JPS5823564B2 - トロリ−線摺面幅計測方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、トロリー線摺面からの反射光を走査して得ら
れる電気信号よりトロリー線摺面の幅を計測する方式に
係り、特に計測精度の向上と、上記電気信号に凹凸があ
るときに該凹部による計測誤差の除去とを図ったトロリ
ー線摺面幅計測方式電車線路を構成するトロリー線は、
車両のパンタグラフとの接触摺動によって漸次摩耗する
現象がある。

この摩耗量を測定するために電気検測車に光学式トロリ
ー線摩耗測定装置を塔載してトロリー線の摺面幅を測定
することが従来より行なわれている。

この光学式の測定方式には、２，３の方式があるが、こ
のうちでもトロリー線の摺面からの反射光を利用する方
式は、種々の点で利点を有しているので、これが専ら実
用化されているのが現状である。

この反射光を利用する方式は、適当な光源を用いてトロ
リー線の摺面を照射し、トロリー線摺面からの反射光を
捉えて反射面である摺面の幅を測定することにより、摺
面の摩耗を定量的に求めるものであるが、この方式にし
ても全く問題がないノわけではない。

第１図、第２図は、従来の光学式測定方式を説明するだ
めのものである。

この方式は、第１図ａにそのブロック図を示すように、
通常の照明用電灯を光源とした投光器２よｐ）ロリー線
１の摺面ノ１′に対して投光し、その摺面１′からの反
射光を光学レンズ系、光電面、電子走査回路、増幅回路
よシなる撮像管３で受け、その光電面に結ばれた光学像
を電子走査して電気信号とするものである。

この電気信号は一般に摺面１′の表面に凸凹部が存工す
ることから時間ｔとともにその振幅が様々に変化するが
、第１図す、イは理想に近い波形を示したものである。

この図による波形は勿論摺面１′の幅の映像に相当する
部分のもので実際にある幅で摺面１′が存するときはそ
の振幅が増大する模様を１示す。

この場合、電気信号の波形は、その立上り、立下りの時
間かや＼大きくその部分では傾斜した曲線となるが、こ
れは、撮像管３の電気的特性によるものである。

時間幅計測回路４においてはその傾斜曲線を考慮して、
電気信号の波高値の１／２；のレベルＳで波形をスライ
スして時刻ｔ１．ｔ２を求め、第１図す口に示す如き矩
形波を出力する。

この矩形波はＴ−Ｖ変換回路５でそのパルス幅１２１１
に比例する電圧値に変換された後、データ処理装置６
で処理されるのである。

しかし、このような方。式は理想に近い電気信号が得ら
れる場合は有効であるが、しかし一般的ではない。

これは、トロリー線１の摺面１′における反射率の変化
や凸凹部などによって電気信号の波形レベルが様々に変
化するものであることを考慮していないからである。

・上述した従来の計測方式における第１の問題点として
は、先ずスライスレベルＳの設定に難点があることであ
る。

ある走査における電気信号のスライスレベルＳとしては
、その波形の波高値を実測してその実測値の１／２をス
ライスレベルとすることが理想であるが、しかし光電面
での電子走査は極めて高速度で行なわれ、しだがってそ
の走査周期は短かいので、この方式は処理上時間的に無
理があるとされ、理に適うものではあるが現在のところ
実施はされていない。

この方式に代わるものとして近似的な方法ではあるが、
前回の走査で得られた電気信号の波高値の１／２を、今
回の走査で得られた電気信号の波形・に対するスライス
レベルとして用いることが考えられる。

実際にこの方法によりある程度の効果が得られているに
しても、これはあくまで次善の方法に過ぎない。

その理由は処理されるべき波形に対するスライスレベル
が常にその波形の波高値に、対して１／２のレベルにあ
るとは保証できないからである。

即ち、この方法は、あくまでも予測されたスライスレベ
ルを用いて波形を処理するものであるが、処理されるべ
き電気信号自体の波高値の１／２の値をスライスレベル
として処理することが；望ましい。

第２の問題点としては、電気信号の波形の振幅が様々に
変化し、スライスレベル以下に波形の極小点が１つ以上
存在することがあ勺うるからである。

振幅が変化する原因としては、先に述べた原１因の他、
投光器の配列状態、撮像管の光軸に対する配置状態など
を挙げることができる。

このように波形の振幅が第１図す、へのように変化する
場合は、波形をスライスレベルＳでスライスすると、時
刻１１，１．／間、時刻ｔ２′、ｔ２間にそれぞれ対応
すンる矩形波が第１図す、二のようにして得られ、これ
らの矩形波をＴ−Ｖ変換回路５で処理すれば、時刻ｔ１
′、ｔ２′間は全く無視されるので、実際のトロリー線
の摺面幅の値よりも小さく計測されてしまうことは明ら
かである。

ｉ この計測誤差を避ける方法としては、スライスレベ
ルＳよシも小さいスライスレベルＳ′を用いることが考
えられるが、これによる場合は別にまた波形の立上り、
立下りの部分での誤差を除去する必要があり、実際的で
はない。

スライスレベルをフ正確に電気信号波形の波高値の１／
２にすることによって計測摺面幅に誤差が含まれないよ
うにすることが必要である。

第２図は、従来の光学式計測方式の他の例を示す。

この例は光源にレーザ光線を用い、自然光下でも使用で
きるようにしたもので、実用上価値が高いものであるが
、この計測方式によっても先の例と同様な欠点が存して
いる。

この例による場合、レーザ光源γからのレーザ光は、ハ
ーフミラ−８、レーザ光走査機構９を介ｊしてトロリー
線１の長手方向に対して直角方向に必要な範囲走査され
、垂直方向に投射されたレーザ光が摺面１′で反射され
てから再びレーザ光走査機構９、ハーフミラ−８を介し
て光電変換器１０に入射させるようにしたものである。

光電変換器１０からの電気信号が以後時間幅計測回路１
１等で処理されることは第１図の場合と同様である。

この測定方式においては、測定精度を良好にするために
はレーザ光の直径を可及的に小さくすることが必要であ
る。

しかし、摺面１′が粗面であるときはその直径が小さい
程反射光の輝度変化が大きくなるので、電気信号の波形
の振幅が変化し易いという欠点がある。

この欠点は先の例よりも顕著であるので（波形の振幅変
化に対する対策は、先の例よりもその必要性が高いもの
である。

本発明の目的は、振幅が変化している電気信号の波形を
、その波形の波高値の１／２のレベルで正確にスライス
し、しかも振幅変化に対しては適当な処理を施こすこと
により正確にトロリー線摺面幅を計測することができる
計測方式を得ることにある。

この目的のだめ、本発明は、トロリー線摺面からの反射
光を走査して得られる電気信号波形のピーク値をホール
ドし、この電気信号がある時間遅延されている間にホー
ルドしたピーク値に対する１／２（７）レベルのスライ
スレベルを得、このスライスレベルで遅延された電気信
号波形をスライスして得られた１つまたは２つ以上の矩
形波の各立上り、各立下りにて一定時間持続するパルス
出力を得るようにし、これらパルス出力と各矩形波とを
論理和して得られるパルス信号のパルス幅より一定時間
持続して出力されるパルス出力のパルス幅を差し引くこ
とにより、トロリー線摺面幅に対応したパルス幅のパル
ス信号を得る構成を特徴とするものである。

即ち、本発明では、スライスレベルは処理される電気信
号波形が遅延されている間にその波高値（ピーク値）か
ら得られ、また、振幅変化に対する処理は、そのスライ
スレベルによって得た１以上の矩形波の立上り、立下り
にもとづいてこれらの矩形波に対して適当な処理を施こ
すことにより、時間的に最も早い矩形波の立上りから時
間的に最も遅い矩形波の立下りまでの時間をパルス幅と
するパルス信号が得られるようにしているので、従来方
式が有していた欠点は解消されるものである。

以下、本発明を第３図から第４図により説明する。

先ず第３図ａは、本発明の１実施例でのブロック図を示
す。

このブロック図において、入力端子１２には第１図ａの
撮像管等からなる回路３、または第２図の光電変換器１
０からの電気信号が加えられる。

第３図す、イは、入力端子１２に加えられる最も一般的
な電気信号の波形図である。

ここで、第３図す、イに示す電気信号が入力端子１２に
加えられると、スライスレベル検出回路１３においては
アナログピークホールド方式によりその波形の最初の立
上りの頂点を検出し、頂点のレベルの１／２をホールド
することにより第３図す２口に示す電圧波形を出力する
。

一方、電気信号は遅延回路１４によりある時間Δを遅延
されて第３図す、ハのようになるが、時間Δｔは少なく
とも電気信号の立上シ時間よシは大きいことが必要であ
る。

その理由は立上９時間後にはじめて、スライスレベル検
出回路１３から正しいスライスレベルが出力されるから
である。

時間Δｔは、電気信号によって異なり、撮像管の特性、
またはレーザ光のビーム直径などによっても異なるが、
この時間Δｔが大きいと電気信号が遅延回路１４を介す
る際にその波形に歪が生じるおそれがあるので、時間Δ
ｔは可能な限り小さいものであることが望ましい。

寸だ、遅延回路１４には、歪の極めて小さいものが使用
されるべきである。

時間Δｔは、実用上２〜３μＳであるが、この遅延時間
を有する遅延回路は現在のところ容易に得られるもので
ある。

、このようにして得られた第３図す５口のスライスレベ
ルと、第３図す、ハの遅延された電気信号とはコンパレ
ータ１５でレベルが比較される。

コンパレータ１５は、電気信号の波形レベルがスライス
レベル以上であるときのみ、第３図す、二に示すような
矩形波を出力するもので、この例では、時刻ｊｕｌ、ｔ
ｄ１間、時刻ｔｕ２．ｔｄＺ間、時刻ｔｕ３ 。

ｔｄ３間にそれぞれ矩形波を生じるものである。

これらの矩形波の出力時点は、全体に従来よりもΔｔだ
け遅延されているが、この遅延時間Δｔ、およびこの後
の処理上必要に応じて設定されている各種の遅延時間は
、計測上何等問題とならないものである。

コンパレータ１５から得られた矩形波は近接信号除去回
路１６（これについては、後述するところであり、この
回路では遅延がないものとして以下説明する）を介し、
第３図す、ホ（この場合、第３図す、二の同一波形であ
る）の波形となってワンショット回路（再トリガ可能な
単安定マルチバイブレータ）１７，１９、遅延回路２０
に入力される。

このうち、ワンショット回路１７は、入力される矩形波
の各立上シ時刻ｔｕｌ 、 ｔｕ２． ｔｕ３でトリガ
され、トリガ時点から１定時間Ｔｈ持続する出力を出力
し、まだ、一方のワンショット回路１９は、矩形波がイ
ンバータ１８を介されることから矩形波の各立下り時刻
ｔｄｌ 、 ｔｄ２． ｔｄ３でトリガされ、ト、リガ
時点から１定時間Ｔｈ持続する出力を出力するためのも
のである。

但し、これらワンショット回路１７，１９の出力はトリ
ガ時よりも全体として時間Δ１だけ遅延され、それぞれ
第３図す、へ、トに示す如き波形となる。

この場合１定時間Ｔｈは、原理上はトロリー線摺面の最
大幅に対する走査時間をとる。

このようにして１定時間Ｔｈを選べば、電気信号の波形
に大きな振幅変化があって複数の矩形波が生じる場合で
も最後の矩形波の立上りから一定時間Ｔｈ経過後に立下
る出力をワンショット回路１７から得ろことができる。

また、ワンショット回路１９からは、最後の矩形波の立
下りから一定時間Ｔｈ経過後に立下る出力が得られるこ
とは明らかである。

とれらワンショット回路１７，１９からの出力は、遅延
回路２０を介して時間Δ１だけ遅延された第３図す、チ
の電気信号とともにオア回路２１を介して論理和か採ら
れ、第３図す、りの論理和出力を得るが、こ＼で注意す
べきは、遅延された電気信号もオア回路２１の入力とな
っていることである。

１見して論理和出力はワンショット回路１７．１９から
の出力のみを論理和することにより得られそうであるが
、これは、電気信号波形に振幅変化がなくはソ理想に近
いものまでもこのように処理すると、第３図へ、トの出
力のみを論理和した出力には割れが生じ、２個のパルス
出力となって後の処理に不都合であるからである。

この理由を更に詳細に説明する。

既に述べたようにワンショット回路１７，１９０出力持
続時間Ｔｈは原理上トロリー線摺面の最大幅に対する走
査時間ではあるが、実際上この持続時間Ｔｈは測定誤差
に大きく影響するので精度のよいものが必要である。

このだめ、持続時間Ｔｈがなるべく小さいことが望まし
いので、実際は電気信号波形の振幅変化状態を調べて可
能な限り小さくとることが行なわれる。

例えば、トロリー線の摺面幅が１５ｍｍのものに対して
最大８朋程度の凹部が電気信号波形の中央に１つあると
してこれをカバーするためには、持続時間Ｔｈを高々１
２ｍｍに相当する走査時間とすることが実際的であると
される。

しかし、このように持続時間Ｔｈをとった場合、電気信
号の波形に振幅変化がないときは、ワンショット回路１
７，１９０出力のみを論理和すると、論理和出力に割れ
が生じてしまい、１個のパルス出力状態を維持すること
が不可能となってしまう。

第３図Ｃは、この状態を説明するだめのものである。

この図において、第３図Ｃ７シ′の電気信号波形は摺面
幅が最大（１５ｍｍとする）で、走査時間をＴｍ、電気
信号波形の中央部での凹みの幅が８、朋、その波形の両
側に位置する凸部は対称であるとすると、第３図Ｃ７シ
′の矩形波の立上り、立下りに対してはワンショット回
路１７，１９からはそれぞれ第３図Ｃ２へ′、ト′のパ
ルスが出力される必要があるから、持続時間Ｔｈはｔｕ
２−ｔｕｌまたは、ｔｄｌ−ｔｄ２よりも大きくする必
要がある。

この場合の持続時間Ｔｈは、１２ｍｍに相当する走査時
間□を選んでおけば十分である。

このようにして得られた第３図Ｃ２へ′、ト′の出力を
論理和すれば、第３図Ｃ７シ′の論理和出力が得られる
ことは明らかで、特に問題はない。

しかしながら、持続時間Ｔｈをこのように設定していた
場合に振幅変化の・ない電気信号波形が入力されれば、
スライスして得られる矩形波は第３図Ｃ７シ′の如く、
１つだけしか得られなく、更にこの矩形波の立上シ、立
下りに対してワンショット回路１７，１９からはそれぞ
れ第３図へ汽ト〃のパルス幅Ｔｈの出力しか得）られな
いので、これらの出力を論理和しても第３図Ｃ２す〃の
出力の中間に割れｇが存在することは明らかである。

この割れｇは、持続時間Ｔｈを走査時間Ｔｍよりも大き
くすることによって除去できるが、再三説明したように
測定誤差との関係上、そのようにすることはできないわ
けである。

この割れｇを除去する方法として、第３図Ｃ２へ〃、ト
〃の出力と＼もに、第３図ｃ、７ｔ−／／の矩形波の遅
延（遅延時間Δ１）されたものを併わせて論理和すれば
、遅延された矩形波の後部で割れｇの部分をカバーする
ことができ、所望の論理和出力とすることができる。

さて、説明を再び第３図ａ、ｂに戻すと、第３図す、り
の論理和出力は、ワンショット回路２２をその立上りで
トリガし、ワンショット回路２２からは１定時間Δ２遅
延された持続時間Ｔｈの出力が得られる一方、論理和出
力は遅延回路２３で時間Δ２だけ遅延される。

ワンショット回路２２からの第３図す、ヌの出力はイン
バータ２４を介してアンド回路２５に入力されることに
より、同じくアンド回路２５に人力される遅延回路２３
からの第３図す、ルの出力から、そのパルス幅Ｔｈ分差
し引くように作用する。

即ち、第３図す、ルの出力のパルス幅はこれまでの説明
からも明らかなようにＴ＋Ｔｈであシ、これより第３図
す、ヌ。

の出力のパルス幅を差し引くとＴとなる。

これは、求めているトロリー線摺面幅に対応する時間で
ある。

アンド回路２５からの第３図す、ヲの出力は出力端子２
６を介し、この後、既に述べたＴ−■変換回路、データ
処理装置で順次処理される。

最後に、近接信号除去回路１６について説明する。

第４図ａ、ｂは、近接信号除去回路１６のブロック図と
その要部入出力波形とを示す。

一般に電車線路においては、トロリー線が単線の場合と
複数条が並列にされている場合とがある１ 単線の場合でも、トロリー線のセクションなどにおいて
は、２条のトロリー線が漸次接近して構成されているが
、２条のトロリー線が極めて接近して存在する場合、本
発明による電気信号波形の振幅変化を補正する機能をそ
の才＼適用すると、２゜条のトロリー線の間隙をその波
形の振幅変化と着像してみまい、２条のトロリー線をあ
たかも１条のトロリー線として計測するという不合理が
生じる。

この不合理を除去するために設けたのが、この近接信号
除去回路である。

この近接信号除去回４路の機能は、現に計測中のトロリ
ー線に対し、他のトロリー線がその１部でもある限度の
間隔以内に接近して存するときは、走査の順序から見て
第２番目に計測される他のトロリー線摺面からの信号を
無視することにある。

勿論、その間隔以上に２つのトロリー線が離れていれば
、特に問題とはならなく、他のトロリー線が計測されて
も差し支えないのである。

第４図ａにおいて、トロリー線の２条が接近して存在す
るとき、スライスして得られる矩形波が例えば第４図す
、イのように、走査順に従って第１番目のトロリー線に
ついては３個の矩形波ａ。

ｂ、ｃが、また第２番目のトロリー線については２個の
矩形波ｄ ＞ ｅを出力端子３５に出力されないように
したものである。

入力端子２７を介する矩形波ａ ”’−ｅは、遅延回路
３１を介されて時間Δ３だけ遅延された第４図す、ハの
出力となってアンド回路３４０１人力となる。

アンド回路３４の他の２人力には第４図す。口、二の出
力が用いられる。

このうち、第４図す。口の出力は、矩形波ａ、ｄのみが
アンド回路２８を介してワンショット回路２９をトリガ
することにより得られる出力である。

その出力の持続時間Ｔｗは、１条のトロリー線摺面幅の
最大値に対応する時間よりもや＼大きくしておく。

このようにすると、矩形波ａ、ｄの立上シから矩形波ｃ
、ｅの立下り後に立下る持続時間Ｔｗの出力を、矩形波
ａ＝Ｃ，およびｄ、ｅについて得ることができる。

但し、持続時間Ｔｗの出力は、ワンショット回路２９の
有する遅延時間Δ３だけ遅れて出力される。

また、第４図す、二の出力は、ワンショット回路２９の
出力がインバータ３０を介してワンショット回路３２を
トリガすることにより、出力されるもので、ワンショッ
ト回路３２はワンショット回路２９の出力の立下りでト
リガされ、一定時間Ｔｈ’持続する出力を出すが、この
出力がインバータ３３を介されて第４図す、二となるも
のである。

かくして、第４図す２口、ハ、二をアンド回路３４に入
力させると、出力端子３５には矩形波ｄ 、ｅが除去さ
れた第４図す、ホの出力が得られる。

こ＼で、ワンショット回路３２の出力持続時間Ｔｈ’は
、第２番目のトロリー線に対する除去限界を定める上で
重要である。

時間帯（ｔｗ−ｔｓ）の範囲にある矩形波を除去する第
４図す、二の出力を大きくとることは、第２番目のトロ
リー線が無視される範囲が必要以上に大きくなる危険が
あり、またこれに反し、これを小さくとるときは第１番
目のトロリー線と第２番目のトロリー線との間が電気信
号波形の凹みと着像され、第２番目のトロリー線の１部
が第１番目のトロリー線に加わるという不都合があるか
らである。

これらを考慮して持続時間Ｔｈ’の値は、既に説明した
第３図ａにおけるワンショット回路１７，１９，２２の
出力の持続時間よシも僅かに大きくすることが適当であ
る。

このようにすれば持続時間Ｔｈ’に相当する距離以上に
第１．第２のトロリー線が離れていれば、第２のトロリ
ー線に対する実際の計測は可能であり、まだ、この間隔
は持続時間Ｔｈ以上であるので、電気信号波形の凹みと
誤まられるおそれもなくなる。

本発明は以上説明したようなものであるが、説明中に表
われたワンショット回路１７，１９゜２２．２９，３２
の持続時間Ｔｈ、Ｔｈ’、Ｔｗはそれぞれトロリー線の
実態（直径、摺面による反射光の輝度変化、２条のトロ
リー線の接近距離など）に応じて実験的に定めることが
必要である。

説明中に表われた具体的な諸数値は単にその１例にすき
′ないからである。

実験的に持続時間Ｔｈ、Ｔｈ’。Ｔｗを適当に定めると
きは、トロリー線摺面幅に対応する電気信号波形に含ま
れる振幅変化あるいは凹みによる計測誤差は補正され、
精度の高い計測が可能となるのである。

以上詳細に説明したように本発明においてはトロリー線
摺面からの反射光を走査して得られる電気信号は、この
信号自体の波高値の１／２のレベルでスライスされるた
め、摺面幅計測における精度の向上が図れる。

まだ、その電気信号の波形に振幅変化による凸凹が存し
ていても、電気信号が適当に処理されることによりその
凸凹による誤差は除去されるので、従来に比して一層計
測精度の向上が図れるので、トロリー線摩耗管理に寄与
するところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、従来の電灯光源によるトロリー線摩耗測定
方式のブロック図、第１図すは、第１図ａの動作説明の
だめの要部入出力波形図、第２図は、従来のレーザ光に
よるトロリー線摩耗測定方式のブロック図、第３図ａは
、本発明によるトロリー線摺面幅計測方六のブロック図
、第３図す。 Ｃは、第３図ａの動作説明のだめの要部入出力波形図、
第４図ａは、第３図ａにおける近接信号除去回路のブロ
ック図、第４図すは、第４図ａの動作説明のだめの要部
入出力波形図である。 １３・・・スライスレベル検出回路、１４，２０゜２３
・・・遅延回路、１５・・・コンパレータ、１６・・・
近接信号除去回路、１７，１９，２２・・・ワンショッ
ト回路、１８，２４・・・インバータ、２１・・・オア
回路、２５・・・アンド回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記（１）〜（５）のステップを経てトロリー線摺
   面幅に相当する時間幅のパルス信号を得ることを特徴と
   するトロリー線摺面幅計測方式。 （１）トロリー線摺面からの反射光を走査して得られる
   電気信号を２系統に分け、その一系統の電気信号を遅延
   させる一方、他系統の電気信号の波高値をホールドして
   その波高値の１／２をレベルとするスライスレベルを得
   る。 （２）遅延された上記電気信号を上記スライスレベルで
   スライスして１つ又は２つ以上の矩形波を得る。 （３）再トリが可能な単安定マルチバイブレータを用い
   て上記矩形波の立上り及び立下りからそれぞれ一定時間
   持続する持続パルスを得ると共に、上記矩形波を遅延さ
   せる。 （４）上記持続パルスと遅延された矩形波との論理和を
   とる。 （５）上記論理和により得たパルス信号から前記一定時
   間幅を除去した時間幅のパルス信号を得る。 ２２条のトロリー線が近接し、測定すべきトロリー線の
   摺面からの反射光に対応した先行の電気信号の後に近接
   した別のトロリー線摺面からの反射光に対応した後続の
   電気信号が得られる場合、上記（２）のステップにより
   得られる上記先行の電気信号に対応した矩形波の先頭の
   ものの立上りから所定時間幅の第１の制御パルスを得る
   と共に、該第１の制御パルスの立下りから所定時間幅オ
   フとなる第２の制御パルスを得て、上記（２）のステッ
   プで得られる矩形波と上記第１、第２の制御パルスをつ
   き合わせることにより、後続の電気信号に対応した矩形
   波を除去することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のトロリー線摺面幅計測方式。