特許 7149049 放電探知システム及び放電探知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-28

(45)【発行日】2022-10-06

(54)【発明の名称】放電探知システム及び放電探知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/67 20060101AFI20220929BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

G01N21/67 A

G01N21/88 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018210111

(22)【出願日】2018-11-07

(65)【公開番号】P2020076643

(43)【公開日】2020-05-21

【審査請求日】2021-09-07

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、経済産業省、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（ＮＥＤＯ）委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(73)【特許権者】

【識別番号】504174135

【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100136504

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 毅彦

(72)【発明者】

【氏名】西 孝裕樹

(72)【発明者】

【氏名】大塚 信也

【審査官】吉田 将志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－２１５０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００９７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０６９７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２０３８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４９０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５２１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１３７２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５３２９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被検物体から生じた放電光を入射させるための複数の光ファイバであって互いに異なる光学的距離を有する前記複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を検出して前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を出力する光センサと、
前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定する信号処理系と、
を備え、
前記信号処理系は、前記検出信号のピーク時刻と前記放電光が入射した光ファイバの光学的距離に基づいて前記放電光が入射した光ファイバの端部の位置から前記放電光の発生位置までの光学的距離を算出し、算出した前記光学的距離に基づいて前記放電光の発生エリアを特定するように構成される放電探知システム。

【請求項2】

被検物体から生じた放電光を入射させるための複数の光ファイバであって互いに異なる光学的距離を有する前記複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を検出して前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を出力する光センサと、
前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定する信号処理系と、
を備え、
前記信号処理系は、前記複数の光ファイバのうち３つ以上の光ファイバに前記放電光が入射した場合には、前記３つ以上の光ファイバに入射した前記放電光の検出信号の各ピーク時刻と、前記３つ以上の光ファイバの各光学的距離に基づいて、前記３つ以上の光ファイバの各端部の位置から前記放電光の発生位置までの各光学的距離を算出し、算出した前記各光学的距離に基づいて前記放電光の発生位置を特定するように構成される放電探知システム。

【請求項3】

請求項１又は２記載の放電探知システムを用いて前記放電光の発生エリアを特定する放電探知方法。

【請求項4】

互いに異なる光学的距離を有する複数の光ファイバの少なくとも１つに被検物体から生じた放電光を入射させるステップと、
前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を光センサで検出することによって、前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を取得するステップと、
前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定するステップと、
を有し、
前記検出信号のピーク時刻と前記放電光が入射した光ファイバの光学的距離に基づいて前記放電光が入射した光ファイバの端部の位置から前記放電光の発生位置までの光学的距離を算出し、算出した前記光学的距離に基づいて前記放電光の発生エリアを特定する放電探知方法。

【請求項5】

互いに異なる光学的距離を有する複数の光ファイバの少なくとも１つに被検物体から生じた放電光を入射させるステップと、
前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を光センサで検出することによって、前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を取得するステップと、
前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定するステップと、
を有し、
前記複数の光ファイバのうち３つ以上の光ファイバに前記放電光が入射した場合には、前記３つ以上の光ファイバに入射した前記放電光の検出信号の各ピーク時刻と、前記３つ以上の光ファイバの各光学的距離に基づいて、前記３つ以上の光ファイバの各端部の位置から前記放電光の発生位置までの各光学的距離を算出し、算出した前記各光学的距離に基づいて前記放電光の発生位置を特定する放電探知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、放電探知システム及び放電探知方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、航空機では静電気や落雷によって燃料タンク内で放電が発生し、爆発することが無いように放電やスパーク光の確認試験が実施されている（例えば特許文献１参照）。典型的な航空機の放電確認試験は、燃料が充填されていない燃料タンクの供試体に電流を流し、多数のカメラや鏡を設置して撮影することによって行われる。供試体に電流が流れることによって放電が生じると、放電光がカメラで撮影される。このため、検査員が撮影結果の目視によって放電光を発見すれば、放電の発生箇所を特定することができる。

【0003】

一方、複数の光ファイバの端部を異なる位置に配置し、光ファイバに放電光を入射させることによって放電光の発生位置を検出する発光位置特定システムも提案されている（例えば特許文献２参照）。また、航空機や航空機以外を対象とする放電位置や大きさ等の測定装置も知られている（例えば特許文献３及び特許文献４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－０４９０２５号公報

【文献】特開２０１３－２００２１３号公報

【文献】特開平０１－１８４４７４号公報

【文献】特開２０１３－１５２１５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来のカメラでの撮影による放電確認試験の場合、被検査体の形状が複雑であると、多数のカメラや鏡の設置が必要になるという問題がある。逆に、カメラや鏡の配置が不十分であると、放電の見落としが発生する恐れがある。また、検査員が写真を目視して放電を確認する場合、検査員の労力や熟練を要する。

【0006】

一方、複数の光ファイバの端部を異なる方向に向けて配置する場合においても、光ファイバに入射した放電光を検出するための光センサを光ファイバの数だけ準備することが必要となる。このため、被検査体の形状が複雑であると、必要な光ファイバの本数が増加し、光センサの増加に繋がる。

【0007】

そこで本発明は、放電の発生位置を高精度かつ簡易に探知できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態に係る放電探知システムは、被検物体から生じた放電光を入射させるための複数の光ファイバであって互いに異なる光学的距離を有する前記複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を検出して前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を出力する光センサと、前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定する信号処理系とを備え、前記信号処理系は、前記検出信号のピーク時刻と前記放電光が入射した光ファイバの光学的距離に基づいて前記放電光が入射した光ファイバの端部の位置から前記放電光の発生位置までの光学的距離を算出し、算出した前記光学的距離に基づいて前記放電光の発生エリアを特定するように構成されるものである。
また、本発明の実施形態に係る放電探知システムは、被検物体から生じた放電光を入射させるための複数の光ファイバであって互いに異なる光学的距離を有する前記複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を検出して前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を出力する光センサと、前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定する信号処理系とを備え、前記信号処理系は、前記複数の光ファイバのうち３つ以上の光ファイバに前記放電光が入射した場合には、前記３つ以上の光ファイバに入射した前記放電光の検出信号の各ピーク時刻と、前記３つ以上の光ファイバの各光学的距離に基づいて、前記３つ以上の光ファイバの各端部の位置から前記放電光の発生位置までの各光学的距離を算出し、算出した前記各光学的距離に基づいて前記放電光の発生位置を特定するように構成されるものである。

【0009】

また、本発明の実施形態に係る放電探知方法は、上述した放電探知システムを用いて前記放電光の発生エリアを特定するものである。

【0010】

また、本発明の実施形態に係る放電探知方法は、互いに異なる光学的距離を有する複数の光ファイバの少なくとも１つに被検物体から生じた放電光を入射させるステップと、前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を光センサで検出することによって、前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を取得するステップと、前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定するステップとを有し、前記検出信号のピーク時刻と前記放電光が入射した光ファイバの光学的距離に基づいて前記放電光が入射した光ファイバの端部の位置から前記放電光の発生位置までの光学的距離を算出し、算出した前記光学的距離に基づいて前記放電光の発生エリアを特定するものである。
また、本発明の実施形態に係る放電探知方法は、互いに異なる光学的距離を有する複数の光ファイバの少なくとも１つに被検物体から生じた放電光を入射させるステップと、前記複数の光ファイバの少なくとも１つに入射した前記放電光を光センサで検出することによって、前記放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を取得するステップと、前記検出信号のピーク時刻に基づいて少なくとも前記放電光の発生エリアを特定するステップとを有し、前記複数の光ファイバのうち３つ以上の光ファイバに前記放電光が入射した場合には、前記３つ以上の光ファイバに入射した前記放電光の検出信号の各ピーク時刻と、前記３つ以上の光ファイバの各光学的距離に基づいて、前記３つ以上の光ファイバの各端部の位置から前記放電光の発生位置までの各光学的距離を算出し、算出した前記各光学的距離に基づいて前記放電光の発生位置を特定するものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る放電探知システムの構成図。

【図2】図１に示す光センサから信号処理系に出力される放電光の検出信号の一例を表すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態に係る放電探知システム及び放電探知方法について添付図面を参照して説明する。

【0013】

図１は本発明の実施形態に係る放電探知システムの構成図である。

【0014】

放電探知システム１は、被検物体Ｏに電流を流して放電光の発生エリア又は発生位置を特定するシステムである。放電探知システム１は、電流発生回路２、電流検出回路３、複数の光ファイバ４、単一又は複数の光センサ５、信号処理系６、暗箱７、入力装置８及び表示装置９を用いて構成することができる。

【0015】

放電光の発生エリア又は発生位置の探知対象となる被検物体Ｏは暗箱７内に設置される。図１に示す例では、板状のパネルに横断面がＩ型の補強材を取付けた典型的な形状を有する航空機部品を模擬した供試体が被検物体Ｏとなっている。被検物体Ｏは炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ： Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）や金属で構成される物体とすることができる。

【0016】

電流発生回路２は、暗箱７内に設置された被検物体Ｏに電流を印加する回路である。放電探知システム１で航空機部品の放電確認試験を行う場合であれば、雷電流を模擬した電流を電流発生回路２から被検物体Ｏに印加することができる。被検物体Ｏに電流が流れると、放電が生じる恐れがある。そこで、被検物体Ｏに電流を流した場合に放電が生じるか否かに加えて、放電が生じた場合にどの発生エリア又は発生位置で放電が起こるのかを放電探知システム１で放電光を検出することによって検査することができる。

【0017】

電流検出回路３は、被検物体Ｏへの電流の印加タイミングを検出する回路である。被検物体Ｏを電流が流れると電磁波は誘起される。このため、電流検出回路３は、被検物体Ｏを流れる電流値を検出する非接触式の電流プローブ等の他、電磁波を検出するアンテナを用いて構成することができる。電流検出回路３において検出された被検物体Ｏへの電流の印加タイミングは、電流印加の検知信号として信号処理系６に通知される。

【0018】

複数の光ファイバ４は、互いに異なる光学的距離（光路長）を有する。光学的距離は、光が実際に媒体を伝播する距離に媒体の屈折率を乗じた値となる。従って、複数の光ファイバ４の屈折率が同一である場合には、複数の光ファイバ４の長さが互いに異なる長さに決定される。

【0019】

各光ファイバ４の一端は暗箱７内に設置された被検物体Ｏの不確かな位置において発生し得る放電光を入射させることが可能な位置に配置される。図１に示す例では、互いに異なる長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を有する６本の光ファイバ４（Ｌ１）、４（Ｌ２）、４（Ｌ３）、４（Ｌ４）、４（Ｌ５）、４（Ｌ６）の一端が暗箱７の四方の壁に設けられた貫通孔に差し込まれた状態で固定されている。このため、影になる部分が生じるような複雑な形状を有する被検物体Ｏから生じた放電光であっても、複数の光ファイバ４（Ｌ１）、４（Ｌ２）、４（Ｌ３）、４（Ｌ４）、４（Ｌ５）、４（Ｌ６）の少なくとも１つの一端に入射させることができる。

【0020】

各光ファイバ４の他端は光センサ５と接続される。光センサ５は光ファイバ４ごとに接続してもよいが、複数の光ファイバ４の全部又は複数の一部に共通の光センサ５を接続するようにしても良い。複数の光ファイバ４の全部又は複数の一部の端部を共通の光センサ５と接続する場合には、複数の光ファイバ４の全部又は複数の一部の端部を光ファイバカプラ１０を介して共通の光センサ５と接続することができる。

【0021】

これにより、共通の光センサ５で複数の光ファイバ４の全部又は複数の一部に入射した放電光を検出することが可能となる。このため、光センサ５の数を低減し、放電探知システム１の構成を簡易にすることができる。

【0022】

図１に示す例では、６本の光ファイバ４（Ｌ１）、４（Ｌ２）、４（Ｌ３）、４（Ｌ４）、４（Ｌ５）、４（Ｌ６）の各端部が光ファイバカプラ１０を介して単一の光センサ５と接続されている。尚、光ファイバカプラ１０としては、複数本の光ファイバを加熱溶融した後、融着延伸して製作される溶融ファイバカプラが代表的である。

【0023】

光センサ５は、複数の光ファイバ４の少なくとも１つに入射した放電光を検出し、放電光の強度の時間変化に対応する振幅の時間変化を有する検出信号を信号処理系６に出力する光検出器である。光センサ５は、光電子増倍管（ＰＭＴ：ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ｔｕｂｅ）やフォトダイオード等の光電変換素子で構成することができる。光電変換素子で構成される光センサ５からは、放電光の検出信号が電気信号として信号処理系６に出力される。

【0024】

信号処理系６は、光センサ５から出力された放電光の検出信号に対する信号処理によって放電光の発生エリア又は発生位置を検出する機能を有している。放電光の検出信号は、光電変換素子で構成される光センサ５からアナログの電気信号として出力されるため、信号処理系６は、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ）変換器やコンピュータ等の電気回路で構成することができる。

【0025】

図２は図１に示す光センサ５から信号処理系６に出力される放電光の検出信号の一例を表すグラフである。

【0026】

図２において横軸は時間（ｎｓ）を示し、縦軸は放電光の相対強度（任意単位）を示す。光センサ５から信号処理系６に出力される放電光の検出信号の波形は、例えば図２に示すような波形となる。

【0027】

具体的には、光ファイバ４間において光学的距離が異なるため、放電光が光ファイバ４の入射側の端部から光センサ５側における端部まで伝播するためにかかる時間が光ファイバ４間において異なる。従って、複数の光ファイバ４に放電光が入射した場合には、放電光の強度のピーク時刻が異なる複数の放電光が光センサ５において検出される。この場合、信号処理系６では、異なる時刻において複数のピークを呈する放電光の強度の時間変化を表す検出信号が取得され、ピーク時刻の数は放電光が入射した光ファイバ４の数に相当する。

【0028】

電流検出回路３において検出された電流の印加タイミングを基準とし、被検物体Ｏへの電流の印加タイミングを初期時刻Ｔ０として放電光の検出信号のピーク時刻を公知のピーク検出処理によって信号処理系６において自動検出すると、各ピーク時刻は、電流の印加タイミングから放電光が発生するまでの時間、放電光が発生してから空気中を伝播して対応する光ファイバ４の端部に到達するまでの時間及び対応する光ファイバ４の一端から他端まで放電光が伝播する時間を、初期時刻Ｔ０に加算した時刻となる。

【0029】

放電光の発生位置は被検物体Ｏの表面上における不確かな位置となる。従って、電流の印加タイミングから放電光が発生するまでの時間と、放電光が発生してから空気中を伝播していずれか１つ又は複数の光ファイバ４の端部に到達するまでの時間は、不確かである。これに対して、各光ファイバ４の一端から他端まで放電光が伝播する時間は、各光ファイバ４の光学的距離で一意に定まる。

【0030】

そこで、放電光が被検物体Ｏの表面上において発生する可能性があるどの位置で発生して複数の光ファイバ４の少なくとも１つに入射しても、放電光の検出信号のピーク時刻が同一時刻とならないように複数の光ファイバ４間における光学的距離の差を決定することができる。そうすると、信号処理系６において放電光の検出信号のピーク時刻を自動検出すれば、放電光の検出信号のピーク時刻と複数の光ファイバ４の各光学的距離に基づいて複数の光ファイバ４のうちのいずれの光ファイバ４に放電光が入射したのかを特定することができる。

【0031】

このため、複数の光ファイバ４に入射した放電光を共通の光センサ５で検出しても、放電光が伝播した単一又は複数の光ファイバ４を信号処理系６において特定することができる。換言すれば、光ファイバ４間における光学的距離を十分に変えれば、複数の光ファイバ４に入射した放電光の検出信号を多重化することができる。

【0032】

具体例として、被検物体Ｏのどの位置で放電光が発生して光ファイバ４に入射しても長さがＬ１の光ファイバ４（Ｌ１）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ１)が時刻Ｔ１（＞Ｔ０）と時刻Ｔ２（＞Ｔ１）との間に、長さがＬ２の光ファイバ４（Ｌ２）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ２)が時刻Ｔ２と時刻Ｔ３（＞Ｔ２）との間に、長さがＬ３の光ファイバ４（Ｌ３）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ３)が時刻Ｔ３と時刻Ｔ４（＞Ｔ３）との間に、長さがＬ４の光ファイバ４（Ｌ４）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ４)が時刻Ｔ４と時刻Ｔ５（＞Ｔ４）との間に、長さがＬ５の光ファイバ４（Ｌ５）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ５)が時刻Ｔ５と時刻Ｔ６（＞Ｔ５）との間に、長さがＬ６の光ファイバ４（Ｌ６）を伝播した放電光の強度のピーク時刻ＰＴ（Ｌ６)が時刻Ｔ６よりも後に、それぞれなるように、６本の光ファイバ４（Ｌ１）、４（Ｌ２）、４（Ｌ３）、４（Ｌ４）、４（Ｌ５）、４（Ｌ６）の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６を決定することができる。

【0033】

そうすると、図２に例示されるように、長さがＬ１の光ファイバ４（Ｌ１）を放電光が伝播した場合にピークが生じ得るピーク時刻ＰＴ（Ｌ１)においてピークを呈する放電光の信号波形Ｓ（Ｌ１）、長さがＬ４の光ファイバ４（Ｌ４）を放電光が伝播した場合にピークが生じ得るピーク時刻ＰＴ（Ｌ４)においてピークを呈する放電光の信号波形Ｓ（Ｌ４）並びに長さがＬ５の光ファイバ４（Ｌ５）を放電光が伝播した場合にピークが生じ得るピーク時刻ＰＴ（Ｌ５)においてピークを呈する放電光の信号波形Ｓ（Ｌ４）を含む放電光の検出信号が信号処理系６において取得された場合には、長さがＬ１の光ファイバ４（Ｌ１）、長さがＬ４の光ファイバ４（Ｌ４）及びＬ５の光ファイバ４（Ｌ５）に放電光が入射及び伝播したと自動判定することができる。

【0034】

信号処理系６において放電光が入射した光ファイバ４を特定できれば、放電光が入射した光ファイバ４の端部の位置に基づいて放電光の発生エリアについても信号処理系６において自動的に特定することができる。すなわち、放電光が入射したと判定された光ファイバ４の端部に放電光が入射し得るエリアにおいて放電光が発生したと自動判定することができる。

【0035】

具体例として、図１に例示されるように放電光が入射したと判定された、長さがＬ１の光ファイバ４（Ｌ１）、長さがＬ４の光ファイバ４（Ｌ４）及びＬ５の光ファイバ４（Ｌ５）の各端部が、被検物体Ｏの特定のエリアに向けて配置されている場合であれば、当該特定のエリアが放電光の発生エリアであると信号処理系６において自動判定することができる。

【0036】

このように、複数の光ファイバ４の光学的距離及び端部の位置を適切に決定すれば、単一又は複数の光ファイバ４に入射及び伝播した放電光の検出信号のピーク時刻に基づいて、少なくとも放電光の発生エリアを信号処理系６において自動的に特定することが可能となる。特に、ＰＭＴ等の光センサ５は時間分解能が高く、発光時間がナノ秒台である放電光であっても検出することが可能である。このため、光ファイバ４間において光学的距離を変えれば、放電光の検出信号のピーク時刻の相違を信号処理系６において十分な精度で検出することができる。

【0037】

尚、異なる光ファイバ４を伝播して光センサ５で検出された放電光の強度のピーク時刻を互いに異なる時刻とするためには、複数の光ファイバ４のうち最も光学的距離の差が小さい２つの光ファイバ４間における光学的距離の差を、２つの光ファイバ４のうち光学的距離が短い方の光ファイバ４の端部から、放電光が発生し得る被検物体Ｏの表面における位置までの光学的距離の最大長さと、２つの光ファイバ４のうち光学的距離が長い方の光ファイバ４の端部から、放電光が発生し得る被検物体Ｏの表面における位置までの光学的距離の最小長さとの間における差よりも長くすることが適切である。但し、図２に例示されるように光ファイバ４の光学的距離を一定間隔で変化させれば、各光ファイバ４の長さの決定と、信号処理系６における放電光の検出信号に対する信号処理を単純化することができる。

【0038】

各光ファイバ４の端部から、放電光が発生し得る被検物体Ｏの表面における位置までの光学的距離は、被検物体Ｏのサイズが大きい程、長くなる。従って、放電光の強度のピーク時刻の取り得る時間範囲を、光ファイバ４間においてオーバーラップさせないためには、被検物体Ｏのサイズが大きい程、光ファイバ４間における光学的距離の差を大きくすることが必要となる。

【0039】

一方、異なる光ファイバ４を伝播した放電光の強度のピーク時刻が理論的に異なる時刻になったとしても、放電光の強度を表す信号波形が大幅にオーバーラップする場合には、異なるピーク時刻として検出できなくなる可能性がある。異なる光ファイバ４を伝播した放電光の強度のピーク時刻を別々に検出するためには、異なる光ファイバ４を伝播した放電光の強度を表す信号波形の立上りから立下りまでの期間についてもできるだけオーバーラップしないようにすることが望ましい。

【0040】

放電光の強度を表す信号波形の立上りから立下りまでの期間は放電期間に相当する。放電は、ボルテージスパークと、サーマルスパークとに大別される。ボルテージスパークは、被検物体Ｏに電圧を印加した際に、印加電圧に起因して電流が流れるタイミングでナノ秒オーダの短い期間に生じる放電である。一方、サーマルスパークは、被検物体Ｏを流れた電流によるジュール熱に起因して電流が流れてから１０μｓ程度遅れて生じるプラズマである。サーマルスパークの期間は、１００μｓ程度であり、ボルテージスパークと比較すると桁違いに長い。

【0041】

典型的なボルテージスパークによって生じる放電光の強度を表す信号波形は鋭利な波形となる。このため、ボルテージスパークが継続する期間に基づいて理論的に計算すると、ボルテージスパークによって生じた放電光の強度を表す信号波形を異なる光ファイバ４間でオーバーラップさせないためには、各光ファイバ４の端部からスパークの発生位置までの距離の差を考慮しない場合、光ファイバ４間における光学的距離の差を１ｍ以上とすれば良いことになる。従って、複数の光ファイバ４間における光学的距離の差を少なくとも１ｍ以上とすれば、信号処理系６において、ボルテージスパークによって生じた放電光の発生エリアを良好な感度で特定することが可能となる。

【0042】

実際に光ファイバ４間における光学的距離の差を５ｍとして、金属電極間において発生させたボルテージスパークによる放電光を４本の光ファイバ４に入射させて検出した結果、各放電光の信号波形を光ファイバ４間でオーバーラップさせずに検出できることが確認された。

【0043】

一方、サーマルスパークによって生じる放電光の信号波形は時間方向に広がりを持っている。そこで、サーマルスパークによって生じた放電光の強度を表す信号波形が異なる光ファイバ４間でオーバーラップしてもピーク時刻が峻別できるようにするための条件をサーマルスパークが継続する期間に基づいて理論的に計算すると、各光ファイバ４の端部からスパークの発生位置までの距離の差を考慮しない場合、光ファイバ４間における光学的距離の差を５０ｍ以上とすれば良いことになる。従って、複数の光ファイバ４間における光学的距離の差を少なくとも５０ｍ以上とすれば、信号処理系６において、サーマルスパークによって生じた放電光の発生エリアを良好な感度で特定することが可能となる。

【0044】

但し、サーマルスパークによって生じる放電光の信号波形は鋭利な波形とならず、ノイズ除去処理や検出条件によってはピークが顕著に現れない場合があることから、複数の光ファイバ４間における光学的距離の差を７０ｍ以上とすることが十分な感度を得る観点から望ましいと考えられる。実際に、光ファイバ４間における光学的距離の差を７０ｍとして、複雑な形状を有する被検物体Ｏから発生したサーマルスパークによる放電光を２本の光ファイバ４に入射させて検出した結果、２つのピーク時刻をオーバーラップさせずに検出できることが確認された。

【0045】

放電光の検出信号のピーク時刻は、上述したように放電光が入射した光ファイバ４の端部の位置から放電光の発生位置までの光学的距離によっても変化する。従って、信号処理系６において放電光の検出信号のピーク時刻を自動検出すれば、放電光の検出信号のピーク時刻と放電光が入射した光ファイバ４の光学的距離に基づいて、放電光が入射した光ファイバ４の端部の位置から放電光の発生位置までの光学的距離を算出することができる。

【0046】

すなわち、放電光の検出信号のピーク時刻から、放電光が光ファイバ４を伝播するために要した時間だけ遡った時刻が、光ファイバ４の端部の位置に放電光が到達した時刻であると考えることができる。このため、空気中における光速から光ファイバ４の端部の位置から放電光の発生位置までの光学的距離を算出することができる。光ファイバ４の端部の位置から放電光の発生位置までの光学的距離が算出できると、放電光の発生位置は被検物体Ｏの表面上における位置であることから、放電光の発生エリアを限定することができる。具体的には、光ファイバ４の端部の位置から一定の距離だけ離れた被検物体Ｏの表面上における位置、つまり半径が一定の仮想的な球面と被検物体Ｏの表面との交線を、放電光の発生エリアとして自動的に特定することができる。

【0047】

従って、複数の光ファイバ４のうち３つ以上の光ファイバ４に放電光が入射した場合には、３つ以上の光ファイバ４に入射した放電光の検出信号の各ピーク時刻と、放電光が入射した３つ以上の光ファイバ４の各光学的距離に基づいて、放電光が入射した３つ以上の光ファイバ４の各端部の位置から放電光の発生位置までの各光学的距離を算出することができる。この場合には、放電光が入射した３つ以上の光ファイバ４の各端部の位置から放電光の発生位置までの各光学的距離に基づいて、放電光の発生位置を幾何学的に特定することが可能である。すなわち、信号処理系６において、放電光が入射した３つ以上の光ファイバ４の各端部を中心とする３つ以上の球面の交点として、幾何学的に放電光の発生位置を自動検出することができる。

【0048】

信号処理系６において取得された情報は、必要に応じて表示装置９に表示させることができる。また、入力装置８から必要な情報を信号処理系６に入力することができる。具体例として、被検物体Ｏの表面の空間位置情報を信号処理系６における情報処理に使用する場合であれば、被検物体Ｏの表面形状を表すソリッドモデル等の３次元座標データを信号処理系６に入力することができる。

【0049】

以上のような放電探知システム１及び放電探知方法は、光学的距離が異なる複数の光ファイバ４の各一端を異なる位置に配置し、光学的距離が異なる複数の光ファイバ４を放電光が伝播するために要する時間が僅かに異なる性質を利用して、放電光の発生エリアを特定するようにしたものである。

【0050】

このため、放電探知システム１及び放電探知方法によれば、従来の放電確認試験のように死角が生じないように多数のカメラや鏡を設置する作業はもちろん、検査員による写真の観察や複数のカメラのシャッターを一斉に切る操作及び装置も不要となる。特に、光ファイバ４の設置は、カメラや鏡の設置と比較して容易である。加えて、光センサ５を複数の光ファイバ４で共通化することが可能である。

【0051】

その結果、放電確認試験に要する時間とコストを低減することができる。また、光ファイバ４の端部の位置及び向きを容易に調整できるため、被検物体Ｏの形状が複雑であっても、死角の発生を低減することができる。すなわち、放電確認試験を高精度かつ簡易に行うことが可能となる。

【0052】

（他の実施形態）
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

【符号の説明】

【0053】

１ 放電探知システム
２ 電流発生回路
３ 電流検出回路
４ 光ファイバ
５ 光センサ
６ 信号処理系
７ 暗箱
８ 入力装置
９ 表示装置
１０ 光ファイバカプラ
Ｏ 被検物体

【図1】

【図2】