CN109311492B - 检测装置以及检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种检测装置，其在使具有规定的长度的梁构件通过彼此隔开预先设定的距离的2个辊接触路轨并同时使该梁构件在路轨上移动的情况下，检测作用于梁构件的角速度，并且计算检测到的角速度与2点间距离的乘积作为2个接触点的中点处的轨道不平顺量，其中，2点间距离为路轨分别与2个辊接触的接触点之间的距离。

Description

检测装置以及检测方法
技术领域
本公开涉及检测轨道不平顺的技术。
背景技术
为了使铁路车辆安全舒适地行驶，需要对铁路轨道进行维护管理以使其通常处于良好的状态。为此，对作为路轨偏差量的轨道不平顺的检测是必不可少的。
作为轨道不平顺的检测方法，已知有差分法及惯性测量法。使用差分法的检测装置将例如规格为1～3m的梁压在路轨上并利用位移计测量该梁的中央点与路轨之间的相对位移，由此来检测高低不平顺及轨向不平顺。此外，例如专利文献1中所述，使用惯性测量法的检测装置将由安装在轴箱或车体上的加速度计检测到的加速度二重积分，由此来计算高低不平顺及轨向不平顺，以检测轨道不平顺。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-300398号公报
发明内容
发明要解决的问题
为了良好地保持轨道状态，需要尽可能在宽的波长带把握轨道状态，并使得在测量波长区域中短波长分量的检测增益和长波长分量的检测增益均较大为宜。在此所述的短波长分量是指在正矢法的情形下比弦长的2分之1短的波长的分量；长波长分量是指比弦长的2分之1长的波长的分量。
不过，在上述以往的检测方法中存在以下问题。
首先，在差分法中，在对测量波长区域中检测到的短波长分量的增益和测量波长区域中检测到的长波长分量的增益进行比较的情况下，会导致短波长分量的检测倍率的最大值成为定值。例如在1阶差分法与2阶差分法中该倍率为2.0。因此，为了在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态，需要利用滤波器进行处理以将短波长的检测增益放大到所需的电平，从而导致装置的处理负荷变大。
此外，在惯性测量法中，如上所述，通过将加速度二重积分而获得波形，因此，在测量波长区域中的检测增益皆为1.0。所以，为了在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态，需要利用高通滤波器进行处理，以将短波长的检测增益放大到所需的电平，从而导致装置的处理负荷变大。
本公开的一个方面期望提供能够抑制处理负荷，并且能够在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态的技术。
解决问题的技术方案
本公开一个方面的检测装置是检测供车辆行驶的轨道的轨道不平顺的检测装置。
该检测装置具备梁构件、检测部以及计算部。
梁构件具有规定的长度。
检测部在使梁构件以2个接触点接触轨道并同时使梁构件在轨道上移动的情况下，检测作用于梁构件的角速度，其中，该2个接触点彼此隔开预先设定的距离。
计算部，计算由检测部检测到的角速度与2个接触点之间的距离即2点间距离的乘积，作为2个接触点的中点处的轨道不平顺量。
根据本公开，测量波长区域中的检测增益中比梁构件的长度短的波长分量即短波长分量的检测增益不会小于1阶差分法以及2阶差分法(正矢法)。因此，无需利用高通滤波器进行处理以放大短波长的检测增益，故而装置的处理负荷不会变大。此外，当欲增强长波长分量时只需利用低通滤波器进行处理即可，故而装置的处理负荷小。因此，能够抑制处理负荷，并且能够在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态。
本公开的检测方法是检测供车辆行驶的轨道的轨道不平顺的检测方法。
该检测方法中，在使具有规定的长度的梁构件以2个接触点接触轨道并同时使梁构件在轨道上移动的情况下，检测作用于梁构件的角速度，其中，该2个接触点彼此隔开预先设定的距离，并且计算检测到的角速度与2个接触点之间的距离即2点间距离的乘积，作为2个接触点的中点处的轨道不平顺量。
根据本公开，测量波长区域中的检测增益中比梁构件的长度短的波长分量即短波长分量的检测增益不会小于1阶差分法以及2阶差分法(正矢法)。因此，无需利用高通滤波器进行处理以放大短波长的检测增益，故而装置的处理负荷不会变大。此外，当欲增强长波长分量时只需利用低通滤波器进行处理即可，故而装置的处理负荷小。因此，能够抑制处理负荷，并且能够在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态。
附图说明
图1是示出检测装置的结构的概略结构图。
图2是示出检测装置的结构的概略结构图。
图3是说明利用检测装置对轨道不平顺进行检测的方法的说明图。
图4是说明利用检测装置对轨道不平顺进行检测的方法的说明图。
附图标记的说明
1…检测装置；11、12…梁构件；13…接头；14、15、16…辊；
17…握持部；18…气体阻尼器；19A…电位器；19B…倾斜仪；
20…旋转编码器；21、22…陀螺仪传感器；23…处理部；
23A…电线
具体实施方式
以下参照附图说明本公开的实施方式。
[1.构成]
检测装置1是检测供车辆行驶的轨道的轨道不平顺的装置。如图1、图2所示，检测装置1具备：2条梁构件11、12；连接2条梁构件11、12的接头13；3个辊14、15、16；握持部17；气体阻尼器18；电位器19A；倾斜仪19B；旋转编码器20；陀螺仪传感器21、22；以及处理部23。
梁构件11、12是具有规定的长度的棒状构件。梁构件11沿着路轨R1、R2的长边方向配置，梁构件12沿着在水平面上与路轨R1、R2的长边方向正交的方向配置。
接头13连接梁构件11的中央部11A与梁构件12的端部12A。
辊14安装于梁构件11的端部11B。辊14构成为能够抵接着路轨R1的踏面而行走。辊15安装于梁构件11的端部11C。辊15构成为能够抵接着路轨R1的踏面而行走。辊16安装于梁构件12的端部12B。辊16构成为能够抵接着路轨R2的踏面而行走。使用检测装置1检测路轨R1的轨道不平顺时，使辊14、15抵接于路轨R1，并使辊16抵接于路轨R2。
握持部17安装于梁构件12。握持部17形成为供作业人员容易握持的棒状。
气体阻尼器18安装于端部12B。气体阻尼器18用于吸收当中央部11A与端部12B之间的距离产生变化时所产生的冲击。
电位器19A安装于端部12B。电位器19A用于检测中央部11A与端部12B之间的距离。
倾斜仪19B安装于梁构件12的中央部12C，倾斜仪19B的设置位置并非一定要在中央部12C。倾斜仪19B检测梁构件12相对于水平面的倾斜角，以计量左右路轨的高低差。
旋转编码器20安装于辊15。旋转编码器20检测辊15的旋转角度。
陀螺仪传感器21、22设置于中央部11A。陀螺仪传感器21、22的设置位置并非一定要在中央部11A。陀螺仪传感器21是单轴陀螺仪，利用陀螺仪传感器21检测梁构件11的俯仰角的变化量。因此，在使辊14、15接触路轨R1并同时使梁构件11在路轨R1上移动的情况下，由陀螺仪传感器21检测梁构件11的绕俯仰轴的角速度即梁构件11的俯仰角速度。陀螺仪传感器22是单轴陀螺仪，利用陀螺仪传感器22检测梁构件11的偏航角的变化量。因此，在使辊14、15接触路轨R1并同时使梁构件11在路轨R1上移动的情况下，由陀螺仪传感器22检测梁构件11的绕偏航轴的角速度即偏航角速度。陀螺仪传感器21、22对应于检测部的一例。
处理部23以具有CPU、存储器的公知的微计算机为中心而构成。存储器是诸如RAM、ROM、闪存等半导体存储器。处理部23的各种功能通过由CPU执行储存在非转移实体记录介质中的程序来实现。在本示例中，存储器相当于储存有程序的非转移实体记录介质。此外，通过执行该程序，来实施对应于程序的方法。其中，构成处理部23的微计算机的数量可以为1个或为多个。并且，处理部23所执行的功能的一部分或全部也可以由一个或多个IC等以硬件的形式构成。处理部23对应于计算部的一例。
处理部23构成为可移动型。处理部23通过电线23A而与电位器19A、倾斜仪19B、旋转编码器20以及陀螺仪传感器21、22连接。处理部23可经由电线23A获取由电位器19A、倾斜仪19B、旋转编码器20以及陀螺仪传感器21、22输出的信号。此外，处理部23也可以构成为以无线的方式从电位器19A、倾斜仪19B、旋转编码器20以及陀螺仪传感器21、22获取信号，另外，处理部23也可以构成为设置在梁构件12上。
处理部23使用由旋转编码器20输出的辊15的旋转角度，来计算检测装置1在路轨R1、R2上行驶过的距离以及检测装置1的当前位置。
处理部23计算路轨R1的高低不平顺量G1。即，处理部23计算由陀螺仪传感器21输出的梁构件11的绕俯仰轴的俯仰角速度ω1与辊14、15之间的距离即2点间距离L的乘积，作为辊14、15的中点处的高低不平顺量G1。在计算路轨R1的高低不平顺量G1时使用下述式(1)。处理部23计算路轨R1的轨向不平顺量G2。即，处理部23计算由陀螺仪传感器22输出的梁构件11的绕偏航轴的偏航角速度ω2与辊14、15之间的距离即2点间距离L的乘积，作为辊14、15的中点处的轨向不平顺量G2。在计算路轨R1的轨向不平顺量G2时使用下述式(2)。
G1＝Lω1 式(1)
G2＝Lω2 式(2)
利用下述式(3)导出上述式(1)及(2)。以下使用图3进行说明。图3是以距检测开始点的距离为横轴，且以自基准面到路轨头顶面的高度尺寸为纵轴的图。在此将2个测量点的倾斜之差G以下述式(3)表示。
Figure GDA0002113865270000051
y1是测量点A处的自路轨设置面到路轨头顶面的高度尺寸。
y2是测量点B处的自路轨设置面到路轨头顶面的高度尺寸。
y1′是测量点A处的梁构件的倾斜。
y2′是测量点B处的梁构件的倾斜。
L是2个测量点之间的距离尺寸。
θ是水平线与梁构件之间的角度。
ω是在梁构件产生的角速度。
2个测量点的倾斜之差G相当于2个测量点间的中点的轨道不平顺量。由此，在作为测量基准的梁构件上设置陀螺仪传感器，用当使梁构件在路轨上移动时由陀螺仪传感器输出的俯仰角速度或偏航角速度乘以2个测量点之间的距离尺寸L，由此可获得2个测量点间的中点的高低不平顺量或轨向不平顺量。
图4是示出通过各检测方法测得的检测增益的特性的图。该图中，以空间频率为横轴，以检测倍率为纵轴。根据本检测方法，具有短波长的检测增益高于以往的检测方法的特征，从而能够通过短波长的检测增益的输出波形来把握短波长的凹凸状态。
此外，使用检测装置1检测路轨R2的轨道不平顺时，使辊14、15抵接于路轨R2，并使辊16抵接于路轨R1。处理部23使用由陀螺仪传感器21输出的梁构件11的角速度ω1来计算路轨R2的高低不平顺量G1。在计算路轨R2的高低不平顺量G1时使用上述式(1)。处理部23使用由陀螺仪传感器22输出的梁构件11的角速度ω2来计算路轨R2的轨向不平顺量G2。在计算路轨R2的轨向不平顺量G2时使用上述式(2)。
此外，在测量速度v为固定值的情况下使用上述式(1)及(2)，其中，测量速度v是当对轨道不平顺进行测量时使检测装置1行驶的速度。在测量速度v会产生变动的情况下，使用下述式(4)及(5)。
G1＝Lω1/v 式(4)
G2＝Lω2/v 式(5)
(2.效果)
根据以上详述的实施方式，在使具有规定的长度的梁构件11以彼此分隔预先设定的距离的2个辊14、15接触路轨R1，并同时使梁构件11在路轨R1上移动的情况下，检测作用于梁构件11的角速度，并计算检测到的角速度与2点间距离的乘积，作为2个接触点的中点处的轨道不平顺量，其中，2点间距离是路轨R1分别与2个辊14、15接触的接触点之间的距离。因此，在测量波长区域中的检测增益中，比梁构件11的长度短的波长分量即短波长分量不会小于1阶差分法以及2阶差分法(正矢法)。因此，无需利用高通滤波器进行处理以放大短波长的检测增益，故而装置的处理负荷不会变大。此外，当欲增强长波长分量时只需利用低通滤波器进行处理即可，故而装置的处理负荷小。因此，能够抑制处理负荷，并且能够在测量轨道不平顺的同时把握短波长的凹凸状态。
(3.其他实施方式)
以上对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限于上述实施方式，可进行各种变形加以实施。
(1)上述实施方式中的1个构成元素所具有的多个功能可通过多个构成元素实现，并且，1个构成元素所具有的1个功能也可通过多个构成元素实现。另外，多个构成元素所具有的多个功能可通过1个构成元素实现，并且，通过多个构成元素实现的1个功能也可通过1个构成元素实现。另外，也可省略上述一实施方式的构成的一部分。此外，可以将上述一实施方式的构成的至少一部分添加到上述其他实施方式的构成中，或对上述一实施方式的构成的至少一部分与上述其他实施方式的构成进行置换。另外，由记载在权利要求中的语句所确定的技术思想所包含的所有形态均为本公开的实施方式。
(2)除上述检测装置1之外，还可以通过诸如以该检测装置1为构成元素的系统、用于使计算机作为该检测装置1的处理部23而发挥作用的程序、记录有该程序的半导体存储器等的非转移实体记录介质、检测方法等的各种形态来实现本公开。

Claims (6)

1.一种检测装置，是检测供车辆行驶的轨道的轨道不平顺的检测装置，且具备梁构件，其中，所述梁构件具有规定的长度，所述检测装置的特征在于，还具备：
检测部，所述检测部在使所述梁构件以2个接触点接触所述轨道并同时使所述梁构件在所述轨道上移动的情况下，检测作用于所述梁构件的角速度，其中，所述2个接触点彼此隔开预先设定的距离；以及
计算部，所述计算部计算由所述检测部检测到的所述角速度与所述2个接触点之间的距离即2点间距离的乘积，作为所述2个接触点的中点处的轨道不平顺量。
2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述检测部检测所述梁构件的绕俯仰轴的角速度即俯仰角速度，作为所述角速度，
作为所述轨道不平顺量，所述计算部计算检测到的所述俯仰角速度与所述2点间距离的乘积作为所述2个接触点的中点处的高低不平顺量。
3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，
所述检测部检测所述梁构件的绕偏航轴的角速度即偏航角速度作为所述角速度，
作为所述轨道不平顺量，所述计算部计算检测到的所述偏航角速度与所述2点间距离的乘积作为所述2个接触点的中点处的轨向不平顺量。
4.一种检测方法，是检测供车辆行驶的轨道的轨道不平顺的检测方法，其特征在于，
在使具有规定的长度的梁构件以2个接触点接触所述轨道并同时使所述梁构件在所述轨道上移动的情况下，检测作用于所述梁构件的角速度，其中，所述2个接触点彼此隔开预先设定的距离；以及
计算检测到的所述角速度与所述2个接触点之间的距离即2点间距离的乘积，作为所述2个接触点的中点处的轨道不平顺量。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，
检测所述梁构件的绕俯仰轴的角速度即俯仰角速度作为所述角速度；
作为所述轨道不平顺量，计算检测到的所述俯仰角速度与所述2点间距离的乘积作为所述2个接触点的中点处的高低不平顺量。
6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，
检测所述梁构件的绕偏航轴的角速度即偏航角速度作为所述角速度；
作为所述轨道不平顺量，计算检测到的所述偏航角速度与所述2点间距离的乘积作为所述2个接触点的中点处的轨向不平顺量。
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