JP3339719B2 - トロリー線の高さ測定装置 - Google Patents

トロリー線の高さ測定装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、架空トロリー線の高
さ測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は、電車線路の車両と、これに対し
て設けられた架空トロリー線(以下単にトロリ線とい
う)を示す。(a) において、トロリ線1は電柱2a に支
持された吊架線2b にハンガーを用いて展張されてい
る。トロリ線1に対して車両3の屋根上に設けられたパ
ンタグラフ4の摺板4a が摺動接触し、トロリ線の高電
圧を受電して車両3が走行する。走行により摺板4a は
漸次摩耗するので、摩耗を均等とするため、(b) のよう
に、トロリ線1は各電柱間で中心線Cの左右に幅Dの範
囲を交互に偏位して架設されている。
【0003】さて、パンタグラフ4が安定に受電するた
めには、トロリ線1の架設高さを基準値に保持すること
が必要であり、この高さは電気検測車に高さ検出器を設
けて定期的に測定され管理されている。図5は従来の高
さ検出器6を示す。検測車5の屋根上にはトロリ線の摩
耗などを測定するために測定専用のパンタグラフ4′が
設けられており、そのアーム4b の基部の回転軸に回動
アーム6a を固定し、その先端を摺動抵抗器6b に結合
して構成される。トロリ線1の昇降に応じて回転軸が回
転し、摺動抵抗器6b の抵抗値が変化し、この変化によ
り高さが検出される。
【0004】また、トロリ線1は車両3の走行中にパン
タグラフ4の押圧力により動揺する。列車速度の向上に
対応してトロリ線の構造やその架設方法などを改良する
ためには、列車走行時における動揺の動的状態を把握す
ることが必要とされており、このためにはパンタグラフ
4の近傍と、その影響を受けない離れた位置におけるト
ロリ線のそれぞれの高さを同時に測定し、両者を比較す
ることが有効と考えられている。図6はトロリ線の動揺
を把握するための測定モデルを示す。複数の車両3によ
り編成された列車において、パンタグラフ4が走行方向
に対して前部の車両3aにはなく、適当に離れた後部の
車両3b にあるとし、これらにそれぞれ高さ測定装置を
設け、走行中に両者により高さをZa とZb を測定して
比較することが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のトロリ
線高さ検出器は、その点検保守は屋根上作業であるため
危険であり、またトロリ線の高電圧に対する絶縁と強烈
な雑音の排除対策が必要であり、これらを回避するに
は、光学式の測定装置が要望されている。この発明は上
記の提案に対応するため、または従来の機械式の高さ検
出器に代って使用できる、簡易な光学式のトロリ線の高
さ測定装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明はトロリ線の高
さ測定装置であって、車両の屋根上の左右中心線上に、
適当な間隔で互いに対向して配置された投光系および受
光系と、車両に搭載されたデータ処理部とを具備する。
投光系により、トロリ線の左右偏位に対応した幅を有す
るレーザ光束を、適当な斜め上向きの投射角度で投射す
る。受光系は、受光光軸がトロリ線の高さ変動範囲の中
心に対して、投射角度に等しい受光角度に設定され、干
渉フィルタと結像レンズ、および受光光軸に直角に設け
られ、左右偏位に対応した幅を有する複数の素子が、高
さ変動範囲に対応して配列されたCCDリニアセンサ
(以下CCDセンサ)とにより構成され、左右偏位およ
び高さ変動範囲内のトロリ線によるレーザ光束の反射光
を受光し、反射光に含まれる天空の自然光を干渉フィル
タにより除去し、結像レンズによりCCDセンサの素子
のいずれかに結像する。結像した素子の出力信号をデー
タ処理部に入力してこの素子のアドレスを検出し、この
アドレスに対応するトロリ線の高さデータを出力する。
さらに、第2の発明は、前記のトロリ線の高さ測定装置
であって、この高さ測定装置を2つ有し、その第1の高
さ測定装置をパンタグラフのある車両に配置し、その第
2の高さ測定装置をパンタグラフのない車両に配置し
て、パンタグラフの押圧力によるトロリ線の動揺を検出
するものである
【0007】
【作用】上記の高さ測定装置においては、投光系によ
り、トロリ線の左右偏位に対応した幅のレーザ光束が、
適当な斜め上向きの投射角度で投射される。受光系は、
受光光軸が高さ変動範囲の中心に対して、投射角度に等
しい受光角度に設定され、左右偏位および高さ変動範囲
内のトロリ線によるレーザ光束の反射光が受光される。
反射光に含まれている天空の自然光が干渉フィルタによ
り除去された後、CCDセンサのいずれかの素子に結像
する。CCDセンサの自己走査により、反射光が結像し
た素子から出力された出力信号が、データ処理部に入力
して走査タイミングによりこの素子のアドレスが検出さ
れ、これに対応するトロリ線の高さデータが出力され
る。上記において、CCDセンサの各素子は、トロリ線
の左右偏位に対応した幅を有するので、左右偏位により
偏位した反射光は同一素子に受光され、高さ測定に対す
る左右偏位の影響が排除される。また、干渉フィルタに
より自然光が除去されるので昼間測定が可能とされてい
る。このようにCCDセンサの各素子対応にアドレスを
設定して素子対応にそれをアドレスとしてトロリー線の
高さを検出することで、画素単位で受光した高さ検出を
する場合よりも受光信号の整形や複雑で特別な画像処理
等をする必要がなく、反射光に含まれる天空の自然光と
ともに受光する場合であっても精度の高い測定ができ
る。さらに、前記の第2の発明のように、この高さ測定
装置の1組を列車に配設することにより、パンタグラフ
の押圧力によるトロリ線の動揺が明確に把握され、速度
向上に対する動揺データがえられるので、この動揺デー
タに基づいて測定したトロリー線の高さ補正等が可能と
なり、また、2箇所の測定データからより精度の高い高
さ測定ができる。
【0008】
【実施例】図1はこの発明の一実施例における投光系7
と受光系8の配置図を示す。車両3(検測車5を含む)
の走行方向をX、直角方向をY、垂直方向をZとする。
車両3の屋根上の左右中心線C上に、投光系7と受光系
8を対向して設ける。なお図示を省略するが、データ処
理部は車両3の適当な箇所に搭載される。投光系7の光
軸をX方向で、適当な、例えば30°の投射角度θT
設定し、半導体レーザ素子7a が出力するレーザ光を、
シリンドリカルレンズ7b によりレーザ光束LT に変換
して、トロリ線1の左右偏位の範囲Dに対して投射す
る。なお、半導体レーザ素子7a としては、連続出力が
なるべく大きい、例えば1W程度のものを使用する。一
方、受光系8は光軸をトロリ線1の高さ変動範囲HV
中心線HC に対して、投射角度θT に等しい受光角度θ
R に設定する。この中心線HC の高さは一定値であるの
で、これと角度θT により投光系7と受光系8の間隔X
d が決まる。
【0009】図2(a) はXZ面におけるレーザ光束LT
と、高さが変動する1条のトロリ線1の反射光LR の関
係を示す。高さが変動して変動範囲HV の中心線HC
あるトロリ線T1 は反射光LR1を反射し、範囲HV の最
上にあるT2 と、最下位にあるT3 はそれぞれ反射光L
R2,LR3を反射して受光系8に受光される。図2(b),
(c) は、受光系8の構成と、XZ面とYZ面における各
反射光LR1などの結像位置を示す。受光系8は干渉フィ
ルタ81と結像レンズ82およびCCDセンサ83とにより構
成される。干渉フィルタ81はレーザ光束LT の波長に対
する狭い透過帯域を有し、入射した反射光LR より天空
の自然光の大部分を除去して昼間測定が可能とされ、反
射光LR は結像レンズ82によりCCDセンサ83に結像さ
れる。(b) に示すように、CCD83は高さ変動範囲HV
に対応した長さHV ′に複数の素子eが配列され、反射
光LR1は中心の素子e1 に、反射光LR2、LR3は素子e
2,e3 にそれぞれ結像される。各素子eは左右偏位範囲
Dに対応した幅D′を有し、各反射光LR1〜LR3が各素
子e1 〜e3 にそれぞれ結像されて左右偏位の影響が排
除される。
【0010】図3はデータ処理部9の構成を示し、信号
処理回路91、ROM92、および出力部93よりなり、CC
センサ83の各素子eの位置にROM92のアドレスを対
応させ、各アドレスにはトロリ線1の高さデータが予め
記録される。CCDセンサ83の自己走査により、反射光
が結像された素子eより出力される出力信号s
と、走査タイミング信号tとがデータ処理部9に入力
し、信号処理回路91により当該素子に対するアドレスが
検出され、ROM92に対してこのアドレスを指定する
と、トロリ線T などの高さデータが読出される。な
お、例えば、図2(c) のように、仮に、同時に高さの異
なる複数のトロリ線が検出された場合、最も低いもの、
すなわち素子e に対応する高さが検出され、高さデ
ータとして読出される。この高さデータに対する位置情
報として、別途設けられた電柱検出部10よりの電柱検
出信号kが、信号処理回路91により付加されて出力部93
に出力される。
【0011】上記の高さ測定装置を、図6に示した列車
の前部と後部の各車両3a,3b にそれぞれ配設し、走行
中にトロリ線1の高さZ とZ を測定し、これらを
比較することにより、パンタグラフ4の押圧力によるト
ロリ線1の動揺を明確に把握することができる。なお、
この高さ測定装置は検測車5に適用して、前記した従来
の高さ検出器6の代りに使用することが勿論可能であ
る。
【0012】
【発明の効果】以上の説明のとおり、この発明によるト
ロリ線の高さ測定装置においては、投光系よりレーザ光
束を投射し、受光系により左右偏位と高さ変動範囲内の
トロリ線の反射光を受光し、天空の自然光を干渉フィル
タにより除去して、CCDセンサの複数個の素子のいず
れかに結像し、左右偏位の影響が排除されて高さデータ
が出力されるもので、昼間測定が可能で、かつ従来の光
学式装置に比較して構成や演算処理などが簡易であり、
従来の機械式の高さ検出器に代って使用することがで
き、また、この装置の1組を列車に配設するようにすれ
ば、パンタグラフの押圧力によるトロリ線の動揺が明確
に把握され、速度向上に対する動揺データがえられるな
ど、その効果には大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例における投光系7と受光
系8の配置図を示す。
【図2】 (a) はXZ面におけるレーザ光束LT と、高
さが変動する1条のトロリ線1の反射光LR の説明図、
(b),(c) は受光系8の構成と、XZ,YZ面における反
射光LR の結像位置の説明図を示す。
【図3】 データ処理部9の構成図を示す。
【図4】 (a) は架空トロリ線1の構成図、(b) は左右
偏位Dの説明図をそれぞれ示す。
【図5】 従来の機械式の高さ検出器6の構成図を示
す。
【図6】 トロリ線1の動揺を把握するための測定モデ
ルを示す。
【符号の説明】
1…トロリ線、2a …電柱、2b …吊架線、3…車両、
3a …前部車両、3b …後部車両、4…パンタグラフ、
4′…測定用パンタグラフ、4a …摺板、4b …アー
ム、5…電気検測車、6…高さ検出器、6a …回動アー
ム、6b …摺動抵抗器、7…投光系、7a …半導体レー
ザ素子、7b …シリンドリカルレンズ、8…受光系、81
…干渉フィルタ、82…結像レンズ、83…CCDリニアセ
ンサ、9…データ処理部、91…信号処理回路、92…RO
M、93…出力部、10…電柱検出部、C…トロリ線の左
右偏位または車両の左右中心線、D…左右偏位または偏
位範囲、e,e1,e2,e3 …CCDセンサの素子、D′
…素子eの幅、HV …高さ変動範囲、HC …HV の中心
線、HV ′…CCDセンサの長さ、LT …光束またはレ
ーザ光束、LR …トロリ線の反射光、θT …投射角度、
θR …受光角度、T1,T2,T3 …高さが変動したトロ
リ線、s…素子の出力信号、t…走査タイミング信号、
k…走行距離信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 宗雄 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 竹中 泰雄 東京都千代田区大手町二丁目6番2号 日立電子エンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大浦 泰 東京都千代田区丸の内一丁目6番5号 東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 円谷 哲男 東京都千代田区丸の内一丁目6番5号 東日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 池田 国夫 東京都千代田区丸の内一丁目6番5号 東日本旅客鉄道株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−198808(JP,A) 特開 平3−156303(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の屋根上の左右中心線上に、適当な間
    隔で互いに対向して配置された投光系および受光系と、
    該車両に搭載されたデータ処理部とを具備し、該投光系
    により、トロリー線の左右偏位に対応する幅を有するレ
    ーザ光束を、適当な斜め上向きの投射角度で投射し、該
    受光系は、受光光軸がトロリー線の高さ変動範囲の中心
    に対して該投射角度に等しい受光角度に設定され、干渉
    フィルタと結像レンズ、および該受光光軸に直角に設け
    られ、前記左右偏位に対応した幅を有する複数の素子
    が、前記高さ変動範囲に対応して配列されたCCDリニ
    アセンサとにより構成され、前記左右偏位および高さ変
    動範囲内のトロリー線による前記レーザ光束の反射光を
    受光し、該反射光に含まれる天空の自然光を前記干渉フ
    ィルタにより除去し、前記結像レンズにより前記CCD
    リニアセンサの素子のいずれかに結像し、該結像した素
    子の出力信号を前記データ処理部に入力して該素子のア
    ドレスを検出し、該検出されたアドレスに対応する前記
    トロリー線の高さデータを出力することを特徴とする、
    トロリー線の高さ測定装置。
  2. 【請求項2】 車両の屋根上の左右中心線上に、適当な間
    隔で互いに対向して配置された投光系および受光系と、
    該車両に搭載されたデータ処理部とを具備し、該投光系
    により、トロリー線の左右偏位に対応する幅を有するレ
    ーザ光束を、適当な斜め上向きの投射角度で投射し、該
    受光系は、受光光軸がトロリー線の高さ変動範囲の中心
    に対して該投射角度に等しい受光角度に設定され、干渉
    フィルタと結像レンズ、および該受光光軸に直角に設け
    られ、前記左右偏位に対応した幅を有する複数の素子
    が、前記高さ変動範囲に対応して配列されたCCDリニ
    アセンサとにより構成され、前記左右偏位および高さ変
    動範囲内のトロリー線による前記レーザ光束の反射光を
    受光し、該反射光に含まれる天空の自然光を前記干渉フ
    ィルタにより除去し、前記結像レンズにより前記CCD
    リニアセンサの素子のいずれかに結像し、該結像した素
    子の出力信号を前記データ処理部に入力して該素子のア
    ドレスを検出し、該検出されたアドレスに対応する前記
    トロリー線の高さデータを出力する第1および第2の高
    さ測定装置を有し、前記第1の高さ測定装置をパンタグ
    ラフのある車両に配置し、前記第2の高さ測定装置をパ
    ンタグラフのない隣接する車両に配置して、前記パンタ
    グラフの押圧力による前記トロリ線の動揺を検出するこ
    とを特徴とする、トロリー線の高さ測定装置。
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