JP2005283495A - 移動体の速度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 設置が容易であり移動体の速度を簡単に精度よく測定することができる移動体の速度測定装置を提供する。
【解決手段】 速度演算部は、移動体が通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄に基づいてこの移動体の速度を演算する。速度演算部は、移動体前部が第１の通過点を通過したときに発生する圧力変動(プラスマイナスの波形)Ｐ₁₁と、この第１の通過点を通過した移動体前部が第２の通過点を通過したときに発生する圧力変動(プラスマイナスの波形)Ｐ₁₃との発生時間差ΔＴ、及び第１の通過点から第２の通過点までの距離に基づいて、移動体の速度を演算する。速度演算部は、例えば、圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄のピーク又はゼロ点に基づいて圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₃の発生時間差ΔＴを演算し、一定値である第１の通過点から第２の通過点までの距離をこの発生時間差ΔＴによって除算し移動体の速度を演算する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、移動体の速度を測定する移動体の速度測定装置に関する。

模型トンネル内に模型列車を通過させたときに発生する圧力変動現象を測定するためのトンネル走行実験装置が知られている。従来のトンネル走行実験装置は、実際のトンネルを模擬した模型トンネルと、実際の列車を模擬した模型列車と、模型列車を発射させる発射装置と、発射装置から発射された模型列車をガイドするガイドワイヤと、模型トンネルを通過した模型列車を制動させる制動装置と、模型トンネルを通過する模型列車の速度を検出する速度センサと、模型トンネル内に模型列車が突入したときにこの模型トンネルの入口から発生する突入波などを測定するマイクロホンなどを備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来のトンネル走行実験装置では、速度センサによって測定した模型列車の速度毎にマイクロホンによって測定した突入波のレベルなどを記録している。

また、現地試験を実施するときに実際の列車の速度を測定する速度測定装置を備える騒音振動測定装置が知られている。従来の騒音振動測定装置は、列車の騒音を測定する騒音計と、列車の振動を測定する振動計と、列車から継続して放射される列車指令応答信号電波などを受信する電界強度測定器と、列車の速度を測定するスピードガンと、これらの測定結果を記録する測定データ記録装置と、電界強度測定器の電界強度のレベルに応じて測定データ記録装置を動作させる制御部などを備えている（例えば、特許文献２参照）。このような従来の騒音振動測定装置では、電界強度測定器によって列車の通過を検出し、測定データ記録装置によって列車が通過している間だけ測定データを記録することによって、列車が通過していない間に発生する騒音や振動が測定されるのを防止している。

特開2001-165821号公報

特開平8-105792号公報

従来のトンネル走行実験装置では、模型列車の移動方向と交差するように配置された一対の光電センサの間を模型列車が横切る時間を測定して模型列車の速度を測定していた。また、従来のトンネル走行実験装置では、模型列車の移動方向に間隔をあけてコイルを２つ設置し、磁石を搭載した模型列車が各コイル内を通過する際に発生する電気信号に基づいて模型列車の通過する時間を測定していた。しかし、光電センサ方式の場合には、模型列車が僅かに揺れながら移動したときに、光電センサ間の光線を模型列車の先頭部が横切る位置が一定ではないため、測定値にばらつきが生じてしまうという問題点があった。また、磁石方式では、模型列車への磁石の取り付けが困難であるとともに、制動装置によって模型列車を制動させたときの衝撃によって模型列車から磁石が脱落するおそれがあるという問題点があった。

また、従来の騒音振動測定装置では、列車の速度をスピードガンで測定したり、列車の車軸を検出する車軸検知器をレールに取り付けて列車の通過時間を測定したり、先頭車両が通過してから後尾車両が通過するまでの時間をストップウォッチで測定したりしていた。しかし、スピードガン方式では、列車に対する光線の照射角度を一定に設定することが困難であり測定値が正確ではないという問題点があった。また、車軸検知器方式では、軌道近くの柵内で設置作業をする必要があり作業が夜間に限定されてしまうとともに、軌道の保安作業を実施する際に検知器が作業の障害になるという問題点がある。さらに、ストップウォッチ方式では、測定者によって測定結果にばらつきが生じてしまう問題点があった。

この発明の課題は、設置が容易であり移動体の速度を簡単に精度よく測定することができる移動体の速度測定装置を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、移動体（１，１０）の速度を測定する移動体の速度測定装置であって、前記移動体が通過するときに発生する圧力変動（Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄）に基づいてこの移動体の速度を演算する速度演算手段（８ｆ）を備えることを特徴とする移動体の速度測定装置（８）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記移動体の前部（１ａ，１０ａ）が第１の通過点（Ｐ₁）を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₁，Ｐ₃₁）と、前記第１の通過点を通過した前記移動体の前部が第２の通過点（Ｐ₂）を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₃，Ｐ₃₃）との発生時間差（ΔＴ）、及び前記第１の通過点から前記第２の通過点までの距離（Ｌ₁）に基づいて、この移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記移動体の後部（１ｂ，１０ｂ）が第１の通過点（Ｐ₁）を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₂，Ｐ₃₂）と、前記第１の通過点を通過した前記移動体の後部が第２の通過点（Ｐ₂）を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₄，Ｐ₃₄）との発生時間差（ΔＴ）、及び前記第１の通過点から前記第２の通過点までの距離（Ｌ₁)に基づいて、この移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、前記移動体が通過するときに発生する圧力変動を測定する圧力変動測定手段（８ａ，８ｂ）を備え、前記圧力変動測定手段は、前記移動体が移動するトンネル区間又はこのトンネル区間以外の明かり区間に所定の間隔をあけて２つ配置されていることを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項５の発明は、請求項１に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記移動体の前部（１ａ，１０ａ）が所定の通過点（Ｐ₁）を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₁，Ｐ₂₁，Ｐ₃₁，Ｐ₄₂）と、前記移動体の後部（１ｂ，１０ｂ）が前記所定の通過点を通過したときに発生する圧力変動（Ｐ₁₂，Ｐ₂₂，Ｐ₃₂，Ｐ₄₃）との発生時間差（ΔＴ）及び前記移動体の長さ（ｌ）に基づいて、この移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項６の発明は、請求項１又は請求項５に記載の移動体の速度測定装置において、前記移動体が通過するときに発生する圧力変動を測定する圧力変動測定手段（８ａ）を備え、前記圧力変動測定手段は、前記移動体が移動するトンネル区間又はこのトンネル区間以外の明かり区間に１つ配置されていることを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項７の発明は、請求項５又は請求項６に記載の移動体の速度測定装置において、前記移動体の長さを補正する補正手段（８ｉ）を備え、前記速度演算手段は、前記発生時間差及び前記補正後の前記移動体の長さに基づいて、この移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項８の発明は、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記圧力変動のピーク及び／又はゼロ点に基づいて前記移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記圧力変動の圧力勾配（Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄，Ｐ₄₁〜Ｐ₄₇）のピークに基づいて前記移動体の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

請求項１０の発明は、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、前記速度演算手段は、前記移動体が車両（１０）又は模型車両（１）であるときに、この車両又はこの模型車両が通過するときに発生する圧力変動に基づいて、この車両又はこの模型車両の速度を演算することを特徴とする移動体の速度測定装置である。

この発明によると、設置が容易であり移動体の速度を簡単に精度よく測定することができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。
図１に示す移動体１は、実際の列車を模擬した模型列車であり、例えば新幹線列車などを縮尺して製作されている。移動体１には、実際の列車の先頭部を模擬した移動体前部１ａと、実際の列車の後尾部を模擬した移動体後部１ｂとが形成されている。構造物２は、実際の構造物を模擬した模型構造物であり、例えば新幹線列車などが通過するトンネル、トンネル緩衝工、跨線橋、橋上駅などの固定構造物を縮尺して製作されている。構造物２には、移動体１が突入する構造物入口２ａと、移動体１が退出する構造物出口２ｂとが形成されている。

走行実験装置３は、構造物２内に移動体１が移動するときに発生する種々の物理現象を測定する装置である。走行実験装置３は、例えば、構造物２内に移動体１が突入したときにこの構造物２の入口から外部に発生する突入波などを測定したり、構造物２と移動体１との相互干渉により発生する通過波などを測定したりする。走行実験装置３は、図１に示すように、発射装置４と、ガイド装置５と、制動装置６と、収音装置７と、速度測定装置８などを備えている。発射装置４は、移動体１を発射させる装置であり、一対の回転体４ａと回転体４ｂとを間隔をあけて配置し、これらの間で移動体１を順次加速させながら、構造物２に向かって発射口４ｃから移動体１を発射させる。ガイド装置５は、移動体１をガイドする装置であり、発射装置４から発射された移動体１を制動装置６に向かってガイドするワイヤなどである。制動装置６は、移動体１を制動させる装置であり、構造物２を通過した移動体１を減速させ受け止める。収音装置７は、構造物２を移動体１が通過したときに発生する音を測定する装置であり、所定の位置に設置されるマイクロホンなどである。

速度測定装置８は、移動体１の速度を測定する手段である。速度測定装置８は、移動体１が通過するときに観測される圧力変動を測定して移動体１の速度を演算する。速度測定装置８は、図１に示すように、圧力変動測定部８ａ，８ｂと、信号処理部８ｃ，８ｄと、波形変換部８ｅと、速度演算部８ｆと、記憶部８ｇと、制御部８ｈなどを備えている。

図２は、この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を一例として示すグラフであり、図２（Ａ）は圧力波形を示し、図２（Ｂ）は圧力勾配を示す。
図２（Ａ）に示す縦軸は圧力に対する電圧(V)であり、横軸は時間(ms)である。図２（Ｂ）に示す縦軸は圧力勾配に対する電圧勾配(V/s)であり、横軸は時間(ms)である。図２に示す圧力波形及び圧力勾配は、図１に示す圧力変動測定部８ａと圧力変動測定部８ｂとの間の距離Ｌ₁=2025mmであり、移動体長さl=1000mmであり、発射装置４からの移動体１の発射速度Ｕ=303.2km/hであるときの波形である。なお、図２（Ｂ）に示す圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄の正又は負のピークは、図２（Ａ）に示す圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄のゼロ点に対応している。

図１に示す圧力変動測定部８ａ，８ｂは、移動体１が通過するときに発生する図２に示すような圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄を測定する手段である。圧力変動測定部８ａ，８ｂは、構造物２と発射装置４との間（明かり区間）に所定の間隔をあけて２つ配置された圧力センサ（圧力計）やマイクロホンなどである。圧力変動測定部８ａ，８ｂは、移動体１の移動経路（ガイド装置５）から所定の距離だけ離して設置されており、圧力変動測定部８ｂは圧力変動測定部８ａよりも構造物２側に所定の距離Ｌ₁だけ離れて配置されている。圧力変動測定部８ａ，８ｂは、測定した圧力に応じた圧力検出信号を発生して信号処理部８ｃ，８ｄに出力する。

信号処理部８ｃ，８ｄは、圧力変動測定部８ａ，８ｂの出力信号を処理する手段である。信号処理部８ｃ，８ｄは、圧力変動測定部８ａ，８ｂが出力する圧力検出信号を増幅する増幅回路と、増幅後のアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器などを備えており、A/D変換後の圧力検出信号を制御部８ｈに出力する。

波形変換部８ｅは、圧力変動測定部８ａ，８ｂが出力する圧力検出信号を波形に変換する手段である。波形変換部８ｅは、図２（Ａ）に示すように、圧力変動測定部８ａ，８ｂが出力する圧力検出信号を圧力の時間変化を表す圧力波形に変換するとともに、図２（Ｂ）に示すように圧力波形の時間変化を表す圧力勾配（圧力波形を微分した波形）に変換する。

速度演算部８ｆは、移動体１が通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄に基づいてこの移動体１の速度を演算する手段である。速度演算部８ｆは、図２（Ａ）に示すように、移動体前部１ａが通過点Ｐ₁を通過したときに発生する圧力変動(プラスマイナスの波形)Ｐ₁₁と、通過点Ｐ₁を通過した移動体前部１ａが通過点Ｐ₂を通過したときに発生する圧力変動(プラスマイナスの波形)Ｐ₁₃との発生時間差ΔＴ、及び図１に示す通過点Ｐ₁から通過点Ｐ₂までの距離Ｌ₁に基づいて、移動体１の速度を演算する。また、圧力変動測定部８ａは、図２（Ａ）に示すように、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₁を通過したときに発生する圧力変動(マイナスプラスの波形)Ｐ₁₂と、通過点Ｐ₁を通過した移動体後部１ｂが通過点Ｐ₂を通過したときに発生する圧力変動(マイナスプラスの波形)Ｐ₁₄との発生時間差ΔＴ、及び図１に示す通過点Ｐ₁から通過点Ｐ₂までの距離Ｌ₁に基づいて、移動体１の速度を演算する。速度演算部８ｆは、例えば、図２（Ａ）に示す圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄のピーク又はゼロ点に基づいて圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₃の発生時間差ΔＴや、圧力変動Ｐ₁₂，Ｐ₁₄の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である距離Ｌ₁をこの発生時間差ΔＴによって除算（Ｌ₁／ΔＴ）し移動体１の速度を演算する。また、速度演算部８ｆは、図２（Ｂ）に示す圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄のピークに基づいて、圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₃の発生時間差ΔＴや圧力変動Ｐ₁₂，Ｐ₁₄の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である距離Ｌ₁をこの発生時間差ΔＴによって除算（Ｌ₁／ΔＴ）し移動体１の速度を演算する。

記憶部８ｇは、種々の情報を記憶する手段である。記憶部８ｇは、図１に示す移動体長さｌ、距離Ｌ₁、波形変換部８ｅが変換した図２に示す圧力波形及び圧力勾配、速度演算部８ｆが演算した移動体１の速度などの種々の情報を記憶するメモリである。

制御部８ｈは、速度測定装置８の種々の動作を制御する中央処理部(CPU)である。制御部８ｈは、例えば、信号処理部８ｃ，８ｄが出力する圧力検出信号を波形変換部８ｅに変換させたり、圧力波形及び圧力勾配に基づいて速度演算部８ｆに速度を演算させたり、圧力波形、圧力勾配及び移動体１の速度などを記憶部８ｇに記憶させたりする。また、制御部８ｈは、測定結果や演算結果を印刷装置に印刷させたり表示装置に表示させたりする。制御部８ｈは、速度測定プログラムに基づいて所定の処理を実行するパーソナルコンピュータなどによって構成されている。

次に、この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明する。図３は、この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
ステップ（以下、Ｓという）１００において、圧力変動測定部８ａが圧力変動を測定する。図１に示す発射装置４が移動体１を発射してガイド装置５によってガイドされながら移動体１が通過点Ｐ₁を通過する。その結果、図２（Ａ）に示すように、移動体前部１ａが通過点Ｐ₁を通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₁を圧力変動測定部８ａが測定するとともに、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₁を通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₂を圧力変動測定部８ａが測定する。

Ｓ１１０において、圧力変動測定部８ｂが圧力変動を測定する。図２（Ａ）に示すように、通過点Ｐ₁を通過した移動体前部１ａが通過点Ｐ₂を通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₃を圧力変動測定部８ｂが測定するとともに、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₂を通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₄を圧力変動測定部８ｂが測定する。

Ｓ１２０において、波形変換部８ｅが圧力波形及び圧力勾配に変換する。信号処理部８ｃ，８ｄが出力する圧力検出信号を、図２に示すような圧力波形及び圧力勾配に波形変換部８ｅが変換し記憶部８ｇが記憶する。

Ｓ１３０において、速度演算部８ｆが移動体１の速度を演算する。速度演算部８ｆが距離Ｌ₁、圧力波形及び圧力勾配を記憶部８ｇから読み出して、図２（Ａ）に示すように圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄の発生時間差ΔＴを演算するとともに、発生時間差ΔＴによって距離Ｌ₁を除算し移動体１の速度を演算する。また、図２（Ｂ）に示すように、速度演算部８ｆが圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄の発生時間差ΔＴを演算するとともに、この発生時間差ΔＴによって距離Ｌ₁を除算して移動体１の速度を演算する。

この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、移動体１が通過するときに発生する圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄に基づいて移動体１の速度を速度演算部８ｆが演算する。このため、移動体１が揺れながら通過しても測定結果に対する影響を低減することができるとともに、移動体１に磁石を設置するような作業が不要になるため磁石の脱落などの危険性を回避することができる。また、移動体１の側方の適当な位置に圧力変動測定部８ａ，８ｂを容易に設置するだけで速度を簡単に精度よく測定することができるため、測定値のばらつきを小さくすることができる。

(2) この第１実施形態では、通過点Ｐ₁から通過点Ｐ₂までの距離Ｌ₁と圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄の発生時間差ΔＴとに基づいて、移動体１の速度を速度演算部８ｆが演算する。このため、簡単な演算式（Ｌ₁／ΔＴ）で移動体１の速度を簡単に精度よく測定することができる。

(3) この第１実施形態では、移動体１が移動する発射装置４と構造物２との間（明かり区間）に所定の間隔をあけて圧力変動測定部８ａ，８ｂが配置されている。このため、図１に示すように、通過点Ｐ₁から通過点Ｐ₂までの距離Ｌ₁が一定となるため図２（Ａ）に示すような圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄を測定するだけで移動体１の速度を簡単に演算することができる。また、圧力波形のゼロ点又は微分波形のピーク値を利用する場合には、移動体１の移動方向の距離Ｌ₁が一定に設定されていればよいため、移動体１の側方から圧力変動測定部８ａ，８ｂまでの距離を正確に位置決めする必要がなくなり容易に設置することができる。

(4) この第１実施形態では、圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄のピーク及びゼロ点に基づいて移動体１の速度を速度演算部８ｆが演算する。その結果、図２（Ａ）に示すように、圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄の発生時間差ΔＴを容易に把握できるため移動体１の速度を簡単に演算することができる。

(5) この第１実施形態では、圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄のピークに基づいて移動体１の速度を速度演算部８ｆが演算する。その結果、図２（Ａ）に示すように圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄のピークやゼロ点を把握する場合に比べて、図２（Ｂ）に示すように圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄のピークを把握する場合のほうが明瞭で簡単であるため、移動体１の速度をより一層正確に演算することができる。

（第２実施形態）
図４は、この発明の第２実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。以下では、図１〜図３に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図４に示す圧力変動測定部８ａ，８ｂは、構造物２が移動する構造物２内（トンネル区間）に所定の間隔をあけて２つ配置されており、圧力変動測定部８ｂは圧力変動測定部８ａよりも構造物出口２ｂ側に所定の距離Ｌ₁だけ離れて配置されている。

図５は、この発明の第２実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を一例として示すグラフであり、図５（Ａ）は圧力波形を示し、図５（Ｂ）は圧力勾配を示す。
図５（Ａ）に示す縦軸は圧力(kPa)であり、横軸は時間(s)である。図２（Ｂ）に示す縦軸は圧力勾配(kPa/s)であり、横軸は時間(s)である。図５に示す圧力波形及び圧力勾配は、図４に示す移動体長さｌ=915mmであり、圧力変動測定部８ａと圧力変動測定部８ｂとの間の距離Ｌ₁=1000mmであり、発射装置４の長さＬ₂=2300mmであり、発射装置４の発射口４ｃから構造物入口２ａまでの距離Ｌ₃=1500mmであり、構造物入口２ａから圧力変動測定部８ａまでの距離Ｌ₄=1000mmであり、圧力変動測定部８ｂから構造物出口２ｂまでの距離Ｌ₅=8000mmであり、発射装置４からの移動体１の発射速度Ｕ=305km/hであるときに波形変換部８ｅによって変換された波形である。図５に示す太線の波形は、圧力変動測定部８ａによる測定結果であり、細線の波形は圧力変動測定部８ｂによる測定結果である。波形変換部８ｅは、図５（Ａ）に示す圧力波形に圧力検出信号を変換するとともに、図５（Ｂ）に示すようにこの圧力波形を圧力勾配に変換する。

速度演算部８ｆは、図５（Ａ）に示すように、移動体前部１ａが通過点Ｐ₃を通過したときに発生する圧力変動(プラス側からマイナス側に下降する波形)Ｐ₃₁と、通過点Ｐ₃を通過した移動体前部１ａが通過点Ｐ₄を通過したときに発生する圧力変動(プラス側からマイナス側に下降する波形)Ｐ₃₃との発生時間差ΔＴ、及び図４に示す通過点Ｐ₃から通過点Ｐ₄までの距離Ｌ₁に基づいて、移動体１の速度を演算する。また、速度演算部８ｆは、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₃を通過したときに発生する圧力変動(マイナス側から上昇する波形)Ｐ₃₂と、通過点Ｐ₃を通過した移動体後部１ｂが通過点Ｐ₄を通過したときに発生する圧力変動(マイナス側から上昇する波形)Ｐ₃₄との発生時間差ΔＴ、及び図４に示す通過点Ｐ₃から通過点Ｐ₄までの距離Ｌ₁に基づいて、移動体１の速度を演算する。速度演算部８ｆは、例えば、図４に示す距離Ｌ₁と、図５（Ａ）に示す圧力変動Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄の発生時間差ΔＴに基づいて移動体１の速度を演算する。この場合には、速度演算部８ｆは、圧力変動Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄のピーク又はゼロ点に基づいて圧力変動Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である距離Ｌ₁をこの発生時間差ΔＴによって除算し移動体１の速度を演算する。また、速度演算部８ｆは、図５（Ｂ）に示す圧力勾配Ｐ₄₃，Ｐ₄₇のピークに基づいて圧力変動Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である距離Ｌ₁をこの発生時間差ΔＴによって除算し移動体１の速度を演算する。

この発明の第２実施形態では、構造物２内（トンネル区間）に所定の間隔をあけて圧力変動測定部８ａ，８ｂが配置されている。このため、第１実施形態と同様に、構造物２内を移動体１が通過するときに発生する圧力変動Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄に基づいて移動体１の速度を精度よく演算することができる。

（第３実施形態）
図６は、この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。図７は、この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、図７（Ａ）は圧力波形を示し、図７（Ｂ）は圧力勾配を示す。
図６に示す速度測定装置８は、圧力変動測定部８ａと、信号処理部８ｃと、波形変換部８ｅと、速度演算部８ｆと、記憶部８ｇと、制御部８ｈと、補正部８ｉなどを備えており、圧力変動測定部８ａは構造物２と発射装置４との間（明かり区間）に１つ配置されている。

速度演算部８ｆは、図７（Ａ）に示すように、移動体前部１ａが通過点Ｐ₁を通過したときに発生する圧力変動(プラスマイナスの波形)Ｐ₁₁と、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₁を通過したときに発生する圧力変動(マイナスプラスの波形)Ｐ₁₂との発生時間差ΔＴ、及び図１に示す移動体長さｌに基づいて、移動体１の速度を演算する。速度演算部８ｆは、例えば、図７（Ａ）に示す圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₂のピーク又はゼロ点に基づいて圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₂の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である移動体長さｌをこの発生時間差ΔＴによって除算（ｌ／ΔＴ）し移動体１の速度を演算する。また、速度演算部８ｆは、図７（Ｂ）に示す圧力勾配Ｐ₂₁，Ｐ₂₂のピークに基づいて圧力変動Ｐ₁₁，Ｐ₁₂の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である移動体長さｌをこの発生時間差ΔＴによって除算（ｌ／ΔＴ）し移動体１の速度を演算する。補正部８ｉは、移動体長さｌを補正する手段であり、記憶部８ｇから移動体長さｌの補正に必要な情報を読み出してこの移動体長さｌを補正する。

次に、この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明する。図８は、この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。
以下では、図３に示す処理と同一の処理については詳細な説明を省略する。
Ｓ２００において、圧力変動測定部８ａが圧力変動を測定し、Ｓ２１０において波形変換部８ｅが圧力波形及び圧力勾配に変換する。信号処理部８ｃが出力する圧力検出信号を、図７に示すような圧力波形及び圧力勾配に波形変換部８ｅが変換し記憶部８ｇが記憶する。Ｓ２２０において、補正部８ｉが移動体長さｌを補正する。補正部８ｉは、移動体前部１ａの通過による０点から移動体後部１ｂの通過による０点までの０点間距離（以下、距離Ｌ₀という）を以下のいずれかの補正方法によって補正する。

（簡便な方法）
１点わき出しモデルによると、圧力変動が０となる点は次のようになる。先ず、補正部８ｉは、移動体断面積をＡ₀とすると、以下の数１(参考文献１:今井功 流体力学(前編) 裳華房 pp.86-88 1973.11)によって断面積半径ｂを演算する。

明かり区間における圧力変動の０点は、移動体前部１ａの先端からｂ／２だけ離れた位置で発生する。このため、補正部８ｉは、以下の数２によって距離Ｌ₀を演算する。

（前部断面積分布重心を用いる方法）
補正部８ｉは、移動体前部１ａの断面積分布をＡ_Tn(y₁)(０≦ｙ₁＜ａ）、先頭部の長さをａとすると、前部断面積分布重心ｌ_c(参考文献２:M.S.Howe Journal of Fluids and Structures 17 pp.629-642 2003)を以下の数３によって演算する。

次に、補正部８ｉは、前部断面積分布重心ｌ_cを用いて以下の数４によって距離Ｌ₀を演算する。

（簡易な数値計算による方法）
図９は、明かり区間で観測される圧力変動の予測のための座標系を示す図である。
図９に示すように、移動体１が一定速度Ｕでｘ₁の負の方向に進行するものとする。座標系の原点は、移動体１が列車の場合にはまくらぎの長さ方向については移動体１の中心に置き、高さ方向については地面に置く。移動体前部１ａは、時間ｔ＝０に座標原点を通過するものとする。補正部８ｉは、移動体長さをｌ、移動体前部１ａの断面積分布をＡ_Tn(y₁)、移動体後部１ｂの断面積分布をＡ_Tt(y₁)(ｌ−ａ≦ｙ₁＜ｌ)として、明かり区間の通過時の圧力変動ｐ(x,t)を以下の数５によって演算する。

但し、図９に示すｘは観測点の位置であり、ｙは音源の位置であり、Ｒは音源から観測点までの距離である。補正部８ｉは、数５によって事前に距離Ｌ₀を演算する。

（数値流体力学による方法）
補正部８ｉは、差分法、有限要素法、有限体積法、境界要素法などの数値流体力学(CFD)ソルバーを用いて、事前に距離Ｌ₀を演算する。

図８に示すＳ２３０において、速度演算部８ｆが移動体１の速度を演算する。発生時間差ΔＴ及び補正後の移動体長さＬ₀に基づいて移動体１の速度を速度演算部８ｆが演算する。この発明の第３実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態に比べて速度測定装置８の構成がより一層簡単になるため、移動体１の速度を容易に測定することができる。

（第４実施形態）
図１０は、この発明の第４実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。図１１は、この発明の第４実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、図１１（Ａ）は圧力波形を示し、図１１（Ｂ）は圧力勾配を示す。
速度演算部８ｆは、図１１（Ａ）に示すように、移動体前部１ａが通過点Ｐ₃を通過したときに発生する圧力変動(プラス側からマイナス側に下降する波形)Ｐ₃₁と、移動体後部１ｂが通過点Ｐ₃を通過したときに発生する圧力変動(マイナス側から上昇する波形)Ｐ₃₂との発生時間差ΔＴ、及び図１０に示す移動体長さｌに基づいて、移動体１の速度を演算する。速度演算部８ｆは、例えば、図１１（Ａ）に示す圧力変動Ｐ₃₁，Ｐ₃₂のピークに基づいて圧力変動Ｐ₃₁，Ｐ₃₂の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である移動体長さｌをこの発生時間差ΔＴによって除算し移動体１の速度を演算する。また、速度演算部８ｆは、図１１（Ｂ）に示す圧力勾配Ｐ₄₂，Ｐ₄₃のピークに基づいて圧力変動Ｐ₃₁，Ｐ₃₂の発生時間差ΔＴを演算して、一定値である移動体長さｌをこの発生時間差ΔＴによって除算し移動体１の速度を演算する。

補正部８ｉは、数２、数４及び数値流体力学による補正方法によって距離Ｌ₀を演算する。補正部８ｉは、このような補正方法によって移動体長さｌを補正し、速度演算部８ｆは発生時間差ΔＴ及び補正後の移動体長さＬ₀に基づいて移動体１の速度を演算する。この発明の第４実施形態には、第３実施形態と同様の効果がある。

（第５実施形態）
図１２は、この発明の第５実施形態に係る移動体の速度測定装置による明かり区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。以下では、図１、図４、図６及び図１０に示す速度測定装置８によって実際の列車の速度を測定する場合を例に挙げて説明し、図１、図４、図６及び図１０に示す部分と対応する部分については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。
図１２に示す移動体１０は、鉄道車両を編成した新幹線列車などである。構造物２０は、新幹線列車などが通過するトンネルなどの固定構造物である。圧力変動測定部８ａ，８ｂは、図１２に示すように、構造物２０内（トンネル区間）以外の明かり区間に所定の間隔をあけて２つ配置されており、移動体１０が明かり区間の通過点Ｐ₁，Ｐ₂を通過するときに発生する圧力変動を測定する。この第５実施形態では、第１実施形態と同様に、移動体１０の速度を簡単に精度よく測定することができる。

（第６実施形態）
図１３は、この発明の第６実施形態に係る移動体の速度測定装置によるトンネル区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。
図１３に示す圧力変動測定部８ａ，８ｂは、トンネル区間に所定の間隔をあけて２つ配置されており、移動体１０が構造物２０内の通過位置Ｐ₃，Ｐ₄を通過するときに発生する圧力変動を測定する。この第６実施形態では、第２実施形態と同様に、移動体１０の速度を簡単に精度よく測定することができる。

（第７実施形態）
図１４は、この発明の第７実施形態に係る移動体の速度測定装置による明かり区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。
図１４に示す圧力変動測定部８ａは、明かり区間に１つ配置されており、移動体１０が明かり区間の通過点Ｐ₁を通過するときに発生する圧力変動を測定する。この第７実施形態では、第３実施形態と同様に、移動体１０の速度をより一層簡単に測定することができる。

（第８実施形態）
図１５は、この発明の第８実施形態に係る移動体の速度測定装置によるトンネル区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。
図１５に示す圧力変動測定部８ａは、トンネル区間に１つ配置されており、移動体１０が構造物２０内の通過位置Ｐ₃を通過するときに発生する圧力変動を測定する。この第８実施形態では、第４実施形態と同様に、移動体１０の速度をより一層簡単に測定することができる。

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この第１実施形態〜第８実施形態では、移動体１，１０が鉄道車両や模型車両である場合を例に挙げて説明したが、磁気浮上式鉄道、航空機、自動車などの他の移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態〜第８実施形態では、圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄のピーク、ゼロ点及び圧力勾配Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄，Ｐ₄₂，Ｐ₄₃のピークから発生時間差ΔＴを演算しているが、これらのいずれか一つから発生時間差ΔＴを演算したり、これらの発生時間差ΔＴを平均化して演算したりすることもできる。同様に、この第１実施形態〜第８実施形態では、移動体前部１ａ，１０ａ及び移動体後部１ｂ，１０ｂが通過したときに発生する圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄に基づいて移動体１，１０の速度を演算しているが、移動体前部１ａ，１０ａ又は移動体後部１ｂ，１０ｂのいずれか一方が通過したときに発生する圧力変動Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄に基づいて移動体１，１０の速度を演算することもできる。さらに、この第１実施形態〜第８実施形態では、トンネル区間又は明かり区間に圧力変動測定部８ａ，８ｂを１つ又は２つ配置した場合を例に挙げて説明したが、３つ以上配置することもできる。

(2) この第１実施形態では、圧力変動測定部８ａと圧力変動測定部８ｂとの間の距離Ｌ₁が移動体長さｌよりも長い場合を例に挙げて説明したが、距離Ｌ₁が移動体長さｌよりも短くなるように圧力変動測定部８ａ，８ｂを配置することもできる。また、この第３実施形態、第４実施形態、第７実施形態及び第８実施形態では、移動体長さｌを補正しているが、この移動体長さｌを０点間距離Ｌ₀として利用することもできる。

(3)この第５実施形態及び第７実施形態では、高架橋又は土路盤区間などの明かり区間に圧力変動測定部８ａ，８ｂを設置する場合を例に挙げて説明したが、圧力変動測定部８ａ，８ｂを駅ホームなどにも設置することができる。また、この第２実施形態及び第６実施形態では、構造物２，２０内を移動体１，１０が移動するときに発生する圧力変動を圧力変動測定部８ａ，８ｂによって測定する場合を例に挙げて説明し、この第４実施形態及び第８実施形態では構造物２，２０内を移動体１，１０が移動するときに発生する圧力変動を圧力変動測定部８ａによって測定する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではない。例えば、構造物入口２ａ，２０ａ内に移動体１，１０が突入するときにこの構造物入口２ａ，２０ａから外部に放射する突入波や、構造物出口２ｂ、２０ｂ内から移動体１，１０が退出するときにこの構造物出口２ｂ，２０ｂから外部に放射する退出波などの圧力変動を圧力変動測定部８ａによって測定することもできる。

この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。 この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を一例として示すグラフであり、（Ａ）は圧力波形を示し、（Ｂ）は圧力勾配を示す。 この発明の第１実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の第２実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。 この発明の第２実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を一例として示すグラフであり、（Ａ）は圧力波形を示し、（Ｂ）は圧力勾配を示す。 この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。 この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、（Ａ）は圧力波形を示し、（Ｂ）は圧力勾配を示す。 この発明の第３実施形態に係る移動体の速度測定装置の動作を説明するためのフローチャートである。 明かり区間で観測される圧力変動の予測のための座標系を示す図である。 この発明の第４実施形態に係る移動体の速度測定装置を備える走行実験装置の平面図である。 この発明の第４実施形態に係る移動体の速度測定装置の圧力変動測定部の測定結果を模式的に示すグラフであり、（Ａ）は圧力波形を示し、（Ｂ）は圧力勾配を示す。 この発明の第５実施形態に係る移動体の速度測定装置による明かり区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。 この発明の第６実施形態に係る移動体の速度測定装置によるトンネル区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。 この発明の第７実施形態に係る移動体の速度測定装置による明かり区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。 この発明の第８実施形態に係る移動体の速度測定装置によるトンネル区間における列車速度の測定状況を示す概念図である。

符号の説明

１ 移動体（車両模型）
１ａ 移動体前部
１ｂ 移動体後部
２ 構造物
３ 走行実験装置
８ 速度測定装置
８ａ，８ｂ 圧力変動測定部
８ｃ，８ｄ 信号処理部
８ｅ 波形変換部
８ｆ 速度演算部
８ｇ 記憶部
８ｈ 制御部
８ｉ 補正部
１０ 移動体（車両）
１０ａ 移動体前部
１０ｂ 移動体後部
２０ 構造物
Ｐ₁，Ｐ₃ 通過点（第１の通過点）
Ｐ₂，Ｐ₄ 通過点（第２の通過点）
Ｌ₁ 距離
Ｐ₁₁〜Ｐ₁₄，Ｐ₃₁〜Ｐ₃₄ 圧力変動
Ｐ₂₁〜Ｐ₂₄，Ｐ₄₁〜Ｐ₄₇ 圧力勾配
ｌ 移動体長さ
ΔＴ 発生時間差

Claims (10)

1. 移動体の速度を測定する移動体の速度測定装置であって、
   前記移動体が通過するときに発生する圧力変動に基づいてこの移動体の速度を演算する速度演算手段を備えること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
2. 請求項１に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記速度演算手段は、前記移動体の前部が第１の通過点を通過したときに発生する圧力変動と、前記第１の通過点を通過した前記移動体の前部が第２の通過点を通過したときに発生する圧力変動との発生時間差、及び前記第１の通過点から前記第２の通過点までの距離に基づいて、この移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記速度演算手段は、前記移動体の後部が第１の通過点を通過したときに発生する圧力変動と、前記第１の通過点を通過した前記移動体の後部が第２の通過点を通過したときに発生する圧力変動との発生時間差、及び前記第１の通過点から前記第２の通過点までの距離に基づいて、この移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記移動体が通過するときに発生する圧力変動を測定する圧力変動測定手段を備え、
   前記圧力変動測定手段は、前記移動体が移動するトンネル区間又はこのトンネル区間以外の明かり区間に所定の間隔をあけて２つ配置されていること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
5. 請求項１に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記速度演算手段は、前記移動体の前部が所定の通過点を通過したときに発生する圧力変動と、前記移動体の後部が前記所定の通過点を通過したときに発生する圧力変動との発生時間差及び前記移動体の長さに基づいて、この移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
6. 請求項１又は請求項５に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記移動体が通過するときに発生する圧力変動を測定する圧力変動測定手段を備え、
   前記圧力変動測定手段は、前記移動体が移動するトンネル区間又はこのトンネル区間以外の明かり区間に１つ配置されていること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
7. 請求項５又は請求項６に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記移動体の長さを補正する補正手段を備え、
   前記速度演算手段は、前記発生時間差及び前記補正後の前記移動体の長さに基づいて、この移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記速度演算手段は、前記圧力変動のピーク及び／又はゼロ点に基づいて前記移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
9. 請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、
   前記速度演算手段は、前記圧力変動の圧力勾配のピークに基づいて前記移動体の速度を演算すること、
   を特徴とする移動体の速度測定装置。
10. 請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の移動体の速度測定装置において、
    前記速度演算手段は、前記移動体が車両又は模型車両であるときに、この車両又はこの模型車両が通過するときに発生する圧力変動に基づいて、この車両又はこの模型車両の速度を演算すること、
    を特徴とする移動体の速度測定装置。
    

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