JPS5882103A - 軌道狂い測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鉄道線路の軌道狂いを測定する軌道狂い測定
装置に関するものである。

鉄道線路の軌道狂いＫｔｉいくつかの種類があるが、そ
れらはすべて２條のレールのそれぞれの基準位置よりの
変位量をもととして定義乃至は算出されるものである。

軌道狂いのうち軌間狂いはレール間隔の基準よりの変動
量であり、また通り狂い拉一定距離間にある５点におけ
るレール直角断面内水平方向に対する相対的変位量をい
う。

さて、軌道狂いのうち軌間および通り（狂い）を求める
には、２條のレールの警のおのの水平方向の変位量を測
定することが必要である。この測定方法は古くからこの
ための専用の車輪−測定車輪を設けた軌道検欄車により
行なわれてきた。が、高速度においては測定車輪の応動
性が悪く所−の精度がえられないと云う欠点があった。

これに対して、最近光学方式によりレールの水平変位を
測定する装置が開発されている。

第１図拉光学式軌道狂い測定装置における光学系め概略
構成図で、右または左匈のレール１に対して斜上方より
投光器２により帯状の光束を投光し、レール、１０馴部
肯爾の一反射光を斜上方に設けられた受光器Ｓで受光し
、該帯状光束の映倫の位置を測定することによりレール
１の水平変位を測定するものである。

一般的に云って、屋外の自然環境下においては光学式の
測定装置は気象條件の影響を蒙り易く、上述の光学式軌
道狂い測定装置においてはレール１の近傍に積雪がある
ときは光路が妨害されることはいうまでもないが、レー
ル１の近傍に直接光路を妨害する積雪がない場合におい
ても、高速度の車輛がまき起す風力により周辺付近の雪
がまき込まれて光路ｉ害を生ずることが経験されており
４．いづれにしても光学式によるものは冬期使用不能に
なる機会が多い。

東北・上越新幹線の開通などにより、全天候に訃いて安
定に使用できる軌道狂い測定装置が望まれる所以である
。

この発明は、上記の開離を打開するために行なわれたも
ので、電磁界によりレールに生ずる渦電流効果を利用し
てレールの変位を検知する方式を原理として、降・積雪
に拘らずまた昼夜を通じて全天候状態で安定な軌道狂い
測定を可能とする軌道狂い測定装置を提供することな目
的とする。

コイルに電流を通じて生ずる電磁界に、鉄などの金属が
存在するときは、該金属内に渦電流が生じ、その反作用
として、上記コイルの見掛けのインピーダンスが変化す
る。このインピーダンス変化を検出することにより上記
金属の存在乃至は位置を測定できる。このような渦電流
の理論解析は古くから行なわれ、多くの実用的方面に応
用されている。そこで、この発明においてはこのような
渦電流の現象を利用し、鉄製品であるレールを対象とし
て近傍にコイルを設けて高周波電流を通じ、コイルのイ
ンピーダンス変化を適当な方法で測定上、以てレールの
変位量を測定しようとするものである。以下この発明を
第一２図（ｇ）　、’　（Ａ）乃至第７２図に示す一実
織例について詳述する。

まずこの発明において電磁界を発生させるコイル七レー
ルの相対位置について説明する。第２図（＠）Ｋ示すよ
うにレール１の上方に間隔ｙを訃いてコイル４を設け、
電源５より適当な周波数の電流を通ずるときは１発生す
る磁界Ｈによリレール１に渦電流が生ずる。この渦電流
によリコイル４の見掛けのインピーダンスは増加し電源
５を定電流源とするときはコイル４の両端の電圧Ｖが増
加する。電圧Ｖの変化の様相を第２図（ｂ）に示す。す
なわち、し、−ル１よりのコイル４の高さｙを一定とす
るときは、レール１とコイル４の水平方向の相対位置Ｘ
（図においてレール１の右側面とコイル４の中心点の間
の距離）が増加するＫともなって、電圧Ｖは単調に減少
する。ただし距離Ｘが小さい（この場合負値）ときは、
高さｙの値が大きく影響する。すなわちｙが小さいとき
は電圧１ｖｌが大きく、ｙの増加にともなって減少して
一定値に近づく。

このようにｙが大きいときはｌｖｌはＸに拘らず一定値
゛となり、すなわちレール１の存在に無関係となる。同
様にＸが大きいときもレール１の存在に無関係となる。

／ 上記のようなレール１とコイル４の相対位置とその電圧
特性を利用し、この発明においては第５図（α）に示す
ような；イル４の構造配置とする。すなわちレーＪ／１
０幅’ｔｔＫ比べてや−短かい長さ寸法Ｃを長辺とする
枠形コイルを２個直列に接続する。各コイル４ｇ、４ｂ
の長さＣｏの中心点を、レール１の左および右側面に一
致するように配置する。

このような１組のコイル４は、後述するように車輛の台
車にレー゛Ａ／１の上面からの高さが一定値ｙの位置Ｋ
ｊｍ付けられる。各コイル４α、４ｂは抵抗素子４ｇ、
４にとともにブリッジに組まれて電源５から高周波電流
が供給される。さて、コイル４をＸ方向に変位した゛と
自各コイル４α、４ｂの両端電圧Ｖをみると、第２図（
ｈ）に示した曲線と同様であり、第５図（ｂ）　Ｋ示す
ようにコイル４α”と４４の゛”電圧は互に逆相でかつ
ＪＫついて対称である。そこで、コイル４ａと４ｈを直
列とした両端すなわち端子７の電圧νは、第３図（ｂ）
　Ｋおける曲線群７のように原点（０，０）を通る傾斜
線となる。ただし―纏ＩＩＰすの各曲線はｌｘＩが小さ
い範囲では直線に近いが国が大きくなると非直線性を増
す。またそれらの傾斜角はｙの値に依存していることｉ
明らかで、ｙが小さいほど例斜は急であ慝。

上述の所論により、コイル４の出力電圧νを測定するこ
とにより１曲線群７によりコイル４の水平方向２変位を
求めるＫは、高さｙの値を知ることが必要である。既述
のごとく高さｙについては、コイル４を”台車ＫＪＩ付
けることによりマクロ的には一定値を維持することがで
きるものである。しかしながらここに考率すべき二点が
ある。すなわち一つは１台車を支える車輪の磨耗とか車
輪とレールの相対的な位置関係などによりｙの値は大き
い範囲では−ないが若干の変動を伴なうことである。ま
た他の一つは、第２図（α）におけるＸとｙのそれぞれ
の値如何によっては、電圧Ｖの値がＸよりｙＫ大きく依
存する範囲がある。換言すれば、僅かなｙの値の変動が
測定値Ｘに大きく影、醤する。すなわちＸの測定値に大
きい誤差を生ずる訃それがあることである。

上述の理由によりこの発明においては、変位量Ｘを一定
するため上述のコイル４のほか別に高さｙを検出するコ
イルを設け、これによりえ、られる精度のよい高さｉの
値により変位量Ｘの値を補正するものである。

ところで、高さｙを検出するためのコイルは上述の変位
量ＪＫ対するコイル４と同様に台車に取付けるものであ
り（台車以外に１ｉＬ付けるべき適轟な場所はない）、
シたがって高さ用コイルもまたＸ方向に変位するもので
あり、特別な考′慮を払わない限りｙの値は不確実とな
る。そこでこの発明においてはコイルの構造・寸法なら
びに配置に工夫を加えることにより、実用上の範囲内で
２の値に無関係Ｋｙの値を測定できる方式をとるもので
、これを第４図（α）　、　（Ａ）に示す。

第４図←）はこの発明における高さ用コイル８の一方式
の原履図で、コイル８の幅ｔはレール１の幅ＪＫ比べて
可及的に小とし、レール１の幅ｄの範囲内程度において
、＠定電圧νをＸに無関係として誓の値が精度よく一定
できるものである。この場合、コイル８により所要の電
磁界強度をつるためには１幅ｔを小さくとる代りとして
長さＪを大きく従って面積ｔｘｉを大きくとり、レール
１との有効な鎖交磁束を確保して検出感度の低下を防止
することが特徴である。

第４図（ｂ）は別の考え方による高さ用のコイル９の原
理図で、ソレノイド状または長方枠形のコイル９の長さ
Ｌをレール１の変位範囲を十分カバーするものとして、
この範囲内においてＸに無関係Ｋｙの値が精度よく測定
できるものである。

・以上により高さｙの値が同時に測定されるので、前記
したＸ測定用コイル４により見られた原始データを補正
回路により補正してより正しいＸの値がえられる。この
補正方法の原理は。

第５図（ｂ）の曲線群７において、高さｙの値に応じた
傾斜角の曲線を用いるものである。ただし曲線７は非直
線であるので、＃！定電圧νに対する変位−は、さらに
別あ補正を行）【うことが必要である。そこでこのｉｉ
明においては、前述した第１段階の補正はアナログ回路
で補正係数を乗する方式とし第２段階の補正は、予め実
験により第１段階で補正された変位量Ｘに対する真の変
位量Ｘの値を・求めておき、これをＲＯＭ　（読出し専
用メモリ）Ｋ変位量Ｘ、高さｙのアドレスに変位量Ｘを
記憶しておく。走行測定中ｆｌｃｘ。

ｙのアドレス指定を行なって、真値Ｘを求めうる。なお
。）１．この場合のデジタル処理には適轟な間隔のタイ
電ングバルスを必要とするが、軌道検測車における諸橢
、定は従来から一定走行距離毎のｔンプリングを行ない
、かつデータのチャート紙出力も亦距−比例の紙送り〔
すなわち距離縮尺データ〕を行なっているので、上記デ
ジタル処１１においても一定距離毎の距離パルスをタイ
建ングパｈスに用いるものである。

第５図（ｔｌｌ）　、　（ｂ）はこの発明による軌道狂
い測定装置における。コイルアセンブリ１０のレール１
との関係位置を示す実施例である。第５図（α）におい
て１１は台車に取付けられた測定用枠で、これに非金属
材料による台車取付板１２の一方の側面にやはり非金属
材料によるコイル支持板１５を用いて、Ｘ変位用コイル
４α、ｔＡを牢付ける。コイル４α、４ｈの配、置につ
いては各コイル４α、４Ａのそれぞれの中心が、レール
１の左および右側面の位置に一致することは既述のとお
りである。

また各コイル４α、４ｈの長さはレール１の幅の１／２
よりやや小さくとることも既に述べたところである。次
に亮さ用コイル８は、第４図（ａ）で説明した幅ｔがレ
ール１の幅ｄＫ比べて可及的に小さく、かつ長さｊが可
及的に長い長方形のコイルを用いるもので、これを前述
のコイル４α。

４ｂと台車取付板１２の反対側面に取付は互に干渉する
ことを防止する。なお干渉防止には、このほか異なる周
波数を用いることも必要である。

第５図（Ｃ）　、　（ｄ）は、高さ用コイル９として、
第４図＜ｂ＞で説明したレール１の変位範囲をカバーで
きる長さＬを有するソレノイド状または長方枠形のコイ
ルを用いるもので、コイル支持板１３の一部をコイル４
α、４ｈと共用して取付けである。

この場合各コイルの相互干渉を防止するには。

各コイルの軸間隔Ｓをかなり大きくとることが必要であ
る。

以上述べたコイルアセンブリ１０ｉｔ高速度走行中に１
台車に加わる徴しい衝撃力あるいは振動に耐えて安定・
安食であることが絶対に必要でそのためには台車への取
付方法は必ずしも第５図（ｇ）、　、　（句による必要
はなく、第５図（１Ｂ）　、　（ｂ）は各コイルをレー
ル１の相対的な位置関係を示したものに過ぎない。

第４図（１）　、　（ｈ）および（Ｃ）はこの発明によ
る軌道狂いＩｎ装−置に訃けるコイルアセンブリ１０の
台車１４への配置を説明するものである。

第４１１１（→は台車１４の平面図で１台車１４が有す
る台車枠１５を利用してこれに既述の測定枠１１が固定
されている。諌測定粋１１には、コイルアセンブリ１０
が、左、右のレーｘ　１ａｇ、１ｂＫ対応して既述した
ように取付けられる。第４図（ｂ）は軌道直角方向の喬
直断面図で、′：Ｉイルアセンブリ１０は台車取付Ｉ［
１２を用いてレールＩｇＩＩＡの上面より高さｙの位置
に取付けられている。この高さｙは当該軌道と車輛との
構造上の限界を定める建築または車輛限界に従って定め
られるが最小限度は２５■程度である。

次に第６図（ｅ）は軌道検−車に設けられている３台の
台車１４α、１４ｂおよび１５Ｃの各台車にコイルアセ
ンブリー０α、１０Ａ、１０Ｃ１１０ｄおよび１０−０
１０７が設置されることを示し、レール１の長手方向の
３点における左、右のレール１ａ、ｊｂのそれぞれの変
位量を同時に測定して通り狂いを演算により求めるもの
である。この場合、５つの台車における変位量を固定さ
れた共通の基準すなわち車体に対する変位量に引き直す
ことが必要であり、このために第６図（ｂ）　Ｋ示すよ
うに台車１４と車体の床１６との間に相対位置検出器１
７を−設ける。相対位置検出器１７は角度−電気変換器
（以下単に変換器とい、う）を用いて構成されるが、こ
の技術は従来から行なわれており詳−な説明は省略する
。

第７図はこの説明による軌道狂・い測定装置の全体のプ
ロッタ構成図で信４＃＠１ｌｌｌ路２０およびデータ処
理回路５ｓより構成されている。

信号部ｍ回路２０においては、Ｊ変位用コイル４α、４
４　Ｋは高周液電源５ｇより適轟な周波数の励振電流が
供給され、各コイル４ｇ、４にの出力電圧はバンドフィ
ルタ２１で雑音が除去されてプリアンプ２２で適轟なレ
ベＡＩＫ増幅されて差動アンプ２１に人力１する。第５
図０で説明したコイル４α４ｈと抵抗素子６Ｇ、４１に
よるブリッヂ回路の構成は、第７図においては差動アン
プ２３０入力側で構成される。差動アンプ２ｓの出力に
は、高さｙにシける変位量ａＫ対する信号電圧νが見ら
れる。

高さ用コイルロまたは？においては、同機に高周皺電ｇ
１５ｈより励振電流が供給されるが、その周波数はｔａ
ｌｉ１位用；イル４α、４ｂＫ対する周波数と異なるも
のと′して請合、干渉を防止して動作の安定化を計るも
のである。高さ用コイル８ｔ５たは！によるｊ１綴電圧
はバンドフィルタ２ｊｅプリアンプ２２Ｃを経て高さ演
算回路２４に入力す通り狂い量は１次式により演算され
て出力される−のである。すなわち、左訃よび右レール
１ｒＬ。

ＩＡＫ対する通り狂い量ａＬ、　ａｘ社で求められ、こ
れらは端子５５および５６より出力される。尚、データ
処理回路３３の構成および処理の詳細はすでに従来から
実用されている公知のものであるので詳述しない。　　
。

以上詳述したところにより明らかなようｋ。

この発明においてはレール変位の検出センナとしてレー
ルによる渦電流効果の原理を採用して゛いるので、光学
式にシける障・積雪による光路妨害による測定不能とい
う重大欠点が６い。な釦検出センナとしての；イルはレ
ーＪＬＩＣ接近して設けられ雷の影響は完食に＃論する
ものである。また、・コイルは左右変位検出用と、高さ
検出用が別個に設けられて、ＩＩＩＦ左右変位Ｋ１１ｉ
関係に高さを一定できる構造・配置とし、この高さデー
タにより左右変位測定値を補正する。

さらに補正された変位量と高さデータによりＲＯＭより
正しい変位量をうる第２段階のデータ補正方式をとり、
精度の高い測定を行なうことができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光学式軌道狂い測定装置を説明する光路
構成図、第２図（ａ）、（ｂ）乃至第７図はいずれもこ
の発明の一爽論例を示すもので、第２８（ｇ）はレー、
ルの近傍に・ある励！Ｉコイルの位置費化とフィルイン
ピーダンスの変化の説明図、第２ＷＪ（ｊ）は［２１１
（ｇ）の特性−ｓｇ、第５図（α）は左右に）方向変位
一定期コイルの構造・配置藝よびａ絡構成略図、第３図
（４拡第ａｍｌ（ｇ）のＸ変位対出力電圧１の特性−一
図、第４１１（α）は高さ測定用コイルの構成園、第４
図（Ｊ）は同じく高さ測定用コイルのｆ形例番示す構成
図、第５図（α）。 （ｅ）はフィルアセンブリとレールとの相対位置を図Ｇ
ｌ）　、　（ｅ）のＩＮＩＩ−ＩＮ　ＩＩ　Ｅ　、　ｊ
ｌ　４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（１−）は；イルア
センブリの台車への職付位置図、第７図は軌道狂い測定
装置における信号処理回路およびデータ処理回路のブロ
ック構成図を示す。 １・・−・・・・・・・・・・・・・・ｌ／　−Ｊｋ２
・・・・・−・・・・・・・−・・投光器Ｓ・・−・−
・・・・・・・−・・受光器４．８．９・・・・・・・
・・ＨイＪｋ５・・・・・・・・・・・・・・−・・高
周波電源６・・・・・・・・−・・・・・・・・抵抗素
子７・・・・・・・・−・−・・・・・端子１０・・−
・・・・・・・−・・コイルアセンブリ１１・・・・・
・・・−・・・・・測定用枠１２・・−・・・・−・・
・・・台車取付板１！・晶・・・−・・・・・コイル支
持板１４・・−・・・・・・・・・・・台車１５・・−
・・・・・・・・・・・台車枠１６・・・・・・・・・
・・・・・・車体（床、）１７・・−・・・・・・・・
・・・相対位置検出器−２０・・−・・・・・・・・・
・・信号処理回路２１・・・・・・・・−・・・・・バ
ンドフィルタ２！−−−−、、、、、、、、、プリアン
プ２１、、、、、、、、、、、、、−差動アシブ２４−
−−−−−−−−−−　＊　＠演算−路２Ｓ・□−補正
係数１路 ２４−−−−−−−−アナ襲ダ乗算器 ２７−−−−−−−−　’／Ｄ　ＩＩ換器２８−−−−
−−−＝−ＲＯＭ ２？−ｅｌｌｌｌ　Ｄ／Ｉ変換器 ５Ｇ−−−一タイ電ンダ回路 ５１　＝−−−−−−−飯能パルス端子ｓ！・ａｍｅｘ
ｅ＋＋ｅ−加算■路 ！１−−−−−−−デーＩ＠履−路 ６４＠５Ｂ、８４−−−−−データ出ガ端子代場人弁理
士　薄　１）＊＊ 第１頁の続き ０発　明　者　伊藤昌之 神奈川県足柄上郡中井町入所３０ ０番地日立電子エンジニアリン グ株式会社内 ■出　願　人　株式会社日立製作所 東京都千代田区丸の内−丁目５ 番１号 ■出　願　人　日立電子エンジニアリング株式％式％

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　軌道を構成する左右のレールに対応して、軌道
   検測車の複数組の台単に、渦電流効果（ｉ属に接近して
   おかれた励振コイルの電磁界により核金属に生ずる渦電
   流の反作用としテ該コイルのインピーダンスが変化する
   現象）によりレールの左右方向の変位および高さの変化
   を検出測定する左右方向用コイルおよび高さ用コイルを
   設け、該為さ用コイルの出力電圧を入力してレール上面
   からの該高さ用コイルの高さデータを演算出力する演算
   回路と該高さ演算回路により見られた高さデータにより
   上記左右方向用コイルの出力電圧の高さ補正を行なう高
   さ補正回路と、該高さ補正回路によ−り補正された左右
   方向に対するレールの変位信号と上記高さ演算回路の出
   力高さ信号とによりアドレス指定して正しいレール変位
   量が見られる非直線補正回路とを有する軌道狂い測定装
   置。
2. （２）　　レールの断面幅寸法の略半分より短かい長さ
   の長辺を有する長方形の枠形コイルを複数個直列に接続
   し、各コイルの長辺の中心点をレールｌＩｓの左、右の
   側面にそれぞれ一致させるように配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の軌道狂い−ｊ定
   装置。
3. （３）高さ用コイルが、レールの断面幅寸法に比べて可
   及的に小さい幅でかつ長さが比較的長い長方形のコイル
   の長゛辺をレール長手方向に（４）　　高さコイルが、
   レールの変位範囲をカバーできる長さを有するソレノイ
   ド状または長方（５）高さ演算回路が、関数尭生器を主
   要回路として構成されていることを特徴とする特許鯖（
   ６）　　高さ補正回路がアナログ乗算器などをもって構
   成され高さ演算回路の出力信号を用いて標準的な高さＫ
   ある左右方向用コイル（よる変位対゛出力電圧曲線の傾
   斜角を正しい高さに対する傾斜角に補正する機能を有す
   るもので（７）　　非直線補正回路が高さ演“算回路の
   出方電昆値と、高さ補正回路の出力電圧値（左右方向変
   位量）Ｋよりアドレス指定することにより記憶された変
   位量データを読出すこメができるＲＯＭを主要回路とし
   て構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の軌道狂い測定装置。