特開 2023-14700 信号処理方法、信号処理装置、信号処理システム及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023014700

(43)【公開日】2023-01-31

(54)【発明の名称】信号処理方法、信号処理装置、信号処理システム及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 22/00 20060101AFI20230124BHJP

   G01N 21/3581 20140101ALI20230124BHJP

   G01N 22/02 20060101ALI20230124BHJP

【ＦＩ】

G01N22/00 S

G01N21/3581

G01N22/00 P

G01N22/02 C

G01N22/02 A

G01N22/02 B

G01N22/00 X

【審査請求】有

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021118800

(22)【出願日】2021-07-19

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水内 理映子

(72)【発明者】

【氏名】久里 裕二

(72)【発明者】

【氏名】多賀谷 治

【テーマコード（参考）】

2G059

【Ｆターム（参考）】

2G059AA05

2G059BB08

2G059EE02

2G059FF02

2G059HH01

2G059JJ22

2G059MM01

(57)【要約】

【課題】円筒形状を有する樹脂によって構成される電力機器の異常を非破壊で検査するために用いられる信号処理方法、信号処理装置、信号処理システム及びプログラムを提供することにある。
【解決手段】実施形態に係る信号処理方法は、少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている第１電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップとを具備する。パルス波は、樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている第１電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップと
を具備し、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される
信号処理方法。

【請求項2】

前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置している請求項１記載の信号処理方法。

【請求項3】

前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の全周にわたって前記径方向に照射される請求項１または２記載の信号処理方法。

【請求項4】

前記パルス波は、固定された照射装置によって照射され、
前記第１電力機器は、前記照射装置によってパルス波が照射される間に、当該第１電力機器を回転させるように構成された回転装置によって回転する
請求項３記載の信号処理方法。

【請求項5】

前記パルス波は、前記第１電力機器が固定された状態で、当該第１電力機器の周囲を周回する照射装置によって照射される請求項３記載の信号処理方法。

【請求項6】

前記パルス波は、少なくとも０．１テラヘルツ帯のテラヘルツ波を含む請求項１～５のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項7】

前記指標は、前記反射波信号に基づいて生成される反射波形を示す第１波形データを含み、
前記指標に含まれる第１波形データと、正常な第２電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された第２波形データとを比較することによって前記第１電力機器の異常を検出するステップを更に具備する
請求項１～６のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項8】

前記指標は、前記反射波信号に基づいて生成される前記第１電力機器の断層画像を含み、
前記指標に含まれる断層画像と、正常な第２電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された当該第２電力機器の断層画像とを比較することによって前記第１電力機器の異常を検出するステップを更に具備する
請求項１～６のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項9】

前記第１電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む請求項１～８のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項10】

前記第１電力機器の異常は、前記樹脂部に異物が混入していることを含む請求項１～８のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項11】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力する出力手段と
を具備し、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される
信号処理装置。

【請求項12】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に対してパルス波を照射する照射装置と、前記パルス波の反射波を検波する検波装置と、信号処理装置とを備える信号処理システムにおいて、
前記信号処理装置は、
前記照射装置から前記電力機器にパルス波が照射されることによって、前記検波装置によって検波された反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力する出力手段と
を含み、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される
信号処理システム。

【請求項13】

信号処理装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
前記コンピュータに、
少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップと
を実行させ、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、信号処理方法、信号処理装置、信号処理システム及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電力機器は、金属によって形成される導電部（導電体）が樹脂部で覆われることによって、絶縁性を維持することができるように構成されている場合が多い。

【0003】

このような電力機器は導電部（金属部分）と樹脂部とが接着された状態で運用される必要があるが、当該電力機器の製造工程または当該電力機器を運用していく過程で、当該導電部と当該樹脂部との間に剥離が生じる場合がある。このような剥離は、電力機器における部分放電または絶縁破壊を引き起こし、当該電力機器の故障原因となり得る。

【0004】

このため、例えば導電部と樹脂部との間に剥離が生じている等の電力機器の異常を検査することが求められている。しかしながら、電力機器に用いられる樹脂部は不透明であることが多く、目視で電力機器の異常を判断することは困難である。

【0005】

これに対して、例えば樹脂部を破壊するまたは削り出すことによって、電力機器の異常（導電部と樹脂部との間に生じている剥離）を検査することは可能である。

【0006】

しかしながら、このような検査手法は、樹脂部を破壊するまたは削り出すため、電力機器の出荷検査及び運用途中の劣化検査等には適さない。

【0007】

また、例えば電力機器（樹脂部）に対して所定の負荷を与え、当該負荷に対する応答を観測することによって、電力機器の異常を検査することが考えられる。この場合、例えば電力機器に電圧を印加した場合の放電を観測するまたは所定の荷重をかけた樹脂部が物理的に破壊されないかを確認することによって、電力機器の異常を検査することができる。

【0008】

しかしながら、このような検査手法は、非破壊で剥離を検査することができる可能性があるが、樹脂部を破壊してしまう可能性もある。

【0009】

このため、電力機器を構成する樹脂部を破壊することなく（つまり、非破壊で）当該電力機器の異常を検査する手法が望まれている。

【0010】

なお、電力機器において導電部を覆う樹脂部は円筒形状を有している場合があるが、当該樹脂が直方体等の平面形状を有する場合と比較して、円筒形状を有する樹脂部から構成される電力機器に対する検査難易度は更に高くなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１４－１２２８７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、円筒形状を有する樹脂部によって構成される電力機器の異常を非破壊で検査するために用いられる信号処理方法、信号処理装置、信号処理システム及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

実施形態に係る信号処理方法は、少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている第１電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップとを具備する。前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの機能構成の一例を示す図。

【図2】信号処理装置のハードウェア構成の一例を示す図。

【図3】電力機器の一例を模式的に示す図。

【図4】電力機器の一例を模式的に示す図。

【図5】照射装置と検波装置との位置関係の一例を示す図。

【図6】照射装置と検波装置との位置関係の他の例を示す図。

【図7】回転装置について説明するための図。

【図8】信号処理装置の処理手順の一例を示すフローチャート。

【図9】樹脂部と導電部との間に剥離が生じていない場合の断層画像の一例を示す図。

【図10】樹脂部と導電部との間に剥離が生じている場合の断層画像の一例を示す図。

【図11】波形データの一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。
本実施形態に係る信号処理装置は、樹脂部によって導電部（導電体）が覆われるように構成されている電力機器に対してパルス波を照射することにより、当該樹脂部を破壊することなく、当該電力機器の異常を検査するために用いられる。なお、本実施形態において検査される電力機器の異常は、例えば樹脂部と導電部との間の剥離を想定している。

【0016】

電力機器は、例えば遮断器、断路器、変流器または変圧器等の機器を含む。また、電力機器は、部分放電を発生する可能性がある機器であれば、例えば電力用変圧器、ガス絶縁開閉器、発電機、電動機またはリアクトル等であってもよい。このような電力機器は、電源ケーブルを介して外部から高電圧及び大電流を通電するため、絶縁性を維持するように導電部が樹脂部で覆われた構成を有する。

【0017】

ここで、上記した樹脂部を破壊することなく電力機器の異常を検査する手法としては、例えばＸ線または赤外線等の電磁波を用いる手法や超音波を用いる方法がある。以下、このような検査に使用されるいくつかの手法について簡単に説明する。

【0018】

まず、Ｘ線は、樹脂透過性がよいため、電力機器（樹脂部の内部）の検査に使用することができる。しかしながら、Ｘ線は金属に対して透過性が低いため、金属で形成される導電部が埋め込まれている構造体である電力機器に対しては、適切な検査を行うことができない可能性がある。なお、例えばＸ線ＣＴ装置を用いた検査（Ｘ線ＣＴ検査）によれば導電部（金属）が埋め込まれていても電力機器の検査（観察）は可能であるが、大型の電力機器の場合は、一般的なＸ線ＣＴ装置で検査することができない。大型の電力機器に対応可能なＸ線ＣＴ装置も存在するが、このようなＸ線ＣＴ装置は特殊仕様であり、当該Ｘ線ＣＴ装置を用いた検査は現実的でない。また、Ｘ線を用いる場合には放射線管理も必要となる。

【0019】

次に、赤外線（を用いたサーモグラフィ）に関しては、簡便に電力機器（樹脂内部）の情報を得ることが可能であるが、樹脂部が厚く（例えば、３ｍｍ以上）なると当該情報を得ることが難しくなる。また、赤外線はある程度広い範囲を短時間で検査することができるが、検査対象（電力機器）の形状が円筒形状である（つまり、当該検査対象の表面が平面でない）ような場合、当該形状に応じた熱の広がり等の影響が大きく、上記した剥離等を検査することが難しい。更に、赤外線の場合には、分解能が低いため、剥離のような細かい異常を検出することは困難である。

【0020】

また、超音波は、比較的簡易に高い分解能で電力機器（樹脂内部）の情報を得ることができる。しかしながら、超音波は樹脂中での減衰が大きく、当該超音波を用いた一般的な手法では厚い樹脂部（例えば、１０ｍｍ以上）の検査は困難である。また、超音波は空気中での減衰も大きいため、検査時には例えば水浸やゲルを介する必要があり、煩雑である。一方、超音波は空気で概ね１００％反射する性質を有するため、剥離が生じた場合に樹脂部と導電部との間に形成される空隙を精度よく検出することができると考えられる。よって、電力機器の樹脂部分が薄い場合には、超音波を用いた検査は有効な手法であるといえる。

【0021】

なお、上記したＸ線、赤外線及び超音波以外では、高周波数帯の電磁波（例えば、テラヘルツ波）を用いることが考えられる。テラヘルツ波は、樹脂透過性のよい電磁波であり、樹脂部に厚みがある（例えば、樹脂部の厚みが６０ｍｍ程度である）場合であっても剥離等の電力機器の異常を検出することができる。また、空気中での減衰も少なく、人体への影響もないことから測定環境に大きな制限がない。また、テラヘルツ波を用いて電力機器の表面を走査することによって、大型の電力機器や表面が平面でない電力機器を検査することも可能であると考えられる。

【0022】

そこで、本実施形態においては、上記したテラヘルツ波を用いて電力機器の異常を検査するために用いられる信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置においては、上記した樹脂部と導電部との間の剥離を判別するために有用な指標（情報）を得るために、テラヘルツ波の測定及び解析、当該測定に適した周波数の選定、または僅かな波形の変化を捉えるための信号処理等を導入する。

【0023】

図１は、本実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムの機能構成の一例を示す。図１に示す信号処理装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレットコンピュータまたはサーバ装置等の情報処理装置（電子機器）である。

【0024】

また、図１に示すように信号処理装置１０は、照射装置２０及び検波装置３０と接続される。照射装置２０は、例えば信号処理装置１０からの指示に応じて、電力機器に対して所定のパルス波（テラヘルツ波）を照射するように構成されている。なお、照射装置２０によって照射されるテラヘルツ波は、例えば０．０５～１０ＴＨｚの範囲に該当する周波数帯の電磁波であるものとする。

【0025】

上記したように樹脂部と導電部との間に剥離が生じている電力機器に対して照射装置２０からテラヘルツ波が照射された場合、当該テラヘルツ波は、当該剥離により樹脂部と導電部との間に形成された空隙の界面において反射する。検波装置３０は、このような反射波を検波（受信）するように構成されている。検波装置３０は、検波された反射波を電気信号に変換することによって反射波信号を生成する。この反射波信号は、検波された反射波の信号強度、当該信号強度のピーク値及び当該ピークに到達した時間（以下、ピーク到達時間と表記）等を表す信号である。

【0026】

図１に示す信号処理装置１０は、反射波信号取得部１１、波形データ生成部１２、断層画像生成部１３及び出力部１４を含む。

【0027】

反射波信号取得部１１は、上記した検波装置３０において生成された反射波信号を当該検波装置３０から取得する。

【0028】

波形データ生成部１２及び断層画像生成部１３は、電力機器４０の異常を検査するために有用な指標を得るために反射波信号取得部１１によって取得された反射波信号を解析する解析部として機能する。

【0029】

波形データ生成部１２は、反射波信号取得部１１によって取得された反射波信号に基づいて、反射波形を示す波形データを生成する。具体的には、波形データ生成部１２は、反射波信号によって表される信号強度、当該信号強度のピーク値及びピーク到達時間等に基づいて波形データを生成する。

【0030】

断層画像生成部１３は、反射波信号取得部１１によって取得された反射波信号に基づいて断層画像（断面図）を生成する。具体的には、断層画像生成部１３は、反射波信号に基づいて３次元画像データを生成する。なお、３次元画像データは、例えば３次元空間の直交座標系の座標値毎に反射波信号に含まれる信号強度等に相当する画素値を含む。断層画像生成部１３は、この３次元画像データに基づいて、剥離によって樹脂部と導電部との間に形成された空隙を表す断層画像を生成する。なお、断層画像生成部１３は、３次元空間の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）のうち、いずれか１つの座標軸の値を固定した断層画像（平面画像）を生成することができる。

【0031】

出力部１４は、波形データ生成部１２によって生成された波形データ及び断層画像生成部１３によって生成された断層画像を出力する。

【0032】

図２は、図１に示す信号処理装置１０のハードウェア構成の一例を示す。信号処理装置１０は、ＣＰＵ１０１、不揮発性メモリ１０２、ＲＡＭ１０３、表示デバイス１０４及び通信デバイス１０５等を備える。また、信号処理装置１０は、ＣＰＵ１０１、不揮発性メモリ１０２、ＲＡＭ１０３、表示デバイス１０４及び通信デバイス１０５を相互に接続するバス１０６を有する。

【0033】

ＣＰＵ１０１は、信号処理装置１０内の各コンポーネントの動作を制御するためのプロセッサである。ＣＰＵ１０１は、単一のプロセッサであってもよいし、複数のプロセッサで構成されていてもよい。ＣＰＵ１０１は、不揮発性メモリ１０２からＲＡＭ１０３にロードされる様々なプログラムを実行する。本実施形態において、ＣＰＵ１０１によって実行されるプログラムには、信号処理プログラム１０３ａが含まれる。

【0034】

なお、上記した図１に示す反射波信号取得部１１、波形データ生成部１２、断層画像生成部１３及び出力部１４の一部または全ては、例えばＣＰＵ１０１（つまり、信号処理装置１０のコンピュータ）が信号処理プログラム１０３ａを実行すること、すなわち、ソフトウェアによって実現されるものとする。この信号処理プログラム１０３ａは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納して頒布されてもよいし、ネットワークを通じて信号処理装置１０にダウンロードされても構わない。

【0035】

ここでは上記した各部１１～１４の一部または全てがソフトウェアによって実現されるものとして説明したが、当該各部１１～１４の一部または全ては、ＩＣ（Integrated Circuit）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェア及びハードウェアの組み合わせ構成によって実現されてもよい。

【0036】

不揮発性メモリ１０２は、補助記憶装置として用いられる記憶媒体である。ＲＡＭ１０３は、主記憶装置として用いられる記憶媒体である。図２においては、不揮発性メモリ１０２及びＲＡＭ１０３のみが示されているが、信号処理装置１０は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の他の記憶装置を備えていてもよい。

【0037】

表示デバイス１０４は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等を含む。

【0038】

通信デバイス１０５は、外部機器との有線通信または無線通信を実行するように構成されたデバイスである。

【0039】

図２においては省略されているが、信号処理装置１０は、例えばマウスまたはキーボードのような入力デバイスを更に備えていてもよい。また、表示デバイス１０４及び入力デバイスは、例えばタッチスクリーンディスプレイのように一体として構成されていてもよい。

【0040】

次に、本実施形態に係る信号処理装置１０において樹脂部と導電部との間に生じる剥離を検出する原理について説明する。図３及び図４は、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向によって規定されている３次元空間に配置された電力機器４０を模式的に示している。なお、図３は、電力機器４０をＺ方向から視認した状態を示している。また、図４は、電力機器４０をＹ方向から視認した状態を示している。

【0041】

図３及び図４に示すように、電力機器４０は、樹脂部４１及び導電部４２によって構成されている。樹脂部４１は、例えばフィラーを含むエポキシ樹脂によって形成されている。エポキシ樹脂としては、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂が用いられてもよい。また、樹脂部４１の硬化剤としては、酸無水物系が用いられてもよい。フィラーとしては、例えばシリカが用いられる。なお、ここで説明した樹脂部４１は一例であり、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂の代わりにジシクロペンタジエン等が用いられてもよい。導電部４２は、金属材料で構成され、樹脂部４１によって覆われている。

【0042】

ここで、本実施形態においては、少なくとも一部が円筒形状を有している樹脂部４１によって導電部４２が覆われるように構成されている電力機器４０を想定している。図３及び図４に示す例において、樹脂部４１は、角部が丸みを有する略円筒形状の第１樹脂部４１ａと当該第１樹脂部４１ａの周囲に形成されるリング形状の第２樹脂部４１ｂとが組み合わされた形状を有しており、樹脂部４１ａと４１ｂは一体化している。

【0043】

なお、図３及び図４に示す樹脂部４１の形状は一例であり、当該樹脂部４１は、例えば単純な円筒形状を有していてもよいし、図３及び図４に示す形状よりも複雑な形状を有していてもよい。換言すれば、本実施形態における電力機器４０を構成する樹脂部４１は、上記したように少なくとも一部が円筒形状であればよく、所定の平面（例えば、Ｘ－Ｚ平面）に沿った断面が円形となる形状、または円筒形状を加工した形状等を有するものであってもよい。

【0044】

また、図３及び図４に示す電力機器４０は、棒状の形状を有する２つの導電部４２が、樹脂部４１（第１樹脂部４１ａ）が有する円筒形状の各底面から当該円筒形状の軸に沿って内部に埋め込まれた構成となっている。すなわち、本実施形態において、導電部４２は、例えば樹脂部４１が有する円筒形状の軸に沿って位置しているものとする。

【0045】

なお、電力機器４０の絶縁性を維持するために、電力機器４０の製造工程において、樹脂部４１及び導電部４２は互いに接着されているものとする。

【0046】

次に、上記した電力機器４０に対してテラヘルツ波を照射する照射装置２０及び当該電力機器４０からのテラヘルツ波の反射波を検波する検波装置３０について説明する。本実施形態においてテラヘルツ波は、樹脂部４１が有する円筒形状の側面（曲面）に対して径方向に照射されるものとする。なお、円筒形状の径方向とは、円筒形状の側面（曲面）から当該円筒形状の軸に向かう方向である。

【0047】

図５は、垂直入射を採用した場合の照射装置２０（送信器）と検波装置３０（受信器）との位置関係を示している。

【0048】

この場合、照射装置２０は、樹脂部４１が有する円筒形状の軸に対する垂直方向から電力機器４０にテラヘルツ波を照射する。このように照射されたテラヘルツ波の一部はビームスプリッタ５１によって反射されるが、当該ビームスプリッタ５１を透過したテラヘルツ波は、レンズ５２によって収束される。収束されたテラヘルツ波は、電力機器４０に到達する。電力機器４０で反射されたテラヘルツ波の一部は、ビームスプリッタ５１で屈折し、検波装置３０によって検波される。

【0049】

一方、図６は、斜入射を採用した場合の照射装置２０と検波装置３０との位置関係を示している。

【0050】

この場合、照射装置２０は、所定の角度を設けて電力機器４０にテラヘルツ波を照射する。所定の角度とは、例えば樹脂部４１が有する円筒形状の軸に対して垂直ではない角度である。照射装置２０から照射されたテラヘルツ波は、電力機器４０に到達し、電力機器４０で反射される。電力機器４０で反射されたテラヘルツ波は、検波装置３０によって検波される。

【0051】

上記した図５において説明した位置関係で照射装置２０及び検波装置３０を使用した場合には、ビームスプリッタ５１の影響により、理論上７５％のテラヘルツ波の損失がある。

【0052】

一方、図６に示した位置関係で照射装置２０及び検波装置３０を使用した場合には、図５に示すビームスプリッタ５１を介さずに検波装置３０がテラヘルツ波（反射波）を検波することが可能であるため、当該ビームスプリッタ５１による損失を低減し、反射波の検出能力を向上させることができる。

【0053】

ただし、本実施形態における照射装置２０及び検波装置３０は、照射装置２０によって照射されたテラヘルツ波（パルス波）の反射波を検波装置３０で検波することが可能であれば、図５に示す位置関係で使用されてもよいし、図６に示す位置関係で使用されても構わない。

【0054】

なお、照射装置２０から照射されるテラヘルツ波の計測高遅延時間は例えば１６０ｓｅｃである。なお、この計測高遅延時間を光路長に換算した場合は４８ｍｍとなる。反射型使用時測定可能厚さは２４ｍｍ（往復４８ｍｍ、屈折率１．０）である。テラヘルツ波形取得速度は１０００波形／秒である。なお、イメージング時の取得速度は１０００ピクセル／秒である。サンプリング間隔は０．１ｐｓｅｃである。テラヘルツ波発振帯域は２．０ＴＨｚより大きい。なお、照射装置２０（及び検波装置３０）には、走査機構が構築されているものとする。

【0055】

ところで、上記した電力機器４０の異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）を検査する場合、照射装置２０は、電力機器４０の深さ方向（円筒形状の径方向）に焦点を順次変えながらテラヘルツ波を照射する。これによれば、テラヘルツ波が照射された方向に形成されている空隙（つまり、樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）を検出することができる。

【0056】

なお、図３及び図４に示す電力機器４０においては、樹脂部４１（第１樹脂部４１ａ）が有する円筒形状の底面から当該円筒形状の軸に沿って導電部４２が当該樹脂部４１に埋め込まれた構成であるため、テラヘルツ波は、当該樹脂部４１が有する円筒形状の全周にわたって径方向に照射されることが好ましい。

【0057】

この場合、例えば図７に示すように電力機器４０を構成する樹脂部４１が有する円筒形状の軸を中心に当該電力機器４０を回転させるように構成された回転装置６０に当該電力機器４０を取り付け、当該回転装置６０によって当該電力機器４０を回転させる。一方、照射装置２０は、固定された状態で、樹脂部４１が有する円筒形状の軸に向かって電力機器４０にテラヘルツ波を照射する。なお、検波装置３０は、電力機器４０からの反射波を検波することができる位置に固定されていればよい。このようにテラヘルツ波が照射される間に、電力機器４０を回転させることにより、樹脂部４１が有する円筒形状の全周にわたってテラヘルツ波を照射することができる。

【0058】

なお、本実施形態において、照射装置２０は、樹脂部４１が有する円筒形状の側面を走査するものとする。具体的には、回転装置６０により電力機器４０を回転させる構成の場合、テラヘルツ波を照射しながら電力機器４０を１回転させた後に当該テラヘルツ波の照射を停止し、照射装置２０をＹ方向に移動し、再びテラヘルツ波を照射しながら電力機器４０を１回転させるような動作が繰り返されるものとする。これにより、例えば導電部４２の全ての面に対する樹脂部４１との剥離を検査することができる。

【0059】

なお、回転装置（機構）６０は、信号処理装置１０とは別個の装置である場合を想定しているが、当該信号処理装置１０の一部として動作するものであってもよい。

【0060】

ここでは回転装置６０により電力機器４０が回転するものとして説明したが、電力機器４０を固定した状態で、電力機器４０の周囲を周回する照射装置２０が当該電力機器４０にテラヘルツ波を照射する構成としてもよい。この場合、照射装置２０は、当該照射装置２０の向き（テラヘルツ波の照射方向）を樹脂部４１が有する円筒形状の径方向に維持したまま、当該電力機器４０の周囲を周回すればよい。なお、検波装置３０は、反射波を検波することができるように、照射装置２０とともに電力機器４０の周囲を周回するものとする。

【0061】

次に、図８のフローチャートを参照して、本実施形態に係る信号処理装置１０の処理手順の一例について説明する。

【0062】

電力機器４０の異常を検査する場合、照射装置２０は、当該電力機器４０に対してテラヘルツ波を照射する。これにより、例えば樹脂部４１及び導電部４２との間に剥離が生じ、当該樹脂部４１と導電部４２との間に空隙が形成されている場合、検波装置３０は、当該空隙の界面において反射した反射波を検波することができる。

【0063】

まず、反射波信号取得部１１は、検波装置３０によって検波された反射波に応じた反射波信号を当該検波装置３０から取得する（ステップＳ１）。

【0064】

ここで、上記したようにステップＳ１において取得される反射波信号は、照射装置２０が電力機器４０に対して焦点を合わせた状態でテラヘルツ波を照射し、かつ、上記した円筒形状の側面を走査することによって得られる信号であり、電力機器４０の内部の状態（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離等）に応じた信号強度、ピーク値及びピーク到達時間等を表す信号に相当する。

【0065】

このため、波形データ生成部１２は、ステップＳ１において取得された反射波信号によって表される信号強度、ピーク値及びピーク到達時間等に基づいて波形データを生成する（ステップＳ２）。

【0066】

断層画像生成部１３は、ステップ１において取得された反射波信号に基づいて電力機器４０（樹脂部４１及び導電部４２）の３次元画像データを生成することができる。断層画像生成部１３は、生成された３次元画像データに基づいて、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との境界部分を含む断層画像を生成する（ステップＳ３）。なお、図３及び図４に示す電力機器４０に対して照射装置２０から円筒形状の径方向にテラヘルツ波が照射された場合には、Ｘ－Ｚ平面に沿った断層画像を生成することができる。

【0067】

なお、図８においてはステップＳ２の処理が実行された後にステップＳ３の処理が実行されるものとして説明したが、当該ステップＳ３の処理が実行された後にステップＳ２の処理が実行されてもよい。また、ステップＳ２の処理が実行された後にステップＳ３の処理が実行される場合、ステップＳ３の処理は、ステップＳ２において生成された波形データを用いて実行されてもよい。また、ステップＳ３の処理が実行された後にステップＳ２の処理が実行される場合、ステップＳ２の処理は、ステップＳ３において生成された断層画像を用いて実行されてもよい。

【0068】

次に、出力部１４は、ステップＳ２において生成された波形データ及びステップＳ３において生成された断層画像を出力する（ステップＳ４）。ステップＳ４において、波形データ及び断層画像は、例えば表示デバイス１０４に出力され、当該表示デバイス１０４に表示される。

【0069】

このように表示デバイス１０４に表示された波形データ及び断層画像は、例えば信号処理装置１０を使用するユーザ（電力機器４０を検査する検査者）等によって参照される。

【0070】

ここで、図９は、波形データの一例を示している。図９において、縦軸は電界振幅を表し、横軸は時間を表している。図９には、第１波形データ７１及び第２波形データ７２が示されている。第１波形データ７１は、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間に剥離が生じていない場合の波形データの一例である。第２波形データ７２は、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間に剥離が生じている場合の波形データの一例である。

【0071】

図９に示す例では、第１波形データ７１及び第２波形データ７２の両方において、３５ｐｓｅｃ付近で１回目のピーク（値）が生じており、このピークは樹脂部４１の上面で反射した反射波を表している。

【0072】

一方、第１波形データ７１においては１３０ｐｓｅｃ付近で２回目のピークが生じており、このピークは導電部４２の表面で反射した反射波を表している。これに対して、第２波形データ７２においても１３０ｐｓｅｃ付近で２回目のピークが生じているが、当該第２波形データ７２の２回目のピーク到達時間は、第１波形データ７１の２回目のピーク到達時間よりも早い。このようなピーク到達時間の変化は、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間の剥離によって当該樹脂部４１と導電部４２との間に形成されている空隙においてテラヘルツ波（反射波）の伝播速度が変化することに起因する。

【0073】

更に、第２波形データ７２においては、電力機器４０を構成する樹脂部４１と上記した剥離によって形成された空隙との界面において反射された反射波を表す負のピークが生じている。

【0074】

すなわち、信号処理装置１０を使用するユーザは、上記した図９に示す第２波形データ７２が表示デバイス１０４に表示された場合には、当該第２波形データ７２（２回目のピーク到達時間の変化及び負のピーク等）を観察して電力機器４０に異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）が生じていることを把握することができる。

【0075】

次に、図１０は、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間に剥離が生じていない場合の断層画像の一例を示している。図１０に示す断層画像８０には樹脂部４１の上面（電力機器４０の外面）８１及び当該樹脂部４１の下面（つまり、樹脂部４１と導電部４２との接触面）８２が含まれているが、樹脂部４１と導電部４２との間に剥離が生じていないため、当該断層画像８０においては、樹脂部４１の下面８２近傍に当該剥離を示す変化は観察されない。

【0076】

一方、図１１は、電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間に剥離が生じている場合の断層画像の一例を示している。この場合、図１１に示す断層画像９０には樹脂部４１の上面９１及び当該樹脂部４１の下面９２が含まれているが、樹脂部４１及び導電部４２との間に剥離が生じているため、当該断層画像９０においては、当該剥離によって樹脂部４１と導電部４２との間に形成されている空隙に応じた歪みが樹脂部４１の下面９２近傍で観察される。

【0077】

すなわち、信号処理装置１０を使用するユーザは、上記した図１０に示す断層画像９０が表示デバイス１０４に表示された場合には、当該断層画像９０（樹脂部４１の下面９２近傍の歪み等）を観察して電力機器４０に異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）が生じていることを把握することができる。

【0078】

本実施形態においては、ステップＳ２において生成された波形データ及びステップＳ３において生成された断層画像の両方がステップＳ４において表示デバイス１０４に表示（出力）されるものとして説明したが、当該波形データ及び断層画像のうちの一方のみが表示される構成であってもよい。なお、波形データのみが表示される場合には、図８に示すステップＳ３の処理は省略されてもよい。一方、断層画像のみが表示される場合には、図８に示すステップＳ２の処理は省略されてもよい。

【0079】

また、本実施形態において電力機器４０の異常を検査するための知識及び経験が不足しているユーザが電力機器４０の異常を検査する場合、例えば単に図９に示す第２波形データ７２が表示されたとしても、当該異常を把握することができない可能性がある。このため、上記したステップＳ４においては、ステップＳ２において生成された波形データとともに、例えば図９に示す第１波形データ７１のような、正常な電力機器４０に照射されたテラヘルツ波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された波形データ（以下、正常時の波形データと表記）を表示するようにしてもよい。これによれば、ユーザは、正常時の波形データと比較しながらステップＳ２において生成された波形データを観察することにより、容易に電力機器４０の異常を把握することができる。なお、正常時の波形データは、予め信号処理装置１０（不揮発性メモリ１０２等）において保持されていればよい。

【0080】

同様に、ユーザが電力機器４０の異常を検査する場合、例えば単に図１１に示す断層画像９０が表示されたとしても、当該異常を把握することができない可能性がある。このため、上記したステップＳ４においては、ステップＳ３において生成された断層画像とともに、例えば図１０に示す断層画像８０のような、正常な電力機器４０に照射されたテラヘルツ波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された断層画像（以下、正常時の断層画像と表記）を表示するようにしてもよい。これによれば、ユーザは、正常時の断層画像と比較しながらステップＳ３において生成された断層画像を観察することにより、容易に電力機器４０の異常を把握することができる。なお、正常時の断層画像は、予め信号処理装置１０（不揮発性メモリ１０２等）において保持されていればよい。

【0081】

更に、例えば断層画像を表示する場合には、当該断層画像上に例えば導電部４２の深さ方向の位置を更に表示してもよい。なお、導電部４２の深さ方向の位置は、電力機器４０の表面（つまり、樹脂部４１の上面）から当該導電部４２の表面までの距離に相当し、例えばステップＳ１において取得された反射波信号（導電部４２の界面からの反射波に応じた反射波信号）によって表されるピーク到達時間及び予め得られている樹脂部４１の屈折率等に基づいて算出される。なお、導電部４２の深さ方向の位置は上記したステップＳ２において生成される波形データまたはステップＳ３において生成される断層画像を用いて算出されてもよい。

【0082】

なお、ここではステップＳ２において生成された波形データ及びステップＳ３において生成された断層画像が表示デバイス１０４に表示されるものとして説明したが、当該波形データ及び断層画像は、例えば信号処理装置１０の外部に設けられているサーバ装置やユーザが使用する端末装置等に送信（出力）される構成であってもよい。

【0083】

また、ここでは波形データ及び断層画像が出力されるものとして説明したが、当該波形データ及び断層画像は電力機器４０の異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）を検査するために有用な指標の一例であって、本実施形態は、電力機器４０に照射されたテラヘルツ波の反射波に応じた反射波信号を解析することによって得られる指標が出力される構成であればよい。

【0084】

上記したように本実施形態においては、少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部４１によって導電部４２が覆われるように構成されている電力機器４０（第１電力機器）に照射されたテラヘルツ波（パルス波）の反射波に応じた反射波信号を取得し、当該取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力する。なお、本実施形態において、テラヘルツ波は、樹脂部４１が有する円筒形状の径方向に照射される。また、本実施形態において導電部４２は、樹脂部４１が有する円筒形状の軸に沿うように位置しているものとする。

【0085】

本実施形態においては、上記した構成により、ユーザは、信号処理装置１０から出力される指標に基づいて、円筒形状を有する樹脂部４１から構成される電力機器４０の異常を非破壊で検査することができる。

【0086】

また、本実施形態においては、樹脂部４１が有する円筒形状の全周にわたってテラヘルツ波が径方向に照射されることによって、導電部４２の表面全体に対して樹脂部４１との剥離が生じているか否かを検査することができる。

【0087】

なお、上記したように樹脂部４１が有する円筒形状の全周にわたってテラヘルツ波が照射される場合、当該テラヘルツ波を照射する照射装置２０は固定され、電力機器４０は、当該照射装置２０によってテラヘルツ波が照射される間に、回転装置６０によって回転すればよい。一方、電力機器４０が固定された状態で、当該電力機器４０の周囲を周回する照射装置２０がテラヘルツ波を照射する構成によっても、樹脂部４１が有する円筒形状の全周にわたってテラヘルツ波を照射することができる。

【0088】

なお、本実施形態においては、例えば信号処理装置１０（出力部１４）から出力された指標（波形データ及び断層画像）を目視で観察したユーザが電力機器４０の異常を検査するものとして説明したが、当該波形データ及び断層画像に基づいて電力機器４０の異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）を自動的に検出する構成としてもよい。

【0089】

この場合、上記したように正常時の波形データを予め保持しておき、波形データ生成部１２によって生成される波形データと当該正常時の波形データとを比較することによって、電力機器４０の異常を検出することができる。具体的には、例えば波形データ生成部１２によって生成される波形データと当該正常時の波形データとの間に異常と認められる程度の差異が生じていると判定される場合に電力機器４０の異常が検出されるような構成とすることができる。なお、電力機器４０の異常は、例えば正常時の波形データに基づいて電力機器４０の異常が検出された際の波形データ（例えば、図９に示す第２波形データ７２のような異常時の波形データ）を用いて検出されてもよい。

【0090】

同様に、上記したように正常時の断層画像を予め保持しておき、断層画像生成部１３によって生成される断層画像と当該正常時の断層画像とを比較することによって、電力機器４０の異常を検出することができる。具体的には、例えば断層画像生成部１３によって生成される断層画像と当該正常時の断層画像との間に異常と認められる程度の差異が生じていると判定される場合に電力機器４０の異常が検出されるような構成とすることができる。なお、電力機器４０の異常は、例えば正常時の断層画像に基づいて電力機器４０の異常が検出された際の断層画像（つまり、図１１に示す断層画像９０のような異常時の断層画像）を用いて検出されてもよい。

【0091】

上記した波形データ及び断層画像に基づいて電力機器４０の異常（樹脂部４１と導電部４２との間の剥離）を自動的に検出する構成の場合には、例えば出力部１４は、当該検出処理を実行する検出部を含み、当該検出部による検出結果を出力するように構成されていればよい。

【0092】

ここで、本実施形態においては電力機器４０の異常として樹脂部４１と導電部４２との間の剥離について主に説明したが、例えば導電部４２を覆う樹脂部４１の内部に異物が混入している場合、当該異物は、電力機器４０における部分放電または絶縁破壊を引き起きし、当該電力機器４０の故障原因となり得る。このため、本実施形態に係る信号処理装置１０は、上記した電力機器４０の異常として例えば樹脂部４１の内部に異物（例えば、金属、気泡及び樹脂バリ等）が混入していることを検査するために用いられてもよい。この場合においては、上記したように電力機器４０に対して焦点を順次変えながらテラヘルツ波を照射し、かつ、樹脂部４１が有する円筒形状の側面を走査することによって、樹脂部４１の内部に存在する異物の界面からの反射波に応じた波形データ及び断層画像を出力すればよい。この場合、例えば比較的粗い粒度で焦点を変えるスクリーニング測定によって異物の位置（深さ）を推定し、当該推定された位置の近傍を比較的細かい粒度で焦点を変える詳細測定を行うようにしてもよい。

【0093】

また、上記した波形データ及び断層画像に基づいて電力機器４０を構成する樹脂部４１と導電部４２との間の剥離を自動的に検出する構成と同様に、本実施形態に係る信号処理装置１０は、正常時の波形データ及び断層画像を用いて、例えば樹脂部４１の内部に異物が混入していることを自動的に検出してもよい。

【0094】

なお、本実施形態においては、例えば０．０５～１０ＴＨｚの範囲に該当するテラヘルツ波を用いるものとして説明したが、具体的には、０．０７５～０．１２５ＴＨｚの周波数帯のテラヘルツ波を利用することが好ましい。更に、０．１ＴＨｚのテラヘルツ波は、剥離によって形成される空隙や異物を例えば断層画像等において好適に可視化することが可能である。このため、本実施形態においては、０．０７５～０．１２５ＴＨｚの周波数帯の中でも特に０．１ＴＨｚのテラヘルツ波を利用するとよい。また、上記したように幅のある周波数帯のテラヘルツ波を利用する場合であっても、０．１ＴＨｚを含む周波数帯のテラヘルツ波を利用して、検波及び解析することが好ましい。

【0095】

本実施形態においては電力機器４０にテラヘルツ波を照射するものとして主に説明したが、本実施形態におけるパルス波として超音波を用いることも可能である。

【0096】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0097】

１０…信号処理装置、１１…反射波信号取得部、１２…波形データ生成部、１３…断層画像生成部、１４…出力部、２０…照射装置、３０…検波装置、４０…電力機器、４１…樹脂部、４１ａ…第１樹脂部、４１ｂ…第２樹脂部、４２…導電部、１０１…ＣＰＵ、１０２…不揮発性メモリ、１０３…ＲＡＭ、１０３ａ…信号処理プログラム、１０４…表示デバイス、１０５…通信デバイス、１０６…バス。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【手続補正書】

【提出日】2022-10-14

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている第１電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップと
を具備し、
前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置しており、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射され、
前記第１電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む
信号処理方法。

【請求項2】

前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の全周にわたって前記径方向に照射される請求項１記載の信号処理方法。

【請求項3】

前記パルス波は、固定された照射装置によって照射され、
前記第１電力機器は、前記照射装置によってパルス波が照射される間に、当該第１電力機器を回転させるように構成された回転装置によって回転する
請求項２記載の信号処理方法。

【請求項4】

前記パルス波は、前記第１電力機器が固定された状態で、当該第１電力機器の周囲を周回する照射装置によって照射される請求項２記載の信号処理方法。

【請求項5】

前記パルス波は、少なくとも０．１テラヘルツ帯のテラヘルツ波を含む請求項１～４のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項6】

前記指標は、前記反射波信号に基づいて生成される反射波形を示す第１波形データを含み、
前記指標に含まれる第１波形データと、正常な第２電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された第２波形データとを比較することによって前記第１電力機器の異常を検出するステップを更に具備する
請求項１～５のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項7】

前記指標は、前記反射波信号に基づいて生成される前記第１電力機器の断層画像を含み、
前記指標に含まれる断層画像と、正常な第２電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号に基づいて生成された当該第２電力機器の断層画像とを比較することによって前記第１電力機器の異常を検出するステップを更に具備する
請求項１～５のいずれか一項に記載の信号処理方法。

【請求項8】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力する出力手段と
を具備し、
前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置しており、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射され、
前記電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む
信号処理装置。

【請求項9】

少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に対してパルス波を照射する照射装置と、前記パルス波の反射波を検波する検波装置と、信号処理装置とを備える信号処理システムにおいて、
前記信号処理装置は、
前記照射装置から前記電力機器にパルス波が照射されることによって、前記検波装置によって検波された反射波に応じた反射波信号を取得する取得手段と、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力する出力手段と
を含み、
前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置しており、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射され、
前記電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む
信号処理システム。

【請求項10】

信号処理装置のコンピュータが実行するプログラムであって、
前記コンピュータに、
少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、
前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップと
を実行させ、
前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置しており、
前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射され、
前記電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む
プログラム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0013】

実施形態に係る信号処理方法は、少なくとも一部が円筒形状を有する樹脂部によって導電部が覆われるように構成されている第１電力機器に照射されたパルス波の反射波に応じた反射波信号を取得するステップと、前記取得された反射波信号を解析することによって得られる指標を出力するステップとを具備する。前記導電部は、前記樹脂部が有する円筒形状の軸に沿うように位置している。前記パルス波は、前記樹脂部が有する円筒形状の径方向に照射される。前記第１電力機器の異常は、前記樹脂部と前記導電部との間の剥離を含む。