JP2004511924A - 誘導近接センサの故障確率の監視および予測のための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、可動の転轍部またはレール部の位置を監視するために使用される誘導近接センサ（１）の確率を監視するための装置を提供する。近接センサ（１）は、発振器（７）によって給電される少なくとも１つのコイル（５）を含む。変更可能な減衰の関数として流れるセンサ電流が測定されて、評価回路に供給される。可動の転轍部またはレール部の距離、すなわち機械的減衰の関数としてのセンサ電流の経過に関するセンサの特性曲線（１８、２２）が、電気的非付加減衰状態および電気的付加減衰状態で記憶される。機械的減衰状態に対応する測定電流（２２）と、対応する付加的かつ電気的に減衰された測定電流が、周期的に走査される。それぞれの測定電流または測定電流の対が比較器評価回路に供給され、ここで特性曲線から生ずる差が測定された差と比較される。

Description

【０００１】
本発明は、可動の転轍部またはレール部の位置の監視のための誘導近接センサの故障確率を監視し予測するための装置において、近接センサが少なくとも１つの、発振器によって給電されたコイルを有し、変動する発振制御（Ｂｅｄａｅｍｐｆｕｎｇ）によって流れるセンサ電流を測定し、評価回路に供給する装置に関する。
【０００２】
リジッド・レールでトング（Ｚｕｎｇｅ）の接触もしくは離脱を監視するために、例えば誘導センサを使用することができる。トングの接触をリジッド・レール（Ｂａｃｋｅｎｓｃｈｉｅｎｅｎ）で検知するために、誘導センサをリジッド・レールのウェブ内に組み込むことができ、トングの離脱のためにこのセンサの非発振制御状態または別の特殊に形成された誘導センサのいずれかを使用することができる。このようなセンサは、それぞれの発振制御に応じて一定の電流を供給し、このセンサの電力消費量を監視することができ、この方法により距離情報を得ることができる。ＡＴ３９９８５１Ｂから、レール転轍機の状態を監視するための方法が知られており、この方法において付加的に転轍機の通行中に得られた信号が評価され、その都度この距離の最小値が蓄積され、この測定された最小値の変化ならびに最小距離のための少なくとも１つの第１限度値が相互に比較される。この方法により、転轍機のトング・レールの領域における早期の摩耗が検知される。ＷＯ９７／３３７８４に、センサを連続的な距離センサとして形成し、２回に分けた評価を行うことが提案されており、一方の評価がその都度の距離を、第２の評価がセンサの機能コントロールを提供し、所定の特性曲線の公差窓が基準とみなされる。
【０００３】
原理的に、連続的な距離センサとして形成されたセンサが少なくとも誘導センサとして形成されており、自由振動する発振器を備えたコイルが使用され、該発振器の振動振幅が強磁性材料もしくは導電性材料の近接時に変化し、それによって対応する電力消費量の変化を測定することができる。測定された電力消費量から、評価回路で対応する距離情報を得ることができる。
【０００４】
誘導近接センサの正確な機能を監視するために、ＤＥ−Ｃ−３１５０２１２において、すでに試験信号を使用することが提案された。このような試験信号を用いて、電気的減衰または減衰等化が達成され、信号の変化の評価が印加された試験信号でおよび試験信号なしで近接センサの有効性の判断を与える。このような回路配列により、原理的に、センサが正確に接続されるかどうか、特に、このような場合に試験信号の印加が評価可能の変化を検知させないので、センサが故障しているかどうかを検知することができる。
【０００５】
本発明は、ここで可動の転轍部またはレール部の位置の監視のための誘導近接センサの故障確率を監視し予測するための装置において、公知のテスト発振制御の原理が使用される装置を構築することを目標としているが、その際に、可能な特性曲線推移の変化からセンサの故障予測を行うために、全ての信号特性用の誘導距離センサ用の自己テスト装置を構築すべきである。増大した故障確率に対して可能な原因は、特に水の浸入とそれにより寄生抵抗の形成、回路内の機械的損傷または部材損傷ならびにセンサ電子回路内の欠陥による導体間の絶縁抵抗の減少であり、これが距離電流特性曲線の変化をもたらし、それによって誤った距離情報が検出される。本発明に係わる装置は、適時にこのような変化を表示し、それによってセンサの保守もしくは交換がすでにその本来の故障の遥か前に行うことができるようにする。この課題を解決するために、本発明に係わる装置は、本質的に、センサの特性曲線がセンサ電流の経過について、可動の転轍部またはレール部、つまり機械的発振制御の距離に依存して、電気的に非付加的な発振制御状態および電気的に付加的な発振制御状態で蓄積され、機械的発振制御状態に相当しかつその都度対応する付加的な電気的に発振制御された測定電流が周期的に走査され、それぞれの測定電流もしくは測定値対が比較回路および評価回路に供給され、その中で特性曲線に基づいて得られる差が測定された差と比較される。誘導センサは、常法により調節後に取り外され、センサの特性曲線がトングの異なる位置についてリジッド・レールと相対的に記録される。そこでこの特性曲線と別の特性曲線とが記録され、この特性曲線においてセンサが付加的に電気的に発振制御され、これらの両方の特性曲線が蓄積されることによって、その後、トングの各位置に無関係にリジッド・レールと相対的に、故障確率の予想を行うことが可能である。通常の場合、故障したセンサは非発振制御状態で明確に区別可能の信号を完全なセンサへ提示する。しかし、このようなセンサの最大の機械的な非発振制御状態で、故障したセンサの信号が本質的に完全なセンサの信号から区別できないことが判明している。電気的に発振制御された回路配列のための測定値の付加的な検査によって、この目的のためにその都度完全なセンサの元の特性曲線との比較が行われる場合、初めて完全なセンサと故障したセンサとの間の相違を明らかに識別することができる。この目的のために、本発明に基づき、機械的な発振制御状態に相当する並びに対応する付加的な電気的に発振制御された測定電流を周期的に走査し、それぞれの測定電流もしくは測定値対が比較回路および評価回路に供給することが提案される。このような比較回路および評価回路において、その後蓄積された特性曲線を利用して評価を行うことができ、完全なセンサの特性曲線から生じる差に対する差が、対応する故障確率の予測を可能にする。
【０００６】
特に好ましい方法において、この形成は、その場合に少なくとも２つの異なる機械的な発振制御の測定値対の信号が評価回路に供給されるように行われている。信号経過の全般にわたって完全なセンサと故障したセンサの測定値の差が実際の位置の電気的な非発振制御状態で示すことができ、それによって測定対象の距離に依存することを示すことができた。特に、これらの差は最大の機械的発振制御で最小の機械的発振制御、つまり離間しているトングよりも大きくなることを示すことができた。電気的発振制御なしの完全なセンサおよび欠陥のあるセンサの特性曲線のこの挙動から、完全なセンサと故障したセンサとの間の差が顕著ではないため、直接的に特性曲線の大きい部分領域にわたって故障の規模に関する厳密な表出を行うことができないことが明らかである。顕著な変化は、まず最大の機械的に発振制御された位置で生じるが、もちろんこの場合は、電気的に発振制御されたセンサの特性曲線の助けなしに、特に低すぎる測定電流がすでに接触からの距離で接触位置を発信することになり、完全なセンサの場合リジッド・レールへのトングの接触に相当する測定電流に相当するため、誤った距離値を得ることがありうる。付加的な電気的に発振制御されたセンサの測定値および特性曲線との比較により、初めてこのような差が評価可能であり、欠陥および故障確率について対応する逆推論を許容する。
【０００７】
特に簡単な方法において、電気的な発振制御を供給電圧の上昇によって行うことができる。これは、特に電気的導線の数の減少に基づき統計的に欠陥確率の減少が生じるいわゆる２線技術の導入のために推奨される。付加的な電気的に発振制御された信号の検出用の回路は、有利には電気的発振制御がセンサ・コイルのタップを介して行われるように形成することができ、有利には抵抗を介してセンサ・コイルのタップで電気的な発振制御を制御するトランジスタが設けられており、該トランジスタのベースはツェナー・ダイオードを介して電圧源に接続されている。この方法により、供給電圧の簡単な上昇によって直接電気的発振制御を接続し、供給電圧の低下によって再び単に機械的発振制御のための測定値だけを得ることに成功する。全体的に、有利には測定値対の差の少なくとも１つの評価が機械的な非発振制御状態で行われるように処理され、それぞれ一定の距離に相当する定常電流が測定されるように、その評価を行うことができる。
【０００８】
振動回路への抵抗の周期的な接続により、それによって量で規定された振動回路の発振制御が行われ、供給電圧の上昇による接続によって、単に２線を用いるだけで充分とすることができる。センサ・ハウジング、組立および測定対象による発振制御は、機能的にみると、作用損失として発振器の振動振幅の低減とそれに伴う電力消費量の低減とをもたらす渦電流損失である。
【０００９】
振動回路と並列の抵抗の作用は、渦電流損失の作用に等しく、この方法により信号特性の変化を生じるほぼ全てのセンサ欠陥を、周期的なテスト発振制御と対応するセンサ電流の評価とによって検出することができる。
【００１０】
対応する特性曲線と比較することによって、センサの特性に関する予測も測定対象による発振制御時に、つまり離脱から接触へ移動するトングによる発振制御時に達成することができる。このような予測が予期されるセンサ電流を与えない場合、センサ欠陥について推論することができる。
【００１１】
本発明は、以下、図面を利用してより詳しく説明する。
【００１２】
図１に、２つの電気的リード線２および３を有する誘導近接センサ１を示す。強磁性材料もしくは導電性材料からなる必要がある測定対象、例えば転轍トングは、概略的に４で示している。センサ１を利用して、測定電流に基づき測定対象とセンサ表面との間の距離ａを推論することができる。
【００１３】
原理的な回路配列を、図２に示す。
【００１４】
図２に、５で振動回路コイルを表しており、この振動回路に特徴的なＬＣ素子がコンデンサ６を有する。コイル５への測定対象の近接は、機械的な発振制御を引き起こし、発振器が概略的に７で表されており、それぞれの振動振幅に応じて信号線８を介して引渡される対応する定常電流を供給する。
【００１５】
２線回路内のこのセンサの測定モードで、発振器７が定常電流源または定常電圧源から給電され、そのために供給電圧の変動時に本質的な変動が現われない。供給電圧は、線２および３を介して供給され、第１ツェナー・ダイオード９が設けられており、これによって回路配列の故障を引き起こし得る電圧ピークが除去されるものである。この第１ツェナー・ダイオード９は、図２に示した第２ツェナー・ダイオード１０より高い通電電圧に設計されている。
【００１６】
典型的に１２〜１８Ｖから、例えば２２Ｖへ供給電圧を上げることによって、そこで対応するツェナー・ダイオード１０の設計時に電流が分配器を形成する抵抗１１および１２を介して流れ、この方法によりトランジスタ１４のベース１３が導電性になるため、それによってそこで抵抗１５、コンデンサ１６ならびにトランジスタ１４のコレクタおよびエミッタを介して電流を流すことができる。この抵抗１５は線１７を介してコイル５のタップに接続されているため、この場合に振動回路の電気的な発振制御が行われ、それによって測定された振幅が変えられ、線８を介して別の信号を得ることができる。
【００１７】
定常電流源もしくは定常電圧源は、センサ信号を印加した電流信号の形態で供給回線に引渡すアンプを駆動する。また、このアンプは電圧依存性がない。振動回路に、タップを介してセンサ・コイルから接続した電気的発振制御時にエネルギーが奪われ、渦電流損失および磁化変化損失によってセンサ・コイルに生じうる物理的な損失に相当するこのエネルギー損失が規定された発振制御の前および後の電流値の変化をもたらし、このエネルギー損失をその都度両点間の対応する目標特性曲線と比較することができる。
【００１８】
制御された電圧変化は、同時に制限されたセンサ回路のテストと、ケーブル路のテストも可能にする。
【００１９】
供給電圧の上昇または低下による電流信号の変化は、ケーブル路の故障またはセンサの回路部の故障のいずれかがあることを意味する。センサが周期的に試験される場合、センサの気づかない故障に一因がある部材の数を明らかに低減することができる。それにより、ツェナー・ダイオード１０によって制御されて、トランジスタ１４が供給電圧の一定の上昇時に抵抗を介して振動回路からのエネルギーを誘導するスイッチとして使用される。電気的に発振制御された測定値の周期的な走査のための、このようなスイッチング過程は、センサ供給電圧の短時間の上昇の誘因となることがある。望ましくない寄生抵抗は、供給電圧の上昇時に電流上昇を引き起こすことがあり、この回路配列によってこのような欠陥も検出可能になる。
【００２０】
特徴的な特性曲線推移を、ここで図３および図４に示す。
【００２１】
図３に、その場合に機械的な発振制御に依存する電力消費量の経過を再現する第１特性曲線１８が明らかである。欠陥のあるセンサもしくは欠陥となるセンサの場合、この電流測定値が曲線１９に従って低下し、同時に測定値の変化が最大距離で、つまりセンサの機械的な非発振制御状態で、重要性がないほど小さくなり、距離の低減とそれにより機械的な発振制御の増加とによって初めて明らかに測定可能になることが分かる。しかし、センサの特性曲線推移、例えば曲線１９に相当する欠陥のあるセンサは、最小電流が点２０のトングの接触により完全なセンサの場合に故障したセンサの特性曲線で、すでにそれにより対応する評価において大きすぎる距離を生じることになる点２１に達するため、センサに欠陥があることを同時に検知されない場合、誤った距離値を生じることになる。
【００２２】
曲線群２２は、ここで同時に付加的な電気的発振制御時の完全なセンサに相当する。そこでは、故障したセンサにおいてこの場合に接続された電気的発振制御時に曲線２３の曲線推移に従ってトングの離脱でも、欠陥のあるセンサを推論させるすでに著しい差が生じることが判明している。この差は、これが電気的発振制御無しおよび有りの状態間の離脱について測定されるように、この場合では測定電流ｂの差に相当し、逆にこの差は故障したセンサの場合に本質的に大きくなり、Ｃに相当する。
【００２３】
ここで、図４に示したように、周期的に電気的発振制御が接続される場合、完全なセンサのために各々１つの、図４の曲線群２４に相当する信号経過が生じ、明らかにその都度トランジスタのスイッチ投入時に記録された電力消費量が減少することが分かる。この減少は、その都度完全なセンサの曲線推移の部分領域２５、２６、２７、２８、２９および３０によって示されており、同時に、この差がセンサの異なる機械的な発振制御では別になることが生じる。
【００２４】
ここで故障したセンサがある場合、この差が曲線推移の所定の箇所で拡大し、付加的に測定された電流差が曲線群によって箇所３１、３２、３３、３４、３５および３６によって示されている。この場合に、もちろん、この差がもはや元の特性曲線２４から出ず、正確にみると測定値として故障したセンサの特性曲線１９から出ることが分かる。
【００２５】
この全ての信号差から、ここで必要な予測を出すことができ、特に可動の転轍部またはレール部の位置の監視のための誘導近接センサの故障確率を定量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
誘導センサの概略的な測定配列である。
【図２】
詳細な回路図である。
【図３】
電気的な非発振制御状態および電気的な発振制御状態でセンサの異なる状態におけるセンサ測定面に対する測定対象の距離のセンサ電流の依存性に関する特性曲線推移である。
【図４】
電気的発振制御による周期的な配線時の信号特性である。

Claims (6)

1. 可動の転轍部またはレール部の位置の監視のための誘導近接センサ（１）の故障確率を監視し予測するための装置であって、近接センサ（１）が少なくとも１つの、発振器（７）によって給電されたコイル（５）を有し、変動する発振制御によって流れるセンサ電流を測定し、評価回路に供給される装置において、
   センサ電流の経過のためのセンサ（１）の特性曲線（１８、２２）が可動の転轍部またはレール部の距離、つまり機械的な発振制御に依存して、電気的に非付加的な発振制御状態（１８）および電気的に付加的な発振制御状態（２２）で蓄積され、機械的な発振制御状態に相当しかつそれぞれ対応する付加的に電気的に発振制御された測定電流（２４）が周期的に走査され、各測定電流または測定値対が比較回路および評価回路に供給され、その中で特性曲線によって生じる差が測定された差と比較されることを特徴とする装置。
2. 評価回路の少なくとも２つの異なる機械的発振制御のための測定値対の信号が供給されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 電気的発振制御が供給電圧の上昇によって行われることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 電気的発振制御がセンサ・コイル（５）のタップ（１７）を介して行われる、請求項１、請求項２または請求項３に記載の装置。
5. 電気的発振制御を抵抗（１５）を介してセンサ・コイル（５）のタップ（１７）で制御するトランジスタ（１４）が設けられており、該トランジスタのベース（１３）がツェナー・ダイオード（１０）を介して電圧源に接続されていることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の装置。
6. 測定値対の差の少なくとも１つの評価が機械的な非発振制御状態で行われることを特徴とする、請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の装置。