JP4723382B2

JP4723382B2 - Ａｔｓ地上子ｑ値計測装置及び方法

Info

Publication number: JP4723382B2
Application number: JP2006001763A
Authority: JP
Inventors: 英夫中村; 聖高橋
Original assignee: Nihon University
Current assignee: Nihon University
Priority date: 2006-01-06
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: JP2007185045A

Description

本発明は、変周型ＡＴＳの地上子のＱ値計測を安定かつ高速に実現するものであって、鉄道信号保全の分野に利用されるＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置及び方法に関するものである。

ＪＲ全線区をはじめ我が国の多くの線区に導入されているＡＴＳは、変周式ＡＴＳである。変周式ＡＴＳは、レール軌間に設置された地上子を通過時に、ＡＴＳ車上装置の発振周波数が地上子の共振周波数に変周する作用を利用し、地上からの情報（信号現示）を受信するものである。この変周式ＡＴＳにとって、情報の受信不能（空振り）は、ＡＴＳの機能喪失に結びつくため、地上子の品質管理が重要な保全事項とされている。現在、地上子の品質は、地上子のＱ値によって管理されている。

沿線に離散的に配置されたＡＴＳ地上子ＧＣのＱ値管理は、現場でのＱメータによるＱ値計測もしくは、検測車でのＱ値自動計測によって行なわれてきた。ＱメータによるＱ値計測は、正確ではあるものの計測に時間を要し、多くの人工を必要とするため、信号保全の省力化からは問題の一つとされてきた。

一方、検測車でのＱ値自動計測は地上子通過時の車上子の動作レベル計測によって行なっているものが多いが、地上子と車上子間の相対的距離や地上子の設置状況などによりレベルも変動するため、実際のＱ値と異なって検測される問題が指摘されている。

このように既存方法はいずれも課題を有しており、簡易に自動計測でき、しかも正確な方法は未だ開発されていない。

特開平１０−３０４５１６号公報

そこで、本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、車上アンテナと地上子とにより、地上子ＧＣの正確なＱ値を簡易に自動計測を行うことができるＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置及び方法を提供することを目的とする。

本願発明に係るＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置は、上述したような課題を解決するために、車上に、車上アンテナＡＴＮと、信号波生成部ＷＧと、電流検知部ＩＤＣとを配置し、線区に設置された地上子ＧＣが取り得る共振周波数f_i0（i=1,2,・・・,n）と、それぞれの共振周波数f_i0に対応した切断周波数近傍の周波数f_id（i=1,2,・・・,n）からなる合成信号波ＳＧを、上記信号波生成部ＷＧによって生成し、上記車上アンテナＡＴＮを介して励振出力し、電流検知部ＩＤＣにおいては、地上子ＧＣ通過時に得られる各共振周波数成分f_i0に応じた車上アンテナＡＴＮのアンテナ電流I_i0（i=1,2,・・・,n）の中で最大値を採ったアンテナ電流I_m0から地上子の共振周波数f_m0を同定し、I_m0に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流I_mdをもとに地上子ＧＣのＱ値を算出する。

本願発明に係るＡＴＳ地上子Ｑ値計測方法は、上述したような課題を解決するために、車上に、車上アンテナＡＴＮと、信号波生成部ＷＧと、電流検知部ＩＤＣとを配置し、地上子ＧＣのＱ値を計測するＡＴＳ地上子Ｑ値計測方法において、線区に設置された地上子ＧＣが取り得る共振周波数f_i0（i=1,2,・・・,n）と、それぞれの共振周波数f_i0に対応した切断周波数近傍の周波数f_id（i=1,2,・・・,n）からなる合成信号波ＳＧを、上記信号波生成部ＷＧによって生成し、上記車上アンテナＡＴＮを介して励振出力し、電流検知部ＩＤＣにおいては、地上子ＧＣ通過時に得られる各共振周波数成分f_i0に応じた車上アンテナＡＴＮのアンテナ電流I_i0（i=1,2,・・・,n）の中で最大値を採ったアンテナ電流I_m0から地上子の共振周波数f_m0を同定し、I_m0に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流I_mdをもとに地上子ＧＣのＱ値を算出する。

本発明によれば、車上アンテナＡＴＮと地上子ＧＣ間の距離変化によってたとえ受信レベルが変動しても、まったくＱ値には影響しない安定した高速計測が可能となる。

図１及び図２を用い、発明の詳細を説明する。

図１は、本発明のＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置を示す図であり、車上に、車上アンテナＡＴＮと、信号波生成部ＷＧと、電流検知部ＩＤＣとを配置し、線区に設置された地上子ＧＣが取り得る共振周波数f_i0（i=1,2,・・・,n）と、それぞれの共振周波数f_i0に対応した切断周波数近傍の周波数f_id（i=1,2,・・・,n）からなる合成信号波ＳＧを、上記信号波生成部ＷＧによって生成し、上記車上アンテナＡＴＮを介して励振出力し、電流検知部ＩＤＣにおいては、地上子ＧＣ通過時に得られる各共振周波数成分f_i0に応じた車上アンテナＡＴＮのアンテナ電流I_i0（i=1,2,・・・,n）の中で最大値を採ったアンテナ電流I_m0から地上子の共振周波数f_m0を同定し、I_m0に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流I_mdをもとに地上子ＧＣのＱ値を算出する。

アンテナ電流I_i0（i=1,2,・・・,n）は、地上子ＧＣが取り得る全ての共振周波数f_i0（i=1,2,・・・,n）に対応した周波数の電流であり、また、アンテナ電流I_id（i=1,2,・・・,n）は、前記共振周波数に対応した切断周波数f_id（i=1,2,・・・,n）の電流である。

地上子ＧＣのＱ値は、アンテナ電流I_i0（i=1,2,・・・,n）の中で最大値を採ったアンテナ電流I_m0から地上子の共振周波数f_m0を同定し、I_m0に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流I_mdをもとに
Ｑ=｜（f_m0/2（f_m0-f_md））｜（2（I_m0/I_md）²-1）^1/2・・・（１）
を用いて算出する。（１）式から分かるように、Ｑ値が車上アンテナＡＴＮと地上子ＧＣ間の幾何学的距離ｄによらずに求めることができる。

図２は、ＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置の理論を説明するための等価回路図である。図１においては地上子の共振周波数が未知のため可能性のある全ての共振周波数を発生させ、そのときのアンテナ電流の最大値を得ることで共振周波数f_m0を求めていたが、図２では説明を簡単にするために、共振周波数f_m0が既知であるものとして、あらためてf_m0をf₀と置いて一般論で展開する。

図２において地上子ＧＣは、インダクタンスＬとキャパシタンスＣ及び抵抗rの直列回路と見なすことができる。一方、車上アンテナＡＴＮは、電源部ＰＳと電流計ＡＭ及びインダクタンスＬ１の直列回路と見なすことができる。該地上子ＧＣのＱ値は、Ｌ-Ｃ-r直列回路のＱであるから、定義により共振周波数をf₀、切断周波数をf_b1、f_b2（f_b1＜f_b2）とすると、Ｑ=f₀/（f_b2-f_b1）で算出される。また、共振周波数から周波数がΔfだけずれるとＬ-Ｃ-r直列回路に流れる電流は少なくなるが、このときの電流値をI_d、また、共振周波数時の電流をI₀とすると、Ｑは、
Ｑ=｜（f_m0/2Δf）｜（（I₀/I_d）²-1）^1/2・・・（２）
で算出される。しかるに、これらの関係は、地上子ＧＣ内で成立するものであるが可観測ではないため、車上アンテナＡＴＮにおける各種変数に置換を試みる。図２において、地上子ＧＣと車上アンテナＡＴＮの等価回路間に成立する回路方程式は、車上アンテナＡＴＮを流れる電流をI₁、地上子ＧＣを流れる電流をI₂とすると（３）式が常に成り立つ。

ここでＭは、ミューチュアルインダクタンスであり、地上子ＧＣと車上アンテナＡＴＮとの幾何学的距離によって定まる定数である。ここで、車上アンテナＡＴＮを流れる電流I₁が地上子の共振周波数に等しい周波数のときの電流を特にI₀₁、またこのときの地上子ＧＣの電流を特にI₀₂で表現すると、（４）式が得られる。

また、車上アンテナＡＴＮの電流I₁が地上子ＧＣの切断周波数に近い周波数であるときの電流値を特にI_d1とし、そのときの地上子ＧＣに流れる電流I₂を特にI_d2とすると、（５）式が得られる。

ここで、（４）式、（５）式を用いて、I₀₂／I_d2を求めると、（６）式が得られる。

この関係を（２）式に代入すると、（２）式は（７）式のように変形できる。

（７）式は、車上電源の周波数をＡＴＳ地上子ＧＣの共振周波数と等しくしたときの電流値I₀₁、及び切断周波数に変化させ、そのときの電流値I_d1を求めれば、地上子ＧＣのＱ値が算出できることを意味している。また、（７）式には、地上子ＧＣと車上アンテナＡＴＮ間の幾何学的距離で決まるミューチュアルインダクタンスＭの値が含まれないため、地上子ＧＣと車上アンテナＡＴＮ間の距離の変動によらずＱ値の算出が可能なことを示している。

したがって、図２の説明で明らかにしたように、本発明においては、地上子ＧＣの共振周波数f₀とその共振周波数に対応した遮断周波数f_dにあわせた車上アンテナＡＴＮの電流I₀₁とI_d1を観測することにより、該地上子ＧＣのＱ値が測定できる。しかし、地上子の共振周波数は、情報に応じて変化する。このため、図１の説明で述べたように、電源部ＰＳは、車上アンテナＡＴＮに地上子ＧＣが取り得る全ての共振周波数f_i0（i=1,2,・・・,n）と各共振周波数に対応した切断周波数f_id（i=1,2,・・・,n）から成る合成波ＳＧを供給する。車上アンテナＡＴＮが地上子ＧＣ上を通過するときには、該地上子ＧＣの共振周波数に一致した周波数成分の電流が車上アンテナＡＴＮにおいてもレベルが高くなるから、そのときの最大値を採ったアンテナ電流I_m0から地上子の共振周波数f_m0を同定し、I_m0に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流I_mdをもとに（１）式を用いて算出する。

ゆえに、本発明によれば、あらかじめ地上子が取り得る共振周波数のすべてと、その共振周波数に応じた切断周波数の合成波ＳＧを車上アンテナＡＴＮに供給し、地上子と結合したときに最大の電流レベルとなった車上アンテナＡＴＮの電流I_m0及び切断周波数に対応した電流I_mdの値から、車上アンテナＡＴＮと地上子ＧＣ間の距離変動に対しても影響を受けずに瞬時に地上子ＧＣのＱ値を算出することができ、従来の自動計測の誤差の解消や現場での計測という非効率性の課題を克服し、保全作業の省力化に寄与することができる。

また、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な変更、置換又はその同等のものを行うことができることは勿論である。

本発明に係るＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置の構成を示すブロック図である。図１に示すＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置の等価回路図である。

符号の説明

ＡＮＴ車上アンテナ、ＷＧ信号波生成部、ＩＤＣ電流検知部、ＧＣ地上子

Claims

車上に、車上アンテナＡＴＮと、信号波生成部ＷＧと、電流検知部ＩＤＣとを配置し、
線区に設置された地上子ＧＣが取り得る共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）と、それぞれの共振周波数ｆ_ｉ０に対応した切断周波数近傍の周波数ｆ_ｉｄ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）からなる合成信号波ＳＧを、上記信号波生成部ＷＧによって生成し、上記車上アンテナＡＴＮを介して励振出力し、
電流検知部ＩＤＣにおいては、地上子ＧＣ通過時に得られる各共振周波数成分ｆｉ０に応じた車上アンテナＡＴＮのアンテナ電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の中で最大値を採ったアンテナ電流Ｉ_ｍ０から地上子の共振周波数ｆ_ｍ０を同定し、Ｉ_ｍ０に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流Ｉ_ｍｄをもとに地上子ＧＣのＱ値を算出することを特徴とするＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置。
上記地上子ＧＣのＱ値算出は、下記の条件にしたがって行うことを特徴とする請求項１記載のＡＴＳ地上子Ｑ値計測装置。
条件；
Ｑ＝｜（ｆ_ｍ０／２（ｆ_ｍ０−ｆ_ｍｄ））｜（２（Ｉ_ｍ０／Ｉ_ｍｄ）２−１）１／２
車上に、車上アンテナＡＴＮと、信号波生成部ＷＧと、電流検知部ＩＤＣとを配置し、地上子ＧＣのＱ値を計測するＡＴＳ地上子Ｑ値計測方法において、
線区に設置された地上子ＧＣが取り得る共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）と、それぞれの共振周波数ｆ_ｉ０に対応した切断周波数近傍の周波数ｆ_ｉｄ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）からなる合成信号波ＳＧを、上記信号波生成部ＷＧによって生成し、上記車上アンテナＡＴＮを介して励振出力し、
電流検知部ＩＤＣにおいては、地上子ＧＣ通過時に得られる各共振周波数成分ｆｉ０に応じた車上アンテナＡＴＮのアンテナ電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）の中で最大値を採ったアンテナ電流Ｉ_ｍ０から地上子の共振周波数ｆ_ｍ０を同定し、Ｉ_ｍ０に対応した切断周波数近傍のアンテナ電流Ｉ_ｍｄをもとに地上子ＧＣのＱ値を算出することを特徴とするＡＴＳ地上子Ｑ値計測方法。