JP4886566B2 - レール高さ検出方法、レール高さ検出機構およびレール高さ変位量測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、レール高さ検出方法、レール高さ検出機構およびレール高さ変位量測定装置に関し、詳しくは、軌道検測車に搭載され、電磁センサを用いて特性グラフを参照することで電磁センサからのレール高さを測定することを可能にしたレール高さ検出方法およびレール高さ変位量測定装置に関する。

鉄道線路を構成する軌道は、列車運転などにより左右のレールが基準位置に対して偏位する。この偏位は軌道狂いとよばれ、(1)通り狂い、(2)高低狂い、(3)軌間狂い、(4)水準狂い、(5)平面性狂いの５項目が規定されている。
多数の営業列車が運行される本線区においては、営業車両とほぼ同じ規格の車両にレール変位量測定装置を搭載して、いわば大型の軌道検測車を構成し、高速度で走行させて各軌道狂いが検測されている。しかし、列車の運行回数が少ない閑散線区や、駅構内の側線などに対しては、大型の軌道検測車は適当でないので、中型もしくは小型の軌道検測車が利用されている。さらに、簡易な検測を行うために低速度走行による手押しの簡易型軌道検測車、牽引型軌道検測車も実用化されている。
これら車両に搭載されるレール変位量測定装置としては、測定車輪やローラをレールに接触させる機械式のものと非接触型の光学的なものとがある。後者のレール変位量測定装置は、投光器と受光器を持つ光学式レール変位量検出器がレールに対峙するように設けられる（特許文献１）。この種のレール変位量検出器は、投光器と受光器の角度調整を容易にして調整の手間を低減することができる。
この光学式レール変位量検出器にあっては、同時にレールとレールとの継目を示す信号も得られるが、それは、継目そのものが検出されるものではなく、レールとレールとを結合する継目接続板が検出されるものである。その検出信号は、継目検出が一部で欠けたり、未検出領域が発生するので、単に測定位置がずれたときの位置超過を検出する参考データとされるだけである。そこで、レール継目の検出について、出願人は、巻き方を相互に逆方向にして両者の検出電圧を同時に得る差動コイルを用いた電磁式のレール継目検出器を出願している（特願２００５−６４２７５号）。
また、軌道狂いを測定する差動トランスを用い非接触型の電磁式の水平方向のレール変位量検出器も公知である（特許文献２）。
特開平１１−３４４３０４号公報 特開昭６０−１２５６１号公報

機械接触式のレール変位量検出器は３０ｋｍ／ｈ以下では有効であるが、それ以上の高速検測では、レール高さについての測定精度が低下する問題がある。そのため５０ｋｍ／ｈ程度か、それ以上の中速検測のものでは光学式のものが用いられているが、光学式のものでは、レールの高さ方向の変位量測定の場合に、レールに油や塵埃、雨水があったり、雪などが乗っていると精度が落ちる問題がある。さらに、光学式のものは装置が大型化して高価であるので、５０ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈ程度の中速走行の軌道検測車には不向きである。
そこで、５０ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈ程度の中速走行の軌道検測車のレール変位量測定については非接触型の検出器を採用することが考えられる。しかし、特許文献２の技術は、軌道狂いの測定だけであって、レール高さの測定には向いていない。一方、前記のレール継目検出器ではレール継目を検出する信号を得ているだけである。その理由は、継目以外の場所では検出波形に十分に特徴ある信号が得られないからである。
この発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決するものであり、差動コイルを用いた電磁式の検出器を利用して特性グラフを参照することで電磁センサからのレール高さを測定するレール高さ検出方法およびレール高さ検出機構を提供することにある。
この発明の他の目的は、前記のレール高さ検出方法あるいはレール高さ検出機構を用いて検出器からのレール高さを得ることでレール高さ変位量を測定することができるレール高さ変位量測定装置を提供することにある。

この発明は、上記の目的を達成するレール高さ検出方法、レール高さ検出機構あるいはレール高さ測定装置であって、その構成は、隣接して配置され相互に逆方向に巻かれた第１、第２の空芯コイルを有しレールの頭部の上部に対応させて軌道検測車に設けられた電磁センサから第１、第２の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて電磁センサのレールに対する走行方向に直交する方向のずれ量を得て第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と電磁センサのレールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照してずれ量に対応する特性グラフに基づいて電磁センサのレールに対する高さを得るものである。

巻き方を相互に逆方向にして両者の検出電圧を同時に得る差動コイルを用いた電磁式のレール継目検出器（電磁センサ）の検出信号を検討したところ、図５（ａ）に示す波形部分Ｄは、レールと電磁センサとの距離に応じて変化する信号部分である。しかし、電磁センサは、上下方向ばかりでなく、軌道検測車の走行状態に応じて走行方向に対して左右の方向にシフトするので、波形部分Ｄは、レール継目と次のレール継目との間では同じような波形状態にはならない。
なお、図５（ａ）におけるＢLa，ＢLbは、第１、第２の空芯コイルのそれぞれから得られる検出電圧信号である。
この波形部分Ｄは、レールと電磁センサとの距離に応じて変化する信号部分であるので、測定データの和（ＢLa＋ＢLb）の演算すると、レールとの距離に応じて相互に逆方向に増減するので、それらが打ち消し合ってレール継目から次のレール継目までの波形は、レールと電磁センサとの距離に応じて振幅基準レベルが上下に変化する直線的な波形が得られるはずである。
その理由は、測定データの和（ＢLa＋ＢLb）は、レールとの距離の関係で決定される、あるレール高さでの２個の差動コイルをトータルした信号となるからである。実際には、図５（ｃ）に示すように、多少の凹凸状態の信号が和（ＢLa＋ＢLb）の振幅基準レベルの信号の上に乗り、各測定区間では上下に多少の変動差がある。
この凹凸状態の変動差は、軌道検測車の走行状態においてレールに対して電磁センサが左右の方向にシフトことで発生すると考え、各左右方向の変位量を固定してレールと電磁センサ距離、すなわちレールの高さを測定したところ図６のような特性グラフを得ることができた。これにより、電磁センサの信号からレールの走行方向に対して左右方向変位量が判れば、レールと電磁センサ距離を測定することができる。

ここで、レール中心からの電磁センサの左右方向変位量について考えてみると、図３に示すような逆方向に向いた差動の三角形のコイルにおける差信号（ＢLa−ＢLb）は、レール中心に対する水平方向の位置ずれに応じて一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減する関係になる。
そのため、左右方向のレール中心からのずれ量ｘは、基本的には差動電磁センサの差信号（ＢLa−ＢLb）と和信号（ＢLa＋ＢLb）との比＝（ＢLa−ＢLb）／（ＢLa＋ＢLb）で決定されると考えられる。
そこで、検討を重ねたところ、レール中心からの左右方向のずれ量ｘが次の式により算出できることが判った。
ｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4……(1)
ここで、ｋ１，ｋ2は、差動電磁センサの配置と構造上から決定されるオフセット補正値、ｋ3は、アンプの増幅率等で決定される検出回路構成による係数、ｋ4は、差動電磁センサの取付状態等により決定される補正値である。
これにより、レール中心からの電磁センサの左右方向変位量、すなわち、レール中心からのずれ量ｘを求めて図６のような和信号電圧値（ＢLa＋ＢLb）に対するセンサ高さの特性グラフからずれ量ｘに応じた特性グラフを選択してそのときの和信号電圧値（ＢLa＋ＢLb）からセンサ高さ、言い換えれば、レールと電磁センサの距離を求めることができる。
なお、図６は、縦軸がレールと電磁センサとの距離、すなわち、レールに対するセンサ高さ［ｍｍ］であり、横軸が和信号電圧値（ＢLa＋ＢLb）である。
図６では、ずれ量ｘの値に対応して代表的なもの、５本のグラフを示してある。レールの中心（変位量０ｍｍ）から変位量±１８ｍｍと変位量±３６ｍｍ個のグラフは実質的に重なり、同様な波形となっている。変位量０ｍｍと変位量±１８ｍｍとの間、そして変位量±１８ｍｍと変位量±３６ｍｍとの間にはさらに多数のグラフがあるが、図では割愛してある。
その結果、この発明は、ずれ量ｘと特性グラフとにより、レールと電磁センサの距離、すなわちレール高さを求めることができる。さらに、レール高さが検出できると、非対称に３個所にこのレール高さを検出する電磁センサを設けて、両端の電磁センサの位置を測定弦として間にある電磁センサの位置でレール高さ変位量測定をすることが可能になる。

図１は、この発明を適用した一実施例の電磁センサを利用したレール高さ測定装置の検出原理の説明図、図２は、センサ高さの測定原理についての説明図、図３は、電磁センサの内部構成のブロック図、図４は、電磁センサの検出回路とデータ処理装置の説明図、図５は、電磁センサの検出波形の説明図、そして図６は、電磁センサのレール高さ検出信号からレール高さ量を算出する特性グラフの説明図である。
図１において、１０は、５０ｋｍ／ｈから８０ｋｍ／ｈ程度の中速検測用の軌道検測車であり、１は、その車体（台車フレーム）であって、左右の各レール１１に対応して２つの車輪２，３が前後に設けられている。各車輪２，３の車軸２ａ，３ａは、軸箱・板バネ支持機構４，５を介して直接車体１に結合され、車体１を支持している。
アーム２ｂは、その片側が車軸２ａ（その軸受部）に回動可能に軸支され、先端側の端部には補助輪２ｃが設けられている。車軸２ａから補助輪２ｃまでの長さはＬである。アーム３ｂ，アーム３ｃは、それぞれその片側が車軸３ａ（その軸受部）にそれぞれ回動可能に軸支され、走行方向の前後に配置されたそれぞれ設けられている。それぞれのアーム３ｂ，アーム３ｃの先端側の端部には補助輪３ｄ，３ｅが取付けられている。アーム３ｂ，アーム３ｃの各補助輪３ｃ，３ｄまでの長さはＬで、アーム２ｂと等しい。
アーム２ｂ，アーム３ｂ，アーム３ｃには、それぞれ途中にレール１１に対峙するように電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃが直接あるいはブラケット（図示せず）を介して固定されている。
なお、図１では、説明の都合上、アームに直接電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃが取付られているように図示しているが、実際には各アームと電磁センサとの間にブラケットが設けられ、電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃは、このブラケットを介して図示する以上にレール１１の頭部に接近して各アームに支持されるようにそれぞれ取付けられる。
車軸２ａ，３ａは、それぞれ軸箱・板バネ支持機構４，５の軸箱に設けられた軸受で支持され、板バネを介して車体１側に固定される。そこで、それぞれのアーム２ｂ，アーム３ｂ，アーム３ｃの軸支は、車軸２ａ，２ｂそのものではなく、軸箱・板バネ支持機構４，５の軸箱あるいは軸受部を介してそれぞれ軸支されることになる。これにより、アーム２ｂ，アーム３ｂ，アーム３ｃは、レール横断方向には車輪２，３とともに移動するように車軸２ａ，３ａにより拘束され、車体１に対して上下に移動する走行車輪、すなわち車輪２，３を基準にしてレールの高さに応じて電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃを上下移動させる回動をする。

車体１には、電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃに対応して車体１の裏面に下向きにそれぞれ変位センサ（距離センサ）７ａ，７ｂ，７ｃが設けられている。さらに、車体１にはデータ処理装置８が搭載されている。
なお、図では、電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃに厚さがあるが、変位センサ７ａ，７ｂ，７ｃにより測定される車体１と電磁センサとの距離ａ，ｂ，ｃは、電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃの厚さが加算されて、実質的に電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃの測定値ａ’，ｂ’，ｃ’に距離ａ，ｂ，ｃをそれぞれ加算して車体１とレール１１との距離が検出されるようにそれぞれ設定されている。さらに、図では１本のレール１１だけを示しているが、これら電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃと変位センサ７ａ，７ｂ，７ｃとは、それぞれ左右の２本のレール１１に対応して設けられている。
図２は、レールに対する電磁センサの距離、すなわち、センサ高さを測定する測定原理を説明するものである。それを車輪３を例に説明すると、その車軸３ａとアーム３ｂと補助輪３ｄ、そしてレール１１との間に車輪３の半径Ｒを底辺とする細長い三角形が形成される。
そこで、補助輪３ｄがレール１１の高さに応じて上下に移動すると、電磁センサ６ｂのレール１１に対する高さが微少量変化する。この変化量をセンサ高さｂ’として電磁センサ６ｂが検出する。変位センサ７ｂによる車体１と電磁センサ６ｂとの距離をｂとすると、車体１からレール１１までの距離ｄ2は、ｄ2≒ｂ＋ｂ’で算出することができる。

図３に示すように、電磁センサ６（電磁センサ６ａ，６ｂ，６ｃを代表して）は、ケース６２に内蔵された電磁センサ部６１とその検出回路２０とからなる。電磁センサ部６１は、相互に逆方向に巻かれ、一辺が隣接して配置された巻き形が三角形の２つの空芯コイル６１ａ、６１ｂからなる。これを内蔵するケース６２は、合成樹脂等の非磁性材料で構成され、空芯コイル６１ａ、６１ｂの中心Ｏａ，Ｏｂをずらせて樹脂充填された完全密閉状態で固定するものである。
検出回路２０は、ケース６２に電磁センサ部６１とともに固定されてもよく、また、データ処理装置８と電磁センサ部６１との間に配置されていてもよい。ケース６２に樹脂充填固定されるものでは、検出回路２０からデータ処理装置８への配線ライン（図示せず）は、車軸２ａ、３ａの軸支されたアーム２ｂ，３ｂ，アーム３ｃ、軸箱・板バネ支持機構４，５を経て車体１に至り、データ処理装置８に接続されている。

空芯コイル６１ａ、６１ｂとは巻き方は、相互に逆方向になっているので、検出信号も相互に逆位相になる。そのため、信号にノイズが乗っても相殺される。さらに、レール１１の頭部の幅は、通常、６５ｍｍ程度であるが、図３に示すように、ケース６２により固定される電磁センサ部６１の空芯コイル６１ａの中心Ｏａは、レール１１の頭部の中心線Ｏに対応して配置され、空芯コイル６１ｂの中心Ｏｂは、レール１１の頭部の中心線Ｏより１０ｍｍ程度外側にずれてレール１１に対応するように設置されている。
空芯コイル６１ｂの中心Ｏｂを中心線Ｏから外側にずらせる理由は、レールにはカーブがあるので、このときに軌道検測車１０が内側にシフトしたときに中心Ｏｂが必要以上に内側にずれることで空芯コイル６１ａ、６１ｂが共に外れて電磁センサ部６１の検出信号が得られなくなることを防止したものである。なお、軌道検測車１０の外側へのずれは、車輪のフランジで阻止され、大きくずれることはない。
前記したように、レール１１の中心Ｏからの電磁センサ部６の左右方向変位量について考えてみると、図３に示すような逆方向に向いた差動の三角形の空芯コイル６１ａ，空芯コイル６１ｂにおける差信号（ＢLa−ＢLb）は、レール中心に対する水平方向の位置ずれに応じて一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減する関係にある。
なお、巻き方を相互に逆方向にして両者の検出電圧を同時に得て、特に、これらの検出信号の差を採ることで差動動作における差電圧（図５（ａ）の（ＢLa−ＢLb）参照）を得ることができる。

図４は、電磁センサの検出回路とデータ処理装置の説明図であって、検出回路２０は、逆方向に巻かれた空芯コイル６１ａ、６１ｂをそれぞれ受ける差動増幅器２１ａ，２１ｂと、空芯コイル６１ａ、６１ｂにバイアス電流を流すバイアス回路２２、差動増幅器２１ａ，２１ｂの信号を所定の距離パルスＰLに応じてＡ／Ｄ変換をするＡ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２３ａ，２３ｂとからなり、Ａ／Ｄ２３ａ，２３ｂを介して検出信号をデジタル値に変換してデータ処理装置８に送出するものである。
なお、バイアス回路２２は、抵抗Ｒ1〜Ｒ4と定電圧電源回路２２ａとからなり、空芯コイル６１ａ、６１ｂにそれぞれバイアス電流を流す回路である。
レールの継目の部分では、継目板とレールとレールの間隙とに応じて空芯コイル６１ａ、６１ｂのインダクタンスが変化し、それに応じた電圧が空芯コイル６１ａ、６１ｂの端子に発生するので差動増幅器２１ａ，２１ｂにそれに応じた検出信号を得ることができる。

距離パルスＰLは、車輪３の回転に応じて発生するパルスであって、距離パルス発生回路９により生成され、４５ｍｍ走行に１個発生する４５ｍｍ／Ｐの波長（周期）のパルス信号である。この距離パルス発生回路９は、軸箱・板バネ支持機構５に搭載されている。
データ処理装置８は、ＭＰＵ８１とメモリ８２、インタフェース８３、そしてこれらを接続するバス８４等とを有し、距離パルスＰLと、これに対応してＡ／Ｄ変換された差動増幅器２１ａ，２１ｂの信号をインタフェース８３を介して測定データとして受けて空芯コイル６１ａ、６１ｂの検出信号の差と和の算出処理算等をする。

図５（ａ）は、差動増幅器２１ａ，２１ｂのデジタル値をそれぞれグラフ化したものであって、データ処理装置８における測定データである。
ＢLaが差動増幅器２１ａの測定データ、ＢLbが差動増幅器２１ｂの測定データである。長丸で示す部分がレール継目位置の検出信号であり、その前後で波形に大きなピークを持つ凹凸の波があるのは、継目板によるものである。
なお、横軸は、距離パルスＰLによるサンプル数、縦軸は電圧［ｍＶ］である。ＢLbの波形が小さいのは、空芯コイル６１ｂがレール中心Ｏより１０ｍｍずれているからである。また、横軸の距離パルスＰLによるサンプル数は、軌道検測車１０の走行距離に対応している。
データ処理装置８において、これら測定データの差信号電圧（ＢLa−ＢLb）の演算した結果が図５（ｂ）のグラフＢLa−ＢLbである。これにより、レール継目位置の検出信号ＤLは、大きな波形の検出信号として得ることができる。しかし、軌道検測車２は、上下左右に揺れて走行するので、それによる検出波形の変動も大きい。
ＤLがレール継目位置検出信号であるが、ここでは、レール継目位置検出信号ＤLではなく、それ以外の波形部分Ｄに注目する。

図５（ａ）の波形部分Ｄは、レール１１と電磁センサ部６（空芯コイル６１ａ、６１ｂ）との距離に応じて変化する信号部分である。空芯コイル６１ａ、６１ｂは、レールとの距離に応じて相互に逆方向に増減するので、測定データの和（ＢLa＋ＢLb）の演算すると、空芯コイル６１ａ、６１ｂのトータル信号が得られ、前記したように、軌道検測車が走行すると、レールに対する電磁センサの左右の方向にシフトするので、図５（ｃ）に示すように、多少の凹凸状態の信号が和（ＢLa＋ＢLb）の振幅基準レベルの信号の上に乗り、各測定区間では上下に多少の変動差がある。
そこで、あるサンプルレールに対してレール中心からの各左右方向のずれ量ｘを変数として軌道検測車１０と同じ配置と同じ条件で電磁センサ部６を高さ方向に移動して、レール中心から左右方向に移動位置に対応してサンプルレールと電磁センサ部６との距離、すなわちレールの高さとの関係を測定したところ、図６のような特性グラフを得ることができた。
ここでのレール中心からの左右方向のずれ量ｘは、基本的には差動電磁センサ部６の差信号（ＢLa−ＢLb）と和信号（ＢLa＋ＢLb）との比＝（ＢLa−ＢLb）／（ＢLa＋ＢLb）で決定されるはずであるが、前記したように、変数であるずれ量ｘと測定値比＝（ＢLa−ＢLb）／（ＢLa＋ＢLb）とを利用してこれらの間を整合させたところ、前記した式(1)が得られた。
ｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4……(1)
ここで、ｋ１，ｋ2は、差動電磁センサの配置と構造上から決定されるオフセット補正値、ｋ3は、アンプの増幅率等で決定される検出回路構成による係数、ｋ4は、差動電磁センサの取付状態等により決定される補正値である。
そこで、式(1)と図６の特性グラフを利用することで、差動電磁センサ部６からの検出信号によりレール１１に対するセンサ高さ［ｍｍ］を測定することが可能になる。
なお、差動電磁センサ部６の構造と検出回路２０の構成により前記の補正値ｋ1〜ｋ4は、実測データとの関係あるいはサンプルレールの測定によりそれぞれに適宜決定することができる。

図４に戻り、メモリ８２には、電磁センサの差信号・和信号算出プログラム８２ａと、電磁センサのレールずれ量算出プログラム８２ｂ、電磁センサのレール高さ算出プログラム８２ｃ、レール高さ変位量算出プログラム８２ｄ等が格納され、図６の各特性グラフをテーブルとして記憶したレール高さ算出テーブル（特性グラフテーブル）８２ｅ、パラメータ領域８２ｆ、作業領域８２ｇとが設けられている。
なお、パラメータ領域８２ｆには、式(1)のｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4が記憶され、さらに各係数ｋ１〜ｋ4が記憶されている。
電磁センサの差信号・和信号算出プログラム８２ａは、これがコールされたときにＭＰＵ８１に実行され、ＭＰＵ８１は、電磁センサ部６の各コイルの差信号（ＢLa−ＢLb）と和信号（ＢLa＋ＢLb）とをそれぞれに算出してメモリ８２の作業領域８２ｇに記憶し、電磁センサのレールずれ量算出プログラム８２ｂをコールする。
電磁センサのレールずれ量算出プログラム８２ｂは、これがコールされたときにＭＰＵ８１に実行され、ＭＰＵ８１は、前記により算出された差信号（ＢLa−ＢLb）と和信号（ＢLa＋ＢLb）を参照して前記式(1)に従ってレール１１の中心Ｏからのずれ量ｘを求め、電磁センサのレール高さ算出プログラム８２ｃをコールする。
電磁センサのレール高さ算出プログラム８２ｃは、これがコールされたときにＭＰＵ８１に実行され、ずれ量ｘからｘに対応するか、図６における一番近い特性グラフをレール高さ算出テーブル８２ｅにおいて参照して和信号（ＢLa＋ＢLb）の電圧値からセンサ高さｈ［ｍｍ］を得る。なお、縦軸の高さｈ＝０は、車体１が上下移動していないときのレール１１に対する基準高さである。

レール高さ変位量算出プログラム８２ｄは、これがコールされたときにＭＰＵ８１に実行され、ＭＰＵ８１は、図１の電磁センサ部６ａ，６ｂ，６ｃと変位センサ７ａ，７ｂ，７ｃとについて左右のレール対応にメモリ８２の作業領域８２ｇに測定データＢLa，ＢLbと車体１と電磁センサ部６との距離ａ，ｂ，ｃを記憶する。
次に、電磁センサ部６ａの測定データを選択して電磁センサの差信号・和信号算出プログラム８２ａをコールして実行し、電磁センサ部６ａに対応してセンサ高さａ’を得て作業領域８２ｇに記憶し、次に電磁センサ部６ｂの測定データを選択して同様にして電磁センサ部６ｂに対応してセンサ高さｂ’を得て作業領域８２ｇに記憶し、同様にして電磁センサ部６ｃに対応してセンサ高さｃ’を得て作業領域８２ｇに記憶する。
そして、レール高さ変位量Ｖを算出する。これは、図１の電磁センサ部６ａ，６ｂ，６ｃと変位センサ７ａ，７ｂ，７ｃとにより得た前記の検出値ａ，ａ’，ｂ，ｂ’，ｃ，ｃ’により、電磁センサ部６ａ，６ｂ，６ｃの位置、３点における車体１からレール１１までの距離（ａ＋ａ’），（ｃ＋ｃ’），（ｂ＋ｂ）を算出し、中間位置の電磁センサ部６ｂの位置におけるレール高さの相対的変位量Ｖを次の(2)式より演算して算出して、メモリの所定の領域に現在の走行距離に対応して記録する。
なお、ここで算出されたレール高さ変位量Ｖ（相対的変位量）は他の軌道測定にも利用される。
Ｖ＝Ｋ1（ａ＋ａ’）＋Ｋ2（ｃ＋ｃ’）−（ｂ＋ｂ’）……(2)
ただし、Ｋ１，Ｋ2は、弦ｎに対する比率であり、Ｋ1＝ｎ1／ｎ，Ｋ2＝ｎ2／ｎである。
図１において、ｎ［ｍ］がレール１１に対する測定弦の長さであり、電磁センサ部６ａと電磁センサ部６ｃとの距離，ｎ1［ｍ］が電磁センサ部６ａと電磁センサ部６ｂ間の距離、ｎ2［ｍ］が電磁センサ部６ｂと電磁センサ部６ｃ間の距離である。

以上説明してきたが、実施例では、図３に示すように、電磁センサ部６のコイル形状は、相互に逆方向に巻かれ、一辺が隣接して配置された巻き形が三角形の２つの空芯コイルとしているが、差信号（ＢLa−ＢLb）がレール中心に対する水平方向の位置ずれに応じて一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減する関係になるコイルの形状と配置は種々のものが考えられるので、三角形の形状に限定されるものではない。このような差動形コイルは、過去に各種のものが考えられている。
また、実施例の図２では、電磁センサを設けたアームは、車軸あるいはその軸受に結合して補助輪が上下動する構造を採ることで走行方向に直交する方向の移動に対してアームは、車輪とともに移動するように拘束され、走行車輪を基準にしてレールの高さに応じて上下に回動するようになっているが、走行車輪を基準としてレールに対して電磁センサを上下動させるアームと補助輪との構造は、アームを軸箱に回動可能に枢支してもよく、軸支あるいは枢支の形態は、各種のものが考えられ、特に、図２のものに限定されるものではない。

図１は、この発明を適用した一実施例の電磁センサを利用したレール高さ測定装置の検出原理の説明図である。 図２は、センサ高さの測定原理についての説明図である。 図３は、電磁センサの内部構成のブロック図である。 図４は、電磁センサの検出回路とデータ処理装置の説明図である。 図５は、電磁センサの検出波形の説明図である。 図６は、電磁センサのレール高さ検出信号からレール高さ量を算出する特性グラフの説明図である。

符号の説明

１…車体（台車フレーム）、２，３…車輪、
２ａ，３ａ…車軸、２ｂ，３ｂ，３ｃ…アーム、
２ｃ，３ｄ，３ｅ…補助輪、４，５…軸箱・板バネ支持機構、
６ａ，６ｂ，６ｃ…電磁センサ、
７ａ，７ｂ，７ｃ…変位センサ、
８…データ処理装置、８１…ＭＰＵ、
８２…メモリ、８３…インタフェース、８４…バス、
９…距離パルス発生回路、１０…軌道検測車、
１１…レール、
８２ａ…電磁センサの差信号・和信号算出プログラム、
８２ｂ…電磁センサのレールずれ量算出プログラム、
８２ｃ…電磁センサのレール高さ算出プログラム、
８２ｄ…レール高さ変位量算出プログラム、
８２ｅ…レール高さ算出テーブル、
８２ｆ…パラメータ領域、８２ｇ…作業領域。

Claims (8)

1. 軌道検測車を走行させてその走行状態でレール高さを検出するレール高さ検出方法において、
   隣接して配置され相互に逆方向に巻かれ、レール中心に対して互いに対称に配置された第１、第２の空芯コイルを有し前記レールの頭部の上部に対応させて前記軌道検測車に設けられた電磁センサから前記第１、第２の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて前記電磁センサのレールに対する走行方向に直交する方向のずれ量を得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と前記電磁センサのレールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照して前記ずれ量に対応する前記特性グラフに基づいて前記電磁センサのレールに対する高さを検出し、
   前記ずれ量は、次の(1)式よりｘとして得るレール高さ検出方法。
   ｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4……(1)
   ただし、ＢLaは第１の空芯コイルの検出信号の電圧値、ＢLbは第２の空芯コイルの検出信号の電圧値、（ＢLa−ＢLb−ｋ１）は前記差信号、（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）は前記和信号であり、ｋ１，ｋ2，ｋ3，ｋ4は、それぞれ補正値である。
2. 前記第１、第２の空芯コイルは、前記レールの中心に対する水平方向の位置ずれに応じて前記第１、第２の空芯コイルの一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減するコイル形状で前記電磁センサに配置されている請求項１記載のレール高さ検出方法。
3. 軌道検測車を走行させてその走行状態でレール高さを検出するレール高さ検出機構において、
   前記軌道検測車の車軸に回動可能に軸支され先端側にレールに乗る補助輪を有するアームと、
   相互に逆方向に巻かれ、レール中心に対して互いに対称に配置された第１、第２の空芯コイルを有し前記アームの所定の位置に固定されあるいは支持され前記レールの頭部の上部に対応させて配置された電磁センサとを備え、
   前記第１、第２の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて前記電磁センサの前記レールに対する走行方向に直交する方向のずれ量を得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と前記電磁センサの前記レールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照して前記ずれ量に対応する前記特性グラフに基づいて前記電磁センサの前記レールに対する高さを検出し、
   前記ずれ量は、次の(1)式よりｘとして得るレール高さ検出機構。
   ｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4……(1)
   ただし、ＢLaは第１の空芯コイルの検出信号の電圧値、ＢLbは第２の空芯コイルの検出信号の電圧値、（ＢLa−ＢLb−ｋ１）は前記差信号、（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）は前記和信号であり、ｋ１，ｋ2，ｋ3，ｋ4は、それぞれ補正値である。
4. 前記第１、第２の空芯コイルは、前記レールの中心に対する水平方向の位置ずれに応じて前記第１、第２の空芯コイルの一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減するコイル形状で前記電磁センサに配置されている請求項３記載のレール高さ検出機構。
5. 請求項３または４に記載のレール高さ検出機構を有し、非対称に３個所にこのレール高さを検出する電磁センサを設けて、両端の電磁センサの位置を測定弦として間にある電磁センサの位置でレール高さ変位量測定をするレール高さ変位量測定装置。
6. 軌道検測車を走行させてその走行状態でレール高さ変位量を測定するレール高さ変位量測定装置において、
   前記軌道検測車の車軸に回動可能に軸支され先端側にレールに乗る補助輪を有する第１，第２および第３のアームと、
   相互に逆方向に巻かれ、レール中心に対して互いに対称に配置された第１、第２の空芯コイルを有し前記第１，第２および第３のアームの所定の位置にそれぞれ固定され前記レールの頭部の上部に対応させてそれぞれ配置された第１，第２および第３の電磁センサと、
   前記第１，第２および第３の電磁センサにそれぞれ対応させて前記軌道検測車の車体に設けられ前記車体と前記電磁センサとの距離を測定する第１，第２および第３の距離センサと、
   前記第１，第２および第３の電磁センサからそれぞれの前記第１、第２の空芯コイルのそれぞれの検出信号と前記第１，第２および第３の距離センサのそれぞれの距離測定値の信号とを受けるデータ処理装置とを備え、
   前記データ処理装置は、前記第１、第２の空芯コイルのそれぞれの検出信号を得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と差信号との比に基づいて前記第１、第２および第３の電磁センサのそれぞれにおいて前記レールに対する走行方向に直交する方向のずれ量をそれぞれ得て前記第１、第２の空芯コイルの検出信号の和信号と前記電磁センサの前記レールに対する高さとの関係を示す特性グラフを参照して前記ずれ量に対応する前記特性グラフに基づいて前記第１，第２および第３の電磁センサの前記レールに対する高さをそれぞれに検出し、これらと前記第１，第２および第３の距離センサのそれぞれの前記距離測定値とに基づいて前記第１，第２および第３の電磁センサの位置の３点における前記車体から前記レールまでの距離を求めてレール高さ変位量を算出するレール高さ変位量測定装置。
7. 前記第１、第２の空芯コイルは、前記レールの中心に対する水平方向の位置ずれに応じて前記第１、第２の空芯コイルの一方の検出信号のレベルが増加すると、他方の検出信号のレベルが減少し、しかもレール高さに応じてその差が増減するコイル形状で前記電磁センサに配置されている請求項６記載のレール高さ変位量測定装置。
8. 前記ずれ量は、次の(1)式よりｘとして得、前記レール高さ変位量は、次の(2)式よりＶとして得る請求項６記載のレール高さ変位量測定装置。
   ｘ＝｛（ＢLa−ＢLb−ｋ１）／（（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）｝×ｋ3＋ｋ4……(1)
   Ｖ＝Ｋ1（ａ＋ａ’）＋Ｋ2（ｃ＋ｃ’）−（ｂ＋ｂ’）……(2)
   ただし、(1)式におけるＢLaは第１の空芯コイルの検出信号の電圧値、ＢLbは第２の空芯コイルの検出信号の電圧値、（ＢLa−ＢLb−ｋ１）は前記差信号、（ＢLa＋ＢLb−ｋ2）は前記和信号であり、ｋ１，ｋ2，ｋ3，ｋ4は、それぞれ補正値である。
   (2)式におけるＫ1＝ｎ1／ｎ、Ｋ2＝ｎ2／ｎ、ｎは前記第１、第２および第３の電磁センサのうち両端に前記第１の電磁センサと前記第３の電磁センサが配置されているとすると、前記第１の電磁センサと前記第３の電磁センサとの距離、ｎ1が第１の電磁センサと第２の電磁センサとの距離、ｎ2が前記第２の電磁センサと前記第３の電磁センサとの距離であり、ａ，ａ’，ｂ，ｂ’，ｃ，ｃ’は、前記第１，第２および第３の電磁センサと前記第１，第２および第３の距離センサとにより得た検出値である。

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