JPH10177418A - 波形整形回路 - Google Patents
波形整形回路Info
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- JPH10177418A JPH10177418A JP35372596A JP35372596A JPH10177418A JP H10177418 A JPH10177418 A JP H10177418A JP 35372596 A JP35372596 A JP 35372596A JP 35372596 A JP35372596 A JP 35372596A JP H10177418 A JPH10177418 A JP H10177418A
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Abstract
化すると共に、接点信号、電圧パルスの入力に共通して
利用可能な波形整形回路を提供することにある。 【解決手段】 所定入力電圧VBにおいて電流IBを所定
範囲に制限し、その電流を2つに分流し、その一方を抵
抗器R1を通して速度発電機TGの信号電圧発生源に供
給し、他方を電流検出素子PC1とそれに直列な抵抗器
R3に供給し、信号電圧発生源の電圧変化に応じて生ず
る電流検出素子の電流変化に基づいてオンオフする出力
信号TGOUTを得る。
Description
に用いる速度発電機等の波形整形回路に関する。
線を防ぐためのATC等の保安装置では、軌道回路を介
して地上より送られてくる信号をATC受電器で受け、
ATC受信器で復調判別し、その周波数等より制限速度
指令を解読してATC制御装置に受け渡し、ATC制御
装置は、その制限速度に基づいて車軸に結合された速度
発電機TGによって発生する速度に比例した周波数の信
号から速度を検出し、制限速度を超過した場合にブレー
キ指令を出力してブレーキを作用させるものである。こ
のとき、速度発電機TGの交流出力のパルスへの変換
や、ATC受信器とATC制御装置との間のパルス周波
数で符号化した信号の入力、さらにはATC制御装置の
外部条件の入力に接点信号、電圧信号等が用いられ、そ
の入力に波形整形回路が用いられる。その内の一つであ
る速度発電機からの速度信号の入力には、従来より図9
に示すように、速度発電機(TG)21によって発電さ
れた交流信号を波形整形回路1によってパルスに変換
し、そのパルスを計数して速度を計算し、基準速度と比
較する等の手段で速度制御を行う。このとき、ATC等
の保安制御においては、もしも速度発電機(TG)21
の巻線の断線、波形整形回路1の故障によりパルスが検
出されなくなったとき、それが停止と見なされ、列車速
度が制限速度を超えてもブレーキが作動しない、という
問題がある。そのため、列車が停止あるいは停止に近い
速度では速度発電機(TG)21に交流電圧が発生しな
いか、あるいは非常に小さな出力電圧の状態では波形整
形回路1で自己発振を起こさせ、巻線が断線した場合に
はその自己発振が停止するようにし、ATC制御装置で
はその周波数の下限を下回ると故障とみなして、ブレー
キを作用させる制御を行なうことによってフェイルセイ
フを実現している。図9の波形整形回路1は、従来の波
形整形回路の1つであり、マルチバイブレータの1種で
ある。この回路では、トランジスタTr1、Tr2とコ
ンデンサC及びトランジスタTr1のベース抵抗R1、
R2によって正帰還回路を構成し、オンオフ発振を起こ
すものであり、かつ、速度発電機(TG)21の交流出
力に同期するように、トランジスタTr1のベースに速
度発電機(TG)21の出力を接続している。このた
め、列車の速度がある一定以下になると、波形整形回路
1は自己発振し、それ以上の速度では速度発電機(T
G)21の周波数に同期する。なお、VBは電源、PC
1はフォトカプラ、22はインピーダンス調整用負荷抵
抗(RL)、41はシュミットトリガインバータ、42
は出力プルアップ抵抗(R5)、R1,R2,R3,R
4,R6,R7は抵抗、Cはコンデンサを表す。
は、列車のある一定速度以下では自己発振するが、この
場合発振周波数が回路定数のR1、R2、Cやその他の
条件によって変動するため、特に停止時の発振周波数が
変動すると、速度発電機(TG)21の断線検知を行う
ことが困難になる。このため、断線検知を確実にするに
当って、停止時の発振周波数を回路定数変動のための余
裕を見込んで設定してやらなければならない、という問
題がある。また、従来の波形整形回路1では、低周波数
による自己発振を行うため、コンデンサCの容量が大き
くなり、回路が大型化すると共に、定数変動の小さい電
解コンデンサ等の大容量コンデンサを用いなければなら
ない、という問題がある。また、波形整形回路1が自己
発振型であるため、速度発電機(TG)21の出力電圧
が規定値より少し大きいと、回路がそれに同期して発振
する引き込み現象によって規定より低い速度でも発振す
るようになるため、断線検知の周波数を下回ることもあ
り、誤って断線と判定される場合がある等装置を実現す
る上で制約が多い、という問題がある。さらに、従来の
波形整形回路1では、その利用目的が速度発電機(T
G)21の波形整形に限定され、他で波形整形した信号
を入力することができず、異なる回路で入力するしかな
い、という問題がある。その他に、接点あるいは電圧で
入力したい信号等に利用することができず、巻線型の速
度発電機を使用しない場合は波形整形回路の入力回路を
変更しなければならない、あるいはその回路を他の目的
に利用することが不可能であった。
発生の検知を高信頼化すると共に、接点信号、電圧パル
スの入力に共通して利用可能な波形整形回路を提供する
ことにある。
圧において電流を所定範囲に制限し、その電流を2つに
分流し、その一方を抵抗器を通して速度発電機、接点信
号、電圧パルスの信号電圧発生源に供給し、他方を電流
検出素子とそれに直列な抵抗器に供給し、信号電圧発生
源の電圧変化に応じて生ずる電流検出素子の電流変化に
基づいてオンオフする出力信号を得ることによって、解
決される。また、所定入力電圧において電流を所定範囲
に制限し、その電流を2つに分流し、その一方を抵抗器
を通して速度発電機、接点信号、電圧パルスの信号電圧
発生源に供給すると共に、他方を電流増幅手段の制御端
子に供給し、一方、検出電流を電流検出素子及び電流増
幅手段とそれに直列な抵抗器に供給し、信号電圧発生源
の電圧変化に応じて生ずる前記電流検出素子の前記検出
電流の変化に基づいてオンオフする出力信号を得ること
によって、解決される。また、電流検出素子とそれに直
列に接続された抵抗器の接続点、または、電流増幅手段
とそれに直列な抵抗器の接続点に外部より一定周波数の
励振電流を流入し、分流電流の比率を制御すること、ま
たは、信号電圧発生源の交流電圧が大きい場合は、信号
電圧発生源の出力周波数に対応した周波数の出力を得、
一方、交流電圧がゼロないしは小さい場合は、励振電流
の周波数に対応した出力を得ることによって、解決され
る。
はなく、外部より励振信号を与える波形整形回路として
構成したので、安定した波形整形が可能であり、また、
回路定数とは独立して、正確かつ一定範囲の任意の励振
周波数を設定することができ、さらに、大容量コンデン
サを不要としたため、小型化が可能であり、総じて、速
度発電機の入力、故障発生の検知の高信頼化が図られ
る。また、入力信号が速度発電機出力だけでなく、フェ
ールセーフを実現する接点信号、電圧パルスの入力波形
整形にも用いることが可能であり、波形整形回路の汎用
性を高めることができる。
用いて説明する。図1は、本発明の一実施形態による波
形整形回路の基本原理を示す。図1において、1は波形
整形回路、21は速度発電機(TG)、22は速度発電
機21から見たインピーダンス調整用負荷抵抗(R
L)、3は入力及び波形整形回路1のための電源、41
は微小なノイズの除去とシャープなオンオフ信号を得る
ためのシュミットトリガインバータ、42は波形整形出
力プルアップ抵抗である。波形整形回路1は、抵抗、ダ
イオード、フォトカプラより構成され、11はフォトカ
プラ(PC1)、12は入力抵抗(R1)、13は定電
流供給用抵抗(R2)、14は励振制御用抵抗(R
4)、15、16は回路保護用ダイオード(D1)、
(D2)、17は励振電流制限用抵抗(R4)である。
定電流供給用抵抗(R2)13は、電源(VB)3から
波形整形回路1に供給する電流を制限し、その他の抵抗
R1、R3より比較的高い値とすることにより定電流源
として働く。この抵抗(R2)13から供給する電流
は、2つの回路つまりダイオード(D1)15側の回路
とダイオード(D2)16側の回路に分流し、共通線上
で再び合流する。このとき、波形整形の対象となる速度
発電機(TG)21はダイオード(D1)15側の分流
回路に、その信号変化を検出するフォトカプラ(PC
1)11はダイオード(D2)16側の分流回路に挿入
する。このように、抵抗R2をR1、R3より十分に大
きな値に設定すると、2つの分流回路においては、その
一方の電流が変化すると、他方の分流回路の電流はそれ
と逆な電流変化を起こすという差動的な動作をする。
る励振の無い場合の動作を説明する。電源3より供給さ
れる電圧VBにより、定電流供給用抵抗13にはバイア
ス電流IBが流れる。このような状態で速度発電機21
の出力電圧VTGが0の場合(列車停止状態)には、バイ
アス電流IBの一部はフォトカプラ11の入力電流I
D(定常値ID、瞬時値iD)となって分流する。その分流
電流の割合は、抵抗12、14の抵抗値やダイオード1
5、16の電圧電流特性及びフォトカプラ11の発光ダ
イオードの順電圧降下特性により決まり、各々の抵抗値
を適切に選ぶことにより、フォトカプラ11の入力電流
IDは所望の値に設定される。このフォトカプラ11の
入力電流IDは、その出力トランジスタをオンとし、列
車の停止状態ではシュミットトリガインバータ41を通
して最終出力TGOUTを‘1’状態に保つ。一方、列車
が加速して徐々に速度発電機21の出力電圧、周波数が
高なるに従って、フォトカプラ11の入力電流iDはそ
の影響を受け、速度発電機11の出力電圧VTGが正では
iDを増加方向に、負では減少方向に変化する。このと
き、フォトカプラ11の入力電流iDは速度発電機11
の出力電圧VTGが0の場合でも出力トランジスタがオン
になるように分流比を決めておくと、正電圧のとき、フ
ォトカプラ11の出力トランジスタはオンのままであ
り、負電圧のとき、出力トランジスタをオンからオフに
変化させる。
て、VTGは速度発電機11の出力電圧、iDはフォトカ
プラ11の入力電流、VOUTはフォトカプラ11の出力
電圧、TGOUTは波形整形回路1の最終出力を表す。波
形整形回路1の最終出力TGOUTは、列車の停止状態で
は‘1’であり、列車の加速に伴って速度発電機11の
出力電圧VTGが大きくなり、フォトカプラ11の出力ト
ランジスタをオフするような電圧になったとき、最終出
力TGOUTに速度発電機21の出力周波数と等しい周波
数のパルス信号が現われる。これにより、断線検知の不
要な波形整形の場合には、波形整形回路1の最終出力T
GOUTをそのまま利用することができる。
感動電圧VTGminは、フォトカプラ11の入力電流を0
にする電圧であるので、フォトカプラ11の入力ダイオ
ード16の電圧降下を一定と見なせば、その定常入力電
流ID及び抵抗値12、13でほぼ決まり、 VTGmin=(R1+R2)×ID となる。また、このような波形整形回路1の使い方は、
断線検知の不要な速度検出に用いられ、通常は、パター
ン付ATSのような列車進行距離に応じた連続速度パタ
ーンを発生するための距離パルスとして用いられる。こ
の場合は検出できる速度発電機21の最小感動電圧V
TGminが極力小さな値となることが望まれる。そのため
には、抵抗R1、R2は極力小さな値であることが望ま
れるが、その一方で、速度発電機21側ではその発電特
性が負荷インピーダンスの影響を受けるため、複数の回
路が共通して1つの発電機出力を利用する場合には、抵
抗R1、R2の値を極力高くすることが望まれる。
1の実施形態と異なるところは、トランジスタ(TR
1)18と電流制限抵抗(R6)19を設けることにあ
る。本実施形態は、トランジスタ18を介して小さな電
流を増幅してフォトカプラ11を駆動することにより、
入力インピーダンスを高めることに特徴がある。本実施
形態の動作は、トランジスタ18が追加になってバイア
ス電流IB、フォトカプラ11の入力電流iDに対応する
トランジスタ18の入力電流が小さくなっており、その
電流を増幅してフォトカプラ11の入力とする以外は基
本的に図1の実施形態と同じ動作となる。
不要な場合の例である。この場合は速度発電機TGの巻
線等が断線しても、速度が0即ち停車状態と区別するこ
とができないため、ブレーキ制御用には従来と同様に停
止時には自己発振する回路が用いられる。
実施形態は、基本となる波形整形回路1の外側に励振回
路5を設け、励振回路5から波形整形回路1に励振信号
を加え、列車が停止状態にはその励振信号に応じた周波
数の最終出力TGOUTを得ることに特徴がある。この点
で本実施形態は他励発振型の波形整形回路であり、本実
施形態では速度発電機TGの巻線等の断線検知が可能で
ある。励振回路5は、フォトカプラ(PC2)51とそ
の駆動ゲート52により構成する。フォトカプラ(PC
2)51にフォトカプラ入力電流制限用抵抗(R7)5
3を接続する。
回路5の駆動ゲート52にオン・オフする励振信号EX
INを加えると、フォトカプラ(PC2)51が励振信号
EXINによりオンオフし、励振回路5から波形整形回路
1の励振入力端EXに励振電流が加えられる。この励振
電流が抵抗(R3)14に流れ、その電圧が増加する。
その結果トランジスタ(TR1)18のベース・エミッ
タ電圧が低くなり、トランジスタ(TR1)18の電流
が減少し、さらにはオフの状態になる。その結果とし
て、波形整形回路1の最終出力TGOUTは励振信号EX
INのオン・オフに応じた交番信号となり、列車が停止状
態には励振信号EXINのオン・オフに応じた最終出力T
GOUTを出力する。これは、従来の自己発振型の波形整
形回路と同様な機能を実現するになる。
た場合及び波形整形回路1に故障が発生した場合、列車
の停止状態と区別するため、その出力が交番しない直流
とならなければならない。以下それぞれの場合について
説明する。本実施形態において、速度発電機21の巻線
が断線した場合は、その巻線の内部抵抗(50Ω前後)
に比べて負荷抵抗(RL)22(最小値500Ω程度)
が大きいため、入力抵抗(R1)12と直列に負荷抵抗
が入り、入力電圧が上昇する。その結果、励振回路5か
ら供給する励振電流ではトランジスタ(TR1)18を
オフさせることはできず、その最終出力TGOUTは
‘1’のままの状態、つまり直流(周波数=0)にな
る。なお、この負荷抵抗22は断線検知の感度を高める
ために、できるだけ大きいことが望まれる。また、波形
整形回路1の故障の場合は、故障モードとして、抵抗の
断線、ダイオードの断線および短絡、トランジスタの各
端子の断線、端子間の短絡を仮定する。先ず、入力抵抗
12あるいはダイオード15が断線した場合、バイアス
電流IBが全てトランジスタ18の入力電流になるた
め、トランジスタ18はオンになったままの状態で励振
電流の有無に拘らず、最終出力TGOUTは‘1’のまま
の状態、つまり直流(周波数=0)になる。次に、抵抗
13及びダイオード16が断線した場合は、トランジス
タ18の入力電流が0となり、トランジスタ18はオ
フ、最終出力は‘0’のままの状態、つまり直流(周波
数=0)になる。さらに、トランジスタ18のコレク
タ、エミッタ間が短絡した場合は、制御不能の状態とな
り、最終出力TGOUTは‘1’に固定され、トランジス
タ18のコレクタ、エミッタ間が断線した場合は‘0’
に固定され、それぞれ直流(周波数=0)になる。ま
た、ダイオード15及び16は保護用であり、この短絡
が不安全出力になることはないが、ダイオード15の短
絡は、トランジスタ18の入力電圧が低下(通常0.6
〜0.8V)し、トランジスタ18の入力となる定常電
流IDが流れなくなり、出力TGOUTは‘0’に固定とな
る。一方、ダイオード16の短絡は、トランジスタ18
の入力となる定常電流IDを増加させ、励振電流を供給
してもトランジスタ18をオフさせることができず、最
終出力TGOUTは‘1’に固定となる。いずれも最終出
力TGOUTは直流(周波数=0)になる。同様に、フォ
トカプラ11の短絡、断線故障は、最終出力TGOUTを
‘1’または‘0’に固定し、直流(周波数=0)とす
る。この場合電流増幅率の変動は、トランジスタ18に
よる単純なオンオフ制御であるため、入力に無関係であ
り、特別な動作になることはない。
21の断線及び波形整形回路1の故障を検知する動作を
説明したが、その励振信号の与え方を図5に示す。図5
において、マイクロコンピュータ等を用いた制御回路6
は、波形整形回路1の出力をシュミットトリガインバー
タ41を介して入力し、カウントして速度を測定検出す
ると共に、励振回路5を制御して速度発電機21の断線
及び波形整形回路1の故障を検知する。その動作を図6
を用いて説明する。図6において、上段より速度発電機
21の電圧出力VTG、励振信号EXIN、図1におけるフ
ォトカプラ11の入力電流または図3におけるトランジ
スタ18の入力電流iD及び波形整形回路1の最終出力
TGOUTである。先ず、列車が停止中で速度発電機21
の出力電圧VTGが0の場合、制御回路6から励振信号E
XINを予め規定した周波数で励振回路5を交番させる
と、入力電流iDは励振信号EXINの周波数に応じて交
番し、波形整形回路1の最終出力TGOUTはそれに同期
して交番する。続いて、列車が加速して速度発電機21
の出力VTGの電圧、周波数が上昇して、検出限界を超す
と、その波形が入力電流iDに現れる。この時、制御装
置6が励振信号EXINを停止すると、波形整形回路1の
最終出力TGOUTには速度発電機12の出力周波数と等
しい周波数のパルス出力を得る。この場合、制御回路6
からの励振信号EXINを停止させず、誤ってそのまま継
続して励振を続けた場合、結果として速度発電機21の
出力VTGと励振信号EXINとが重畳されたかたちで最終
出力TGOUTが出力されるため、最終出力TGOUTの波形
を乱すが、励振電流そのものが微小であるため、影響は
小さく、また、それにより波形整形回路1の周波数が低
くなる(不安全側になる)ことはない。これは、列車の
速度が高くなるに従ってその影響は小さくなるので、誤
って励振を続けても不安全になることはない。
機の断線検知及び波形整形回路の故障検知を行う際に、
自己発振ではなく他励による交番信号を発生させ、この
交番信号を用いるため、発振周波数が回路定数によら
ず、正確かつ一定の範囲で任意の周波数とすることがで
き、また、形状が大きく、寿命が問題となる大容量コン
デンサを不要とするため、回路の高信頼化とともに回路
の小型化が可能となる。
実施形態は、速度発電機TGの波形整形だけではなく、
外部信号としてフェールセーフを実現するリレー接点あ
るいは電圧等の入力や、さらにはパルス入力の波形整形
に用いる例である。ここで、リレー接点あるいは電圧等
の入力は、そのままでは入力回路の故障により誤って入
力されるため、これを防ぐ観点から励振型の波形整形回
路を用い、一方、パルス入力は励振の必要がない。図7
において、波形整形回路1a,1a’と電源(VB1)3
aの間にそれぞれ入力(リレー)接点23a,23a’
を接続し、波形整形回路1bと電源(VB2)3bの間に
入力(リレー)接点23bを接続し、波形整形回路1c
と電源(VB3)3cの間にフォトカプラ(パルス入力)
24を接続する。この場合、入力接点23a、23
a’、23bは、電源(VB1)3aまたは電源(VB2)
3bと共に外部から電圧入力を行うときの外部信号源で
ある。また、フォトカプラ24は、電源(VB3)3cと
共に外部からパルスの形式で電圧入力を行うときの外部
信号源である。波形整形回路1a、1a’、1b、1c
は全て制御回路6に共通に接続し、波形整形回路1a、
1a’、1bは励振回路5に共通に接続する。この場
合、速度発電機TGの入力と異なり、波形整形回路1
a、1a’、1b、1cには波形整形回路の電源入力V
INを入力として使用し、速度発電機TGの場合の入力
端SINは共通線COMに接続する。波形整形回路1
a、1a’、1bには制御回路6の指令により励振回路
6から励振信号を印加し、外部信号がオン(電圧印加)
していないにも拘らず、入力がオンとなっているような
故障モードでは励振入力に応じてその出力が交番せず、
波形整形回路の最終出力は直流(周波数=0)となっ
て、入力のオフ状態を誤ってオンと判断することはな
い。なお、パルス入力の場合は、波形整形回路1cの励
振を行う必要はない。このように、本実施形態によれ
ば、速度発電機の入力のみならず、フェールセーフを実
現する接点あるいは電圧入力、さらにはパルス入力等そ
の利用範囲が広く、同一構成の波形整形回路を多目的に
利用することが可能となり、波形整形回路を汎用的に利
用することができる。
自己発振による波形整形回路ではなく、外部より励振信
号を与える波形整形回路として構成したので、安定した
波形整形が可能であり、また、回路定数とは独立して、
正確かつ一定範囲の任意の励振周波数を設定することが
でき、さらに、形状が大きく、寿命が問題となる大容量
コンデンサを不要としたため、小型化が可能であり、総
じて、速度発電機の入力、速度発電機の断線検知及び波
形整形回路自身の故障発生の検知の高信頼化が図られ
る。また、入力信号が速度発電機出力だけでなく、フェ
ールセーフを実現する接点信号、電圧パルスの入力波形
整形にも用いることが可能であり、波形整形回路の汎用
性を高めることができる。
原理図
ステムの構成図
流抵抗器 13:電流制限抵抗器 14:分流制御抵抗器 1
8:トランジスタ 21:速度発電機 22:負荷抵抗器 23:接点 24:フォトカプラ 3:電源 41:シュミットトリガインバータ 42:プルアッ
プ抵抗器 5:励振回路
Claims (5)
- 【請求項1】 所定入力電圧において電流を所定範囲に
制限し、その電流を2つに分流し、その一方を抵抗器を
通して信号電圧発生源に供給し、他方を電流検出素子と
それに直列な抵抗器に供給し、前記信号電圧発生源の電
圧変化に応じて生ずる前記電流検出素子の電流変化に基
づいてオンオフする出力信号を得ることを特徴とする波
形整形回路。 - 【請求項2】 所定入力電圧において電流を所定範囲に
制限し、その電流を2つに分流し、その一方を抵抗器を
通して信号電圧発生源に供給すると共に、他方を電流増
幅手段の制御端子に供給し、一方、検出電流を電流検出
素子及び前記電流増幅手段とそれに直列な抵抗器に供給
し、前記信号電圧発生源の電圧変化に応じて生ずる前記
電流検出素子の前記検出電流の変化に基づいてオンオフ
する出力信号を得ることを特徴とする波形整形回路。 - 【請求項3】 請求項1または請求項2において、前記
信号電圧発生源の出力端に所定のインピーダンスを並列
接続することを特徴とする波形整形回路。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のいずれかにおい
て、前記電流検出素子とそれに直列に接続された抵抗器
の接続点、または、前記電流増幅手段とそれに直列な抵
抗器の接続点に外部より一定周波数の励振電流を流入
し、前記分流電流の比率を制御することを特徴とする波
形整形回路。 - 【請求項5】 請求項1から請求項3のいずれかにおい
て、前記電流検出素子とそれに直列に接続された抵抗器
の接続点、または、前記電流増幅手段とそれに直列な抵
抗器の接続点に外部より一定周波数の励振電流を流入
し、前記信号電圧発生源の交流電圧が大きい場合は、前
記信号電圧発生源の出力周波数に対応した周波数の出力
を得、一方、前記交流電圧がゼロないしは小さい場合
は、前記励振電流の周波数に対応した出力を得ることを
特徴とする波形整形回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35372596A JP3588707B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 波形整形回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35372596A JP3588707B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 波形整形回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10177418A true JPH10177418A (ja) | 1998-06-30 |
JP3588707B2 JP3588707B2 (ja) | 2004-11-17 |
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ID=18432804
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JP35372596A Expired - Fee Related JP3588707B2 (ja) | 1996-12-18 | 1996-12-18 | 波形整形回路 |
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JP (1) | JP3588707B2 (ja) |
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JP2012056342A (ja) * | 2010-09-06 | 2012-03-22 | Nippon Signal Co Ltd:The | 列車制御装置 |
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1996
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