JP2013217755A - 変位センサ及びセンサノード並びに自動張力計測方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】変位センサ200と、時刻情報を提供するクロック部と、自動張力調整装置のスプリングの伸縮状態を計測データとして記録する記録部と、前記記録部に記録された前記計測データをゲートウェイに送信する通信部と、前記時刻情報を取得し、計測時刻及び送信時刻を判定し、計測時刻であれば前記変位センサ200を制御して前記変位センサ200からの感知信号に基づいて自動張力調整装置のスプリングの伸縮の長さを計測し、計測データとして前記記録部に記録し、送信時刻であれば前記記録部に記録された計測データを読み出して前記通信部から前記ゲートウェイに送信させる制御部と、を備えたことを特徴とするセンサノード300。
【選択図】図5
Description
そこで、架線の終端部に、スプリング式自動張力調整装置等の自動張力調整装置を設置し、これによって架線の伸縮を吸収し、張力が一定になるようにしている。
さらに、架線の健全性を維持するために、架線に一定の張力を与える自動張力調整装置に異常がないかを検査する必要がある。このため、各架線に設置されている自動張力調整装置それぞれについて、スプリングの伸縮状態を監視する必要があり、定期的に、スプリングの変位量の最大値と最小値が正常な動作範囲に収まっていることを点検する必要がある。
特許文献1によれば、変位センサ上を高速移動する物体に永久磁石が取り付けられており、各磁気センサ素子付近を永久磁石が通過する際、磁気センサ素子は永久磁石の磁気を感知することによりパルスを出力する。従って、磁気センサ素子が出力した総パルス数をカウントすることにより、物体の位置を検出することが可能である。
また、特許文献2では、磁場が印加されると磁化する磁性体と、磁化した磁性体の磁場を感知する磁気センサ素子と、磁気センサ素子が予め定められた磁場を感知したか否かを示す感知結果情報を出力する出力手段とを備えることを特徴とする変位計測法が提案されている。
また、特許文献2の計測方法は、磁性体を磁化させることによりスプリングの変位を記録するものであり、計測時以外は電力を消費しない。しかし、一度磁化した磁性体をクリア(消磁)するには、検査員が消磁コイルを用いて磁性体を消磁する手間を必要とする課題があった。
本発明は、このような状況を鑑みてなされたもので、変位センサに常時電力を供給する必要がなく、さらに高速で変位量を計測することにより、消費電力を抑えた変位センサ及びセンサノード並びに自動張力計測方法を提供する。
外気温を計測する温度計測手段と、過去の計測時に前記温度測定手段で取得した温度情報と、磁気を感知した磁気センサ素子に一意に割り当てられる管理番号を記録するデータベースと、前記データベースを参照することにより、前記データベースに記録された温度情報から最も磁気を感知する可能性の高い磁気センサ素子の管理番号を判定する判定手段と、を備え、計測する前に、前記温度計測手段により現時点の温度を取得し、前記取得した温度と前記判定手段から取得した管理番号が割り当てられる磁気センサ素子、及び隣接する磁気センサ素子を前記電源選択手段により選択し、電源を供給し、前記判定手段により前記磁石の位置を判定することを本発明の第6の特徴とする。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
さらに複数の磁気センサ素子すべてに一度に電力を供給せず、常に、磁気センサ素子の1台にしか供給しない。1台ずつ動作させて磁気が感知した時に感知信号をセンサノードに送信する。センサノードは、電源を投入(供給)した磁気センサ素子が分かっているので、感知信号を出力した磁気センサ素子の位置に応じてスプリングの伸縮の長さを、位置情報として計測することができる。
計測データを受信する受信機または無線機を搭載する列車では、その受信機または無線機が、列車の通過時に、送信される計測データを受信して記録するものである。なお、計測データは、数バイト程度と小さいデータ量であるので、通常の運行速度(例えば、100km/h)の列車が通過する間にすべて受信可能である。
この記録は、その後データ処理され、架線の健全性の維持のために使用される。
スプリングは、架線の張力に応じて伸縮することにより、架線の張力を一定にしている。
104は、スプリングを格納するためのものである。また、筒104は支柱106に接続されているため、スプリングの伸縮状態に係らず固定位置にある。
スケール102は、スプリングに接続されており、スプリングの伸縮状態に合わせて、収納筒101に平行な矢印方向に変位する。また、目盛スケール102には、所定の目盛りが刻まれており、収納筒101に固定される固定ゲージ103と目盛スケール102の交差点の目盛りを読むことにより、スプリングの変位量を確認することができる。
そこで、STB100に変位センサ200を搭載したセンサノードを設け、スプリングの変位量を計測する。図3によって、本発明のセンサノードの一実施例を説明する。図3は、本発明のセンサノードの一実施例の構成を示すブロック図である。300はセンサノード、200は変位センサ、502は接続ケーブル、201は変位センサ200の磁気センサ素子、302は制御部、303はクロック部、304は記録部、305は通信部、301は制御部302、クロック部303、記録部304、通信部305間で相互に通信するためのLAN(Local Area Network)である。
制御部302は、クロック部303、記録部304、通信部305、及び変位センサ200を制御する。制御部302の一連の動作は、後述する。
クロック部303は、制御部302に時刻情報を提供する。制御部302は、クロック部303から取得した時刻情報をもとに、計測時刻の判定、計測情報の送信時刻の判定、及び間欠動作時刻の判定を行う。
記録部304は、後述する計測処理により取得したスプリングの変位の最大値と最小値(以下、単に計測データと称する)を記録する。
通信部305は、記録部304に記録されている計測データを、図示しないアンテナからゲートウェイに伝送する。
STB100においては、目盛スケール102に刻まれている目盛りにより、スプリングの伸縮状態を把握することができることは、既に説明した。
実運用では、連続的にスプリングの変位量の最大値と最小値が正常な動作範囲に収まっているかを点検する必要がある。そこで、次に本実施例における変位センサ200を備えるセンサノード300を用いて、電気的にスプリングの変位量を計測する手段について説明する。
変位センサ200は、磁気センサ素子201と、磁気センサ素子201に選択的に電源を供給するためのデマルチプレクサ203からなる。
制御部302は、磁気センサ素子201のいずれかが出力した感知信号を受信し、感知信号を出力した磁気センサ素子201を特定することにより、当該磁気センサ素子201が磁気を感知したことを把握する。
デマルチプレクサ203は、電力供給線204から電力の供給を受け、1つ以上の磁気センサ素子201のうち、使用する磁気センサ素子201を選択し、選択した磁気センサ素子201に電力を供給する。
デマルチプレクサ203には、センサノード300の制御部302から、電源と、磁気センサ素子201のいずれか1つを選択するための制御信号が入力される。デマルチプレクサ203は、入力された制御信号に基づいて、磁気センサ素子201のいずれか1つを選択し、選択した磁気センサ素子201にセンサノード300から供給された電源を供給する。
磁気感知線205は、磁気センサ素子201が磁気を感知することにより出力した感知信号を制御部302に通知するための回路である。
電力供給線204は、磁気センサ素子201に電力を供給するための回路である。電力供給線204は、デマルチプレクサ203を介して、1つ以上の磁気センサ素子201のうち、使用する磁気センサ素子201にのみ電力を供給する。
接地線206は、磁気センサ素子201を接地する。
選択線207には、制御部302からデマルチプレクサ203を制御するための制御信号が伝送される。制御部302は、選択線207によりデマルチプレクサ203を制御し、1つ以上の磁気センサ素子201のうち、使用する磁気センサ素子201にのみ電力を供給する。
図5の実施例では、目盛スケール102に変位センサ200を設ける。また、変位センサ200を用いてスプリングの変位量を計測するために、固定ゲージ103に永久磁石501を設ける。
図5において、変位センサ200内の磁気センサ素子201のうち、永久磁石501付近に存在する1個、もしくは数個の永久磁石501からの磁気を感知できるように、永久磁石501の磁力や設置位置を調整する。
ただし、図5では便利上、センサノード300を収納筒101に取付けたが、ゲートウェイと通信できる範囲で任意の場所に敷設してよいことは勿論である。
次に、実施例1によるセンサノード300の間欠動作について、図2、図3、図5、及び図4を用いて説明する。図4は、本発明のセンサノードの間欠動作の一実施例を示すフローチャートである。本発明のセンサノードが稼働している間、下記のステップS401〜ステップS410の一連の動作は、センサノード300の制御部302が、センサノード300及び変位センサ200を制御することによって実行される。
最大値/最小値読み出しステップS402では、制御部302は、記録部304に記録されている計測データ(スプリングの変位の最大値と最小値)を読み出し、計測ステップS403の処理に移行する。
計測ステップS403では、制御部302は、変位センサ200を用いてスプリングの変位量の変位を計測し、最大値/最小値確認ステップS404の処理に移行する。計測の一連の動作は、後述する。
スリープ処理ステップS406では、制御部302は、センサノード300の消費電力を抑えるために、センサノード300をスリープ状態に遷移させる。ここで言うスリープ状態とは、センサノード300の記録部304と通信部305、及び変位センサ200の電源を切断した状態のことである。この遷移により、センサノード300の消費電力を極力抑えることができる。
最大値/最小値読み出しステップS409では、制御部302は、記録部304から計測データを読み出し、送信処理ステップS410の処理に移行する。
送信処理ステップS410では、制御部302は、通信部305を制御することにより、ゲートウェイに読み出した計測データを送信し、計測時刻確認ステップS401の処理に移行する。
以上が、実施例1におけるセンサノード300の間欠動作の一例である。
逆に、当該磁気センサ素子201が磁気を感知しない場合は、当該磁気センサ素子201の電源を切断した後、その右隣の磁気センサ素子201の電源を投入し同様の処理を行う。以上のように、左端の磁気センサ素子201から順番に、永久磁石501からの磁気を感知するかどうか調査を行う。
実施例2では、変位センサ200は、M個の磁気センサ素子201で構成されており、磁気センサ素子201には、一意に管理番号が割り振られているものとする。ここでは便宜上、左端の磁気センサ素子201_1の管理番号を1、その右隣の磁気センサ素子201_2の管理番号を2とし、右端の磁気センサ素子201_Mの管理番号をMとする。
管理番号判定ステップS602では、Nが磁気センサ素子201の総数M以下であるか否かを判定する。NがM以下である(N≦M)と判定した場合には、電源投入ステップS603の処理に移行する。また、NがMより大である(N>M)と判定した場合には、計測失敗出力ステップS608の処理に移行する。
計測失敗出力ステップS608では、制御部302は、全ての磁気センサ素子201で永久磁石501からの磁気を感知できないので、計測が失敗したことを示すデータを記録部304に書き込む。
電源投入ステップS603では、制御部302は、磁気センサ素子201_Nに電源を投入し、磁気検出判定ステップS604の処理に移行する。最初は、Nは1であるから、左端の磁気センサ素子201_1から判定を開始することとなる。このとき、電源が投入された磁気センサ素子201_Nは、永久磁石501の磁気を感知した場合には、磁気感知線205を介して、制御部302に感知信号を出力する。また、磁気を感知しなかった場合には、感知信号を出力しない。
電源切断ステップS605では、制御部302は、磁気センサ素子201_Nの電源を切断し、計測ステップS403の処理を終了し、図4の最大値/最小値確認ステップS404の処理に移行する。
管理番号加算ステップS607では、制御部302は、磁気センサ素子201_Nが永久磁石501からの磁気を感知しなかったので、Nに1を加算し(N=N+1)、管理番号判定ステップS602の処理に移行する。
なお、上述の実施例において、計測を実行する時間間隔は、例えば、1時間毎であり、送信する時間間隔は、数秒間隔である。
さらに、ゲートウェイは、架線を使用する運行列車に搭載されており、ゲートウェイを搭載した運行列車は、数秒間隔で送信される計測データを、走行中に受信し、運行列車内の記録部に書き込む。運行列車内の記録部に書き込まれた、各計測データは、その後集約され、保守データとして使用される。
そこで実施例2では、前回の計測結果をもとに、永久磁石501からの磁気を感知する可能性の高い磁気センサ素子201から計測処理を開始することにより、より短時間で計測処理を完了させる一連の動作について、図7を用いて説明する。
なお、実施例2では、磁気センサ素子201には、一意に管理番号が割り振られているものとする。ここでは便宜上、左端の磁気センサ素子201_1の管理番号を1、その右隣の磁気センサ素子201_2の管理番号を2とし、右端の磁気センサ素子201_Mの管理番号をMとする。
従って、変位センサ200は、M個の磁気センサ素子201で構成されているものとする。また、Nは前回の計測で磁気を感知した磁気センサ素子201の管理番号である。さらに、LとRは、内部変数である(L及びRは自然数)。
管理番号読み出しステップS702では、制御部302は、記録部304に記録されている前回の計測で永久磁石501の磁気を感知した磁気センサ素子201の管理番号Nを読み出し、計測処理ステップ700の管理番号判定ステップS703の処理に移行する。なお、計測処理ステップ700は、以下のステップS703〜ステップS716までの処理である。
内部変数L加算ステップS704では、制御部302は、内部変数Lに1を加算し(L=L+1)、電源投入ステップS705の処理に移行する。
電源投入ステップS705では、制御部302は、磁気センサ素子201_(N−L)に電源を投入し、磁気検出判定ステップS706の処理に移行する。1回目の計測はL=−1であるから、管理番号がN、つまり前回の計測で磁気を感知した磁気センサ素子201_Nに電源を投入することとなる。このとき、電源が投入された磁気センサ素子201_(N−L)は、永久磁石501の磁気を感知した場合には、磁気感知線205を介して、制御部302に感知信号を出力する。また、磁気を感知しなかった場合には、感知信号を出力しない。
電源切断ステップS715では、制御部302は、管理番号N−Lの磁気センサ素子201_(N−L)の電源を切断し、計測ステップS403の処理を終了し、図4の最大値/最小値確認ステップS404の処理に移行する。
管理番号判定ステップS708では、管理番号N+(R+1)が磁気センサ素子201の総数Mと等しいかまたはMより小であるか否かを判定する。N+(R+1)≦Mであると判定した場合には、内部変数R加算ステップS709の処理に移行する。また、N+(R+1)>Mであると判定した場合には、管理番号判定ステップS713の処理に移行する。
内部変数R加算ステップS709では、制御部302は、内部変数Rに1を加算し(R=R+1)、電源投入ステップS710の処理に移行する。
電源投入ステップS710では、制御部302は、管理番号がN+Rの磁気センサ素子201_(N+R)に電源を投入し、磁気検出判定ステップS711の処理に移行する。このとき、電源が投入された磁気センサ素子201_(N+R)は、永久磁石501の磁気を感知した場合には、磁気感知線205を介して、制御部302に感知信号を出力する。また、磁気を感知しなかった場合には、感知信号を出力しない。
電源切断ステップS716では、制御部302は、管理番号N−Rの磁気センサ素子201_(N+R)の電源を切断し、計測ステップS403の処理を終了し、図4の最大値/最小値確認ステップS404の処理に移行する。
管理番号RL判定ステップS713では、制御部302は、全ての磁気センサ素子201について磁気の感知判定を実施したか否かを判定する。即ち、管理番号N−(L+1)が磁気センサ素子201の総数Mと等しいかまたは1より大であるか否か、または、管理番号N+(R+1)が磁気センサ素子201の総数Mと等しいかまたはMより小であるか否かを判定する。N−(L+1)≧1であるか、または、N+(R+1)≦Mであると判定した場合には、管理番号L判定ステップS703の処理に移行する。また、N−(L+1)<1であり、かつ、N+(R+1)>Mである場合には、計測失敗出力ステップS14の処理に移行する。
計測失敗出力ステップS714では、制御部302は、全ての磁気センサ素子201で永久磁石501からの磁気を感知できないので、計測が失敗したことを示すデータを記録部304に書き込む。
そこで、実施例3では、前回計測時と今回計測時の外気温の差分と、前回の計測で磁気感知した磁気センサ素子から、今回の計測で磁気感知する可能性の高い磁気センサ素子201を推定し、可能性の高い磁気センサ素子201から計測処理を行う。本実施例3について、図8、及び図9を用いて説明する。
図8によって、本発明の実施例3について説明する。図8は、本発明のセンサノードの一実施例の構成を示すブロック図である。800はセンサノード、801は温度センサ、802は制御部である。なお、図8のセンサノード800は、図3のセンサノード300について、外気温を計測する温度センサ801を追加し、制御部302を制御部802に替え、記録部304を記録部804に替えたものである。他の機能は、図3と同一である。
制御部802は、クロック部303、記録部804、通信部305、変位センサ200、及び温度センサ801を制御する。制御部802の一連の動作は、後述する。
記録部804には、計測データ(スプリングの変位量の最大値と最小値)のほか、前回の温度データと磁気を感知した磁気センサ素子200の管理番号Jが記録されている(Jは、1≦J≦Mの自然数)。
ここで磁気センサ素子201には、一意に管理番号が割り振られているものとし、ここでは便宜上、左端の磁気センサ素子201_1の管理番号を1、その右隣の磁気センサ素子201_2の管理番号を2とし、右端の磁気センサ素子201_Mの管理番号をMとする。
従って、変位センサ200は、M個の磁気センサ素子201で構成されているものとする。また、Jは、前回の計測で磁気を感知した磁気センサ素子201の管理番号である。さらに、LとRは、実施例2と同様に、内部変数である。
図9を用いて、実施例3におけるセンサノード300の一連の動作について説明する。図9は、本発明のセンサノードの変位計測処理の一実施例を説明するフローチャートである。ただし、既に説明した図7と同一の符号を付された処理は、同一の処理を実行するので、説明を極力省略する。なお、この一連の動作は、センサノード800の制御部802が、センサノード800及び変位センサ200を制御することによって実行される。
管理番号及び温度データ読み出しステップS902では、制御部302は、記録部804から前回の計測した外気温データTbと、前回の計測で永久磁石501の磁気を感知した磁気センサ素子201の管理番号Jbを読み出し、温度計測ステップS903の処理に移行する。
温度計測ステップS903では、制御部302は、温度センサ801を用いて外気温Tを計測し、変位量推定ステップS904の処理に移行する。
変位量推定ステップS904では、制御部302は、前回計測時の外気温Tbと今回計測時の外気温Tの温度差△Tに基づいて、最も磁気を感知する可能性が高い磁気センサ素子の管理番号Jを推定し、ステップS700の処理に移行する。
STB100において、スプリングの変位量は、外気温に大きく依存するので、例えば、左端の磁気センサ素子201_1から順番に磁気感知判定を行うより、高速に計測処理を完了することが可能であり、その結果、計測処理の消費電力を抑えることができる。
また、上記の各構成、機能、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に設けることができる。
また、電力供給線204、磁気感知線205、接地線206、および選択線207は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての回路を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Claims (8)
- 磁石からの磁気を感知し磁気感知信号を出力する複数の磁気センサ素子と、
前記複数の磁気センサ素子のうち、特定の磁気センサ素子を選択して電源を供給する電源選択手段と、を備えた変位センサであって、
前記磁気センサ素子は、それぞれ、前記電源選択手段により選択され、電源の供給を受けた場合に動作し、磁気を感知した時には、磁気を感知したことを示す感知信号を出力することを特徴とする変位センサ。 - 請求項1記載の変位センサと、
時刻情報を提供するクロック部と、
自動張力調整装置のスプリングの伸縮の長さを計測データとして記録する記録部と、
前記記録部に記録された前記計測データをゲートウェイに送信する通信部と、
前記時刻情報を取得し、前記取得した時刻情報が計測時刻であれば前記変位センサを制御して前記変位センサからの感知信号に基づいて自動張力調整装置のスプリングの伸縮の長さを計測し、計測データとして前記記録部に記録し、送信時刻であれば前記記録部に記録された計測データを読み出して前記通信部から前記ゲートウェイに送信させる制御部と、
を備えたことを特徴とするセンサノード。 - 請求項2記載のセンサノードにおいて、前記制御部は、前記電源選択手段により特定の前記磁気センサ素子を選択して電源を供給し、選択した前記磁気センサ素子からの前記感知信号に基づいて前記磁石の位置を判定する判定手段と、当該感知信号を出力する磁気センサ素子に一意に割り当てられる管理番号を記録する記録手段と、を備えることを特徴とするセンサノード。
- 請求項2または請求項3記載のセンサノードにおいて、今回計測時に前記記録手段に記録された前記前回の計測で磁気を感知した磁気センサ素子を前記電源選択手段により選択し、電源を供給し、前記判定手段により前記磁石の位置を判定することを特徴とするセンサノード。
- 請求項2または請求項3記載のセンサノードにおいて、さらに、
外気温を計測する温度計測手段と、
前記記録手段は、前回計測時に温度計測手段により取得した第1の温度と、前回計測時に磁気を感知した磁気センサ素子に一意に割り当てられる第1の管理番号を記録し、前記第1の温度と、今回計測時に温度計測手段により取得した第2の温度と、前記第1の管理番号から、今回計測時に最も磁気を感知する可能性の高い磁気センサ素子の第2の管理番号を推定する推定手段を有し、
前記制御部は、前記推定手段により所得した第2の管理番号が割り当てられる磁気センサ素子、及び隣接する磁気センサ素子を前記電源選択手段により選択し、電源を供給し、前記判定手段により前記磁石の位置を判定することを特徴とするセンサノード。 - 請求項2または請求項3記載のセンサノードにおいて、さらに、
外気温を計測する温度計測手段と、
過去の計測時に前記温度測定手段で取得した温度情報と、磁気を感知した磁気センサ素子に一意に割り当てられる管理番号を記録するデータベースと、
前記データベースを参照することにより、前記データベースに記録された温度情報から最も磁気を感知する可能性の高い磁気センサ素子の管理番号を判定する判定手段と、を備え、
計測する前に、前記温度計測手段により現時点の温度を取得し、前記取得した温度と前記判定手段から取得した管理番号が割り当てられる磁気センサ素子、及び隣接する磁気センサ素子を前記電源選択手段により選択し、電源を供給し、前記判定手段により前記磁石の位置を判定することを特徴とするセンサノード。 - 請求項1記載の変位センサを構成する磁石からの磁気を感知し磁気感知信号を出力する複数の磁気センサ素子に電源を供給して、前記供給した磁気センサ素子から感知信号が出力された場合に、当該磁気センサ素子の位置に基づいて、前記自動張力調整装置のスプリングの伸縮の長さを計測することを特徴とする自動張力計測方法。
- 請求項7記載の自動張力計測方法において、時刻情報を取得し、前記取得した時刻情報に基づいて、所定の第1の時刻に変位センサを制御して、前記変位センサからの感知信号を受信し、前記感知信号を受信した前記変位センサの磁気センサ素子に基づいて自動張力調整装置のスプリングの伸縮の長さを計測し、計測データとして記録し、所定の第2の時刻に前記記録された計測データを読み出してゲートウェイに送信することを特徴とする自動張力計測方法。
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