JP4112610B2 - レール搭載車両の速度測定装置 - Google Patents
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Description
本発明はレール搭載車両の速度測定装置に関する。
背景技術
レール搭載車両の速度をあらゆる運転状態の元で車両の全速度範囲にわたって高い信頼度で正確に測定できるようにすることが、長い間所望されている。積分により車両の踏破距離したがって路線に沿った車両の位置を求めることができる正確な速度値が望ましく、この情報は、高度な交通管制システムで必要とされる。さらに、加速もしくは減速中の車両のスリップを制御するシステムに対する情報として、正確な速度値が得られることが望ましく、そのため極めて低速においても良好な速度測定を行うことが重要となる。
さらに、とりわけ信頼性およびコスト上の理由から、速度測定および位置決定手段は、その全体を車両上に配置し、それらは路線やその他の場所に配置された固定信号もしくは測定システム等の外部手段から完全に、あるいは出来るだけ、独立させることが望ましい。
車両の車輪に接続されたタコメータジェネレータを使用することが知られている。しかしながら、このような装置では駆動もしくは制動時の車輪のスリップにより生じる測定誤差を避けることができない。さらに、タコメータジェネレータから得られる速度および距離の測定値は、現在の車輪径に依存する。それは摩耗および、規則正しい間隔で行われる、車輪の引っ繰り返しにより変化する。直径の変化の影響は、測定システムを繰り返し校正かつ調整することにより、ある程度補償することができるが、その必要性が本質的な欠点となり、また、いかなる状況においてもタコメータジェネレータシステムでは、例えば、距離測定において恐らく10−30%よりも高い精度が得られることはない。
とりわけ、
には、(第3図の説明において)相関法によりレール搭載車両の速度を光学的に非接触で測定することが提案されている。
ボギー台車に搭載されたセンサーが相互距離が周知である2つの異なる位置でレールを照明する2個の発光ダイオードを有している。反射された放射が、両方の位置においてホトダイオードにより感知される。2つの時変信号間で最大相関が得られるまで感知された信号の一方は、時間的に変位される。次に時間変位と測定位置間の周知の距離から車両の速度が求められ、それを積分することにより、踏破距離が求められる。しかしながら、実際上、車両の運転中に避けられない検出器等の著しい汚れに光学系が敏感であることが判っている。さらに、レールとセンサーとの間に存在する雨滴、雪およびブレーキダスト等の粒子により、とりわけ光学信号が著しく減衰することにより、測定が擾乱される。したがって、前記したタイプの装置を使用する車両環境において運転中に高信頼度および高測定精度を得ることは、困難もしくは不可能であることが判ってきた。
第360−364頁には、ドップラーレーダにより車両の運転中の速度および道路測定システムが記載されている。このようなシステムは、光学系よりも汚れに鈍感であることが判っている。しかしながら、ノルディックもしくは北極圏の気候で冬季に車両を運転すると、回避できない雪や氷の被覆により、このような条件下ではシステムを使用できなくなるほどレーダーの放射が妨害されることが判った。さらに、この種の測定装置では、車速が低い場合に所要の測定精度を得るのは困難であることが判っている。
米国特許明細書第4179744号には電気レール搭載車両の機能チェック装置が記載されている。この装置は、レールに沿って配置された1個以上の固定センサーを有し、それらは固定測定装置および信号処理装置に接続されている。車両がセンサーを通過すると、車両のトラクション装置からの電磁界が検出される。それによりトラクション装置の機能の制御および分析が可能となる。相互距離が周知である、このような2個のセンサーをレールに沿って配置し、信号処理装置が2個のセンサーからの信号間の時間変位を決定できるようにすれば、車両速度を求めることができる。この装置は、固定設置する必要があり、車両がセンサーを通過する瞬間の車両速度に関する情報しか得られず、例えば、位置決定やスリップ制御に必要な連続速度情報を得ることはできない。
米国特許明細書第4283031号には、鉄道の交差点に関して使用する装置が記載されている。それはレールに沿って配置され、例えば、列車の長さ、車両台数、列車速度および方向を求める固定センサーを有している。各センサーは、レール付近に配置され、センサーから発生され、車輪の通過により生じる電磁界の変化を感知するようになされている。周知の相互距離に配置された2個のセンサー間の車輪の通過時間を求めることにより、列車速度を求めることができる。この装置は前節で述べたのと同じ欠点を有している。
米国特許明細書第5141183号には、レールに沿って移動可能なキャリッジを具備する(例えば、天井クレーンやトロリー上に配置された産業ロボット等の)ハンドリングシステムにおける装置が記載されている。キャリッジは、固定コンタクトレールに沿って走行する集電器を有している。レール上には、磁気ストリップが配置され、それは磁化方向が交番する領域を有している。集電器にはストリップからの磁界を感知し通過領域をカウントするセンサーが設けられている。領域のディメンジョンが周知であれば、車速を求めることができる。この装置も固定部材(磁界ストリップ)を必要とし、したがって、固定部材を通過する時の速度情報しか得られない。
発明の要約
本発明は、車両の全速度範囲内で高い信頼度を示し非常に厳しい運転条件下でも高い測定精度を示し、しかも車両の外部に配置された手段やシステムとは完全に独立して作動することができる、明細書の序文に記載した種類の装置を提供しようとするものである。
さらに、本発明は、車両の非動作を確実に検出できる装置を提供しようとするものである。
本発明は、さらに、クラックやレールの故障等の、レールの欠陥を検出できるようにする装置を提供しようとするものである。
本発明による測定システムの特徴は、請求の範囲から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
以下に添付の第1図−第9図を参照して本発明を詳細に説明する。第1図は、本発明によるセンサー手段を示し、第1a図は、センサー手段の側面図、第1b図は、センサー手段の平面図、第1c図は、センサー手段の車両の移動方向から見た図、第1d図は、別の実施例のセンサー手段の平面図、第1e図は、車両上に搭載したセンサー手段の例である。第2a図は、本発明による測定装置のブロック図を示す。第2b図は、第2a図の手段のセンサー自体内に配置された電子システムの構成を示す。第2c図および第2a図の手段の2個のセンサーの各々の信号処理回路の構成を示す。第2d図は、2つの異なる周波数で交互に作動させるために、第2a図の装置をどのように補足できるかを示す。第3図は、センサーコイルの出力信号成分をベクトル図形式で示す。第4図は、センサーコイルが互いに直交する2方向とされている、本発明によるセンサー手段の別の実施例を示す。第5図は、3個のセンサーユニットを有し、2つの異なる測定距離間の選択を行う可能性があるセンサー手段を示す。第6図は、第5図の装置において行われる測定距離の切り替えを示す。第7図は、車両の非動作を検出するために本発明による装置をどのように補足できるかを例示している。第8図は、本発明による装置をレールの欠陥検出装置により、どのように補足できるかを例示している。第9図は、センサー手段の磁化およびセンサーコイルの別の実施例を示す。
実施例の説明
以下の説明に現れる電気的および機械的寸法情報の例は、近似値にすぎない。
第1図に本発明によるセンサー手段を示す。それはレール2上のボギー台車上に配置され、その縦方向は車両の移動方向に一致しており紙面内にある。センサー手段は、例えば、アルミニュウム等の導電材料で出来た筐体1を具備している。導電性筐体の壁によりセンサー間および外部磁界からの擾乱に対する遮蔽が行われる。筐体は、3つの空間11,12,13を有している。各空間11,12内に、それぞれセンサーG1,G2が配置されている。各センサーは、コイルフレーム110,120を有し、その上に、それぞれ磁化コイル111,121が配置されている。磁化コイルは、実質的に垂直な縦軸を有している。各コイルは、長さが80mm,直径が22mmで150ターンからなり周波数が100kHZの交流電圧が供給される。コイルフレーム110,120の低部には移動方向に直角に溝が形成されており、これらの溝内にセンサーコイル112,122が配置される。各センサーコイルは、高さが7mm,(車両の移動方向に直角な方向の)幅が25mmで250ターンからなっている。センサーコイルは、紙面に直角な軸の周りをある程度回転してコイルの感知方向が磁化方向に直角となるようにコイルを調整できるように配置されている。
センサー手段の低部とレール2の上面間の距離dは、例えば50−100mmである。それはボギー台車の撓みおよび通常ある間隔で行われる車輪の引っ繰り返し時に生じる車両の車輪径の減少に関して適合されている。
2個のセンサー間の移動方向の距離Lは、実施例では、およそ100mmである。(少なくとも2個のセンサーを有する)各センサーシステムは、個別に測定されて等価“電気的距離”L’ELが求められ、(例えば、E2メモリ等の)非揮発性メモリに格納される。次にこの距離L’ELは、信号処理装置により校正値として利用される。
2個のセンサー間の共通空間13内で、ある電子装置が印刷回路板131上に配置されている。実施例では、この電子装置はセンサーコイルからの信号の前置増幅器およびセンサー信号のバンドパスフィルターからなっている。
筐体1には、磁化コイル供給電圧および印刷回路板131出力信号の(図示せぬ)接続装置およびセンサーコイルと印刷回路板間の必要な接続が設けられている。
さらに、第1a図には後記する座標系が示されている。座標系のX軸は、垂直で磁化コイルの縦軸に平行である。Y軸は、レールの縦方向に平行であり、したがって車両の移動方向である。Z軸は、水平でありレールの縦方向に直角である。
第1b図に、センサーの上から見た断面を示す。第1c図に、センサーの前から見た断面を示す。
センサーの磁化コイルは、実質的に垂直な主方向を有する交番磁界−磁化磁界−を発生する。コイルは、レールの比較的近くにあるため、レールは、磁界に影響を及ぼす。磁界に影響を及ぼす要因は、センサーとレール間の空隙の大きさ、レールのジオメトリ(例えば、寸法変化、破損、中断)およびレールの透磁率と導電率である。車両の移動中に、これらの要因の変動により磁界構成の相関可能な変動が生じる。しかしながら、磁界の変動は、磁化磁界の大きさに較べて小さい。しかしながら、各センサーのセンサーコイルが独立しているため、レールの性質のこのような変動により生じる磁界の変化を最もよく表す磁気成分を選定して感知するような空間方位とすることができる。センサーコイルの方位を第1図に示すように、すなわち、磁化磁界に直交するようにすることにより、強い磁化磁界に対するコイルの感度を著しく低減することができる。このようにしてセンサーコイルからの出力信号の磁化磁界に直交する磁界が占める割合が著しく増大し、磁界変動検出における感度および精度を著しく高めることができる。
第1d図に、上から見た、センサー手段の筐体1の別の実施例を示す。筐体は、2個のセンサー用空間11,12を形成しかつ共通電子ユニット(印刷回路板131)用空間13を形成する平面平行壁を有する部分により分離された、2つの円形部を有する押出しアルミニウム異形材からなっている。
第1a図−第1c図に示すセンサー手段を車両上へ搭載する例を第1e図に示す。センサー手段は、車両のボギー台車の一方、すなわち、2組の車輪31,32のあるボギー台車の下側に搭載されている。
磁界コイル給電装置およびセンサーコイルの出力信号処理装置を付随する第1図に従ったセンサー手段を第2a図に示す。給電ユニットSUは、正弦波発信器OSCおよび電力増幅器PAを介して周波数100kHzの交流電圧を磁化コイル111,121へ供給する。センサーコイル112,122からの出力電圧ui1,ui2は、印刷回路板131上に配置された電子回路
へ供給される。これらの回路からの出力信号ud1,ud2は、デジタル信号S1,S2を発生する、信号処理回路SB1,SB2へ送られる。これらの各信号は、各センサーコイルにより感知される磁界の相位置の瞬時値の尺度を構成する。信号S1,S2は計算ユニットCEへ送られ、それは、とりわけ、2つの信号の相関により車速vの測定値および踏破距離sを計算する。
第2b図に電子回路1311の構成を示す。センサーコイル112は、50kΩの負荷抵抗R1に接続されている。5−10倍の増幅率および50Ωの出力インピーダンスを有する増幅器およびインピーダンス変換器F11へ電圧ui1が供給される。増幅器の出力信号は、周波数が100kHzである、磁化磁界から誘起された信号を除いてバンドパスフィルターBP1により濾波される。本実施例では、フィルターは、上限および下限周波数が、それぞれ150kHzおよび50kHzである通過域を有している。バンドパスフィルターからの出力信号はud1で示されている。
電子回路1312は、回路1311と同様に構成されている。
第2a図の信号処理回路SB1の構成を第2c図に示す。信号ud1は、1秒もしくは数秒の大きい時定数を有する位相同期ループPLL1へ送られる。この回路は、入力信号udlの相位置の平均値に対応する相位置を有している。この回路は、入力信号と同じ周波数、すなわち100kHzの2つの出力信号を発生する。出力信号ur21は、入力信号と同じ相位置を有しセンサー手段の作動点を制御する回路AGC1へ送られる。第2の出力信号は、前の出力信号から90°移相した方形パルス列ur11からなり排他的OR回路XOR1の入力へ送られる。信号ur11は、センサーコイル内に発生する電圧の相位置を決定する際の相位置基準として働く。
AGC1回路は、可制御利得を有する回路である。この回路の出力信号udm1は、入力信号ur21と同じ相位置および曲線形状を有するが振幅は変動する。増幅制御回路の入力には信号ud1が供給される。この信号のピーク値が、例えば包絡線検出器により検出されて回路の出力信号の振幅を−完全ではないが−ほぼ測定信号ud1の振幅に対応するように制御する。AGC1回路は、例えば1秒もしくは数秒の、大きい時定数を有し、したがって出力信号udm1は、測定信号ud1と同じ周波数および測定信号ud1の振幅および相位置の平均値にほぼ対応する振幅および相位置を有する。
差動増幅器F21において信号udm1は、測定信号ud1から減じられ、その差は増幅器の出力信号u’d1を構成する。前記した回路PLL1−AGC1−F21により手段の作動点が制御されて、磁化磁界により生じるセンサーコイルの出力信号の成分が所望する程度まで除去されるようにされる。このようにして、磁化磁界に較べて小さい、車両の移動により生じる磁界の変動を検出する際の感度および精度が高められる。
磁化磁界により生じる電圧成分は、完全には除去せずに、センサーコイルの出力信号に、例えば、100mVのこの成分を相基準として含ませるのが適切であることが判っている。XORゲートは、入力信号u’dd1(第2c図)を必要とし、それはPLL1回路から得られるur11に対して平均的に90°移相していなければならない。PLL1回路は、その相位置を実質的に磁化磁界の成分から見つけている。したがって、磁化磁界からの十分大きい成分がu’dd1信号、したがってu’d1にも存在しなければならない。
増幅器F21の出力信号u’d1は、比較器CMP1へ送られ、それは入力信号がゼロよりも大きければ論理1を送出し、逆の場合には論理0を送出する。入力信号u’d1と同じ相位置および周波数の方形パルス列である比較器の出力信号u’dd1は、XOR回路XOR1の第2の入力へ送られる。
XOR回路への2つの入力信号が同相であれば、回路の出力信号はゼロとなる。入力信号が逆位相であれば、出力信号は1となる。平均的に、入力信号u’dd1は、測定信号ud1と同じ相位置を有する、すなわち、XOR回路への2つの入力信号間の位相差は、平均的に、90°である。したがって、平均的に、回路の出力信号は1/2の値を有する、すなわち平均的に、作動点は回路のダイナミックレンジの中心にあり、ダイナミックレンジは最適に利用される。
XOR回路の出力信号ψpは、100kHzの周波数および前記した0と1の限度間で変動する1/2の平均値を有するパルス列により構成されている。ローパスフィルターLP1において、100kHz成分とその高調波が抑制され、フィルターの出力信号ψaは、センサーコイルの出力信号の相位置と同時に変動するアナログ信号である。フィルターの出力信号は、増幅されA/D変換器AD1において出力信号S1によりデジタル形式へ変換される。
第2a図の信号処理回路SB2は、前記した回路SB1と同様に構成される。第2a図の信号処理回路SB1,SB2からの信号S1,S2は、相関ユニットCEへ送られる。それは、とりわけ、2つの信号S1,S2の相関により速度決定を実施し、速度値の積分/加算により、車両の踏破距離を計算するようにプログラムされたマイクロプロセッサにより構成するのが適切である。
各信号S1,S2は、所定数の一連のデジタル値として連続的に格納され、したがって問題とする瞬間の前のある時間中の信号の変動が常に再生される。
信号S1,S2間の相関の連続計算は、それらの信号が互いに変動する時間間隔τだけ変位される時に行われる。相関積分の最高値を与える時間変位τmは、速度決定のための1つのサブセットとして使用される。さらに、前の測定結果(前の履歴)、車両(列車)の動特性のモデリング、あるいは例えば、タコメータジェネレータ等の他の(より不正確な)速度センサーが入力データとして使用される。次に、さまざまな入力データの適合重み付け統計確率計算である評価プログラムにより瞬時車速のMLE(最尤推定)が行われる。車速は次式に従って得られ、
ここに、
L’ELは、センサー間の等価“電気的距離”(第1図の関連説明参照)
τMLEは、MLEに従って最大可能相関を与える値である。
さらに、相関中にS1,S2間でシフトさせ2つの信号パターン間のどの順序で相関が得られるかを調べることにより、車両の移動方向を求めるように簡単に装置を適合させることができる。
マイクロプロセッサが、例えば、毎秒10回の所定の頻度で相関解析を実施するように適合されている。
例えば、70kHzと100kHzの2つの異なる周波数で交互にセンサー手段を作動できるようにして速度決定の信頼度を高める方法を第2d図に示す。計算部材CEからの制御信号fcにより、例えば各測定間に、適切な周期性を有して発信器周波数が、これら2つの値間で切り替えられる。必要に応じて、信号処理装置SB1,SB2内のフィルター回路もそれと同期して切り替えられる。レールへの浸透深さは、2つの周波数について異なるため、感知される信号パターンは、車両の移動中さまざまに変動する。しかしながら、一方の周波数で計算される速度値は、本質的に他方の周波数で求められる値に対応している。値が対応しない場合、(差が小さければ)その平均値を形成し、(差が大きければ)それをセンサー手段の故障表示として取り出すことができる。
センサー手段を異なる周波数で交互に作動させる替わりに、異なる周波数で作動する2つ以上のセンサーシステムおよび測定チャネルを配置することができる。
もちろん、所望により、車両に2つ以上の同じセンサー手段を使用して利用度および信頼度を高めることができる。
第3図に、センサーコイルの出力電圧uiを交流電圧ベクトルの形式で示し、この電圧は、2つの成分uix,uiyにより構成されている。センサーコイルの出力信号の磁化磁界により直接生じる成分は、実際上、コイルの方位を調整して解消することはできない。しかしながら、前記したように、第2c図を参照して前記した手段の作動点制御回路により、この成分を所望する程度までさらに低減することができる。しかしながら、この成分は完全には除去しないのが適切であることが判っており、したがって、センサーコイルの出力信号内には磁化磁界により生じる成分uixがある。車両の移動により生じる(磁化磁界に直交する)センサーコイルの感知方向の磁界変動により実質的にセンサーの出力信号のuiy成分が得られ、この成分は、uix成分に対して90°移相している。uiy成分の変動によりコイルの出力信号の相位置ψが、磁化磁界により発生されるuix成分の相位置に対して変動する。前記したように、センサーコイルの方位が、磁化磁界に直交するためコイルの出力信号に及ぼす磁化磁界の影響が著しく低減される。したがって、電圧成分uiyの変動により生じるセンサー信号の相位置の変動が著しく増大して、良好な検出感度および精度が得られる。
第4図に、上から見た、第1図に示すセンサー手段と同種のセンサー手段を示す。センサーG1,G2が、それぞれ各空間11,12内に配置されており、各センサーは、第1図の場合と同様に、垂直主方向を有する交番磁界を発生する(図示せぬ)磁化コイルを有している。また、第1図の場合と同様に各センサーは、それぞれセンサーコイル112y,122yを有し、それらの感知方向はY軸に平行である。第4図に示す手段において各センサーは、それぞれ付加センサーコイル112z,122zを有し、その感知方向はz軸に平行である。
センサーコイル112y,122yから、ud1y,ud2yとして示す、2つのセンサー信号が、第1図および第2図を参照して前記したようにセンサー内に配置された電子回路131を介して得られ、センサー信号は、第2図を参照して前記したように信号処理されかつ互いに相関されて車速Vの尺度を形成する。
ud1z,ud2z信号は、別々の信号処理回路および計算手段もしくは同じ回路を交互に使用して同様に処理され、一方のコイル対からの信号および交互に他方のコイル対からの信号から車速が求められる。恐らくは、信号処理回路および計算手段を有する一方のコイル対が、通常使用され、信号処理回路および計算手段を有する他方のコイル対は、常時使用システムの故障時に活性化される一対の予備コイルとして働く。
感知方向がy方向であるセンサーコイルは、トラクションおよびレールを流れる電流信号により生じる磁界には感応せず、したがって、このコイル方位が好ましいことが判っている。これは感知方向がz方向であるコイルには当てはまらないが、前記した電流の擾乱の影響は、例えば、スェーデン国特許第441720号に従った周知の擾乱解消方法により相当程度低減することができる。
第5図に、本発明の別の実施例によるセンサーユニットを略示する。それは各各が、例えば、第1図のセンサーとして設計された3個のセンサーを有している。それは第1図のセンサー手段と同様にセンサーG1,G2を有している。センサーの中心線間の距離が測定距離Lを構成する。センサーG1,G2からのセンサー信号は、第2図を参照して説明したように互いに相関され、測定距離Lから車速が算出される。
センサーG1と共通電子空間13との間に、同種の第3のセンサーG2’がセンサーG1に隣接して配置され、それと一緒に、例えば、40mmの長さの短い測定距離L’を形成する。車速が低い時は、この短い測定距離により速度の決定は、長い測定距離Lに較べて著しく速く行われる。第6図に示すように、好ましくは測定距離の選択は、車速に応じて自動的に行われる。センサーG2,G2’からの信号ud2,u’d2は、それぞれ、電子スイッチング手段SW1,SW2を介して信号処理ユニットSB2へ送られる。レベル感知回路NV1に算出された速度値vが与えられる。速度が所定値v0よりも大きければ、長い測定距離が使用され、ud2信号が、スイッチング部材SW1を介して信号処理ユニットSB2へ切り替えられる。速度がv0の値を越えない場合には、u’d2信号をスイッチング部材SW2を介してユニットSB2へ切り替えられることにより、短い測定距離が活性化される。
適切なディメンジョニングにより前記したシステムにより非常に低速まで良好な測定結果が得られるが、速度がゼロに近づくとシステムの機能停止は避けられない。したがって、多くの応用において車速がゼロであるかどうかの表示によりシステムを完結することが好ましい。
車両が停止している場合には、S1,S2はシーケンス間の全ての時間変位τに対して無相関時間シーケンスとなる。1つの方法は、速度の推定値が所定の限界よりも小さい場合の総インピーダンスを調べることである。所与の有意レベルにおいて、この仮定が検証されると、無相関シーケンスが表示される。さらに、速度がゼロの場合S1,S2は、ほぼ静止シーケンスである。したがって、低い分散(RMS値)も速度ゼロの表示となる。
第7図に、これらのテストの結合方法を示す。計算ユニットCEaに信号S1,S2が与えられ−前記無相関テストが満たされると−2つの信号が無相関であることを示す信号NCが送出される。信号S1,S2の分散が、それぞれ所定値よりも低ければ、回路CEb,CEcから信号LV1,LV2が送出される。信号NC,LV1,LV2はAND回路ACへ送られ、それは3つのテスト全てが満たされると表示信号V=0を送出する。
前節に記載したテストの替わりに、静止状態に対する他の周知の統計標準テストを使用することができる。
第7図に示す回路は、速度センサーの計算ユニットを構成するマイクロプロセッサのプログラムの一部により構成するのが適切である。
第8図に、前記した装置を、クラックや破断等の、レールの欠陥検出手段により補足する方法を示す。例えば、最大振幅や変化率等の、信号の1つ以上の所定の特性CS1算出する回路CDへセンサー信号S1が送られる。被検出欠陥に生じる対応する特性の値CMが予めメモリM内に格納される。比較回路COMP2,パターン認識回路が、特性量CS1,CMを連続的に比較し、所定の対応度の検出、すなわちアラーム信号SLを送出する。
欠陥検出は、S1の値がある期間を構成する信号パターンを予めメモリに格納された対応する信号パターンと比較して行うこともできる。信号パターンの比較は、前記した速度測定と同様に、最大相関が得られるまで一方のパターンを他方のパターンに対して時間変移させ、少なくとも所定の相関度が得られたら故障が検出されているものと見なして行うことができる。
第9図に、センサー(例えば、第1図のG1もしくはG2)の磁化およびセンサーコイルの別の有利な実施例を示す。磁化コイル111は、垂直軸を有するフラットシート巻コイルとして設計されている。コイルの(図面の垂直方向の)長さは、直径よりも著しく短い。コイルを短くすることにより、その巻回ターンを全てレールに出来るだけ接近させることができ、レール表面に高い磁化磁界強度が得られる。シートの巻回は、図示するように薄いシートの多数のターンにより適切に実施され、それにより対応するワイヤ巻線よりも大きな有効面積および高い電流処理能力が得られる(使用周波数における浸透深さは表皮効果により短くなる)。しかしながら、磁化コイルは、もちろん巻線コイルとして設計することができる。
センサーコイル112は、磁化コイルに隣接配置され、レール上これと同じ高さとされる。前記したセンサーと同様に、センサーコイルは、水平縦軸および感知方向を有している。図示する位置−および前記したセンサー−においてコイルの感知方向は、センサーコイルにおける磁化磁界の方向に直角である。センサーコイルは、磁化コイルに隣接配置されるため、後者はレールにさらに近く配置することができ、レール表面に高い磁界強度が得られる。磁化コイル111とレール間の距離dのおよそ半分の距離(d/2)だけ磁化コイルからレールの縦方向に変位させてセンサー112を配置すると、特に有利であることが判っている。この距離において、レールの磁化磁界強度は、最大となり、センサーコイルの誘導が最大となる。第9図に示すセンサーの実施例は、良好な検出特性を提供することが判った。
前記したセンサー手段では、相関される信号はセンサー信号の相位置を感知して形成される。また、センサー信号の振幅成分を使用することもできる。
さらに、前記したセンサー手段では、相関される各信号が1個のセンサーコイルから得られる。また、いくつかのセンサーコイルを一緒に接続して、このような信号を形成することもでき、その場合コイルの方位は所望の磁界変動に対する総出力信号の感度および/もしくは磁化磁界の直接的影響に対する無感応度を最適化するように、適切な方法で選択された、さまざまな感知方向とされる。
装置の機能を監視するために、独立した監視巻線を磁化磁界の振幅および/もしくは位相を感知するように適合させることができる。その場合には、磁化磁界の消失時、もしくは磁界の特性が所望特性から逸脱する時に監視ユニットがアラームをトリガーするようにされている。
Claims (25)
- レール搭載車両の速度測定装置であって、前記装置は、車両に搭載された手段(G1,G2)であって、
相互の距離(L)が既知である車両の移動方向の2つの異なる測定位置において、レール(2)を含む磁界を発生し、
各測定位置において、車両のレールに沿った移動により生じる磁界の時間変化に対応する信号パターン(S1,S2)を検出し、
2つの信号パターンの相関により2つの信号パターン間の時間変位(τm)を決定し、
時間変位および測定位置間の既知の距離に基づいて、車速(v)を決定する手段(G1,G2)を含む速度測定装置。 - 請求項1記載の装置であって、各測定位置において交番磁界を発生する磁界発生手段(111,112)を含む速度測定装置。
- 請求項2記載の装置であって、前記磁界発生手段は、10kHzを越える周波数を有する交番磁界を発生する速度測定装置。
- 請求項2記載の装置であって、前記磁界発生手段は、少なくとも2つの任意の異なる周波数(f1,f2)で交番磁界を発生する速度測定装置。
- 請求項4記載の装置であって、前記磁界発生手段は、2つの異なる周波数(f1,f2)で交互に動作する速度測定装置。
- 請求項1または2記載の装置であって、前記装置は、車両上で相互に間隔を置いて車両の移動方向(Y)に配置された2つのセンサ(G1,G2)を含み、各センサは、交流が供給されレール(2)を含む磁化磁界を発生する磁化コイル(111,121)を有する速度測定装置。
- 請求項6記載の装置であって、前記磁化コイル(111,121)は、その中心軸(X)がレールの延長方向(Y)に直角に配置されている速度測定装置。
- 請求項7記載の装置であって、前記磁化コイル(111,121)は、その中心軸(X)がレールの延長方向(Y)に垂直に配置されている速度測定装置。
- 請求項6記載の装置であって、各センサ(G1,G2)は、車両の移動により生じる磁界の変化を検出する少なくとも1つの独立したセンサ・コイル(112,122)を含む速度測定装置。
- 請求項9記載の装置であって、前記センサ・コイル(例えば、112)は、磁化コイル(111)とレール(2)間に配置されている速度測定装置。
- 請求項9記載の装置であって、前記センサ・コイル(例えば、112)は、その検出方向(Y)が磁化磁界の方向(X)と直角に配置されている速度測定装置。
- 請求項11記載の装置であって、前記センサ・コイル(例えば、112)は、その検出方向(Y)がレールの延長方向と平行に配置されている速度測定装置。
- 請求項11記載の装置であって、前記センサ・コイル(例えば、112)は、その検出方向(Z)がレールの延長方向と直角に配置されている速度測定装置。
- 請求項6または9記載の装置であって、前記磁化コイル(111,121)およびセンサ・コイル(112,122)は、無鉄エアコイルである速度測定装置。
- 請求項9記載の装置であって、前記センサ・コイル(例えば、112)の出力信号(ui1)は、その信号の位相位置(ψ)の変動を検出する手段(SB1)に供給される速度測定装置。
- 請求項15記載の装置であって、前記信号の位相位置の変動を検出する手段(SB1)は、位相基準信号(ur11)を発生する位相ロック回路(PLL1)を含む速度測定装置。
- 請求項9記載の装置であって、前記センサ・コイルの出力信号(ui1)は、その信号の位相位置の変動を検出する手段(SB1)の動作点を電子制御する手段(PLL1,AGC1,F21)に供給される速度測定装置。
- 請求項17記載の装置であって、前記動作点を電子制御する手段は、センサ信号の平均値に対応する信号(udm1)を発生する手段(PLL1,AGC1)および前記信号をセンサ信号の瞬時値(ud1)から減算する手段(F21)を含む速度測定装置。
- 請求項1記載の装置であって、検出された信号パターン(S1,S2)は、車両の非移動を検出する手段(DS,NV2,CE,NV3,OC)に供給される速度測定装置。
- 請求項19記載の装置であって、前記車両の非移動を検出する手段(DS,NV2,CE,NV3,OC)は、測定位置において検出される信号パターン(S1)に変動がないことを検出する手段(DS,NV2)を含む速度測定装置。
- 請求項20記載の装置であって、前記装置は、2つの測定位置において検出される2つの信号パターン(S1,S2)に相関がないことを検出する手段(CE,NV3)を含む速度測定装置。
- 請求項1記載の装置であって、前記装置は、レールの欠陥において生じる信号パターンの特性(CM)を保存する手段(M)および保存された特性と車両の移動中に検出される信号パターン(S1)の対応する特性(CS1)とを連続的に比較することにより、レールの欠陥を検出する手段(CD,COMP2)を含む速度測定装置。
- 請求項6記載の装置であって、前記センサは、ボギー台車上に搭載される速度測定装置。
- 請求項23記載の装置であって、前記磁化コイル(111)は、シート巻コイルである速度測定装置。
- 請求項9から18のいずれかに記載の装置であって、前記センサ・コイル(112)は、レールと垂直で磁化コイルと同じ中心軸に配置されている速度測定装置。
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