが、このような変動データが必須というわけではない。例えば、正常な被覆状態で計測されるべき電界強度が予め分かっていれば、その電界強度を基準として所定の範囲の電界強度であれば被覆が正常であると判断し、電界強度が所定の範囲外であれば被覆が異常であると判断することができる。 Further, in the above-described first modification, the antenna of the receiving unit is moved or a plurality of antennas are arranged in the circumferential direction or the axial direction of the electric wire, and acquired as variation data obtained by measuring the electric field strength along a predetermined direction. However, such variable data is not essential. For example, if the electric field strength to be measured in a normal covering state is known in advance, the electric field strength is determined to be normal if the electric field strength is within a predetermined range based on the electric field strength, and the electric field strength is within the predetermined range. If it is outside, it can be determined that the coating is abnormal.
(4)変形例2:
<電力・周波数の制御>
以上説明した実施形態や変形例に加えて、励振部10や励振部210で発振するマイクロ波の電力・周波数が安定するように制御すれば、電線CやワイヤWから放射される電磁波の強度が安定する。実施形態においては差動信号を利用しているので、この制御は無くても十分な精度が得られるが、変形例の止血用バルーンの被覆検査のように振幅情報を1アンテナで取得している場合は、この制御を行うことにより、精度が大きく向上する。
(4) Modification 2:
<Power / frequency control>
In addition to the embodiments and modifications described above, if the power and frequency of the microwaves oscillated by the excitation unit 10 and the excitation unit 210 are controlled to be stable, the intensity of electromagnetic waves radiated from the electric wires C and wires W can be increased. Stabilize. In the embodiment, since a differential signal is used, sufficient accuracy can be obtained without this control, but amplitude information is acquired with one antenna as in the case of a coating inspection of a hemostatic balloon according to a modified example. In this case, the accuracy is greatly improved by performing this control.
(5)変形例3:
上述した実施形態では受信部のアンテナとして空中線を例にとって説明したが、空間に放射される電磁波の電界強度を測定する手段はこれに限るものではない。
図23に電磁波を測定する受信部の他の一例を示した。同図には、電界が加わると物質の屈折率が変化する電気光学結晶(EO結晶)を利用した電界センサーを示してある。電気光学効果(EO効果)にはポッケルス効果やカー効果があるが、EO結晶を利用した電界センサーにはポッケルス効果を有するEO結晶を利用することが多い。屈折率の変化量が電界強度に一次比例するので較正しやすいからである。
(5) Modification 3:
In the embodiment described above, the antenna is used as the antenna of the receiving unit as an example. However, the means for measuring the electric field strength of the electromagnetic wave radiated to the space is not limited to this.
FIG. 23 shows another example of a receiving unit that measures electromagnetic waves. This figure shows an electric field sensor using an electro-optic crystal (EO crystal) whose refractive index changes when an electric field is applied. The electro-optic effect (EO effect) includes a Pockels effect and a Kerr effect, but an EO crystal having a Pockels effect is often used for an electric field sensor using an EO crystal. This is because the amount of change in the refractive index is linearly proportional to the electric field strength, so that calibration is easy.
<受信部の構成>
図23において、受信部320は、電界センサー321と偏光処理部322を備える。電界センサー321は先端から順に、誘電体で形成された反射膜321a、EO結晶321b、コリメーターレンズ321c、フェルール321d、光ファイバー321eを備えている。光ファイバー321fの後端は光ファイバコネクタに接続されており、この光ファイバコネクタを介して偏光処理部322に接続されている。なおEO結晶は、例えば1mm角のものが使用可能であるので、電界センサー321は従来のダイポールアンテナを用いた電界センサー(長さが数cm〜十数cm)よりも小さくすることができる。
<Receiver configuration>
In FIG. 23, the receiving unit 320 includes an electric field sensor 321 and a polarization processing unit 322. The electric field sensor 321 includes a reflective film 321a formed of a dielectric, an EO crystal 321b, a collimator lens 321c, a ferrule 321d, and an optical fiber 321e in order from the tip. The rear end of the optical fiber 321f is connected to an optical fiber connector, and is connected to the polarization processing unit 322 via the optical fiber connector. Note that since an EO crystal of 1 mm square, for example, can be used, the electric field sensor 321 can be made smaller than an electric field sensor (a length of several centimeters to several tens of centimeters) using a conventional dipole antenna.
<電界センサー内での光の移動>
受信部320において、光ファイバー321eの先端はEO結晶321bに対して垂直に接続されている。また、EO結晶321bは、光ファイバー321eから光が入射される側の平面である入光面と、反射膜321aが形成された側の平面である反射面とが互いに平行に形成されている。反射膜321aは、EO結晶321bの内部側から反射面へ到達した光を反射する。従って、光ファイバー321eから入射された入射光は入射面に垂直に入射してそのまま垂直に反射面へ到達し、反射面で垂直に反射されて光ファイバー321eへ再び入射される。
<Movement of light in electric field sensor>
In the receiving unit 320, the tip of the optical fiber 321e is connected perpendicular to the EO crystal 321b. In the EO crystal 321b, a light incident surface that is a plane on which light is incident from the optical fiber 321e and a reflective surface that is a plane on which the reflective film 321a is formed are formed in parallel to each other. The reflective film 321a reflects light that has reached the reflective surface from the inside of the EO crystal 321b. Accordingly, the incident light incident from the optical fiber 321e is perpendicularly incident on the incident surface, reaches the reflection surface as it is, is reflected vertically by the reflection surface, and is incident again on the optical fiber 321e.
光ファイバー321eに入射された反射光は、EO結晶に電磁波が照射されていない場合は入射光と同じ偏光状態を保っている。EO結晶321bの屈折率が変化していないからである。一方、EO結晶に電磁波が照射されると屈折率が変化するため、光ファイバー321eに入射された反射光は入射光とは異なる偏光状態に変化している。偏光処理部322は、偏光状態の変化を検光子322a等で光の強度変化に変換し、この光の強度変換を電気信号に変換することにより電磁波の電界強度に応じた信号を出力する。このようにして得られた電界強度に応じた信号を、上述した実施形態や変形例の解析処理部で解析すれば、被覆状態を検査することができる。 The reflected light incident on the optical fiber 321e maintains the same polarization state as the incident light when the EO crystal is not irradiated with electromagnetic waves. This is because the refractive index of the EO crystal 321b has not changed. On the other hand, since the refractive index changes when the EO crystal is irradiated with electromagnetic waves, the reflected light incident on the optical fiber 321e changes to a polarization state different from the incident light. The polarization processing unit 322 converts a change in the polarization state into a change in light intensity using the analyzer 322a and the like, and outputs a signal corresponding to the electric field strength of the electromagnetic wave by converting the light intensity conversion into an electric signal. If the signal according to the electric field strength obtained in this way is analyzed by the analysis processing unit of the above-described embodiment or modification, the covering state can be inspected.
なお、光ファイバーを伝送する際にも光に位相変化が生じるが、光ファイバーを上る入射光と光ファイバーを下る反射光との双方に同じ位相変化が生じるので、上りと下りとで位相変化を打ち消しあい、光ファイバーでの位相変化をゼロにすることができる。
また、本実施形態の電界センサー321は、計測しようとしている本来の電磁波の状態を正確に捉えることができる。EO結晶321bやコリメーターレンズ321cやフェルール321bは金属を含まないし、反射膜321aは誘電体で形成されており、光ファイバー321eで偏光処理部322まで信号を伝送できるため、電界センサー321が測定対象から放射された電磁波を擾乱せず、測定対象の近傍に配置しても電気的な結合を生じないからである。
In addition, the phase change occurs in the light when transmitting the optical fiber, but the same phase change occurs in both the incident light that goes up the optical fiber and the reflected light that goes down the optical fiber, so the phase change cancels up and down, Phase change in the optical fiber can be made zero.
In addition, the electric field sensor 321 of the present embodiment can accurately capture the state of the original electromagnetic wave to be measured. The EO crystal 321b, the collimator lens 321c, and the ferrule 321b do not contain a metal, and the reflection film 321a is formed of a dielectric, and can transmit a signal to the polarization processing unit 322 through the optical fiber 321e. This is because the electromagnetic waves that are radiated are not disturbed and electrical coupling does not occur even if they are arranged in the vicinity of the measurement object.
(6)まとめ:
以上説明した実施形態によれば、誘電体で被覆された電線Cにおける誘電体の傷やピンホールの有無を検査する検査装置100において、空胴共振器11でTM01モードのマイクロ波定在波を励起し、TM01モードの回転磁界中心に電線Cを通過させることにより電線Cにマイクロ波周波数の交流電流Iを流す。そして空胴共振器11の内部から外部へと連続している電線Cから放射されるマイクロ波を受信し、電線Cの長さ方向にオフセットした2本のアンテナを電線Cの軸に対して等角度に隣接配置し、その差動信号に基づいて交流電流Iの位相の廻りを得る。この位相の廻りが、一定でない部位を検出し、その部位について被覆に異常があると判断する。以上の手法で電線Cの検査を検査することにより、従来に比べて簡便かつ高速に被覆線材の被覆検査を実行可能となった。
(6) Summary:
According to the embodiment described above, in the inspection apparatus 100 for inspecting the presence or absence of a dielectric flaw or a pinhole in the electric wire C covered with the dielectric, the microwave resonator 11 generates the TM01 mode microwave standing wave. When excited, the electric wire C is allowed to pass through the center of the rotating magnetic field in the TM01 mode, thereby passing an alternating current I having a microwave frequency through the electric wire C. And the microwave radiated | emitted from the electric wire C which continues from the inside of the cavity resonator 11 to the exterior is received, and two antennas offset in the length direction of the electric wire C are made with respect to the axis of the electric wire C, etc. Arranged adjacent to the angle, the phase around the alternating current I is obtained based on the differential signal. A part that is not constant around the phase is detected, and it is determined that there is an abnormality in the covering of the part. By inspecting the inspection of the electric wire C by the above method, the covering inspection of the covering wire material can be executed more easily and faster than the conventional method.
なお、本発明は上述した実施形態や変形例に限られず、上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、公知技術並びに上述した実施形態および変形例の中で開示した各構成を相互に置換したり組み合わせを変更したりした構成、等も含まれる。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and the structures disclosed in the above-described embodiments and modifications are mutually replaced, the combinations are changed, the known technique, and the above-described implementations. Configurations in which the configurations disclosed in the embodiments and modifications are mutually replaced or the combinations are changed are also included.
10…励振部、11…空胴共振器、11a…円筒状側壁、11b…端部側壁、11c…端部側壁、11b1…開口、11c1…開口、20…受信部、21a…アンテナ、21b…アンテナ、22a…BPF、22b…BPF、23a…LNA、23b…LNA、24a…BPF、24b…BPF、25a…検波器、25b…検波器、30…搬送機構、40…解析処理部、43…差動アンプ、44…差動アンプ、45…可変ゲインアンプ、46…コンパレーター、42a…アンプ、42b…アンプ、100…検査装置、200…検査装置、210…励振部、220…受信部、230…回転駆動部、231…挾持部、240…解析処理部、320…受信部、321…電界センサー、321a…反射膜、321b…EO結晶、321c…コリメーターレンズ、321d…フェルール、321e…光ファイバー、322…偏光処理部、322a…検光子、C…電線、I…交流電流、P…基板、W…ワイヤ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Excitation part, 11 ... Cavity resonator, 11a ... Cylindrical side wall, 11b ... End side wall, 11c ... End side wall, 11b1 ... Opening, 11c1 ... Opening, 20 ... Reception part, 21a ... Antenna, 21b ... Antenna 22a ... BPF, 22b ... BPF, 23a ... LNA, 23b ... LNA, 24a ... BPF, 24b ... BPF, 25a ... detector, 25b ... detector, 30 ... carrier mechanism, 40 ... analysis processing unit, 43 ... differential Amplifier 44 ... Differential amplifier 45 ... Variable gain amplifier 46 ... Comparator 42a ... Amplifier 42b ... Amplifier 100 ... Inspection device 200 ... Inspection device 210 ... Excitation unit 220 ... Reception unit 230 ... Rotation Drive unit, 231 ... holding unit, 240 ... analysis processing unit, 320 ... receiving unit, 321 ... electric field sensor, 321a ... reflective film, 321b ... EO crystal, 321c ... collimator Lens, 321d ... ferrule, 321e ... optical fiber, 322 ... polarization processing unit, 322a ... analyzer, C ... wire, I ... alternating current, P ... substrate, W ... wire
Claims (12)
空胴共振器に所定周波数の電磁波の定在波をTM01モードで励起し、該空胴共振器を貫通する上記導電線に電磁誘導によって上記所定周波数の交流電流を流す励振部と、
上記導電線を流れる交流電流によって上記導電線から放射される電磁波であって、上記誘電体を通過して放射される上記所定周波数の電磁波を受信する受信部と、
上記受信部が受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方に基づいて上記誘電体の状態を判断する判断部とを具備することを特徴とする検査装置。 An inspection device for inspecting a state of a dielectric covering a conductive wire,
An excitation unit that excites a standing wave of an electromagnetic wave of a predetermined frequency in a cavity resonator in a TM01 mode, and causes an alternating current of the predetermined frequency to flow through the conductive wire passing through the cavity resonator by electromagnetic induction;
A receiving unit that receives the electromagnetic wave of the predetermined frequency that is radiated from the conductive line by an alternating current flowing through the conductive line, and radiated through the dielectric;
Inspection apparatus characterized by comprising a determining section for determining a state of the dielectric based on at least one of an amplitude intensity and phase around the electromagnetic wave which the receiving unit receives.
上記判断部は、上記受信部が受信した電磁波の位相の廻りの変動に基づいて上記誘電体の状態を判断する請求項1に記載の検査装置。 The conductive wire has moved in the length direction of the conductive wire,
The inspection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines the state of the dielectric based on a fluctuation around the phase of the electromagnetic wave received by the reception unit.
上記判断部は、上記受信部が受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方の変動に基づいて上記誘電体の状態を判断する請求項1に記載の検査装置。 The receiving unit receives the electromagnetic wave while scanning the conductive wire in a predetermined direction,
The inspection apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines the state of the dielectric based on at least one change in amplitude intensity and phase around the electromagnetic wave received by the reception unit.
上記電界センサーの少なくとも1つは、上記誘電体が基準状態のときに形成される上記定在波の腹に近接配置される請求項6または請求項7に記載の検査装置。 The alternating current flowing through the conductive wire is a standing wave,
The inspection apparatus according to claim 6 or 7, wherein at least one of the electric field sensors is disposed close to an antinode of the standing wave formed when the dielectric is in a reference state.
空胴共振器に所定周波数の電磁波の定在波をTM01モードで励起し、該空胴共振器を貫通する上記導電線に電磁誘導によって上記所定周波数の交流電流を流す励振工程と、
上記導電線を流れる交流電流によって上記導電線から放射される電磁波であって、上記誘電体を通過して放射される上記所定周波数の電磁波を受信する受信工程と、
上記受信工程において受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方に基づいて上記誘電体の状態を判断する判断工程とを具備することを特徴とする検査方法。 An inspection method for inspecting a state of a dielectric covering a conductive wire,
Exciting a standing wave of an electromagnetic wave having a predetermined frequency in a cavity resonator in a TM01 mode, and causing an alternating current of the predetermined frequency to flow through the conductive wire penetrating the cavity resonator by electromagnetic induction;
A receiving step of receiving an electromagnetic wave of the predetermined frequency which is radiated from the conductive line by an alternating current flowing through the conductive line and radiated through the dielectric;
An inspection method comprising: a determination step of determining the state of the dielectric based on at least one of amplitude intensity and phase around the electromagnetic wave received in the reception step.
空胴共振器に所定周波数の電磁波の定在波をTM01モードで励起し、該空胴共振器を貫通する上記導電線に電磁誘導によって上記所定周波数の交流電流を流す励振機能と、
上記導電線を流れる交流電流によって上記導電線から放射される電磁波であって、上記誘電体を通過して放射される上記所定周波数の電磁波を受信する受信機能と、
上記受信機能が受信した電磁波の振幅強度と位相の廻りとの少なくとも一方に基づいて上記誘電体の状態を判断する判断機能とをコンピューターに実現させるための検査プログラム。 An inspection program for causing a computer to perform a function of inspecting a state of a dielectric covering a conductive wire,
An excitation function of exciting a standing wave of an electromagnetic wave having a predetermined frequency in a cavity resonator in a TM01 mode and causing an alternating current of the predetermined frequency to flow through the conductive wire penetrating the cavity resonator by electromagnetic induction;
A receiving function for receiving the electromagnetic wave of the predetermined frequency , which is an electromagnetic wave radiated from the conductive line by an alternating current flowing through the conductive line, and radiated through the dielectric;
An inspection program for causing a computer to realize a determination function for determining the state of the dielectric based on at least one of the amplitude intensity and the phase around the electromagnetic wave received by the reception function.
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