JP6896250B2 - Open coil eddy current type sensor and rail displacement measurement method using this - Google Patents
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Description
本発明は、金属との距離を測定又は金属の変位を測定する際に用いる渦電流形変位センサに係り、特にオープン形コイルの渦電流形センサを用いて測定するオープン形コイルの渦電流形センサ及びこれを用いたレール変位測定方法に関する。 The present invention relates to a vortex current type displacement sensor used when measuring a distance to a metal or measuring a displacement of a metal, and in particular, an open type coil vortex current type sensor which measures using an open type coil vortex current type sensor. And a rail displacement measuring method using this.
従来から、渦電流形変位センサは、発電用タービンやコンプレッサ等の機器の軸振動の測定、軌道(レール)管理を行うレール変位センサ、1km毎の地点検知センサやHSST(High Speed Surface Transport)の浮上制御用センサ等に採用されている。レール変位センサは光学式と渦電流式で補完し合いながら軌道管理の一部を担っている。 Conventionally, eddy current type displacement sensors are rail displacement sensors that measure shaft vibrations of equipment such as turbines and compressors for power generation and manage trajectories (rails), point detection sensors every 1 km, and HSST (High Speed Surface Transport). It is used in levitation control sensors and the like. The rail displacement sensor plays a part in track management while complementing each other with the optical type and the eddy current type.
例えば、毎日数百回と通過する列車等の車両を支える軌道は、列車の車輪との摩擦によって摩耗が生ずる。レールの摩耗は、列車通過時のレールに印加される重量、列車の種類、運転条件及びレールの保守状態、レール塗油の有無、勾配、降雨・降雪、湿度、気温等の様々な環境要因に起因している。また、レールは列車等の走行により横方向のズレが生じる。即ちレール頭頂面と側面の位置がずれてくる。列車等の走行の安全性を高めるために保線作業を実施する必要が生じる。
このように鉄道軌道のレールは、毎日少しずつ摩耗している。安全の観点から、そのレールの摩耗程度を定期的に数値で管理し効果的に維持、補修することが必要である。レールの摩耗が大きく進行すると、レールを交換する必要がある。
For example, a track that supports a vehicle such as a train that passes hundreds of times a day is worn by friction with the wheels of the train. Rail wear is affected by various environmental factors such as the weight applied to the rail when the train passes, the type of train, operating conditions and rail maintenance status, the presence or absence of rail lubrication, slope, rainfall / snowfall, humidity, and temperature. It is due. In addition, the rails are displaced in the lateral direction due to the running of trains and the like. That is, the positions of the top surface and the side surface of the rail are displaced. It will be necessary to carry out track maintenance work in order to improve the safety of running trains and the like.
In this way, the rails of railway tracks are worn little by little every day. From the viewpoint of safety, it is necessary to regularly numerically control the degree of wear of the rail and effectively maintain and repair it. If the rail wears significantly, the rail needs to be replaced.
そこで、このようなレールの摩耗などを測定する、即ち被測定物の変位を測定するセンサとして渦電流形変位センサがある。渦電流形変位センサは、センサコイルに高周波電流を供給して高周波磁界を発生させ、その磁界により被測定物の表面に渦電流が発生することで電磁誘導作用によってセンサコイルのインピーダンスが変化することを利用して被測定物との距離(変位)を測定するものである。渦電流形変位センサは被測定物の変位を非接触で測定することができ、また、被測定物は磁性体に限られず導体でも可能である。 Therefore, there is an eddy current type displacement sensor as a sensor for measuring such rail wear, that is, measuring the displacement of the object to be measured. The eddy current type displacement sensor supplies a high frequency current to the sensor coil to generate a high frequency magnetic field, and the magnetic field generates an eddy current on the surface of the object to be measured, so that the impedance of the sensor coil changes due to electromagnetic induction. Is used to measure the distance (displacement) from the object to be measured. The eddy current type displacement sensor can measure the displacement of the object to be measured in a non-contact manner, and the object to be measured can be a conductor as well as a magnetic material.
レールのズレ、即ち変位量について車両を走行させながらレールに非接触で検出する方法に関する技術が種々提案されている。例えば特許文献1の特開2013−238516号公報「渦電流式レール左右変位検出方法及び装置」のように、レール長手方向中心線から一定間隔を隔てて左右に設置された1対の検知コイル手段を高周波の共振電流で励磁し、前記1対の検知コイル手段のインピーダンス変化を直流電圧に変換し、その直流電圧をディジタル信号に変換し、変換後のディジタル信号の電圧値に基づいて前記レールと前記1対の検知コイル手段との間の左右変位を検出する渦電流式レール左右変位検出方法が提案されている。 Various techniques have been proposed for a method of detecting a rail deviation, that is, a displacement amount, without contacting the rail while the vehicle is running. For example, as in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-238516, "Eddy current type rail left-right displacement detection method and apparatus", a pair of detection coil means installed on the left and right at regular intervals from the center line in the longitudinal direction of the rail. Is excited by a high-frequency resonance current, the impedance change of the pair of detection coil means is converted into a DC voltage, the DC voltage is converted into a digital signal, and the rail and the rail are based on the voltage value of the converted digital signal. An eddy current type rail left-right displacement detection method for detecting the left-right displacement between the pair of detection coil means has been proposed.
また、渦電流形変位センサは、非接触でレールなどのターゲットの変位に対応した出力電圧を測定できるセンサである。渦電流形変位センサは (検出)コイル、同軸ケーブル及び出力電圧回路から構成されている。現在、渦電流形変位センサのレール(被測定物)からセンサまでの距離は一般的にコイル外径の約1/2倍まであり、レール変位センサの場合では25mm程度である。しかし,従来の渦電流形変位センサの被測定物(レール頭頂面)までの距離(リフトオフ)では、砂利や積雪等の異物の影響又は衝突することにより、渦電流形変位センサが故障や誤動作を起こしやすいという問題を有していた。 The eddy current type displacement sensor is a sensor that can measure the output voltage corresponding to the displacement of a target such as a rail without contact. The eddy current displacement sensor consists of a (detection) coil, a coaxial cable and an output voltage circuit. Currently, the distance from the rail (measured object) of the eddy current type displacement sensor to the sensor is generally up to about 1/2 times the outer diameter of the coil, and in the case of the rail displacement sensor, it is about 25 mm. However, at the distance (lift-off) to the object to be measured (rail top surface) of the conventional eddy current displacement sensor, the eddy current displacement sensor may malfunction or malfunction due to the influence of foreign matter such as gravel or snow or collision. It had the problem of being easy to wake up.
また、従来の渦電流形変位センサのコイルはソレノイド形状であり、磁束が広がりやすいため、リフトオフを大きくすることでレールと鎖交する磁束が減り、レール変位に依存するコイルのインピーダンスの変化が減少し,レール変位の検出精度が下がりやすいという問題を有していた。 In addition, since the coil of the conventional eddy current type displacement sensor has a solenoid shape and the magnetic flux easily spreads, the magnetic flux interlinking with the rail is reduced by increasing the lift-off, and the change in the impedance of the coil depending on the rail displacement is reduced. However, there was a problem that the detection accuracy of rail displacement was likely to decrease.
特許文献1の「渦電流式レール左右変位検出方法及び装置」では鉄道の車輪とレールとの接触部の摩擦から生じるレール頭頂部の摩耗量の大きさにより、レール変位出力が影響することがあり、精度の高い測定ができないという問題を有していた。例えば、鉄道軌道におけるカーブ箇所では、このカーブの外側に位置するレールの内側に、荷重の偏在により摩耗量が大きくなりやすい。
In
本発明の発明者らは、渦電流形レール変位センサのコイル構造をオープン形にすることに着目した。そこで、共振周波数を高くしQ値を上昇させ,リフトオフを従来の2倍である50mm程度までレール変位検出が可能であると考えた。 The inventors of the present invention have focused on making the coil structure of the eddy current type rail displacement sensor an open type. Therefore, it was considered that the rail displacement can be detected up to about 50 mm, which is twice the conventional lift-off, by raising the resonance frequency and raising the Q value.
本発明は、かかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、渦電流形変位センサの測定距離を増大させることで、軌道検測車に搭載して走行中に測定物(レール頭頂面)に砂利や積雪等の異物の影響又は衝突することなく、変位等を迅速に、かつ正確に測定することができるオープン形コイルの渦電流形センサ及びこれを用いたレール変位測定方法を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to increase the measurement distance of the eddy current type displacement sensor, so that the object to be measured (the top surface of the rail) is affected by foreign matter such as gravel or snow while mounted on a track inspection vehicle. It is an object of the present invention to provide an eddy current type sensor of an open coil capable of measuring displacement and the like quickly and accurately without collision, and a rail displacement measuring method using the eddy current type sensor.
本発明のオープン形コイルの渦電流形変位センサは、コイルに電流を流して被測定物(R)に渦電流を発生させ、該被測定物(R)の変位を測定する渦電流形センサ(100)であって、
2枚のコイル(11,12)が誘電体(13)を挟んだ構造になるオープン形コイル1,2(Co1,Co2)を2個有し、
2個の前記オープン形コイル1,2(Co1,Co2)を、前記被測定物(R)の測定面に対して横列に配置した、ことを特徴とする。
The eddy current type displacement sensor of the open coil of the present invention is an eddy current type sensor that measures the displacement of the object to be measured (R) by passing a current through the coil to generate an eddy current in the object to be measured (R). 100)
Two coils (11, 12) of dielectric open-
Two of the
前記オープン形コイル1,2(Co1,Co2)は、コイルを強磁性体のコア(14)に巻き付けた構造である。
前記オープン形コイル1,2(Co1,Co2)は、その周囲にシールド機構(15)を設けたものである。
The
The
本発明の渦電流形センサを用いたレール変位測定方法は、コイルに電流を流して被測定物となるレール(R)に渦電流を発生させ、該レール(R)の変位を測定する渦電流形センサを用いたレール変位測定方法であって、
2枚のコイル(11,12)が誘電体(13)を挟んだ構造になるオープン形コイル1,2(Co1,Co2)を2個有する渦電流形センサ(100)を用いて、前記レール(R)の変位(x)及びリフトオフ(z)に依拠して変化するインピーダンス変化を出力電圧(Vo)として出力させ、この出力電圧(Vo)を測定することにより該レール(R)の変位(x)を検出し、
前記オープン形コイル1(Co1)と前記オープン形コイル2(Co2)により測定した出力電圧(Vo)について、レール(R)と渦電流形センサ(100)間の高さ補正及び直線化を行い、前記該レール(R)の変位を測定する、ことを特徴とする。
In the rail displacement measuring method using the eddy current type sensor of the present invention, an eddy current is passed through a coil to generate an eddy current in a rail (R) to be measured, and the displacement of the rail (R) is measured. This is a rail displacement measurement method using a shape sensor.
Two coils (11, 12) by using a dielectric (13) open-
The output voltage (Vo) measured by the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) is height-corrected and linearized between the rail (R) and the eddy current sensor (100). It is characterized in that the displacement of the rail (R) is measured.
前記渦電流形センサ(100)のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)は、前記レール(R)の長手方向に対してそれぞれ横変位方向に互いに対向配置して測定する。 The open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) of the eddy current sensor (100) are arranged so as to face each other in the lateral displacement direction with respect to the longitudinal direction of the rail (R) for measurement.
本発明の渦電流形センサ(100)では、被測定物(R)についてその変位に対応した出力電圧を非接触で測定することができる。渦電流形センサ(100)のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)に高周波電流を供給し、被測定物(R)の表面に渦電流を発生させる。渦電流によリそれぞれのオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)のインピーダンスが変化するので、その変化に対応した直流電圧信号が出力される。渦電流形センサ(100)のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)の2個のコイルが被測定物(R)の長手方向に対して横変位方向に互いに対向して配置されているため、オープン形コイル1(Co1)又はオープン形コイル2(Co2)の一方が被測定物(R)に近づく方向に動くと、他方のオープン形コイル(Co1又はCo2)は遠ざかる方向に動く。そのためオープン形コイル1(Co1)の出力信号とオープン形コイル2(Co2)の出力信号は、被測定物(R)の中心(C)を対称軸として特性的に逆の変化をする。
これらの出力された信号を増幅して出力信号として取り出す。この信号を演算処理(被測定物(R)とオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)間の高さ補正・リニアライズ)することにより、被測定物(R)の中心(RC)に対するオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)の横変位(×)に対してリニアな出力信号として取り出すことにより被測定物(R)の変位(ズレ)を検出することができる。
In the eddy current type sensor (100) of the present invention, the output voltage corresponding to the displacement of the object to be measured (R) can be measured in a non-contact manner. A high-frequency current is supplied to the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) of the eddy current sensor (100) to generate an eddy current on the surface of the object (R) to be measured. Since the impedance of each of the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) changes due to the eddy current, a DC voltage signal corresponding to the change is output. The two coils of the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) of the eddy current sensor (100) are arranged so as to face each other in the lateral displacement direction with respect to the longitudinal direction of the object to be measured (R). Therefore, when one of the open coil 1 (Co1) or the open coil 2 (Co2) moves in the direction approaching the object to be measured (R), the other open coil (Co1 or Co2) moves away. It works. Therefore, the output signal of the open coil 1 (Co1) and the output signal of the open coil 2 (Co2) characteristically reversely change with the center (C) of the object to be measured (R) as the axis of symmetry.
These output signals are amplified and taken out as output signals. By arithmetically processing this signal (height correction / linearization between the object to be measured (R) and the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2)), the center of the object to be measured (R) ( Detecting the displacement (deviation) of the object to be measured (R) by extracting it as a linear output signal with respect to the lateral displacement (x) of the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) with respect to RC). Can be done.
本発明の渦電流形センサ(100)は、(検出)コイル、同軸ケーブル及び出力電圧回路で構成し、渦電流形変位センサ(100)から被測定物(R)までの距離は一般的にコイル外径の約1/2倍まであったものを、本発明のようにコイル構造をオープン形にすることで、共振周波数を高くし、Q値を上昇させ、被測定物(R)から渦電流形変位センサ(100)までの距離を従来の2倍にすることができる。
例えば本発明の渦電流形センサ(100)を用いたレール検出装置を、軌道検測車に搭載することにより走行中にレール変位測定する際に、渦電流形センサ(100)から被測定物(R)までの距離を従来の2倍にすることができる。渦電流形センサ(100)から被測定物(レールRの頭頂面)までの距離(リフトオフ)が長くなり、砂利や積雪などの異物による衝突などの影響がなくなる。この渦電流形センサ(100)が故障や誤動作を起こすことを回避できる。レール変位センサとした場合,リフトオフを例えば従来の25mmから50mmに大きく拡張でき,異物との衝突等を回避できる。
The eddy current type sensor (100) of the present invention is composed of a (detection) coil, a coaxial cable and an output voltage circuit, and the distance from the eddy current type displacement sensor (100) to the object to be measured (R) is generally a coil. By making the coil structure open as in the present invention, the coil structure that was up to about 1/2 of the outer diameter is raised, the resonance frequency is raised, the Q value is raised, and the eddy current from the object to be measured (R). The distance to the shape displacement sensor (100) can be doubled as before.
For example, when a rail detection device using the eddy current type sensor (100) of the present invention is mounted on a track inspection vehicle to measure rail displacement during traveling, the eddy current type sensor (100) is used to measure an object (measurement object (100). The distance to R) can be doubled as before. The distance (lift-off) from the eddy current type sensor (100) to the object to be measured (the top surface of the rail R) becomes long, and the influence of collision by foreign matter such as gravel or snow is eliminated. It is possible to prevent the eddy current type sensor (100) from malfunctioning or malfunctioning. When a rail displacement sensor is used, the lift-off can be greatly expanded from the conventional 25 mm to 50 mm, for example, and collision with foreign matter can be avoided.
本発明のレール変位測定方法では、レール(R)との距離を確保できることから、レール検出装置などの機械の保守管理が安定して可能となる。
また、レール保守管理において誤動作がなくなり、安全安定運行に寄与できる。
In the rail displacement measuring method of the present invention, since the distance from the rail (R) can be secured, maintenance and management of a machine such as a rail detection device can be stably performed.
In addition, malfunctions can be eliminated in rail maintenance and management, which can contribute to safe and stable operation.
本発明は、コイルに電流を流してレール等の被測定物に渦電流を発生させ、インピーダンス変化を出力電圧として出力させることにより、レール等の変位を測定するオープン形コイルの渦電流形センサ及びこれを用いたレール変位測定方法である。 The present invention is an eddy current type sensor of an open coil that measures the displacement of a rail or the like by passing a current through the coil to generate an eddy current in an object to be measured such as a rail and outputting an impedance change as an output voltage. This is a rail displacement measuring method using this.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
<渦電流形センサの構成>
図1は本発明の渦電流形センサを構成するオープン形コイルの一例を示し、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は平面図である。図2は本発明の渦電流形センサを用いてレール変位の測定方法を説明するレールの概略正面図である。図3は本発明の渦電流形センサを用いてレール変位を測定する方法を説明するレールの概略平面図である。
本発明の渦電流形センサ100は、コイルに電流を流してレール変位などの被測定物に渦電流を発生させ、被測定物Rの変位を測定する際に用いる渦電流形センサである。この渦電流形センサ100は軌道検測車に搭載して走行しながらレール変位を測定する際に用いる。本発明の渦電流形センサ100を変位センサとして用いる場合は、2個のオープン形コイルを用いる。
1個のオープン形コイル1(Co1)は、2枚のコイル11,12が合成樹脂板などの誘電体13を挟んだ構造になる。このオープン形という表記は2枚のコイルが誘電体13を挟んで非接触(無結線)にある状態を意味として使用している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<Eddy current type sensor configuration>
1A and 1B show an example of an open coil constituting the eddy current type sensor of the present invention, where FIG. 1A is a plan view, FIG. 1B is a side view, and FIG. 1C is a plan view. FIG. 2 is a schematic front view of a rail for explaining a method of measuring rail displacement using the eddy current type sensor of the present invention. FIG. 3 is a schematic plan view of a rail for explaining a method of measuring rail displacement using the eddy current type sensor of the present invention.
The eddy
One open type coil 1 (Co1) includes two
図1(a)、(b)、(c)に示すように、本発明の渦電流形センサ100を変位センサとして用いる場合は、このように構成したオープン形コイルを2個用いる。そこで、便宜上1個目をオープン形コイル1(Co1)と称し、2個目をオープン形コイル2(Co2)と称しているが、それぞれの構成に相違はない。
As shown in FIGS. 1A, 1B, and 1C, when the eddy
<オープン形コイルの構成>
1個目のオープン形コイル1(Co1)は、2枚のコイル11,12から構成される。図示するように、1枚目のコイル11は銅線を三角形状に巻いたものであり、同じく2枚目のコイル12も銅線を三角形状に巻いたものである。これら2枚のコイル11,12が、アクリル板のようなプラスチック(エンジニアリングプラスチック)などの誘電体13を挟んだ構造のものである。2枚のコイル11,12は誘電体13に挟んだ状態で同形状に配置される。但し、結線されていない状態にあるため、オープン形と称する。
<Composition of open coil>
The first open coil 1 (Co1) is composed of two
本発明のオープン形コイル1(Co1)は、例えば導線として銅の単線を使用し、導体径0.5mm、コイルの巻線ピッチは1mmとした。誘電体13としてアクリル板を用いた。コイル間の隙間は1mmとした。各コイルC,C’の巻数は両者ともにN=12である。なお、これらコイルの導体径、巻線ピッチ又は誘電体13の厚さ(コイル間の隙間)は一例であり、これらの数値に限定されない。例えば、コイルの巻線ピッチによって並列共振周波数の調整をする。また誘電体13の材質もアクリル板に限定されない。オープン形コイル2(Co2)も同様な構成である。 The open coil 1 (Co1) of the present invention uses, for example, a single copper wire as a conducting wire, has a conductor diameter of 0.5 mm, and has a coil winding pitch of 1 mm. An acrylic plate was used as the dielectric 13. The gap between the coils was 1 mm. The number of turns of each coil C and C'is N = 12 for both. The conductor diameter, winding pitch, or thickness of the dielectric 13 (gap between the coils) of these coils is an example, and is not limited to these values. For example, the parallel resonance frequency is adjusted by the winding pitch of the coil. Further, the material of the dielectric 13 is not limited to the acrylic plate. The open coil 2 (Co2) has a similar configuration.
<渦電流形センサを用いてレール変位を測定する方法>
本発明の渦電流形センサ100は、図2、図3に示すように、被測定物がレールRの場合は、オープン形コイル1(Co1)、オープン形コイル2(Co2)を、レールRの頭頂面と対面するように配置して用いる。渦電流形センサ100のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)に高周波電流を供給し、レールRの表面に渦電流を発生させる。レールの左右方向の変位をレール変位x、レールRの頭頂面から渦電流形センサ100までの距離をリフトオフzとする。レールRの変位x及びリフトオフzに依拠して変化するインピーダンス変化を出力電圧Voとして出力させ、この出力電圧Voを測定する。このとき図2に示すように、レール変位を測定する際に、レール変位x=0mmはオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)のインピーダンスが一致する値として調整する。リフトオフz=25mmを基準とする。なお、これらの数値に限定されないことは勿論である。
<Method of measuring rail displacement using an eddy current sensor>
As shown in FIGS. 2 and 3, the
これらの出力された信号を増幅して出力信号として取り出す。この信号を演算処理により、レールRと渦電流形センサ100間の高さ補正(変位補正)と測定量と直線関係(直線化)にある出力信号に変換(リニアライズ)する。
なお、オープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)の出力電圧を実測する際には、後述するようなコイルと出力回路とは同軸ケーブル22で接続される(図4、図5参照)。
These output signals are amplified and taken out as output signals. This signal is converted (linearized) into an output signal having a height correction (displacement correction ) between the rail R and the eddy
When actually measuring the output voltages of the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2), the coil and the output circuit, which will be described later, are connected by a coaxial cable 22 (FIGS. 4 and 5). reference).
図3の平面図に示すように、レール変位センサ2のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)は、レールRの長手方向に対して横変位方向に互いに対向して配置されている。オープン形コイル1(Co1)又はオープン形コイル2(Co2)の一方がレールRに近づく方向に動くと、他方のオープン形コイル(Co1又はCo2)は遠ざかる方向に動く。そのためオープン形コイル1(C1)の出力信号とオープン形コイル2(Co2)の出力信号は、レールRの中心RCを対称軸として特性的に逆の変化をする。そこで、オープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)からなるレール変位センサ2によりレールRの変位xを測定することができる。
As shown in the plan view of FIG. 3, the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) of the
<レール変位センサの出力回路の構成>
図4はオープン形コイルを構成する出力回路の一例を示す回路図である。この回路図はオープン形コイル1(Co1)について説明している。オープン形コイル2(Co2)も同じ構成であるために説明を省略する。
本発明の渦電流形センサ100のオープン形コイル1(Co1)は、例えば図4に示すような構成のものを用いる。センサ部にオープン形コイル1(Co1)が組み込まれ、同軸ケーブル22、倍電圧整流回路で構成される。コイル11,12の巻線ピッチによって生ずる静電容量をCp1,Cp1’、誘電体13の隙間によって生ずる静電容量をCsとしている。
レールRと鎖交する磁束量に依存するコイルの抵抗をRs1,Rs2,インダクタンスをLs1,Ls2とした。発信機の電圧としてE=10Vpp印加した。オープン形コイル1(Co1)、2(Co2)の励振周波数はfo=13.19MHzとした。渦電流形センサ100の出力電圧VoはコンデンサC4の端子間の電圧である。
<Structure of output circuit of rail displacement sensor>
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example of an output circuit constituting an open coil. This circuit diagram describes the open coil 1 (Co1). Since the open coil 2 (Co2) has the same configuration, the description thereof will be omitted.
As the open coil 1 (Co1) of the
The resistance of the coil depending on the amount of magnetic flux interlinking with the rail R was set to Rs1 and Rs2, and the inductance was set to Ls1 and Ls2. E = 10Vpp was applied as the transmitter voltage. The excitation frequencies of the open coils 1 (Co1) and 2 (Co2) were set to fo = 13.19 MHz. The output voltage Vo of the eddy
渦電流形センサ100は、レールRとの距離(ギャップ)に比例した電圧を出力し、直流(静止した状態の距離)から高い周波数まで応答するため、非接触で変位・振動を測定する。レールRの表面に渦電流を発生させることで測定が可能となるため、レールRのような良導体である金属に限られる。また、その原理よりレールRの固有抵抗と透磁率の違い、つまり材質の違いにより特性が変わる。原理的に電流の流れない絶縁物は感知しないので、油や水がかかっても影響を受けないで測定が可能である。しかし、測定装置に悪影響を及ぼすおそれがある。そこで、本発明の渦電流形センサ100は、レールRまでの距離を従来の2倍にすることできる。即ち、渦電流形センサ100からレールR頭頂面までの距離(リフトオフ)が長くなり、砂利や積雪などの異物による衝突などの影響がなくなる。
The eddy
<渦電流形センサ(レール変位センサ)によるインピーダンス電圧特性について>
図5は本発明の渦電流形センサ(レール変位センサ)によるインピーダンス電圧特性を示すグラフである。
図5にインピーダンスz−レール変位x特性を示した。インピーダンスzはレール変位x=−36〜36mm,リフトオフz=50mmで測定をした。励振周波数はfo=13.19MHzである。励振周波数foはレール変位xに依存する出力電圧Voの変化が最も大きくなった周波数とした。
<Impedance voltage characteristics of eddy current type sensor (rail displacement sensor)>
FIG. 5 is a graph showing impedance voltage characteristics by the eddy current type sensor (rail displacement sensor) of the present invention.
FIG. 5 shows the impedance z-rail displacement x characteristics. Impedance z was measured with rail displacement x = −36 to 36 mm and lift-off z = 50 mm. The excitation frequency is fo = 13.19 MHz. The excitation frequency fo was set to the frequency at which the change in the output voltage Vo depending on the rail displacement x was the largest.
<渦電流形センサ(レール変位センサ)の出力電圧特性について>
図6は本発明の渦電流形センサ(レール変位センサ)の出力電圧特性を示すグラフである。
図6に、図5に示したインピーダンス特性による出力電圧Voを±1.5V/±30mmに規格化したものを示す。
<About the output voltage characteristics of the eddy current type sensor (rail displacement sensor)>
FIG. 6 is a graph showing the output voltage characteristics of the eddy current type sensor (rail displacement sensor) of the present invention.
FIG. 6 shows a standardized output voltage Vo based on the impedance characteristics shown in FIG. 5 to ± 1.5 V / ± 30 mm.
<レール変位センサに対する変位出力電圧について>
図7は本発明の渦電流形センサ(レール変位センサ)による最終の変位出力を示すグラフである。
図7に出力電圧Voを,所望の検出変位x’を導出するために、数1で示す数式用いた。ここにx’:検出変位(mm)、a,b,α,Vave,:任意の定数である。
検出変位の計算には、任意定数として表1に示した値を用いた。最終の変位出力を図7に示す通りである。
<Displacement output voltage for rail displacement sensor>
FIG. 7 is a graph showing the final displacement output by the eddy current type sensor (rail displacement sensor) of the present invention.
In FIG. 7, the output voltage Vo was used by the mathematical formula shown in
The values shown in Table 1 were used as arbitrary constants for the calculation of the detected displacement. The final displacement output is as shown in FIG.
<レール検出装置の構成>
図8は渦電流形センサを用いたレール検出装置の概略構成図である。
本発明の渦電流形センサによるレール変位測定方法に用いるレール変位検出装置の一例である。本発明の渦電流形センサを用いてレールRの変位を測定することができる。例えば、レール検出装置を軌道検測車に装備して、これを走行しながら非接触で測定することができる。そこで、上述したような機能を有する渦電流形センサ100を筐体21に収納し、これを2個1組で軌道検測車の底面からレールRに対向するように取り付ける。このとき渦電流形センサ100はレールRに向ける。非接触で測定するためである。この渦電流形センサ1は同軸ケーブル22で軌道検測車内にある変換器23と接続する。
<Structure of rail detection device>
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a rail detection device using an eddy current type sensor.
This is an example of a rail displacement detection device used in the rail displacement measurement method using the eddy current type sensor of the present invention. The displacement of the rail R can be measured using the eddy current type sensor of the present invention. For example, a rail detection device can be equipped on a track inspection vehicle to perform non-contact measurement while traveling. Therefore, the eddy
この渦電流形センサ100のオープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)はレールRに高周波電流を流して、高周波磁界を発生させて測定する。各オープン形コイル1(Co1)、オープン形コイル2(Co2)には、その出力信号を増幅する増幅器24を備えている。
The open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) of the
変換器23では、オープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(Co2)の出力信号を演算処理する。変換器23は、オープン形コイル1(Co1)及びオープン形コイル2(CO2)に関する電圧VTに関する電圧VRの差分をとり変位検出電圧VLaを得る。
The
<渦電流形センサの変形例1>
図9は本発明の渦電流形センサのオープン形コイルの変形例1を示す斜視図である。
渦電流形センサのオープン形コイルの形状は、上述した三角形状に限定されない。変形例1の渦電流形センサのオープン形コイル31は、三角形状のコイルに代えて、円形状のコイル32,33を用いた。変形例1のオープン形コイルは、上側のコイル32と下側のコイル33が誘電体34を挟んだ構造である。このような円形状のオープン形コイル31にしても渦電流形センサから被測定物までの測定距離を従来の2倍程度にすることができる。
<Modification example 1 of eddy current type sensor>
FIG. 9 is a perspective view showing a
The shape of the open coil of the eddy current type sensor is not limited to the above-mentioned triangular shape. As the
<渦電流形センサの変形例2>
図10は本発明の渦電流形センサのオープン形コイルの変形例2を示す正断面図である。
変形例2の渦電流形センサのオープン形コイル41は、上記変形例1のオープン形コイル31の中に強磁性体のコア(心材)35を備えたものである。変形例2のようにコア35に、コイル32,33を巻き付けた構成でも渦電流形センサから被測定物までの測定距離を従来の2倍程度にすることができる。
<Modification example 2 of eddy current type sensor>
FIG. 10 is a normal cross-sectional view showing a
The open coil 41 of the eddy current type sensor of the modified example 2 includes a ferromagnetic core (core material) 35 in the
<渦電流形センサの変形例3>
図11は本発明の渦電流形センサのオープン形コイルの変形例3を示し、(a)は斜視図、(b)は平面図である。
変形例3の渦電流形センサのオープン形コイル51は、上述したような銅線のコイルに代えて、複数本の細い銅箔52をシールド機構53とコア(心材)54で挟んだ構成である。このような複数本の細い銅箔52のコイルにしても渦電流形センサから被測定物までの測定距離を従来の2倍程度にすることができる。変形例3の渦電流形センサのオープン形コイル51は、四角形状の銅箔52のコイルを用いたので、この形状に合わせて四角形状のコア(心材)54にしたが、このような四角形状に限定されないとは勿論である。
<Modification example 3 of eddy current type sensor>
FIG. 11 shows a
The open coil 51 of the eddy current sensor of the third modification has a configuration in which a plurality of thin copper foils 52 are sandwiched between a
なお、本発明は、渦電流形変位センサ100の測定距離を増大させることで、軌道検測車に搭載して走行中に測定物(レール頭頂面)に砂利や積雪等の異物の影響又は衝突することなく、変位等を迅速に、かつ正確に測定することができれば、上述した発明の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
In the present invention, by increasing the measurement distance of the vortex current
本発明は、列車等のレールRの変位の検出に限定されず、その他のレール又は金属製の長尺部材に生じる変位について測定・検出に利用することができる。 The present invention is not limited to detecting the displacement of the rail R of a train or the like, and can be used for measuring and detecting the displacement of other rails or long metal members.
100 渦電流形センサ
11 コイル
12 コイル
13 誘電体
Co1 オープン形コイル1
Co2 オープン形コイル2
R レール
x レールの変位
z レールのリフトオフ
100 Eddy
Co2
R rail x rail displacement z rail lift off
Claims (5)
2枚のコイル(11,12)が誘電体(13)を挟んだ構造になるオープン形コイル1,2(Co1,Co2)を2個有し、
2個の前記オープン形コイル1,2(Co1,Co2)を、前記被測定物(R)の測定面に対して横列に配置した、ことを特徴とする渦電流形センサ。 An eddy current type sensor (100) that measures the displacement of the object to be measured (R) by passing a current through the coil to generate an eddy current in the object to be measured (R).
Two coils (11, 12) of dielectric open-type coils 1 and 2 become sandwiched by (13) (Co1, Co2) has two,
Two of the open type coil 1,2 (Co1, Co2), wherein arranged in rows relative to the measurement surface of the measurement object (R), the eddy current type sensor, characterized in that.
2枚のコイル(11,12)が誘電体(13)を挟んだ構造になるオープン形コイル1,2(Co1,Co2)を2個有する渦電流形センサ(100)を用いて、前記レール(R)の変位(x)及びリフトオフ(z)に依拠して変化するインピーダンス変化を出力電圧(Vo)として出力させ、この出力電圧(Vo)を測定することにより該レール(R)の変位(x)を検出し、
前記オープン形コイル1(Co1)と前記オープン形コイル2(Co2)により測定した出力電圧(Vo)について、レール(R)と渦電流形センサ(100)間の高さ補正及び直線化を行い、前記該レール(R)の変位を測定する、ことを特徴とする渦電流形センサを用いたレール変位測定方法。 This is a rail displacement measuring method using an eddy current type sensor in which a current is passed through a coil to generate an eddy current in a rail (R) to be measured and the displacement of the rail (R) is measured.
Two coils (11, 12) by using a dielectric (13) open-type coils 1 and 2 become sandwiched by (Co1, Co2) of the eddy current type sensor (100) having two, said rails ( The impedance change that changes depending on the displacement (x) and lift-off (z) of R) is output as an output voltage (Vo), and the displacement (x) of the rail (R) is measured by measuring this output voltage (Vo). ) Is detected
The output voltage (Vo) measured by the open coil 1 (Co1) and the open coil 2 (Co2) is height-corrected and linearized between the rail (R) and the eddy current sensor (100). A rail displacement measuring method using an eddy current type sensor, which measures the displacement of the rail (R).
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