JP3587230B2 - トロリー線の高さ測定方法 - Google Patents
トロリー線の高さ測定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3587230B2 JP3587230B2 JP29146197A JP29146197A JP3587230B2 JP 3587230 B2 JP3587230 B2 JP 3587230B2 JP 29146197 A JP29146197 A JP 29146197A JP 29146197 A JP29146197 A JP 29146197A JP 3587230 B2 JP3587230 B2 JP 3587230B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- trolley wire
- laser
- light
- trolley
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道への電力供給用として、線路に沿って懸垂架設されたトロリー線の高さ測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気鉄道における電力供給用トロリー線は、線路に沿って立てられた電柱と、この電柱に支持された吊り架線から垂れ下がったハンガーによって懸垂支持されている。そして、電車の屋根上に設置されているパンタグラフの摺板をトロリー線に接触させ、電車に所要の電力を供給している。この場合、摺板の全面で一様に摩耗するようにトロリー線は電車の進行方向に沿って所定の範囲で蛇行するように架設されている。また、電車の走行密度が高い区間では、所要の電力を供給するために複数本のトロリー線を所定の間隔で平行に架設することも行なわれている。
【0003】
このトロリー線は、在来線の場合、レール面上4500mm〜5400mmの範囲に架設されており、トロリー線の高さが定められて基準値の中にあるか、また電車が通過した時どのような運動をするか知るためにトロリー線の高さを測定する必要がある。このため、従来は図10に示すようにパンタグラフ接触による方法でパンタグラフの運動を測定することにより、トロリー線の高さを検出している。即ち、トロリー線tの高さが変わると、パンタグラフ51は上下に運動してパンタグラフ51の主軸52が回転する。この回転を絶縁体53を介してポテンショメータ54に導き、このポテンショメータ54によりトロリー線tの高さを測定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
パンタグラフ接触による方法では、トロリー線が揺動したりしてパンタグラフが一瞬離線した場合、トロリー線の高さ測定ができなくなるという問題があって、パンタグラフの離線とは関係なく常に正確な高さ測定ができる方法が要望されていた。本発明の目的は、トロリー線の高さがレーザー位相差計を用いて該トロリー線とは非接触で正確に測定できる、トロリー線の高さ測定方法を提供することにある。また、副次的にはトロリー線の偏位を求めることができるトロリー線の高さ測定方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするトロリー線の高さ測定方法は、電車の走行路に沿って懸垂架設されたトロリー線に高周波変調されたレーザー走査光を照射し、そのレーザー走査光を前記トロリー線の長さ方向に対してほぼ直角方向にスキャニングし、前記トロリー線から反射されるレーザー乱反射光をレーザー位相差計に受光せしめる一方、トロリー線位置センサーによりトロリー線を見張ってスキャナ回転角にフイードバックをかけ、トロリー線の偏位に追随してレーザー走査光を照射し続けて、前記レーザー位相差計により、前記レーザー走査光と前記レーザー反射光の位相差をもとに、前記トロリー線の高さと副次的にトロリー線の偏位を営業車両や保守用車両から求めるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図1〜図9を参照しながら説明する。本発明方法を実施するための高さ測定装置を概略的に示すブロック図である図1において、1は距離計である測定部、2は追尾制御部、3は走査制御部、4は走査駆動部、5は走査光学系、6は制御光学系、7はCCDモジュールからなる受光制御部であって、追尾制御部2は走査制御部3を制御し、走査制御部3は走査駆動部4を制御して走査光学系5に光走査させると共に、走査光学系5は制御光学系6を通して走査光を測定対象物であるトロリー線8に照射する。受光制御部7は制御光学系6を通して走査光及びトロリー線8からの反射光を受光し、追尾制御部2に制御指令を与え、追尾制御部2はこの指令をもとに測定部1にサーチ指令を与える。
【0007】
図2は図1の高さ測定装置の基本構成を示すもので、距離計基板9、受光モジュール10、非球面レンズ11、干渉フイルタ12及びレーザーモジュール13によって構成されている。また、図3に示すように、受光制御部7のCCDモジュールはCCD基板14、1次元CCD15及び干渉フイルタ16を含んでいる。なお、16aは非球面レンズである。
【0008】
次に、図4によって本発明方法を説明すると、高周波変調されたレーザー走査光を投受光できるレーザー位相差計17から出るレーザー走査光をコリメート鏡18又はレンズの焦点距離fに置かれたスキャナ19によって平行スキャニングして垂直上方に向け(太陽光の垂直入射をカット)、トロリー線8の摺面にレーザー走査光20を投射し、そこから生ずる乱反射光を再び同じ光路を経てレーザー位相差計17にて受光する。
【0009】
この際、レーザー位相差計17に一体又は別個に置かれたCCDカメラ21等のトロリー線位置センサーによってトロリー線8を見張り、スキャナ19の回転角にフィードバックをかけ、動くトロリー線8にレーザー走査光20を照射し続け、測定回数を多くして精度を向上させる。なお、CCDカメラ21によりトロリー線8の偏位が測定できる。また、複数本のトロリー線高さ測定は、現在では最大4本であるが、スキャナ19を次々と回転させて、図1に示すように上位CPUから何本目のトロリー線を測定せよという指示を受ければ、その指示に従って当該トロリー線の高さが測定される。
【0010】
そして、CCDモジュール7に何も受光していない時は、図5の(a)に示すようにレーザー走査光20をスキャンしてサーチを開始する(この時、何本目のトロリー線かは設定しておく)。次いで、図5の(b)に示すようにレーザー走査光20がトロリー線8に当たった時からCCD出力が得られ、更に移動すると図5の(c)と(d)に示すようにパルス巾が最大巾から逆に狭くなって行く。この時のレーザー走査光の移動している方向は判っているので、逆方向に戻して最大巾にする。この際、トロリー線8の反射率が大きく変化しないことを条件とする。
【0011】
次に、図6に示すように、レーザー走査光20がロックされてトロリー線8が移動した場合、図の矢印で示すように右方向へ移動するとパルスは左側から狭くなって行くので、レーザー走査光20を右方向に振ればパルス巾は広くなり追尾する。例えば、レーザー走査光20のスキャン分解能を1mmとし、CCD受光センサのサンプル速度を1KHz以下とすれば、100mmスパンなら0.1秒で追尾できる。但し、ガルバノメータの応答速度から、もう少し遅くなるが、1KHz以下のトロリー線8の移動があれば、走行中や停止中に関係なくサーチできる。
【0012】
図7は本発明測定方法に用いるレーザー変調式位相差計の概略構成を示すもので、測定部1は、後述する操作制御部50の制御のもとにレーザー走査光20を用いて、該測定部1から所定距離Dだけ離れた測定対象物であるトロリー線8の高さと変位dを測定する。
【0013】
そして、図7に示すレーザー変調式位相差計の実施の態様を図8により説明すると、22は発光源である半導体レーザー、23は非球面鏡、24はハーフミラーであって、非球面鏡23とハーフミラー24は半導体レーザー22から発生するレーザー光の光路上に配置されている。25はハーフミラー24からの反射光の光路上に配置された第1のコリメートレンズ、26aと26bは測定対象物であるトロリー線8の反射光路上に配置されたミラー、27はミラー26a,26bの反射光路上に配置された第2のコリメートレンズであって、ミラー26a,26bと第2のコリメートレンズ27間には干渉フイルター12が配置されている。
【0014】
28は基準発振機を内蔵しアバランシェフオトダイオードを有する第1の光電変換器、29はアバランシェフオトダイオードを有する第2の光電変換器であって、半導体レーザー22、非球面鏡23、ハーフミラー24、第1のコリメートレンズ25、ミラー26a,26b、干渉フイルター12、第2のコリメートレンズ27及び光電変換器28,29は測定部1である光学系を構成している。30は基準周波数発生器、31はレーザー駆動器、32はトリガパルス発生器である。33aは第1の光電変換器28の出力信号を入力とする高速アンプ、33bは第2の光電変換器29の出力信号を入力とする自動ゲイン制御機能を有する高速アンプである。
【0015】
そして、34はトリガパルス発生器32と高速アンプ33aの出力信号を入力とするサンプリングヘッド、35はトリガパルス発生機32と高速アンプ33bの出力信号を入力とするダブルバランスミキサー、36a,36bは波形整形回路であって、これらのサンプリングヘッド34、ダブルバランスミキサー35及び波形整形回路36a,36bによって時間軸回路37を構成している。
【0016】
38aは波形整形回路36aの出力信号を入力とするレベルコンパレータ、38bは波形整形回路36bの出力信号を入力とするレベルコンパレータ、39はレベルコンパレータ38a,38bの出力信号と基準周波数発生器30の出力信号を入力とするゲート制御回路、40はゲート制御回路39の出力信号を入力として計数するカウンタであって、これらのレベルコンパレータ38a,38b,ゲート制御回路39及びカウンタ40によって時間差測定回路41が構成されており、また、基準周波数発生器30、レーザー駆動器31、トリガパルス発生器32、時間軸回路37、時間差測定回路41及びマイクロプロセッサー42によって操作制御部50が構成されている。
【0017】
以下に動作を説明する。半導体レーザー2から発生したレーザー光はハーフミラー24を通してトロリー線8に照射されると共に、ハーフミラー24により反射され、反射したレーザー光は第1のコリメートレンズ25に集光されて、第1の光電変換器28に入射される。トロリー線8からの反射レーザー光は、ミラー26a,26bによって反射されて、干渉フイルター12を通して第2のコリメートレンズ27に入射される。第2コリメートレンズ27は反射レーザー光を集束して第2の光電変換器29に導く。そして、第1及び第2の光電変換器28,29は反射レーザー光を反射光のエネルギーの強弱に対応する強弱の電気信号に変換する。
【0018】
基準周波数発生器30は、基準周波数信号f0をレーザー駆動器31に入力し、周波数信号f1をトリガパルス発生器32に入力する。第1の光電変換器28の出力信号は第1の高速アンプ33aにより増幅され、第2の光電変換器29の出力信号は第2の高速アンプ33bによって増幅される。サンプリングヘッド34は第1の高速アンプ33aの出力信号とトリガパルス発生器32のトリガパルス信号を入力として、第1の高速アンプ33aの出力信号をサンプリングし、ダブルバランスミキサー35は第2の高速アンプ33bの出力信号とトリガパルス発生器32の出力信号を入力として、第2の高速アンプ33bの出力信号とトリガパルス発生器32の出力信号を合成する。
【0019】
サンプリングヘッド34のサンプリング信号は第1の波形整形回路36aによって、またダブルバランスミキサー35の合成信号は第2の波形整形回路36bによってそれぞれ波形整形され、図9に示すようにその信号の時間軸が拡大される。時間差測定回路41の第1のレベルコンパレータ38aは第1の波形整形回路36aの波形整形信号のレベルを基準レベルと比較し、第2のレベルコンパレータ38bは第2の波形整形回路36bの波形整形信号のレベルを基準レベルと比較する。
【0020】
ゲート制御回路39は、第1のレベルコンパレータ38aの偏差出力信号と第2のレベルコンパレータ38bの偏差出力信号を入力として、基準周波数発生器30の周波数信号f2をもとにゲート信号を発生する。カウンタ40はゲート制御回路39からのゲート信号を計数して、第1の光電変換器28の出力信号、即ち、ハーフミラー24からレーザー光が第1の光電変換器28に入射する時間と、トロリー線8から反射し更にミラー26a,26bを介してレーザー光が第2の光電変換器29に入射する時間との時間差信号を出力する。
【0021】
マイクロプロセッサー42は時間差信号の0点補正、光速補正及び平均化を実行して、測定点からトロリー線8までの高さであるデジタル及びアナログ距離信号を出力する。例えば、半導体レーザー22を29979MHz(波長λ/2=5mm)で変調し、平行ビームにした後、トロリー線8に放射する。トロリー線8の表面で乱反射した光の一部をミラー26a,26b及び第2のコリメートレンズ27で集光し、第2の光電変換器29に入射する。乱反射の場合は受光系に返ってくる光のエネルギーが小さいため、大口径、例えば100〜200mmの受光レンズと高感度の光電変換器をしようする。また、高性能の干渉フィルターによりS/N比を向上させる。
【0022】
半導体レーザーの直接光及び反射光を、それぞれPINフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードで電気信号に変換し、性能の揃った高速アンプで増幅する。検出信号をレーザー変調周波数より例えば2998KHz(1/10000)低い周波数でサンプリングすると、信号の時間軸が10000倍拡大される。この時、サンプリングヘッドの電気的特性の制約から、サンプリングを1/20に間引きするが、時間軸の拡大倍率には影響しない。サンプリングヘッドの出力はパルス列信号となるので、波形整形回路によって連続信号に変換する。
【0023】
波形成形された基準信号と反射信号の時間差を正確に測定するために、レベルコンパレータで各々のゼロクロス点を検出し、時間差を14989MHzのクロッグでカウントする。時間軸が10000倍に拡大されるので、14989MHzの1カウントは、トロリー線の変位1mmに対応する。そして、マイクロプロセッサによって0点補正、光軸補正、平均化等して精度を上げると、トロリー線の変位は平均化を32回とすれば、分解能1mm、応答20Hz程度で測定可能になる。
【0024】
図9はサンプリングと△fに時間拡大された信号及び基準周波数信号f0を示すもので、f0Hzの信号s1を(f0−△f)Hzの信号s2のゼロクロス点でサンプリングすれば、f0の信号は(f0−△f)Hzの信号に時間軸拡大される。この図9の例では△f=f0/10であって、△f=f0/Mとすれば、元の信号は周波数で1/M時間軸でM倍に変換されたことになる。レーザー光変調方式で基準光と反射光の時間差を正確に測定するには、このような技術によって取り扱う信号の周波数を大幅に下げる必要がある。
【0025】
【発明の効果】
本発明は上記の如くであって、高周波変調されたレーザー光を平行スキャニングしてトロリー線にほぼ垂直に照射し、帰ってくるトロリー線からのレーザー乱反射光をレーザー位相差計に受光せしめ、車両進行方向と直角に変位するトロリー線の左右の動きをセンサーにより見張り、スキャナー角度を制御してトロリー線にレーザー光を照射し続け、非接触でトロリー線の高さを測定する方法であるから、経済的で高精度の高さ測定ができる。また、左右の動きを見張るセンサーによってトロリー線の偏位も測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施に用いる装置を概略的に示すブロック図である。
【図2】図1に示す装置の基本構成図である。
【図3】図1に示す装置のCCDモジュールの基本構成図である。
【図4】本発明方法を説明するための概略図である。
【図5】図1の装置の動作説明図である。
【図6】図1の装置の動作説明図である。
【図7】本発明方法に用いるレーザー位相差計の概念図である。
【図8】本発明方法に用いるレーザー位相差計の一例を示すブロックズ図である。
【図9】図8に示すレーザー位相差計の特性図である。
【図10】従来のトロリー線の高さ測定方法を説明するための概略的構成図である。
【符号の説明】
1は測定部
2は追尾制御部
3は操作制御部
4は走査駆動部
5は走査光学系
6は制御光学系
7はCCDモジュール
8はトロリー線
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気鉄道への電力供給用として、線路に沿って懸垂架設されたトロリー線の高さ測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気鉄道における電力供給用トロリー線は、線路に沿って立てられた電柱と、この電柱に支持された吊り架線から垂れ下がったハンガーによって懸垂支持されている。そして、電車の屋根上に設置されているパンタグラフの摺板をトロリー線に接触させ、電車に所要の電力を供給している。この場合、摺板の全面で一様に摩耗するようにトロリー線は電車の進行方向に沿って所定の範囲で蛇行するように架設されている。また、電車の走行密度が高い区間では、所要の電力を供給するために複数本のトロリー線を所定の間隔で平行に架設することも行なわれている。
【0003】
このトロリー線は、在来線の場合、レール面上4500mm〜5400mmの範囲に架設されており、トロリー線の高さが定められて基準値の中にあるか、また電車が通過した時どのような運動をするか知るためにトロリー線の高さを測定する必要がある。このため、従来は図10に示すようにパンタグラフ接触による方法でパンタグラフの運動を測定することにより、トロリー線の高さを検出している。即ち、トロリー線tの高さが変わると、パンタグラフ51は上下に運動してパンタグラフ51の主軸52が回転する。この回転を絶縁体53を介してポテンショメータ54に導き、このポテンショメータ54によりトロリー線tの高さを測定している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
パンタグラフ接触による方法では、トロリー線が揺動したりしてパンタグラフが一瞬離線した場合、トロリー線の高さ測定ができなくなるという問題があって、パンタグラフの離線とは関係なく常に正確な高さ測定ができる方法が要望されていた。本発明の目的は、トロリー線の高さがレーザー位相差計を用いて該トロリー線とは非接触で正確に測定できる、トロリー線の高さ測定方法を提供することにある。また、副次的にはトロリー線の偏位を求めることができるトロリー線の高さ測定方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の特徴とするトロリー線の高さ測定方法は、電車の走行路に沿って懸垂架設されたトロリー線に高周波変調されたレーザー走査光を照射し、そのレーザー走査光を前記トロリー線の長さ方向に対してほぼ直角方向にスキャニングし、前記トロリー線から反射されるレーザー乱反射光をレーザー位相差計に受光せしめる一方、トロリー線位置センサーによりトロリー線を見張ってスキャナ回転角にフイードバックをかけ、トロリー線の偏位に追随してレーザー走査光を照射し続けて、前記レーザー位相差計により、前記レーザー走査光と前記レーザー反射光の位相差をもとに、前記トロリー線の高さと副次的にトロリー線の偏位を営業車両や保守用車両から求めるものである。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図1〜図9を参照しながら説明する。本発明方法を実施するための高さ測定装置を概略的に示すブロック図である図1において、1は距離計である測定部、2は追尾制御部、3は走査制御部、4は走査駆動部、5は走査光学系、6は制御光学系、7はCCDモジュールからなる受光制御部であって、追尾制御部2は走査制御部3を制御し、走査制御部3は走査駆動部4を制御して走査光学系5に光走査させると共に、走査光学系5は制御光学系6を通して走査光を測定対象物であるトロリー線8に照射する。受光制御部7は制御光学系6を通して走査光及びトロリー線8からの反射光を受光し、追尾制御部2に制御指令を与え、追尾制御部2はこの指令をもとに測定部1にサーチ指令を与える。
【0007】
図2は図1の高さ測定装置の基本構成を示すもので、距離計基板9、受光モジュール10、非球面レンズ11、干渉フイルタ12及びレーザーモジュール13によって構成されている。また、図3に示すように、受光制御部7のCCDモジュールはCCD基板14、1次元CCD15及び干渉フイルタ16を含んでいる。なお、16aは非球面レンズである。
【0008】
次に、図4によって本発明方法を説明すると、高周波変調されたレーザー走査光を投受光できるレーザー位相差計17から出るレーザー走査光をコリメート鏡18又はレンズの焦点距離fに置かれたスキャナ19によって平行スキャニングして垂直上方に向け(太陽光の垂直入射をカット)、トロリー線8の摺面にレーザー走査光20を投射し、そこから生ずる乱反射光を再び同じ光路を経てレーザー位相差計17にて受光する。
【0009】
この際、レーザー位相差計17に一体又は別個に置かれたCCDカメラ21等のトロリー線位置センサーによってトロリー線8を見張り、スキャナ19の回転角にフィードバックをかけ、動くトロリー線8にレーザー走査光20を照射し続け、測定回数を多くして精度を向上させる。なお、CCDカメラ21によりトロリー線8の偏位が測定できる。また、複数本のトロリー線高さ測定は、現在では最大4本であるが、スキャナ19を次々と回転させて、図1に示すように上位CPUから何本目のトロリー線を測定せよという指示を受ければ、その指示に従って当該トロリー線の高さが測定される。
【0010】
そして、CCDモジュール7に何も受光していない時は、図5の(a)に示すようにレーザー走査光20をスキャンしてサーチを開始する(この時、何本目のトロリー線かは設定しておく)。次いで、図5の(b)に示すようにレーザー走査光20がトロリー線8に当たった時からCCD出力が得られ、更に移動すると図5の(c)と(d)に示すようにパルス巾が最大巾から逆に狭くなって行く。この時のレーザー走査光の移動している方向は判っているので、逆方向に戻して最大巾にする。この際、トロリー線8の反射率が大きく変化しないことを条件とする。
【0011】
次に、図6に示すように、レーザー走査光20がロックされてトロリー線8が移動した場合、図の矢印で示すように右方向へ移動するとパルスは左側から狭くなって行くので、レーザー走査光20を右方向に振ればパルス巾は広くなり追尾する。例えば、レーザー走査光20のスキャン分解能を1mmとし、CCD受光センサのサンプル速度を1KHz以下とすれば、100mmスパンなら0.1秒で追尾できる。但し、ガルバノメータの応答速度から、もう少し遅くなるが、1KHz以下のトロリー線8の移動があれば、走行中や停止中に関係なくサーチできる。
【0012】
図7は本発明測定方法に用いるレーザー変調式位相差計の概略構成を示すもので、測定部1は、後述する操作制御部50の制御のもとにレーザー走査光20を用いて、該測定部1から所定距離Dだけ離れた測定対象物であるトロリー線8の高さと変位dを測定する。
【0013】
そして、図7に示すレーザー変調式位相差計の実施の態様を図8により説明すると、22は発光源である半導体レーザー、23は非球面鏡、24はハーフミラーであって、非球面鏡23とハーフミラー24は半導体レーザー22から発生するレーザー光の光路上に配置されている。25はハーフミラー24からの反射光の光路上に配置された第1のコリメートレンズ、26aと26bは測定対象物であるトロリー線8の反射光路上に配置されたミラー、27はミラー26a,26bの反射光路上に配置された第2のコリメートレンズであって、ミラー26a,26bと第2のコリメートレンズ27間には干渉フイルター12が配置されている。
【0014】
28は基準発振機を内蔵しアバランシェフオトダイオードを有する第1の光電変換器、29はアバランシェフオトダイオードを有する第2の光電変換器であって、半導体レーザー22、非球面鏡23、ハーフミラー24、第1のコリメートレンズ25、ミラー26a,26b、干渉フイルター12、第2のコリメートレンズ27及び光電変換器28,29は測定部1である光学系を構成している。30は基準周波数発生器、31はレーザー駆動器、32はトリガパルス発生器である。33aは第1の光電変換器28の出力信号を入力とする高速アンプ、33bは第2の光電変換器29の出力信号を入力とする自動ゲイン制御機能を有する高速アンプである。
【0015】
そして、34はトリガパルス発生器32と高速アンプ33aの出力信号を入力とするサンプリングヘッド、35はトリガパルス発生機32と高速アンプ33bの出力信号を入力とするダブルバランスミキサー、36a,36bは波形整形回路であって、これらのサンプリングヘッド34、ダブルバランスミキサー35及び波形整形回路36a,36bによって時間軸回路37を構成している。
【0016】
38aは波形整形回路36aの出力信号を入力とするレベルコンパレータ、38bは波形整形回路36bの出力信号を入力とするレベルコンパレータ、39はレベルコンパレータ38a,38bの出力信号と基準周波数発生器30の出力信号を入力とするゲート制御回路、40はゲート制御回路39の出力信号を入力として計数するカウンタであって、これらのレベルコンパレータ38a,38b,ゲート制御回路39及びカウンタ40によって時間差測定回路41が構成されており、また、基準周波数発生器30、レーザー駆動器31、トリガパルス発生器32、時間軸回路37、時間差測定回路41及びマイクロプロセッサー42によって操作制御部50が構成されている。
【0017】
以下に動作を説明する。半導体レーザー2から発生したレーザー光はハーフミラー24を通してトロリー線8に照射されると共に、ハーフミラー24により反射され、反射したレーザー光は第1のコリメートレンズ25に集光されて、第1の光電変換器28に入射される。トロリー線8からの反射レーザー光は、ミラー26a,26bによって反射されて、干渉フイルター12を通して第2のコリメートレンズ27に入射される。第2コリメートレンズ27は反射レーザー光を集束して第2の光電変換器29に導く。そして、第1及び第2の光電変換器28,29は反射レーザー光を反射光のエネルギーの強弱に対応する強弱の電気信号に変換する。
【0018】
基準周波数発生器30は、基準周波数信号f0をレーザー駆動器31に入力し、周波数信号f1をトリガパルス発生器32に入力する。第1の光電変換器28の出力信号は第1の高速アンプ33aにより増幅され、第2の光電変換器29の出力信号は第2の高速アンプ33bによって増幅される。サンプリングヘッド34は第1の高速アンプ33aの出力信号とトリガパルス発生器32のトリガパルス信号を入力として、第1の高速アンプ33aの出力信号をサンプリングし、ダブルバランスミキサー35は第2の高速アンプ33bの出力信号とトリガパルス発生器32の出力信号を入力として、第2の高速アンプ33bの出力信号とトリガパルス発生器32の出力信号を合成する。
【0019】
サンプリングヘッド34のサンプリング信号は第1の波形整形回路36aによって、またダブルバランスミキサー35の合成信号は第2の波形整形回路36bによってそれぞれ波形整形され、図9に示すようにその信号の時間軸が拡大される。時間差測定回路41の第1のレベルコンパレータ38aは第1の波形整形回路36aの波形整形信号のレベルを基準レベルと比較し、第2のレベルコンパレータ38bは第2の波形整形回路36bの波形整形信号のレベルを基準レベルと比較する。
【0020】
ゲート制御回路39は、第1のレベルコンパレータ38aの偏差出力信号と第2のレベルコンパレータ38bの偏差出力信号を入力として、基準周波数発生器30の周波数信号f2をもとにゲート信号を発生する。カウンタ40はゲート制御回路39からのゲート信号を計数して、第1の光電変換器28の出力信号、即ち、ハーフミラー24からレーザー光が第1の光電変換器28に入射する時間と、トロリー線8から反射し更にミラー26a,26bを介してレーザー光が第2の光電変換器29に入射する時間との時間差信号を出力する。
【0021】
マイクロプロセッサー42は時間差信号の0点補正、光速補正及び平均化を実行して、測定点からトロリー線8までの高さであるデジタル及びアナログ距離信号を出力する。例えば、半導体レーザー22を29979MHz(波長λ/2=5mm)で変調し、平行ビームにした後、トロリー線8に放射する。トロリー線8の表面で乱反射した光の一部をミラー26a,26b及び第2のコリメートレンズ27で集光し、第2の光電変換器29に入射する。乱反射の場合は受光系に返ってくる光のエネルギーが小さいため、大口径、例えば100〜200mmの受光レンズと高感度の光電変換器をしようする。また、高性能の干渉フィルターによりS/N比を向上させる。
【0022】
半導体レーザーの直接光及び反射光を、それぞれPINフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードで電気信号に変換し、性能の揃った高速アンプで増幅する。検出信号をレーザー変調周波数より例えば2998KHz(1/10000)低い周波数でサンプリングすると、信号の時間軸が10000倍拡大される。この時、サンプリングヘッドの電気的特性の制約から、サンプリングを1/20に間引きするが、時間軸の拡大倍率には影響しない。サンプリングヘッドの出力はパルス列信号となるので、波形整形回路によって連続信号に変換する。
【0023】
波形成形された基準信号と反射信号の時間差を正確に測定するために、レベルコンパレータで各々のゼロクロス点を検出し、時間差を14989MHzのクロッグでカウントする。時間軸が10000倍に拡大されるので、14989MHzの1カウントは、トロリー線の変位1mmに対応する。そして、マイクロプロセッサによって0点補正、光軸補正、平均化等して精度を上げると、トロリー線の変位は平均化を32回とすれば、分解能1mm、応答20Hz程度で測定可能になる。
【0024】
図9はサンプリングと△fに時間拡大された信号及び基準周波数信号f0を示すもので、f0Hzの信号s1を(f0−△f)Hzの信号s2のゼロクロス点でサンプリングすれば、f0の信号は(f0−△f)Hzの信号に時間軸拡大される。この図9の例では△f=f0/10であって、△f=f0/Mとすれば、元の信号は周波数で1/M時間軸でM倍に変換されたことになる。レーザー光変調方式で基準光と反射光の時間差を正確に測定するには、このような技術によって取り扱う信号の周波数を大幅に下げる必要がある。
【0025】
【発明の効果】
本発明は上記の如くであって、高周波変調されたレーザー光を平行スキャニングしてトロリー線にほぼ垂直に照射し、帰ってくるトロリー線からのレーザー乱反射光をレーザー位相差計に受光せしめ、車両進行方向と直角に変位するトロリー線の左右の動きをセンサーにより見張り、スキャナー角度を制御してトロリー線にレーザー光を照射し続け、非接触でトロリー線の高さを測定する方法であるから、経済的で高精度の高さ測定ができる。また、左右の動きを見張るセンサーによってトロリー線の偏位も測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法の実施に用いる装置を概略的に示すブロック図である。
【図2】図1に示す装置の基本構成図である。
【図3】図1に示す装置のCCDモジュールの基本構成図である。
【図4】本発明方法を説明するための概略図である。
【図5】図1の装置の動作説明図である。
【図6】図1の装置の動作説明図である。
【図7】本発明方法に用いるレーザー位相差計の概念図である。
【図8】本発明方法に用いるレーザー位相差計の一例を示すブロックズ図である。
【図9】図8に示すレーザー位相差計の特性図である。
【図10】従来のトロリー線の高さ測定方法を説明するための概略的構成図である。
【符号の説明】
1は測定部
2は追尾制御部
3は操作制御部
4は走査駆動部
5は走査光学系
6は制御光学系
7はCCDモジュール
8はトロリー線
Claims (1)
- 電車の走行路に沿って懸垂架設されたトロリー線に高周波変調されたレーザー走査光を照射し、そのレーザー走査光を前記トロリー線の長さ方向に対してほぼ直角方向にスキャニングし、前記トロリー線から反射されるレーザー乱反射光をレーザー位相差計に受光せしめる一方、トロリー線位置センサーによりトロリー線を見張ってスキャナ回転角にフイードバックをかけ、トロリー線の偏位に追随してレーザー走査光を照射し続けて、前記レーザー位相差計により、前記レーザー走査光と前記レーザー反射光の位相差をもとに、前記トロリー線の高さと副次的にトロリー線の変位を求めることを特徴とするトロリー線の高さ測定方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29146197A JP3587230B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | トロリー線の高さ測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29146197A JP3587230B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | トロリー線の高さ測定方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1194524A JPH1194524A (ja) | 1999-04-09 |
JP3587230B2 true JP3587230B2 (ja) | 2004-11-10 |
Family
ID=17769180
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP29146197A Expired - Fee Related JP3587230B2 (ja) | 1997-09-18 | 1997-09-18 | トロリー線の高さ測定方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3587230B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104990506B (zh) * | 2015-07-08 | 2018-02-16 | 天津市联众钢管有限公司 | 一种高频焊管自动测长称重系统 |
CN105423922B (zh) * | 2015-12-29 | 2019-03-15 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种同轴标定传感器及其进行激光标定的方法 |
-
1997
- 1997-09-18 JP JP29146197A patent/JP3587230B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1194524A (ja) | 1999-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4749870A (en) | Method and apparatus for measuring data for calculating the diameter of wheels, especially railroad wheel sets | |
JP4183370B2 (ja) | トルク計測装置 | |
JP3587230B2 (ja) | トロリー線の高さ測定方法 | |
JPH05278502A (ja) | トロリー線の位置測定装置 | |
JP3610446B2 (ja) | トロリ線の高さ・偏位測定方法 | |
JPH09297014A (ja) | レーザレーダ三次元形状計測装置 | |
JPH063128A (ja) | 光学式表面形状測定装置 | |
JP2934066B2 (ja) | レーザドップラ速度計 | |
JPH10122811A (ja) | 位置検出素子及び距離センサ | |
JPH0875433A (ja) | 表面形状測定装置 | |
JP2541197Y2 (ja) | 干渉形状測定器 | |
JP3300883B2 (ja) | トロリ線の高さ測定方法及びその装置 | |
JP2000074622A (ja) | 変位測定方法及び変位測定装置 | |
JPH0285704A (ja) | 間隙測定装置 | |
JP2000185871A (ja) | 駆動されるボビンのボビン径を決定する方法と装置並びに該装置を使用するワインダ― | |
JPH10339605A (ja) | 光学式距離計 | |
JPH05134040A (ja) | レーザ倣い式変位計 | |
JPH07218634A (ja) | 距離測定装置 | |
SU1620829A1 (ru) | Фотометрический способ измерени угла конуса детали | |
JP2794855B2 (ja) | 位置検出機構 | |
JPS62259027A (ja) | 走査型応力測定方法 | |
RU1772620C (ru) | Способ контрол неровности поверхности | |
JPH0536727B2 (ja) | ||
JPH08136256A (ja) | 搬送台車の位置偏差及び角度偏差の計測装置 | |
JPH05272926A (ja) | 段差測定装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20031225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040706 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040803 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |