WO2015190537A1 - 試験装置および試験方法 - Google Patents

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light
semiconductor element
light emission
oscillator
optical semiconductor
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早坂　高雅
清水　政利
優 竹内
誠 吉原
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公益財団法人鉄道総合技術研究所
株式会社電業
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L5/00—Current collectors for power supply lines of electrically-propelled vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter

Definitions

  • the present invention relates to a test apparatus and a test method for testing a safety device that detects arc light generated when a pantograph is separated from a trolley line in an electric railway system.
  • pantograph separation detection devices disclosed in Patent Documents 1 and 2. These pantograph line-separation detectors disclosed in Patent Documents 1 and 2 transmit an ultraviolet light receiving unit installed in the vicinity of the pantograph and light received by the ultraviolet light receiving unit disposed inside the vehicle to a light amount measuring device.
  • the ultraviolet light receiving unit includes a filter that transmits an ultraviolet light component having a predetermined wavelength or less of arc light, and a fluorescent glass that converts the ultraviolet light that has passed through the filter into visible light.
  • the ultraviolet light receiving unit transmits the ultraviolet light contained in the arc light at a high rate with respect to sunlight by removing non-ultraviolet light components having a predetermined wavelength or more with the filter. Let Thereafter, the ultraviolet light is converted into visible light by the fluorescent glass, and then transmitted to the light quantity measuring device via the plastic optical fiber.
  • test devices for confirming and calibrating the operation of the above-described pantograph line separation detection device.
  • a portable deuterium lamp is used as the test device.
  • calibrating the pantograph separation detection device as the test device, a facility for generating actual arc discharge and a calibration device including a large deuterium lamp and a chopper are used.
  • the light emission time of the deuterium lamp provided in the calibration apparatus is set to 100 microseconds defined by international standards, and the light emission time of the deuterium lamp is controlled using a chopper.
  • the portable deuterium lamp for confirming the operation of the pantograph derailment detection device has a smaller light intensity than arc discharge, a plurality of portable deuterium lamps may be required.
  • the equipment for generating arc discharge for calibrating the pantograph line separation detection device is large, and it is necessary to consider safety during discharge. Further, the calibration apparatus using the large deuterium lamp requires complicated control by a chopper, and the apparatus cost increases.
  • an object of one embodiment of the present invention is to provide a test apparatus and a test method that are excellent in portability and that can easily and inexpensively perform an operation test of an apparatus that detects arc discharge.
  • one embodiment of the present invention proposes the following test apparatus or test method.
  • an optical semiconductor element that emits light including ultraviolet light included in an arc discharge generated at a separation line between a trolley wire and a pantograph slip plate in an electric railway system, and the optical semiconductor element is predetermined.
  • a test apparatus including a light emission control unit that emits light over time is proposed.
  • the optical semiconductor element emits light including ultraviolet light under the control of the light emission control unit for a predetermined time.
  • the apparatus for detecting arc discharge generated at the part where the arc discharge is separated from the optical semiconductor device enables the operation test of the apparatus for detecting arc discharge without generating arc discharge.
  • the second aspect of the present invention proposes a test apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein, for example, the optical semiconductor element is an ultraviolet light emitting diode.
  • the arc discharge generate
  • the light emission control unit responds to an oscillator that oscillates at a predetermined oscillation frequency and an oscillation output of the oscillator.
  • a counter comprising: a counter that starts counting and stops counting when the count value reaches a predetermined set value; and a drive circuit that drives the optical semiconductor element based on a count result of the counter A device.
  • the light emission time of the optical semiconductor element can be controlled according to the set value of the counter.
  • the oscillator in the test apparatus according to the third aspect of the present invention, includes a time constant circuit including a variable resistor and a capacitor, and the resistance value of the variable resistor and the capacitor A test device that oscillates at a frequency corresponding to a time constant determined by a capacitance value is proposed.
  • the oscillation frequency of the oscillator can be corrected by adjusting the resistance value of the variable resistor.
  • a test apparatus in the test apparatus according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, for example, a light detection unit that detects light emitted from the optical semiconductor element; and Based on the detection result, a test apparatus is further provided that further includes a light emission time correction unit that corrects the light emission time of the optical semiconductor element.
  • feedback control can be performed so that the light emission time of the optical semiconductor element is a predetermined time.
  • an optical semiconductor element that emits light including ultraviolet light included in an arc discharge generated at a separation line between a trolley wire and a pantograph slip plate in an electric railway system is caused to emit light over a predetermined time.
  • a light emission control step wherein the light emission control step includes a step in which an oscillator oscillates at a predetermined oscillation frequency, a counter starts counting in response to the oscillation output of the oscillator, and the count value is set to a predetermined set value.
  • a test method is proposed that includes a step of stopping counting when it reaches, and a step of driving the optical semiconductor element based on a counting result of the counter. According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to obtain the same technical effect as the invention related to the above-described test apparatus.
  • portability can be improved, and an operation test of a detection device that detects arc discharge can be performed easily and inexpensively.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a test apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the test apparatus 10 is used for operation confirmation and calibration of a detection apparatus that detects arc discharge generated at a part where a trolley wire and a pantograph slip plate are separated in an electric railway system.
  • the test apparatus 10 includes a light source 11 formed of a light emitting diode that is a kind of optical semiconductor element, and a light emission control unit 12 that causes the light source 11 to emit light over a predetermined time in response to a predetermined light emission activation signal ST.
  • the light source 11 emits light including ultraviolet light included in arc discharge generated at the separation line between the trolley wire and the pantograph slip plate, and for example, an ultraviolet light emitting diode (UV LED) is used.
  • UV LED ultraviolet light emitting diode
  • the present invention is not limited to this example, and an arbitrary optical semiconductor element (light emitting element) is used as the light source 11 as long as it can simulate arc discharge generated at the separation line between the trolley wire and the pantograph slip plate. Can do.
  • the light emission activation signal ST is a trigger signal for starting the test apparatus 10 and causing the light source 11 to emit light.
  • the light emission activation signal ST is a control signal supplied from the host control device.
  • the light emission activation signal ST is a signal indicating a manual operation.
  • the predetermined time which is the light emission time of the light source 11, is 100 microseconds defined by the international standard for detection of arc discharge generated at the separation line between the trolley wire and the pantograph slip plate. .
  • This international standard stipulates that the detection sensitivity of the arc discharge detection device must react in a time of 100 microseconds or less with respect to the start and end of the arc discharge.
  • the predetermined time can be arbitrarily set according to the application of the test apparatus 10.
  • the anode of the light emitting diode constituting the light source 11 is connected to the output part of the light emission control part 12, and its cathode is grounded.
  • the output current Iout of the light emission control unit 12 is supplied to the light source 11.
  • the output current Iout of the light emission control unit 12 may be a direct current or a high frequency current, but in the first embodiment, the output current Iout of the light emission control unit 12 is a direct current.
  • the light emission control unit 12 includes an oscillator 121, a counter 122, and a drive circuit 123.
  • the oscillator 121 is composed of a monostable multivibrator.
  • the oscillator 121 is a so-called CR oscillator including a time constant circuit including a variable resistor and a capacitor (not shown).
  • the configuration of the oscillator 121 is not limited to this example, and the oscillator 121 may be configured from a crystal oscillation circuit, for example.
  • the oscillator 121 oscillates at a predetermined oscillation frequency corresponding to a time constant determined by the resistance value of the variable resistor and the capacitance value of the capacitor.
  • the oscillator 121 is for obtaining the fundamental frequency of the light emission period (cycle) of the light source 11, and is configured so that the oscillation frequency can be adjusted in a frequency region including 10 kHz.
  • the frequency region of the oscillator 121 is divided into a first frequency region of about 2 kHz or less and a second frequency region from 2 kHz to 10 kHz.
  • such a frequency domain section is configured by configuring a time constant circuit of the oscillator 121 using two capacitors having different capacitance values and one variable resistor. Based on.
  • the oscillation frequency of the oscillator 121 can be arbitrarily set as long as a desired light pulse can be obtained.
  • the oscillation output of the oscillator 121 is waveform-shaped and output from the oscillator 121 as the clock signal CLK.
  • the counter 122 generates a count signal CNT for determining the light pulse emission time by the light source 11, starts counting in response to the oscillation output of the oscillator 121, and when the count value reaches a predetermined set value. Stop counting. In the first embodiment, the counter 122 starts counting with the rising edge of the clock signal CLK included in the oscillation output of the oscillator 121 as a trigger. The counter 122 counts until the count value reaches a predetermined set value, thereby outputting a time signal CNT having a pulse width corresponding to the set value.
  • the above set value of the counter 122 defines the pulse width of the light pulse generated by the light source 11, that is, the desired light emission time of the light source 11.
  • the set value is arbitrarily determined such that a light pulse having a desired light emission time (100 microseconds) is emitted from the light source 11.
  • the set value is determined so that an optical pulse of 100 microseconds defined in the international standard can be obtained.
  • the driving circuit 123 drives the light source 11 based on the counting result of the counter 122.
  • the drive circuit 123 causes the light source 11 to emit light by current-driving the light source 11 composed of an ultraviolet light emitting diode.
  • the drive circuit 123 current-drives the light source 11 based on the count signal CNT output from the counter 122. Specifically, the drive circuit 123 starts current drive of the light source 11 when the count signal CNT becomes high level, and stops current drive of the light source 11 when the count signal CNT becomes low level. As a result, the drive circuit 123 causes the light source 11 to drive current and emit light during a period when the count signal CNT is at a high level.
  • the drive circuit 123 may include a booster circuit as necessary in order to obtain a current for driving the light source 11 made of a light emitting diode, and a known technique can be used for the drive system itself.
  • FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the test apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention.
  • the vertical axis indicates the amplitude of each waveform
  • the horizontal axis indicates time.
  • the uppermost waveform indicates the waveform of the light emission activation signal ST
  • the second waveform from the top indicates the waveform of the clock signal CLK output from the oscillator 121
  • the third waveform from the top indicates the count.
  • the waveform of the count signal CNT output from the counter 122 is shown
  • the waveform at the bottom stage shows the waveform of the output current Iout of the drive circuit 123.
  • the scale of each waveform shown in FIG. 2 is different from the actual scale, and FIG. 2 schematically shows how each waveform changes.
  • the drive circuit 123 When the light emission activation signal ST is supplied to the test apparatus 10 at time t1 in a state where the oscillator 121 oscillates, and the signal level of the light emission activation signal ST transitions from a low level to a high level, the drive circuit 123 causes the light emission activation signal ST to be high.
  • the output current Iout is supplied to the light source 11 in response to the rising edge of the count signal CNT corresponding to the rising edge of the clock signal CLK that arrives first at time t2 after the transition to the level. As a result, the drive circuit 123 starts driving the light source 11 and the light source 11 emits light.
  • the counter 122 starts counting.
  • the signal level of the count signal CNT transitions from a low level to a high level.
  • the count value of the counter 122 reaches a predetermined set value at time t3
  • the counter 122 changes the signal level of the count signal CNT from the high level to the low level.
  • a waveform portion indicated by a dotted line shows an example of a waveform when a predetermined set value of the counter 122 is increased in order to increase the light emission time of the light pulse.
  • the count signal CNT changes from the high level to the low level at time t3 ′ after time t3, and the light emission time of the light pulse is extended according to the increment of the set value of the counter 122.
  • the present invention is not limited to this example, and the set value can be reduced so that the light emission time of the light pulse is reduced.
  • the drive circuit 123 stops supplying the output current Iout and stops driving the light source 11. As a result, a current pulse of 100 microseconds is obtained as the output current Iout from time t2 to time t3, and the light source 11 supplied with this current pulse emits a light pulse of 100 microseconds. Thereafter, the operation states of the counter 122 and the drive circuit 123 are initialized and prepared for the next light emission operation.
  • the light pulse of 100 microseconds generated by the light source is irradiated toward the light receiving part of the inspection device to be tested.
  • various calibrations such as light reception sensitivity in each frequency band are performed so as to respond to the light pulse received from the test apparatus 10.
  • the light pulse is generated using the light source 11 made of a light emitting diode, a larger amount of light can be obtained compared to the case where the light pulse is generated using a portable deuterium lamp. .
  • a large-scale facility that is required when generating arc discharge is not required, and the test apparatus 10 is cheaper and smaller than when a deuterium lamp or a chopper is used. Can be realized.
  • the preparation work for generating the light pulse can be simplified and the burden on the operator can be reduced as compared with the case where the light pulse is obtained by arc discharge.
  • the light source by using an ultraviolet light emitting diode as the light source 11, the light source can be blinked at a relatively high speed as a light source of a test apparatus for evaluating / testing the ultraviolet ray detecting apparatus for the arc of separation arc.
  • a small ultraviolet light source can be realized, and light emission can be controlled with a precise period in a certain frequency range.
  • test apparatus 10 is equipped with a microcomputer, and various functions of the test apparatus 10 can be realized as a program executed on the microcomputer.
  • a crystal oscillation circuit of a microcomputer may be used as the oscillator 121.
  • the test apparatus 10 may include a touch panel type liquid crystal panel as a user interface, thereby making it possible to improve the efficiency of various switches.
  • the present invention is expressed as a test apparatus, but the present invention can also be expressed as a test method.
  • the test method according to the present invention emits light over a predetermined time from an optical semiconductor element that emits light including ultraviolet light included in arc discharge generated at a separation line between a trolley wire and a pantograph slip plate in an electric railway system.
  • a light emission control step wherein the light emission control step includes a step in which an oscillator oscillates at a predetermined oscillation frequency, a counter starts counting in response to the oscillation output of the oscillator, and the count value is a predetermined set value.
  • Can be expressed as a test method including the step of stopping the counting when the value reaches, and the step of driving the optical semiconductor element based on the counting result of the counter.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the test apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention.
  • the test apparatus 20 according to the second embodiment further includes a light detection unit 13 and a light emission time correction unit 14 in the configuration of the test apparatus 10 shown in FIG. 1 according to the first embodiment described above.
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the light detection unit 13 is for detecting the light emitted from the light source 11, and is disposed, for example, in the vicinity of the light receiving unit of the detection device to be tested.
  • the light detection unit 13 includes a load resistor 131 and a phototransistor 132.
  • One end (first end) of the load resistor 131 is connected to the power supply VDD, and the other end (second end) of the load resistor 131 is connected to the collector of the phototransistor 132.
  • the emitter of the phototransistor 132 is connected to the ground GND.
  • a voltage signal at a connection point between the load resistor 131 and the collector of the phototransistor 132 is supplied to the light emission time correction unit 14 as a detection signal SEN.
  • the light emission time correction unit 14 corrects the light emission time of the light source 11 based on the detection signal SEN supplied as a detection result from the light detection unit 13. Specifically, the light emission time correction unit 14 measures the time during which the detection signal SEN supplied from the light detection unit 13 is at a low level, and the time obtained by the measurement and a desired light emission time (target value). The set value of the counter 122 is corrected so that the difference is reduced.
  • FIG. 4 is a waveform diagram for explaining the operation of the test apparatus 20 according to the second embodiment of the present invention.
  • the vertical axis represents the amplitude of each waveform
  • the horizontal axis represents time.
  • the uppermost waveform indicates the waveform of the light emission activation signal ST
  • the second waveform from the top indicates the waveform of the clock signal CLK output from the oscillator 121
  • the third waveform from the top indicates the count.
  • the waveform of the count signal CNT output from the detector 122 is shown, the waveform in the fourth stage from the top indicates the waveform of the output current Iout of the drive circuit 123, and the waveform in the bottom stage is the detection output from the photodetector 13.
  • Signal SEN is shown.
  • the scale of each waveform shown in FIG. 4 is different from the actual scale, and FIG. 4 schematically shows how each waveform changes.
  • a clock signal CLK having a constant frequency is output from the oscillator 121.
  • the drive circuit 123 causes the rising edge of the clock signal CLK that arrives first at time t2 after the light emission activation signal ST transitions to the high level.
  • the output current Iout is supplied to the light source 11. Thereby, the light source 11 emits light.
  • the counter 122 starts counting in response to the rising edge of the clock signal CLK at the time t2 after the time t1, In the period from time t2 to time t3, a high level count signal CNT is output.
  • the drive circuit 123 starts supplying the output current Iout to the light source 11 when the count signal CNT becomes high level at time t2, and stops supplying the output current Iout when the count signal CNT becomes low level at time t3.
  • the light source 11 emits light from time t2 to time t3 to generate an optical pulse.
  • the light detection unit 13 receives a light pulse generated by the light source 11 and supplies a low-level detection signal SEN to the light emission time correction unit 14 during a period in which the light pulse is received.
  • the light emission time correction unit 14 measures the time during which the detection signal SEN supplied from the light detection unit 13 is maintained at a low level. Then, the light emission time correction unit 14 adjusts the set value of the counter 123 so that the difference between the time during which the detection signal SEN is maintained at the low level and the desired light emission time is reduced. That is, the light emission time correction unit 14 feedback-controls the set value of the counter 123 so that the light emission time of the light source 11 becomes a predetermined time (desired light emission time).
  • the light emission time of the light source 11 is controlled by feedback controlling the set value of the counter 123.
  • the light emission time of the light source 11 is controlled by controlling the oscillation frequency of the oscillator 121.
  • Arbitrary circuit parameters may be adjusted as long as the light emission time of the light source 11 can be controlled.
  • the set value of the counter 123 is feedback-controlled so that the light emission time of the light source 11 becomes a predetermined time, light emission of the light pulse generated by the light source 11 compared to the first embodiment. Time accuracy can be improved. Accordingly, it is possible to improve the accuracy of the operation check and calibration of the detection device that detects arc discharge generated at the separation line between the trolley wire and the pantograph slip plate in the electric railway system.
  • the present invention is expressed as a test apparatus, but the present invention can also be expressed as a test method.
  • the test method according to the present invention emits light over a predetermined time from an optical semiconductor element that emits light including ultraviolet light included in arc discharge generated at a separation line between a trolley wire and a pantograph slip plate in an electric railway system.
  • a light emission control step wherein the light detection unit detects the light emitted by the optical semiconductor element, and the light emission time correction unit is based on the detection result of the light detection unit, It can be expressed as a test method including a light emission time stage for correcting the light emission time of the light emission time.
  • the portability of the test apparatus can be improved, and the operation test of the detection apparatus for detecting arc discharge can be performed easily and inexpensively.
  • the oscillation control unit 12 includes the oscillator 121 and the counter 122.
  • the configuration is arbitrary.
  • a pulse signal generation circuit that generates a one-shot pulse signal having a predetermined pulse width in response to the light emission activation signal ST may be used.
  • any light emitting element is used as long as it can express arc discharge generated at a separation line between a trolley wire and a pantograph sliding plate in an electric railway system.
  • the number and arrangement thereof are arbitrary.

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Abstract

　可搬性に優れると共に、アーク放電を検出する装置の動作確認および校正を簡易かつ安価に行うことができる試験装置および試験方法を提供する。本発明の一態様による試験装置は、紫外光を含む光を発する光半導体素子と、発光起動信号に応答して前記光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御部と、を備え、前記発光制御部は、所定の発振周波数で発振する発振器と、前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する計数器と、前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する駆動回路と、を備える。

Description

試験装置および試験方法
　本発明は、電気鉄道システムにおいてパンタグラフがトロリ線から離線した時に発生するアーク光を検出する保安装置等を試験する試験装置および試験方法に関する。
　本願は、２０１４年０６月１０日に、日本に出願された特願２０１４－１１９５３０号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　電気鉄道において、電力は変電所からトロリ線を通じて車両のすり板及びパンタグラフへと送られる。電車が走行している際に、トロリ線とすり板との接触が損なわれて離線が発生すると、その離線箇所でアーク放電が発生する。このアーク放電は、騒音、トロリ線及びすり板の損耗を引き起こすため、極力、アーク放電を発生させないことが望ましく、そのため、アーク放電が発生する箇所を正確に検出して、アーク放電の発生防止策を講じる必要がある。
　このアーク放電を検出する技術として、特許文献１及び２に示されるパンタグラフ離線検知装置が提供されている。これら特許文献１及び２に示されるパンタグラフ離線検知装置は、パンタグラフの近傍に設置された紫外光受光部と、車両の内部に配置されて該紫外光受光部で受光した光を光量測定器に伝送するプラスチック光ファイバと、を有する。前記紫外光受光部は、アーク光の所定の波長以下の紫外光成分を通過させるフィルタと、該フィルタを通過した紫外光を可視光に変換する蛍光ガラスとを有する。
　上記パンタグラフ離線検知装置では、前記紫外光受光部は、前記フィルタにて所定の波長以上の非紫外光成分を取り除くことにより、アーク光に含まれる紫外光を、太陽光に対して高い割合で透過させる。その後、前記蛍光ガラスにて前記紫外光が可視光に変換された後、前記プラスチック光ファイバを経由して前記光量測定器に伝送される。
　従来、上記パンタグラフ離線検知装置の動作確認や校正を行うための試験装置がある。通常、上記パンタグラフ離線検知装置の動作確認を行う場合、上記試験装置として可搬型の重水素ランプが用いられている。また、上記パンタグラフ離線検知装置の校正を行う場合、上記試験装置として、実際のアーク放電を発生させるための設備や、大型の重水素ランプとチョッパとを備えた校正装置が用いられている。上記校正装置に備えられた重水素ランプの発光時間は、国際規格で定められた１００マイクロ秒に設定されており、チョッパを用いて重水素ランプの発光時間が制御される。
日本国特開２００９－１８３０８８号公報 日本国特開２０１０－２３３３９１号公報
　上記パンタグラフ離線検知装置の動作確認を行うための可搬型の重水素ランプは、アーク放電に比較して光量が小さいため、複数台の可搬型の重水素ランプを必要とする場合がある。また、上記パンタグラフ離線検知装置の校正を行うためのアーク放電を発生させる設備は大型であり、放電時に安全性に配慮する必要がある。更に、上記大型の重水素ランプを用いた校正装置は、チョッパによる複雑な制御を必要とし、また、装置コストが上昇する。
　そこで、本発明の一態様は、可搬性に優れると共に、アーク放電を検出する装置の動作試験を簡易かつ安価に行うことができる試験装置および試験方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一態様は以下の試験装置または試験方法を提案している。
　本発明の第１の態様は、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子と、前記光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御部と、を備えた試験装置を提案している。
　本発明の第１の態様によれば、発光制御部の制御の下、光半導体素子が紫外光を含んだ光を所定時間に亘って放出するので、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電を検出する装置が光半導体素子から放出される光を受光することにより、アーク放電を発生させることなく、上記アーク放電を検出する装置の動作試験が可能になる。
　本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様による試験装置において、例えば、前記光半導体素子は、紫外線発光ダイオードである、試験装置を提案している。
　本発明の第２の態様によれば、トロリ線とすり板との離線箇所で発生するアーク放電を模擬することができる。
　本発明の第３の態様は、本発明の第１または第２の態様による試験装置において、例えば、前記発光制御部は、所定の発振周波数で発振する発振器と、前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する計数器と、前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する駆動回路と、を備えた試験装置を提案している。
　本発明の第３の態様によれば、計数器の設定値に応じて、光半導体素子の発光時間を制御することができる。
　本発明の第４の態様は、本発明の第３の態様による試験装置において、例えば、前記発振器は、可変抵抗とコンデンサとからなる時定数回路を備え、前記可変抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値により定まる時定数に応じた周波数で発振する、試験装置を提案している。
　本発明の第４の態様によれば、可変抵抗の抵抗値を調整することにより、発振器の発振周波数の修正が可能となる。
　本発明の第５の態様は、本発明の第１から第４の態様の何れかによる試験装置において、例えば、前記光半導体素子が発した光を検出する光検出部と、前記光検出部の検出結果に基づき、前記光半導体素子の発光時間を修正する発光時間修正部と、を更に備えた試験装置を提案している。
　本発明の第５の態様によれば、光半導体素子の発光時間が所定時間となるようにフィードバック制御が可能になる。
　本発明の第６の態様は、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御段階を含み、前記発光制御段階は、発振器が所定の発振周波数で発振する段階と、計数器が、前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する段階と、駆動回路が、前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する段階と、を含む試験方法を提案している。
　本発明の第６の態様によれば、前述した試験装置に係る発明と同様の技術的効果を得ることができる。
　本発明の一態様によれば、可搬性を改善することができると共に、アーク放電を検出する検出装置の動作試験を簡易かつ安価に行うことができる。
本発明の第１実施形態による試験装置の構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態による試験装置の動作を説明するための波形図である。 本発明の第２実施形態による試験装置の構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態による試験装置の動作を説明するための波形図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
　図１は、本発明の第１実施形態による試験装置１０の構成例を示す図である。
　試験装置１０は、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電を検出する検出装置の動作確認や校正に用いられるものである。試験装置１０は、光半導体素子の一種である発光ダイオードからなる光源１１と、所定の発光起動信号ＳＴに応答して光源１１を所定時間に亘って発光させる発光制御部１２とを備えている。
　光源１１は、トロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発するものであり、例えば紫外線発光ダイオード（ＵＶ　ＬＥＤ）が用いられる。ただし、この例に限定されず、トロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電を模擬することができることを限度として、光源１１として任意の光半導体素子（発光素子）を用いることができる。
　発光起動信号ＳＴは、試験装置１０を起動させて光源１１を発光させるためのトリガー信号である。例えば、試験装置１０をコンピュータ等の上位の制御装置の管理下に置く場合、発光起動信号ＳＴは、上位の制御装置から供給される制御信号である。また、試験装置１０を手動で起動する場合、発光起動信号ＳＴは、手動による操作を示す信号である。
　また、第１実施形態では、光源１１の発光時間である上記所定時間は、トロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電の検出について国際規格で定められた１００マイクロ秒である。この国際規格では、上記アーク放電の検出装置の検出感度について、検出装置は、アーク放電の開始および終了に対して１００マイクロ秒以下の時間で反応しなければならないことが規定されている。ただし、上記所定時間は、試験装置１０の用途に応じて任意に設定し得る。
　光源１１をなす発光ダイオードのアノードは発光制御部１２の出力部に接続され、そのカソードは接地されている。光源１１を発光させる場合、発光制御部１２の出力電流Ｉｏｕｔが光源１１に供給される。発光制御部１２の出力電流Ｉｏｕｔは、直流電流であっても高周波電流であってもよいが、第１実施形態では、発光制御部１２の出力電流Ｉｏｕｔは直流電流であるものとする。
　発光制御部１２は、発振器１２１、計数器１２２、駆動回路１２３から構成される。発振器１２１は、単安定マルチバイブレータから構成される。第１実施形態では、発振器１２１は、図示しない可変抵抗とコンデンサとからなる時定数回路を備えた所謂ＣＲ発振器である。ただし、この例に限定されず、発振器１２１の構成は任意であり、例えば水晶発振回路から発振器１２１を構成してもよい。発振器１２１は、上記可変抵抗の抵抗値とコンデンサの容量値とにより定まる時定数に応じた所定の発振周波数で発振する。
　第１実施形態では、発振器１２１は、光源１１の発光周期（サイクル）の基本周波数を得るためのものであり、１０ｋＨｚを含む周波数領域で発振周波数を調整可能なように構成されている。また、第１実施形態では、発振器１２１の周波数領域は、約２ｋＨｚ以下の第１周波数領域と、２ｋＨｚから１０ｋＨｚまでの第２周波数領域とに区分されている。このような周波数領域の区分は、発振器１２１の周波数帯域として広範な周波数帯域を確保するために、容量値の異なる２つのコンデンサと１つの可変抵抗を用いて発振器１２１の時定数回路を構成したことに基づいている。このように容量値の異なる２つのコンデンサと１つの可変抵抗とを組み合わせて時定数回路を構成したことにより、可変抵抗のみでは得られない広範な周波数帯域に亘って発振周波数を安定化させると共に、発振周波数の精度を高めている。ただし、所望の光パルスを得ることができることを限度として、発振器１２１の発振周波数は任意に設定し得る。発振器１２１の発振出力は波形整形され、クロック信号ＣＬＫとして発振器１２１から出力される。
　計数器１２２は、光源１１による光パルスの発光時間を定める計数信号ＣＮＴを発生させるものであり、発振器１２１の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する。第１実施形態では、計数器１２２は、発振器１２１の発振出力に含まれるクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジをトリガーとして計数を開始する。そして、計数器１２２は、計数値が所定の設定値に到達するまで計数を実施することにより、上記設定値に応じたパルス幅を有する計時信号ＣＮＴを出力する。
　計数器１２２の上記設定値は、光源１１が発生させる光パルスのパルス幅、即ち光源１１の所望の発光時間を規定する。上記設定値は、所望の発光時間（１００マイクロ秒）を有する光パルスが光源１１から放出されるように任意に定められる。第１実施形態では、上記国際規格に規定された１００マイクロ秒の光パルスが得られるように上記設定値が定められる。
　駆動回路１２３は、計数器１２２の計数結果に基づいて光源１１を駆動するものである。第１実施形態では、駆動回路１２３は、紫外線発光ダイオードからなる光源１１を電流駆動することにより光源１１を発光させる。駆動回路１２３は、計数器１２２から出力される計数信号ＣＮＴに基づいて光源１１を電流駆動する。具体的には、駆動回路１２３は、計数信号ＣＮＴがハイレベルになると、光源１１の電流駆動を開始し、計数信号ＣＮＴがローレベルになると、光源１１の電流駆動を停止する。これにより、駆動回路１２３は、計数信号ＣＮＴがハイレベルの期間、光源１１を電流駆動して発光させる。また、駆動回路１２３は、発光ダイオードからなる光源１１を駆動する電流を得るために、必要に応じて昇圧回路を備えてもよく、その駆動方式自体は公知技術を用いることができる。
　次に図２を参照して、本発明の第１実施形態による試験装置１０の動作を説明する。
　図２は、本発明の第１実施形態による試験装置１０の動作を説明するための波形図である。図２において、縦軸は各波形の振幅を示し、横軸は時間を示している。また、最上段の波形は、発光起動信号ＳＴの波形を示し、上から２段目の波形は、発振器１２１から出力されるクロック信号ＣＬＫの波形を示し、上から３段目の波形は、計数器１２２から出力される計数信号ＣＮＴの波形を示し、最下段の波形は、駆動回路１２３の出力電流Ｉｏｕｔの波形を示している。図２に示す各波形のスケールは実際のものとは異なり、図２は、各波形の変化の様子を模式的に示している。
　図２において、時刻ｔ１以前で試験装置１０の電源スイッチ（図示なし）が作業者により投入されると、発振器１２１が発振動作を開始し、一定時間経過後に発振器１２１の発振周波数が発振器１２１の上記定数回路の時定数に応じた一定の発振周波数に安定する。
　発振器１２１が発振した状態で時刻ｔ１において発光起動信号ＳＴが試験装置１０に供給され、発光起動信号ＳＴの信号レベルがローレベルからハイレベルに遷移すると、駆動回路１２３は、発光起動信号ＳＴがハイレベルに遷移した後の時刻ｔ２で最初に到来するクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに対応した計数信号ＣＮＴの立ち上がりエッジに応答して、出力電流Ｉｏｕｔを光源１１に供給する。これにより駆動回路１２３が光源１１の駆動を開始し、光源１１が発光する。
　一方、時刻ｔ１において発光起動信号ＳＴの信号レベルがローレベルからハイレベルに遷移すると、計数器１２２が計数を開始する。計数器１２２が計数を開始すると、計数信号ＣＮＴの信号レベルはローレベルからハイレベルに遷移される。その後、時刻ｔ３において計数器１２２の計数値が所定の設定値に到達すると、計数器１２２は、計数信号ＣＮＴの信号レベルをハイレベルからローレベルに遷移させる。
　なお、図２において、点線により示される波形部分は、光パルスの発光時間を増加させるために、計数器１２２の所定の設定値を増加させた場合の波形の一例を示している。この例では、時刻ｔ３の後の時刻ｔ３’において計数信号ＣＮＴがハイレベルからローレベルに遷移し、計数器１２２の設定値の増分に応じて、光パルスの発光時間が延長される。ただし、この例に限らず、光パルスの発光時間が減少するように、上記設定値を減少させることもできる。
　計数信号ＣＮＴがローレベルになると、駆動回路１２３は、出力電流Ｉｏｕｔの供給を停止し、光源１１の駆動を停止する。これにより、時刻ｔ２から時刻ｔ３に亘って、出力電流Ｉｏｕｔとして１００マイクロ秒の電流パルスが得られ、この電流パルスが供給される光源１１は１００マイクロ秒の光パルスを放出する。この後、計数器１２２および駆動回路１２３の動作状態が初期化され、次の発光動作に備える。
　光源が発生させた１００マイクロ秒の光パルスは試験対象の検査装置の受光部に向けて照射される。検査装置では、試験装置１０から受光された光パルスに反応するように、例えば各周波数帯の受光感度等の各種の校正が実施される。
　第１実施形態によれば、発光ダイオードからなる光源１１を用いて光パルスを発生させるので、可搬型の重水素ランプを用いて光パルスを発生させる場合に比較して大きな光量を得ることができる。
　また、第１実施形態によれば、アーク放電を発生させる場合に必要とされるような大型の設備を必要とせず、重水素ランプやチョッパを用いる場合に比較して試験装置１０を安価で小型に実現することができる。
　更に、第１実施形態によれば、アーク放電により光パルスを得る場合に比較して、光パルスを発生させるための準備作業を簡略化することができ、作業者の負担を軽減することができる。
　また、第１実施形態によれば、光源１１として紫外線発光ダイオードを用いたことにより、離線アークの紫外線検出装置の評価・試験を行うための試験装置の光源として、比較的高速で点滅が可能な小型の紫外線光源を実現することができ、また、一定の周波数範囲で精度の良い周期で発光制御が可能になる。
　以上、本発明の第１実施形態を説明したが、第１実施形態による試験装置１０の機能は、ハードウェアおよびソフトウェアの何れの形態でも実現することができる。ソフトウェアの形態で実現する場合、例えば試験装置１０はマイクロコンピュータを搭載し、このマイクロコンピュータ上で実行されるプログラムとして試験装置１０の各種の機能を実現することができる。この場合、マイクロコンピュータの水晶発振回路を発振器１２１として流用してもよい。またこの場合、試験装置１０は、タッチパネル方式の液晶パネルをユーザインターフェイスとして備えてもよく、これにより各種のスイッチ類を効率化することができる。
　また、第１実施形態では、本発明を試験装置として表現したが、本発明は試験方法として表現することもできる。この場合、本発明による試験方法は、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御段階を含み、前記発光制御段階は、発振器が所定の発振周波数で発振する段階と、計数器が、前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する段階と、駆動回路が、前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する段階と、を含む試験方法として表現することができる。
（第２実施形態）
　次に、本発明の第２実施形態を説明する。
　図３は、本発明の第２実施形態による試験装置２０の構成例を示す図である。
　第２実施形態による試験装置２０は、上述の第１実施形態による図１に示す試験装置１０の構成において、光検出部１３と発光時間修正部１４とを更に備えている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
　光検出部１３は、光源１１が発した光を検出するためのものであり、例えば、試験対象の検出装置の受光部の近傍に配置される。光検出部１３は、負荷抵抗１３１とフォトトランジスタ１３２とから構成されている。負荷抵抗１３１の一端（第１端）は電源ＶＤＤに接続され、負荷抵抗１３１の他端（第２端）はフォトトランジスタ１３２のコレクタに接続されている。フォトトランジスタ１３２のエミッタはグランドＧＮＤに接続されている。負荷抵抗１３１とフォトトランジスタ１３２のコレクタとの間の接続点の電圧信号は検出信号ＳＥＮとして発光時間修正部１４に供給される。
　発光時間修正部１４は、光検出部１３から検出結果として供給される検出信号ＳＥＮに基づき、光源１１の発光時間を修正するものである。具体的には、発光時間修正部１４は、光検出部１３から供給される検出信号ＳＥＮがローレベルとなる時間を計測し、その計測により得られる時間と所望の発光時間（目標値）との差分が縮小するように計数器１２２の設定値を修正する。
　次に、本発明の第２実施形態の動作を説明する。
　図４は、本発明の第２実施形態による試験装置２０の動作を説明するための波形図である。図４において、縦軸は各波形の振幅を示し、横軸は時間を示している。また、最上段の波形は、発光起動信号ＳＴの波形を示し、上から２段目の波形は、発振器１２１から出力されるクロック信号ＣＬＫの波形を示し、上から３段目の波形は、計数器１２２から出力される計数信号ＣＮＴの波形を示し、上から４段目の波形は、駆動回路１２３の出力電流Ｉｏｕｔの波形を示し、最下段の波形は、光検出器１３から出力される検出信号ＳＥＮを示している。図４に示す各波形のスケールは実際のものとは異なり、図４は、各波形の変化の様子を模式的に示している。
　上述した第１実施形態と同様に、時刻ｔ１以前で、試験装置２０の電源スイッチが投入されると、発振器１２１から一定の周波数を有するクロック信号ＣＬＫが出力される。時刻ｔ１において発光起動信号ＳＴの信号レベルがローレベルからハイレベルに遷移すると、駆動回路１２３は、発光起動信号ＳＴがハイレベルに遷移した後の時刻ｔ２で最初に到来するクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに応答して、出力電流Ｉｏｕｔを光源１１に供給する。これにより光源１１が発光する。
　一方、時刻ｔ１において発光起動信号ＳＴの信号レベルがローレベルからハイレベルに遷移すると、計数器１２２が、時刻ｔ１の後の時刻ｔ２におけるクロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに応答して計数を開始し、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間においてハイレベルの計数信号ＣＮＴを出力する。
　駆動回路１２３は、時刻ｔ２で計数信号ＣＮＴがハイレベルになると、光源１１に対する出力電流Ｉｏｕｔの供給を開始し、時刻ｔ３で計数信号ＣＮＴがローレベルになると、出力電流Ｉｏｕｔの供給を停止する。これにより、光源１１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３に亘って発光して光パルスを発生させる。
　光検出部１３は、光源１１が発生させた光パルスを受光し、この光パルスを受光している期間、ローレベルの検出信号ＳＥＮを発光時間修正部１４に供給する。発光時間修正部１４は、光検出部１３から供給される検出信号ＳＥＮがローレベルに維持される時間を計測する。そして、発光時間修正部１４は、検出信号ＳＥＮがローレベルに維持される時間と所望の発光時間との差分が縮小するように、計数器１２３の設定値を調整する。即ち、発光時間修正部１４は、光源１１の発光時間が所定時間（所望の発光時間）となるように計数器１２３の設定値をフィードバック制御する。
　なお、第２実施形態では、計数器１２３の設定値をフィードバック制御することにより光源１１の発光時間を制御するものとしているが、発振器１２１の発振周波数を制御することにより光源１１の発光時間を制御するものとしてもよく、光源１１の発光時間を制御することができることを限度として、任意の回路パラメータを調整してもよい。
　第２実施形態によれば、光源１１の発光時間が所定時間となるように計数器１２３の設定値をフィードバック制御するので、第１実施形態に比較して、光源１１が発生させる光パルスの発光時間の精度を向上させることができる。
　従って、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電を検出する検出装置の動作確認や校正の精度を改善することができる。
　なお、第２実施形態では、本発明を試験装置として表現したが、本発明は試験方法として表現することもできる。この場合、本発明による試験方法は、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御段階を含み、更に、光検出部が、前記光半導体素子が発した光を検出する光検出段階と、発光時間修正部が、前記光検出部の検出結果に基づき、前記光半導体素子の発光時間を修正する発光時間段階と、を含む試験方法として表現することができる。
　以上、第１および第２実施形態の各実施形態によれば、試験装置の可搬性を改善することができると共に、アーク放電を検出する検出装置の動作試験を簡易かつ安価に行うことができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　例えば、上述の第１および第２実施形態では、発振制御部１２は発振器１２１と計数器１２２とを備えるものとしたが、所望のパルス幅を有する光パルスを得ることができることを限度として、その構成は任意である。例えば、発振器１２１と計数器１２２とに代えて、発光起動信号ＳＴに応答して所定パルス幅のワンショットパルス信号を発生させるパルス信号発生回路を用いることもできる。
　また、光源１１として紫外線発光ダイオードを用いるものとしたが、電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電を表現し得ることを限度として任意の発光素子を用いることができ、その個数および配列は任意である。
　１０，２０…試験装置、１１…光源、１２…発光制御部、１３…光検出部、１４…発光時間修正部、１２１…発振器、１２２…計数器、１２３…駆動回路、１３１…負荷抵抗、１３２…フォトトランジスタ。

Claims (6)

  1. 　電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子と、
    　前記光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御部と、
    　を備えた試験装置。
  2. 　前記光半導体素子は、紫外線発光ダイオードである、請求項１に記載の試験装置。
  3. 　前記発光制御部は、
    　所定の発振周波数で発振する発振器と、
    　前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する計数器と、
    　前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する駆動回路と、
    　を備えた、請求項２に記載の試験装置。
  4. 　前記発振器は、
    　可変抵抗とコンデンサとからなる時定数回路を備え、前記可変抵抗の抵抗値と前記コンデンサの容量値により定まる時定数に応じた周波数で発振する、請求項３に記載の試験装置。
  5. 　前記光半導体素子が発した光を検出する光検出部と、
    　前記光検出部の検出結果に基づき、前記光半導体素子の発光時間を修正する発光時間修正部と、
    　を更に備えた請求項４に記載の試験装置。
  6. 　電気鉄道システムにおけるトロリ線とパンタグラフのすり板との離線箇所で発生するアーク放電に含まれる紫外光を含む光を発する光半導体素子を所定時間に亘って発光させる発光制御段階を含み、
    　前記発光制御段階は、
    　発振器が所定の発振周波数で発振する段階と、
    　計数器が、前記発振器の発振出力に応答して計数を開始し、計数値が所定の設定値に到達したときに計数を停止する段階と、
    　駆動回路が、前記計数器の計数結果に基づいて前記光半導体素子を駆動する段階と、
    　を含む試験方法。
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