JP2007147412A - Real-time inspection system of loose rail fastening using dc battery-less rfid tag with sensor input functions - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道のレールを枕木に締結固定するレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動並びに通常時におけるレールの振動をリアルタイムに検査することができる、センサ入力機能付きバッテリーレス型RFID(Radio Frequency Identification)タグを用いたレール締結装置の緩み検査システムに関するものである。 The present invention is a batteryless type with a sensor input function capable of inspecting in real time the looseness of a rail fastening device that fastens and fixes a railroad rail to a sleeper, the vibration of the rail caused by the loosening, and the vibration of the rail in a normal time. The present invention relates to a looseness inspection system for a rail fastening device using an RFID (Radio Frequency Identification) tag.
従来、鉄道のレールを枕木に締結固定するレール締結装置の緩みを検査する方法として、作業員がレール沿いを歩行しながら緩み状態を目視で判断する目視検査や、該レール締結装置をハンマーで叩いた時の衝撃音で緩み状態を判断する聴診検査により行っていた。 Conventionally, as a method of inspecting looseness of a rail fastening device for fastening and fixing a railroad rail to a sleeper, a worker visually checks the looseness state while walking along the rail, and hits the rail fastening device with a hammer. The auscultation test was used to determine the looseness by the impact sound.
上記方法は作業員の経験と勘に頼る部分が多いため、作業効率が悪かったり検査精度にばらつきがあったりと多くの問題点があった。このため、近年においては前記問題点を解決すべく、レール上を走行する検査車両に緩み検査装置を搭載し、該検査車両を走行させながら各レール締結装置の緩みを連続的に自動測定する方法が採られている。また、特許文献においても、特開平06−241927号公報の『レール締結装置の緩み検出装置』では、レール締結装置に圧力センサを設けたタグを設置し、検査車両に搭載したコントローラと前記タグ間とにおいて無線通信を行い、各タグの圧力データ及びアドレス情報を読み取ってデータベースに蓄積すると共に解析処理を行い、検査車両を走行させながら自動検査を行うことができる検出装置について記載され、特開2000−230208号公報の『レール締結装置の緩み検査装置』では、検査車両に光反射型の変位センサを複数設置すると共に一定間隔の枕木にIDタグを設置し、予め判っているIDタグ間の枕木の本数とレール締結装置の特定部分(例えばボルト頭部)のカウント値により枕木の位置即ちレール締結装置の位置を特定して当該位置の緩み量の自動検査を行うことができる検査装置について記載されている。 Since the above method relies heavily on the experience and intuition of workers, there are many problems such as poor work efficiency and variations in inspection accuracy. Therefore, in recent years, in order to solve the above problems, a method for mounting a looseness inspection device on an inspection vehicle traveling on a rail and continuously and automatically measuring the looseness of each rail fastening device while traveling the inspection vehicle. Has been adopted. Also, in the patent document, “Loose detection device of rail fastening device” of Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-241927 has a tag in which a pressure sensor is provided in the rail fastening device, and the controller mounted between the controller and the tag In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-2000, a wireless communication device that reads and stores pressure data and address information of each tag and accumulates them in a database and performs analysis processing to perform automatic inspection while running an inspection vehicle is disclosed. No. 23030208 “Slack inspection device for rail fastening device”, a plurality of light-reflective displacement sensors are installed on an inspection vehicle, ID tags are installed on sleepers at regular intervals, and sleepers between ID tags that are known in advance The position of the sleeper, that is, the position of the rail fastening device, according to the number of the rails and the count value of a specific part of the rail fastening device (for example, the bolt head) There is described an inspection apparatus can identify and to perform automatic testing of slack amount of the position.
しかしながら、上記公報のうち特開平06−241927号公報においては、レール締結装置の緩みを検出するためのセンサとして圧力センサを使用し、検査車両に搭載したコントローラにて前記圧力センサより得られる圧力データと基準値とを比較することにより緩みの有無を検出する装置であるため、緩みにより発生するレールの振動をリアルタイムに検出することができないという問題点があった。また、タグと称する装置において電力供給はコントローラから送信されるキャリア信号を整流することにより得ているものの、回路ブロックとして一般的なCPU,メモリ,A/Dコンバータ,送受信回路及び周辺回路を組み合わせた無線装置であり、近年普及が著しい負荷変調方式により通信を行う安価なRFIDタグに比べ製品価格が高価であり、膨大な数のレール締結装置に設置するには莫大な設備投資費が必要になってしまうという問題点があった。 However, in Japanese Patent Laid-Open No. 06-241927 among the above publications, a pressure sensor is used as a sensor for detecting looseness of the rail fastening device, and pressure data obtained from the pressure sensor by a controller mounted on an inspection vehicle. Therefore, there is a problem in that the vibration of the rail generated by the slack cannot be detected in real time. In the device called a tag, the power supply is obtained by rectifying the carrier signal transmitted from the controller, but a general CPU, memory, A / D converter, transmission / reception circuit and peripheral circuit are combined as a circuit block. It is a wireless device, and its product price is higher than that of an inexpensive RFID tag that communicates using a load modulation method that has been widely used in recent years. To install it on a huge number of rail fastening devices, a huge capital investment is required. There was a problem that it was.
また、特開2000−230208号公報においても、タグと称する装置において電力供給はコントローラから送信されるキャリア信号を整流することにより得ているものの、回路ブロックとしては上記と略同様であり、近年普及が著しい負荷変調方式により通信を行う安価なRFIDタグに比べ製品価格が高価になってしまうという問題点があった。更には検査車両にレール締結装置の特定部分との距離を検出するための光反射型の変位センサを複数設置したり、走行距離を検出するためのエンコーダを設置するなど多数のセンサ信号処理を行うため、装置及び処理が複雑化してしまい、上記と同様に緩み量をリアルタイムに検査することができないという問題点があった。また、枕木の本数を数えることにより枕木の位置即ちレール締結装置の位置を特定する方法のため、枕木の位置と緩み量を完全に一致させることができないという問題点があった。 Also in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-230208, although power supply is obtained by rectifying a carrier signal transmitted from a controller in a device called a tag, the circuit block is substantially the same as described above, and it has become popular in recent years. However, there is a problem that the product price becomes higher than that of an inexpensive RFID tag that performs communication by a load modulation method. Furthermore, a number of sensor signal processes are performed such as installing a plurality of light-reflective displacement sensors for detecting the distance to a specific part of the rail fastening device on the inspection vehicle and installing an encoder for detecting the travel distance. For this reason, the apparatus and processing become complicated, and there is a problem that the amount of looseness cannot be inspected in real time as described above. Further, since the position of the sleepers, that is, the position of the rail fastening device is specified by counting the number of sleepers, the position of the sleepers and the amount of looseness cannot be completely matched.
また、何れの公報においても検査車両に搭載したデータ処理装置による各レール締結装置の個々の緩み量を測定する方法であり、レール全体の緩み及び当該緩みにより発生するレール全体の振動を測定することができないという問題点があった。更には検査車両外から検査を行うことができないという問題点や、実際に運行中の列車による検査を行うことができないという問題点もあった。 In any of the above publications, a method of measuring the individual looseness of each rail fastening device by a data processing device mounted on an inspection vehicle, and measuring the looseness of the entire rail and the vibration of the entire rail caused by the loosening. There was a problem that could not. Furthermore, there is a problem that the inspection cannot be performed from outside the inspection vehicle and a problem that the inspection cannot be performed by a train that is actually in operation.
本発明は、以上述べたような問題点を解決するために成されたものであり、鉄道のレールを枕木に締結固定するレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動並びに通常時におけるレールの振動を安価なRFIDタグ及びセンサにより正確且つリアルタイムに検査することができると共に検査車両による検査のみならず運行中の列車による検査も行え、更にはレール沿いにリーダー及びデータ処理装置を設置して車両外からも検査が行えることによりメンテナンスが容易に行えると共に地震,水害,山崩れ等の災害によるレールの異常を列車の運行又は非運行に関わらず常時検出することができる、センサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグを用いたレール締結装置のリアルタイム緩み検査システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the problems as described above. The rail fastening device for fastening and fixing the rail of the railway to the sleeper, the vibration of the rail caused by the loosening, and the normal time Rail vibrations can be inspected accurately and in real time using inexpensive RFID tags and sensors, and can be inspected not only by inspection vehicles but also by trains in operation, and readers and data processing devices are installed along the rails. A battery with a sensor input function that can easily perform maintenance from outside the vehicle and can always detect rail abnormalities due to disasters such as earthquakes, floods, and landslides regardless of whether the train is operating or not. To provide a real-time looseness inspection system for a rail fastening device using a less-type RFID tag For the purpose.
上記課題を解決するため、本発明のセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグを用いたレール締結装置のリアルタイム緩み検査システムは、レールを枕木に締結固定するレール締結装置にあっては、該レール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動並びに通常時におけるレールの振動を検出するための磁気平衡型加速度センサと、該磁気平衡型加速度センサより出力されるセンサ信号を処理してレール締結装置の緩み量及び振動量の測定並びにリーダーとの無線通信により測定データを伝送するためのセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグから成る検出手段を設置し、
レール沿いの一定間隔箇所又は車両(検査車両又は運行中の列車)にあっては、前記検出手段から送信される測定データ及び当該各検出手段に予め設定された固有IDデータを取得するためのリーダーを複数箇所に設置すると共に該リーダーより取得したデータをリアルタイムに演算解析してレール締結装置の緩み量及び当該緩みにより発生するレールの振動量並びに通常時におけるレールの振動量を求めるためのデータ処理装置を前記リーダーに接続して設置し、
前記レール沿いの一定間隔箇所に設置したデータ処理装置又は車両(検査車両又は運行中の車両)に設置したデータ処理装置が複数ある場合、各複数のデータ処理装置をLAN等のネットワークに接続すると共に専用サーバーに接続し、各レール締結装置の固有IDデータに関連付けられた測定データの一括演算処理をリアルタイムに行うようにして構成する。
In order to solve the above problems, the real-time looseness inspection system for a rail fastening device using a batteryless RFID tag with a sensor input function according to the present invention is a rail fastening device that fastens and fixes a rail to a sleeper. Magnetic balance type acceleration sensor for detecting looseness of device, rail vibration caused by the looseness and rail vibration in normal time, and rail fastening device by processing sensor signal output from magnetic balance type acceleration sensor A detection means consisting of a batteryless RFID tag with a sensor input function for measuring the amount of looseness and vibration and transmitting measurement data by wireless communication with a reader;
A reader for acquiring measurement data transmitted from the detection means and unique ID data set in advance in each detection means in a place at regular intervals along the rail or in a vehicle (inspection vehicle or train in operation) Processing for calculating the amount of looseness of the rail fastening device, the amount of rail vibration generated by the loosening, and the amount of rail vibration during normal operation by calculating and analyzing data acquired from the reader in real time Install the device connected to the reader,
When there are a plurality of data processing devices installed in a fixed interval along the rail or a data processing device installed in a vehicle (inspection vehicle or operating vehicle), the plurality of data processing devices are connected to a network such as a LAN. It is configured to connect to a dedicated server and perform batch calculation processing of measurement data associated with the unique ID data of each rail fastening device in real time.
本発明のセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグを用いたレール締結装置のリアルタイム緩み検査システムによれば、鉄道のレールを枕木に締結固定するレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動並びに通常時におけるレールの振動を安価なセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ及び磁気平衡型加速度センサにより、レール締結装置と測定データとを完全に一致させて正確且つリアルタイムに検査することができると共に検査車両による検査のみならず運行中の列車による検査が行えるという絶大なる効果を奏する。更にはレール沿いにリーダー及びデータ処理装置を設置して車両外からも検査が行えることによりメンテナンスが容易に行えると共に地震,水害,山崩れ等の災害によるレールの異常を列車の運行又は非運行に関わらず常時検出することができるという効果を奏する。また、レール全体の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動を測定することができるという効果も奏する。そして、異常検出時において警報信号を列車に通報することにより事故防止を図ることができるという効果を奏する。 According to the real-time looseness inspection system for a rail fastening device using a batteryless RFID tag with a sensor input function of the present invention, the rail fastening device for fastening and fixing a railroad rail to a sleeper, and the vibration of the rail caused by the loosening. In addition, the rail fastening device and the measurement data can be inspected accurately and in real time by using an inexpensive battery-less RFID tag with a sensor input function and a magnetic balance type acceleration sensor. There is a great effect that not only inspection by inspection vehicle but also inspection by train in operation can be performed. Furthermore, by installing a reader and data processing device along the rail and performing inspections from outside the vehicle, maintenance can be performed easily, and rail abnormalities due to disasters such as earthquakes, floods, and landslides are related to whether the train is operating or not operating. There is an effect that it can always be detected. In addition, it is possible to measure the looseness of the entire rail and the vibration of the rail caused by the looseness. And it has the effect that accident prevention can be aimed at by reporting a warning signal to a train at the time of abnormality detection.
本発明を実施するための最良の形態を図を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明のセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグを用いたレール締結装置のリアルタイム緩み検査システムの一実施例によるシステム構成図であり、図2は検査車両及びレールの側面図である。該図に示すように、レール3を枕木4に締結固定するレール締結装置に、該レール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレール3の振動並びに通常時におけるレールの振動を検出するための磁気平衡型加速度センサ12と、該磁気平衡型加速度センサ12より出力されるセンサ信号を処理してレール締結装置の緩み量及び振動量の測定並びにリーダー28との無線通信により測定データを伝送するためのセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9から成る検出手段を設置する。
FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment of a real-time looseness inspection system for a rail fastening device using a batteryless RFID tag with a sensor input function according to the present invention, and FIG. 2 is a side view of an inspection vehicle and a rail. As shown in the figure, a rail fastening device that fastens and fixes a
図3は図2におけるレールのA−A断面図であり、上記レール締結装置は、両先端部が所定の間隔を維持するように帯板を曲折して形成した板バネ部材5と、該板バネ部材5を貫通して枕木4に螺合する固定ボルト7を有して構成され、レール3の基部を左右対称に挟むように設置される。なお、板バネ部材5の横ずれ防止のため、当該板バネ部材5と枕木4との間に受け部材8が設置される。ここで、上記磁気平衡型加速度センサ12及びセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9から成る検出手段は、ワッシャ6を挟んで固定ボルト7により板バネ部材5に固定される。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of the rail in FIG. 2. The rail fastening device includes a
また、上記検出手段から送信される測定データ及び当該各検出手段に予め設定された固有IDデータを取得するためのリーダー28をレール3沿いの一定間隔箇所又は車両1の複数箇所に設置し、該リーダー28より取得したデータをリアルタイムに演算解析してレール締結装置の緩み量及び当該緩みにより発生するレール3の振動量並びに通常時におけるレールの振動量を求めるためのデータ処理装置30を前記リーダー28に接続して設置する。なお、前記車両1は、検査車両又は実際に運行中の列車の何れであっても構わない。また、データ処理装置30は、専用装置又はアプリケーションソフトをインストールした汎用パソコン等の何れであっても構わない。
Further,
また、図1に示すように、レール3沿いの一定間隔箇所にデータ処理装置30が複数設置され、各データ処理装置30から得られる測定データを集計して総合的な解析結果を得る場合には、各データ処理装置30をLAN31等のネットワークに接続すると共に専用サーバー(図示せず)に接続し、各レール締結装置の固有IDデータに関連付けられた測定データの一括演算処理をリアルタイムに行う。また、図2に示すように、車両1にデータ処理装置30を設置する場合には、車輪2付近にリーダー28を設置して前記データ処理装置30にて測定データの演算処理を行う。また、データ処理装置30が複数設置され、各データ処理装置30から得られる測定データを集計して総合的な解析結果を得る場合には、前記と同様に各データ処理装置30をネットワーク接続すると共に専用サーバー(図示せず)に接続し、各レール締結装置の固有IDデータに関連付けられた測定データの一括演算処理をリアルタイムに行う。
In addition, as shown in FIG. 1, when a plurality of
次に、図5は本発明で用いる磁気平衡型加速度センサの構成図であり、該磁気平衡型加速度センサ12は、水平方向の加速度を検出するための磁気平衡型加速度センサエレメント12aと垂直方向の加速度を検出するための磁気平衡型加速度センサエレメント12b,12cをX軸及びY軸方向に直交するように配設して構成する。各磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12b,12cには、それぞれコイル13a,13b,13cが巻かれている。該図は磁気平衡型加速度センサ12の基本構成を示したものであり、実際には5mm角程度のハウジングケースに収容して成形し、後述のセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9に接続するものである。なお、磁気平衡型加速度センサエレメント12aにて水平方向の加速度を常時検出し、磁気平衡型加速度センサエレメント12bにて垂直方向の加速度を常時検出し、磁気平衡型加速度センサエレメント12cにてレール締結装置の緩みを検出する。
Next, FIG. 5 is a block diagram of a magnetic balance type acceleration sensor used in the present invention. The magnetic balance
図6は本発明で用いる磁気平衡型加速度センサの構造図及び出力電圧波形図であり、磁気平衡型加速度センサ12を構成する各磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12b,12cは、シリンダ14の内部に可動マグネット15を収容すると共に当該シリンダ14の両端部に可動マグネット15の極性と同一極性が対向するように固定マグネット17,17を固設し、シリンダ14内部の軸方向に振動可能に可動マグネット15を平衡配置する。更に、可動マグネット15の両端部に硬球16,16を配設すると共に当該可動マグネット15の一先端部分のシリンダ14外面に誘導起電力を発生させるためのコイル13を巻く。なお、硬球16,16はシリンダ14の内部を可動マグネット15が振動する際にシリンダ14の内面と硬球16,16が点接触することにより滑り摩擦による影響を減少させるためのものであるが、影響が無視できるものであればなくても構わない。
FIG. 6 is a structural diagram and output voltage waveform diagram of the magnetic balance type acceleration sensor used in the present invention. Each magnetic balance type
ここで、磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12b,12cが図中矢印方向に1周期だけ振動した場合、コイル13からはV1で示す1サイクルの交流電圧が発生する。該振動の強さにより誘導起電力の電圧値が変化するため、電圧値の大きさ及び変動時間を計測することによりレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレールの振動並びに通常時におけるレールの振動が検知可能になる。従って、バイアス電源が無くとも振動に応じたセンサ信号を出力することができる。また、交流電圧の極性を判断することにより振動方向の判別が可能になる。
Here, when the magnetic balance type
また、図7は本発明で用いるセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグのブロック図である。該図に示すように、センサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9は、RFIDチップ10及びアンテナ11にて構成される。該アンテナ11はリーダー28と電磁波による無線通信を行うため、RFIDチップ10内又は一部RFIDチップ10外の同調キャパシタ(図示せず)から成る同調回路19に接続し、本システムで使用するキャリア周波数として例えば13.56MHzや950MHz帯に同調させて共振回路を構成する。
FIG. 7 is a block diagram of a batteryless RFID tag with a sensor input function used in the present invention. As shown in the figure, the
上記同調回路19の後段には、リーダー28のアンテナ29から送信された電磁波が当該センサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9のアンテナ11を通過した時に発生する誘導起電力の電圧波形を検波したり、該誘導起電力を半波又は全波整流して直流電圧を取り出すための整流回路20を接続する。
In the subsequent stage of the
次に、上記整流回路20の後段には、検波したキャリアを分周してシステム用のクロックを生成するためのクロック生成回路21と、信号受信時においてキャリアから信号を取り出す復調動作を行ったり信号送信時においてスイッチング素子(図示せず)により変調動作を行うための変復調回路22と、上記直流電圧を安定化して回路電源を供給したり、充電用コンデンサ24に充電電圧を供給するための電源回路23を接続する。該充電用コンデンサ24は一般的にはセラミックコンデンサであり、電力を必要とする場合には大容量型の電気二重層コンデンサ等が好適であるが、特に限定するものではない。
Next, in the subsequent stage of the
次に、上記変復調回路22の後段には、該変復調回路22の制御や不揮発性メモリであるFRAM(Ferroelectric RAM:米国Ramtron社の登録商標)26に対する当該RFIDチップ10の固有IDデータや振動データ等のデータの書込み又は読出し制御を行うためのロジック回路25を接続する。また、磁気平衡型加速度センサ12の各磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12b,12cより出力されるセンサ信号を振動データに変換するためのA/D変換回路27を前記ロジック回路25とFRAM26に接続する。前記磁気平衡型加速度センサエレメント12cは、レール締結装置の緩みを検出するためのものであり、圧力検知スイッチ18を中継してセンサ信号をA/D変換回路27に入力する。なお、図1において各検出手段からの測定データ及び固有IDデータをデータ処理装置30にケーブルにて直接入力することも可能である。この場合には、前記変復調回路22及びロジック回路25の信号線を引き出し、外部通信ポートとして設けておく。
Next, after the modulation /
なお、上記FRAM26は強誘電体型の不揮発性メモリであり、回路電源がOFFになっても当該RFIDチップ10の固有IDデータや振動データ等のデータは消失することはない。また、データの書込み電圧は、EEPROMやフラッシュメモリのように高圧に昇圧する必要がないため、昇圧回路が簡略化される。また、書込み又は読出し速度はDRAMと同等であり、EEPROMやフラッシュメモリよりはるかに高速であるという特徴を持つものである。このように、不揮発性メモリとしてはFRAM26が好適であるが他のメモリを使用しても構わない。
The
本発明の実施例を図を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、図1に示すように、レール3を枕木4に締結固定する各レール締結装置に、磁気平衡型加速度センサ12及びセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9から成る検出手段を設置する。また、車両1(検査車両又は運行中の列車)によるレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレール3の振動並びに通常時におけるレール3の振動を測定する場合において、レール3沿いの一定間隔箇所にリーダー28を複数箇所に設置し、該リーダー28より取得したデータをリアルタイムに演算解析してレール締結装置の緩み量及び当該緩みにより発生するレール3の振動量並びに通常時におけるレール3の振動量を求めるためのデータ処理装置30を、前記各リーダー28に接続する。
First, as shown in FIG. 1, detection means including a magnetic balance
上記リーダー28と検出手段を構成するセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9との通信距離は、本システムで使用するRFID通信のキャリア周波数が例えば950MHz帯であれば、最大5〜9m程度となる。従って、リーダー28の通信距離に応じた通信範囲を設定し、該通信範囲毎にリーダー28を設置する。該リーダー28の設置位置として、レール3の片側又は両側若しくはレール3の中間などリーダー28の通信能力に応じた位置及び高さで任意に設置して構わない。
The communication distance between the
また、上記データ処理装置30が複数あり、各データ処理装置30から得られる測定データを集計して総合的な解析結果を得る場合には、各データ処理装置30をLAN31等のネットワークに接続すると共に専用サーバー(図示せず)に接続し、各レール締結装置の固有IDデータに関連付けられた測定データの一括演算処理をリアルタイムに行うようにする。
In addition, when there are a plurality of
次に、上記システムが構築されたレール3上を車両1(検査車両又は運行中の列車)が走行する場合において、レール締結装置の緩み及び振動を検出する原理を図4の緩みの発生した板バネ部材の状態図に基づいて説明する。
Next, the principle of detecting looseness and vibration of the rail fastening device when the vehicle 1 (inspection vehicle or train in operation) travels on the
該図において、板バネ部材5を貫通して枕木4に螺合した固定ボルト7が緩むと、レール3の基部を挟んでいた板バネ部材5の両先端は前記レール3の基部より図中点線で示したように固定ボルト7と共に跳ね上がる。該状態において当該箇所のレール3上を車両1(検査車両や運行中の列車)が走行すると、図中矢印Bで示すようにレール3の振動と共に板バネ部材5も水平方向に振動し、また図中矢印Cで示すようにレール3の振動と共に板バネ部材5も垂直方向に振動する。
In this figure, when the fixing
このため、ワッシャ6を挟んで固定ボルト7により板バネ部材5に固定されていた検出手段を構成する磁気平衡型加速度センサ12も同様に振動し、磁気平衡型加速度センサエレメント12aにて水平方向の加速度を検出し、磁気平衡型加速度センサエレメント12bにて垂直方向の加速度を検出することができる。
For this reason, the magnetic balance
上記磁気平衡型加速度センサ12の磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12bから出力されるセンサ信号は、検出手段を構成するセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9のRFIDチップ10内のA/D変換回路27に入力され、測定データとして工業値変換される。
The sensor signals output from the magnetic balance type
また、板バネ部材5又はワッシャ6に係着させて上記固定ボルト7の緩みによりOFFとなる圧力検知スイッチ18(図示せず)の接点を中継して磁気平衡型加速度センサエレメント12cをRFIDチップ10内のA/D変換回路27に接続しておけば、上記固定ボルト7の緩みが発生した時において磁気平衡型加速度センサエレメント12cのセンサ信号がA/D変換回路27に入力されなくなり、測定データが“0”となる。従って、該状態を検出することにより、磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12bから得られる測定データが、緩みにより発生した振動データであることが判る。また、固定ボルト7の緩みがない場合には磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12b及び磁気平衡型加速度センサエレメント12cの全ての振動データが得られるため、該状態を検出することにより、磁気平衡型加速度センサエレメント12a,12bから得られる測定データが、緩みに起因しない通常時における振動データであることが判る。
Further, the magnetic balance type
上記検出手段から送信される測定データ及び当該各検出手段に予め設定された固有IDデータは、レール3沿いの一定間隔箇所に設置したリーダー28との無線通信により取得される。そして、データ処理装置30により、前記リーダー28より取得したデータをリアルタイムに演算解析してレール締結装置の緩み量及び当該緩みにより発生するレール3の振動量並びに通常時におけるレール3の振動量を求めることができる。なお、上記説明ではレール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレール3の振動並びに通常時におけるレール3の振動を車両1外より測定する方法を述べたが、図2に示すように、車両1(検査車両又は運行中の列車)にデータ処理装置30を設置して検査を行う方法も略同様となる。
The measurement data transmitted from the detection means and the unique ID data set in advance for each detection means are acquired by wireless communication with a
以上のようにして、レール締結装置の緩み及び当該緩みにより発生するレール3の振動並びに通常時におけるレール3の振動を安価なセンサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグ9及び磁気平衡型加速度センサ12により、レール締結装置と測定データとを完全に一致させて正確且つリアルタイムに検査することができる。また、検査車両による検査のみならず運行中の列車による検査が行える。また、各レール締結装置の個々の緩みのみならずレール3全体の緩み及び当該緩みにより発生するレール3全体の振動を測定することができる。更にはレール3沿いにリーダー28及びデータ処理装置30を設置して車両1(検査車両又は運行中の列車)外からも検査が行えることによりメンテナンスが容易に行えることになる。また、地震,水害,山崩れ等の災害により路肩が陥没するなどの異常が発生した場合においてはレール3の振動量が通常とは異なるため、前記災害によるレール3の異常も列車の運行又は非運行に関わらず常時検出することができることになる。また、異常検出時において警報信号を列車に通報することにより事故防止を図ることができる。
As described above, the loosening of the rail fastening device, the vibration of the
1 車両
2 車輪
3 レール
4 枕木
5 板バネ部材
6 ワッシャ
7 固定ボルト
8 受け部材
9 RFIDタグ
10 RFIDチップ
11 アンテナ
12 磁気平衡型加速度センサ
13 コイル
14 シリンダ
15 永久磁石
16 硬球
17 永久磁石
18 圧力検知スイッチ
19 同調回路
20 整流回路
21 クロック生成回路
22 変復調回路
23 電源回路
24 充電用コンデンサ
25 ロジック回路
26 FRAM
27 A/D変換回路
28 リーダー
29 アンテナ
30 データ処理装置
31 LAN
DESCRIPTION OF
27 A /
Claims (5)
レール沿いの一定間隔箇所又は車両(検査車両又は運行中の列車)にあっては、前記検出手段から送信される測定データ及び当該各検出手段に予め設定された固有IDデータを取得するためのリーダーを複数箇所に設置すると共に該リーダーより取得したデータをリアルタイムに演算解析してレール締結装置の緩み量及び当該緩みにより発生するレールの振動量並びに通常時におけるレールの振動量を求めるためのデータ処理装置を前記リーダーに接続して設置することを特徴とした、センサ入力機能付きバッテリーレス型RFIDタグを用いたレール締結装置のリアルタイム緩み検査システム。 In a rail fastening device that fastens and fixes a rail to a sleeper, a magnetic balance type acceleration sensor for detecting looseness of the rail fastening device, rail vibration generated by the loosening, and rail vibration in normal time, and A batteryless RFID tag with a sensor input function for processing sensor signals output from a magnetic balance type acceleration sensor to measure the amount of looseness and vibration of the rail fastening device and to transmit measured value data by wireless communication with a reader A detection means consisting of
A reader for acquiring measurement data transmitted from the detection means and unique ID data set in advance in each detection means in a place at regular intervals along the rail or in a vehicle (inspection vehicle or train in operation) Processing for calculating the amount of looseness of the rail fastening device, the amount of rail vibration generated by the loosening, and the amount of rail vibration during normal operation by calculating and analyzing data acquired from the reader in real time A real-time looseness inspection system for a rail fastening device using a batteryless RFID tag with a sensor input function, wherein the device is connected to the reader and installed.
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