JP6448233B2 - Sensor - Google Patents
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Description
本発明は、車両の進行方向を判定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for determining a traveling direction of a vehicle.
車輪が近接することに起因した磁場の変化を検知することより、所定の地点を列車が通過したことおよびその進行方向を判定する技術がある。車両の方向を判定するには、例えば、ループコイルを2組並べ、各コイルにおけるインダクタンスの時間変化を検出する(非特許文献1)。 There is a technique for determining that a train has passed a predetermined point and its traveling direction by detecting a change in magnetic field caused by the proximity of wheels. In order to determine the direction of the vehicle, for example, two sets of loop coils are arranged, and a change in inductance with time in each coil is detected (Non-Patent Document 1).
しかし、従来の技術では、安全性を担保しつつ、コイルの設置間隔に対して車輪の径が小さい車両ついては検知が難しかった。
本発明は、コイルの設置間隔に対して小さな径の車輪を検出することを目的とする。
However, with the conventional technology, it has been difficult to detect a vehicle having a small wheel diameter with respect to the coil installation interval while ensuring safety.
An object of the present invention is to detect a wheel having a small diameter with respect to a coil installation interval.
本発明は、一の態様において、所定の周波数の交流電流を用いて磁場の変化を検出して物体の接近を検知する一対の送信コイルおよび受信コイルを2つ配置し、一方の受信コイルと他方の受信コイルとにおいて磁場の変化が検出され、該検出された期間が一部共通する場合に、検出順序に基づいて当該物体の進行方向を判定するセンサであって、各受信コイルにて検出された磁場の位相の変化の期間に重なりが生じるように、少なくともいずれか一方の受信コイルにおける当該期間を拡張する補正手段を有するセンサを提供する。
他の好ましい態様において、前記物体は線路を走行する車両であり、前記一対の送信コイルおよび受信コイルは、それぞれ前記線路を構成する一のレールの両側に設けられる。
他の好ましい態様において、前記一方の受信コイルが前記他方の受信コイルよりも先に磁場の変化を検出した場合、前記補正手段は、前記一方の受信コイルおいて検出された磁場の位相の変化の期間の終了時点を後ろにシフトさせ、前記他方の受信コイルおいて検出された磁場の位相の変化の期間の開始時点を前にシフトさせる。
他の好ましい態様において、前記一方の受信コイルにて検出された磁場の変化の期間の終了時点をシフトさせる量は、前記他方の送信コイルにて発生し、前記一方の受信コイルおいて検出された磁場の大きさに基づいて設定される。
According to one aspect of the present invention, two pairs of a transmission coil and a reception coil that detect an approach of an object by detecting a change in a magnetic field using an alternating current of a predetermined frequency are arranged, and one reception coil and the other Is a sensor that determines the advancing direction of the object based on the detection order when a change in the magnetic field is detected in the receiving coil and a part of the detected period is common, and is detected by each receiving coil. There is provided a sensor having correction means for extending the period of at least one of the receiving coils so that an overlap occurs in the period of change in the phase of the magnetic field .
In another preferred aspect, the object is a vehicle traveling on a track, and the pair of transmission coils and reception coils are provided on both sides of one rail constituting the track, respectively.
In another preferred embodiment, when the one receiving coil detects a change in the magnetic field before the other receiving coil, the correction means detects the change in the phase of the magnetic field detected in the one receiving coil. The end point of the period is shifted backward, and the start point of the period of the phase change of the magnetic field detected in the other receiving coil is shifted forward .
In another preferred embodiment, the amount of shifting the end point of the change period of the magnetic field detected by the one receiving coil is generated in the other transmitting coil and detected in the one receiving coil. It is set based on the magnitude of the magnetic field.
本発明によれば、安全性を担保しつつ、コイルの設置間隔に対して小さな径の車輪を検出することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a wheel with a small diameter is detectable with respect to the installation space | interval of a coil, ensuring safety | security.
まず、図4〜8を用いて、従来技術に係る、鉄道車両の進行方向を検出する方法について説明する。
図4は鉄道管理システム990の概要を示す。鉄道管理システム990は、車輪検出部200と信号処理装置199と中央管理装置300とを含む。鉄道車両は線路400上を走行する。車両の進行方向は、両方がありえる。車両は通常の客車のほか、整備車両、トロッコ等、線路400上を走行可能なあらゆる車両を含む。すなわち、鉄道管理システム990においては、線路400上を複数の種類の車両がどちらの方向にも進行しうる。車両の種類が異なれば、車輪の径(サイズ)も異なりうる。なお、軌道セクション(S(x))は線路400に設定された区間を規定する。
First, a method for detecting the traveling direction of a railway vehicle according to the related art will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows an outline of the
信号処理装置199は、車両の通過および進行方向を検知するためのACD(Axel count device)であって、軌道セクションSの境界部に一つ設けられる。つまり、軌道セクションSの各境界部が車両の通過および進行方向を検出する地点となる。各信号処理装置199において検出された信号は、対応する車輪検出部200に供給される。
車輪検出部200は、AD(Axel detector)であって、一つの信号処理装置199に対応して一つ設けられる。一の信号処理装置199と一の車輪検出部200とは信号線を介して電気的に接続される。車輪検出部200は、信号処理装置199に交流電圧を印加し、信号処理装置199から供給される信号を取得する。
中央管理装置300は、一つのみ設けられ、全ての車輪検出部200から、各ポイント(軌道セクションSの境界部)をどちらの方向に通過したか否かを把握し、全列車がどの軌道セクションS内に存在するのか、およびその進行方向についての情報を集約・管理する。
The
One
Only one
図5は車輪検出部200の詳細を示す図である。車輪検出部200は、送受信回路205Aおよび送受信回路205Bからなる。
送受信回路205Aおよび送受信回路205Bは、構造的には同一である。よって、以下、両者を区別する必要がない場合は、単に「送受信回路205」と称する。各送受信回路205は、一本のレールRを挟んで正対して設置された送信用コイル210および受信用コイル220を含む。送信用コイル210Aおよび送信用コイル210Bにおいて、それぞれ信号処理装置199から印加された周波数f1、f2の交流電流に応じた磁場が発生する。発生した磁場の一部は、それぞれ受信用コイル220Aおよび受信用コイル220B内に侵入し、これによって誘導電流が発生する。誘導電流に応じた電気信号が、受信用コイル220A、受信用コイル220Bのそれぞれから信号処理装置199に出力される。
FIG. 5 is a diagram showing details of the
The transmission /
ここで、送信用コイル210と受信用コイル220の間に車輪などの金属などの物体が位置しない場合は、送信用コイル210に印加される電流の位相と受信用コイル220から出力される電流の位相は一定の関係を保ち、変動することはない。
ところが、送信用コイル210と受信用コイル220の間に車輪などの金属物体があると、送信用コイル210に印加される電流の位相と受信用コイル220から出力される電流の位相の関係(相対的位相)にずれが生じる。典型的には、相対的位相は、物体が送信用コイル210と受信用コイル220の間に接近すると反転し、そのまま横切って遠ざかると、反転状態が元に戻るという変化を示す。各送受信回路205にて検出されるこのような位相の変化を利用して、車両の進行方向を判定する。
Here, when an object such as a metal such as a wheel is not positioned between the
However, if there is a metal object such as a wheel between the
図6〜7を用いて、進行方向の判定方法を具体的に説明する。
図6は、信号処理装置199の回路構成を示す。信号処理装置199は、位相差検出回路110−1、基準信号生成部140−1、バンドパスフィルタ120-1、位相差検出回路110−2、基準信号生成部140−2、バンドパスフィルタ120-2、判定回路130からなる。基準信号生成部140−1および基準信号生成部140-2は、それぞれ周波数f1、f2の交流電流を、それぞれ送信用コイル210Aおよび送信用コイル210Bに印加するとともに、参照信号Ref(f1)およびRef(f2)として、位相差検出回路110-1および位相差検出回路110−2に出力する。位相差検出回路110−1および位相差検出回路110−2は、それぞれ受信用コイル220Aおよび受信用コイル220Bから、それぞれ信号R0(f1)および信号R0(f1)を受信して、それぞれの信号について参照信号との位相差(の時間変化)を検出する。
The traveling direction determination method will be specifically described with reference to FIGS.
FIG. 6 shows a circuit configuration of the
バンドパスフィルタ120−1およびバンドパスフィルタ120−2は、それぞれ、位相差を表す信号の周波数f1、f2成分のみを取り出す。これは、バンドパスフィルタ120-1は、受信用コイル220Bで生成された周波数f2の磁場の、受信用コイル220Aにおける影響を取り除くためである。同様にバンドパスフィルタ120-2は、受信用コイル220Aで生成された周波数f1の磁場の、受信用コイル220Bにおける影響を除くためである。バンドパスフィルタ120-1およびバンドパスフィルタ120−2からそれぞれ出力された信号は、位相差検出回路110−1および110-2にそれぞれ供給される。
The band pass filter 120-1 and the band pass filter 120-2 respectively extract only the frequency f1 and f2 components of the signal representing the phase difference. This is because the band pass filter 120-1 removes the influence of the magnetic field having the frequency f2 generated by the
判定回路130は、信号P1および信号P2を比較し、両信号の重なり具合を表す信号を生成する。生成された信号は、中央管理装置300に出力される。中央管理装置300においては、それぞれ位相にズレが生じているか否かを判定し、位相にズレが生じている期間(反転期間)に一部重なりがあった場合は、反転が発生した順序に基づいて進行方向を決定する。これにより、当該車輪検出部200において車両が通過したことおよびその進行方向を表すことが中央管理装置300にて把握される。
The
図7は、車両500の進行方向と検出される信号との関係を示す。同図(a)のように、車両が左から右へ進行した場合、信号P1、信号P2の波形は(b)のようになる。(b)は、時刻t1iからt1eまでの期間において位相が反転することを表している。これは、当該車両の一つの車輪が、送受信回路205Aの検知範囲に時刻t1iにおいて侵入し、t1eにおいて送受信回路205Aの検知範囲から脱出したことを意味する。同様に、時刻t2iにおいて当該車輪が送受信回路205Bの検知範囲に侵入し、t2eにおいて送受信回路205Bの検知範囲から脱出しことを意味する。そして、反転が検出された順序は、送受信回路205Aが先で送受信回路205Bが後である。また、送受信回路205Aおよび送受信回路205Bにて検出された反転期間は、時刻t2iからt1eまでの期間において重なっている。
FIG. 7 shows the relationship between the traveling direction of
同図(c)、(d)においては、同一の車両が逆向きに進行した場合に得られる信号の例を示す。(d)において、反転期間に重なりがある点では(b)と同じだが、反転を検出した順序が反対となっている。このように、得られた信号P1、信号P2を対比すれば、車両の進行方向を判定することができる。 FIGS. 3C and 3D show examples of signals obtained when the same vehicle travels in the reverse direction. (d) is the same as (b) in that there is an overlap in the inversion period, but the order in which inversion is detected is reversed. Thus, if the obtained signals P1 and P2 are compared, the traveling direction of the vehicle can be determined.
ここで、重なり区間の存在を条件としているのは、例えば、たまたま、ある瞬間に検出エラー等の不具合が発生して送受信回路205A、送受信回路205Bのいずれか一方のみで反転信号を検知できなかった場合、通常の列車では同一車両に複数の車軸(便宜上、前輪、後輪という)があるので、2つの車輪の検出タイミングを一つの車輪の検出タイミングであると誤認識し、結果的に送受信回路205Aと250Bにおける検出順序を実際の進行方向とは逆であると判定してしまう可能性があるからである。列車の進行方向の判定ミスは重大事故につながる可能性があるので、確実に防止する必要がある。このような観点から、鉄道管理システム990においては、重なりが検出されない場合は何らか検出エラーが発生したとみなし、進行方向の判定を行わない設計となっている。
Here, the existence of the overlapping section is a condition, for example, when a failure such as a detection error occurs at a certain moment and the inverted signal cannot be detected by only one of the transmission /
しかし、Lに比べて一定以上の小さな径の車輪の場合は、重なり区間が発生しない。車輪のサイズが小さくなると反転期間の長さが小さくなるからである。
図8は、車輪径が小さい場合に検出される信号の例である。このように、従来の方法では、車輪径が小さい場合は、車両が通過したことは検知できても、進行方向が判定できないという問題があった。
仮にLを小さく設定できたとしても、特に、車輪が大きいばあいの検知や通過速度が大きい場合の検知において検知精度が下がってしまうという問題がある。換言すると、大小さまざまな径の車輪を有する車両が混在する軌道において、全ての車両の進行方向を判定することが困難であった。
However, in the case of a wheel having a diameter smaller than a certain value compared with L, no overlapping section occurs. This is because the length of the inversion period decreases as the wheel size decreases.
FIG. 8 is an example of a signal detected when the wheel diameter is small. As described above, in the conventional method, when the wheel diameter is small, there is a problem in that the traveling direction cannot be determined even though it can be detected that the vehicle has passed.
Even if L can be set small, there is a problem that the detection accuracy is lowered particularly in the detection when the wheel is large and the detection when the passing speed is large. In other words, it is difficult to determine the traveling direction of all the vehicles in a track in which vehicles having wheels of various diameters are mixed.
以下、図1〜3を用いて本発明を説明する。
本発明において前提となるシステムは鉄道管理システム990と同様である。鉄道管理システム990と異なるのは、信号処理装置199に変えて信号処理装置100を用いた点のみである。よって、以下、この差異点を中心に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS.
The system which is a premise in the present invention is the same as the
図1は、信号処理装置100の回路構成を示す。信号処理装置100は、位相差検出回路110-1、位相差検出回路110-1、バンドパスフィルタ120-1、バンドパスフィルタ120-2、判定回路130、基準信号生成部140−1、基準信号生成部140−2を含む。信号処理装置100が信号処理装置199と異なるのは、バンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1、バンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1を有する点である。換言すると、信号処理装置100は、信号処理装置199に、バンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1、バンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1からなるバイパス回路を追加したといえる。このバイパス回路は、信号P1、信号P2をそれぞれ信号P1'、信号P2'に補正する機能を有する。なお、判定回路130における動作は鉄道管理システム990と同様である。
FIG. 1 shows a circuit configuration of the
バンドパスフィルタ125−1は、バンドパスフィルタ120-1と同様、f1以外の周波数成分を取り除く。バンドパスフィルタ125−2は、バンドパスフィルタ120-2と同様、周波数f2以外を周波数成分取り除く。補正回路135−1、補正回路135−2は、それぞれ入力された信号を補正して信号P1’、信号P2’として出力する。 The bandpass filter 125-1 removes frequency components other than f1 as with the bandpass filter 120-1. The bandpass filter 125-2 removes frequency components other than the frequency f2 as in the bandpass filter 120-2. The correction circuit 135-1 and the correction circuit 135-2 correct the input signals and output the signals as signals P1 'and P2'.
図2は、センサ800の機能を示す。センサ800は、車輪検出部200および信号処理装置100を含む。車輪検出部200は、鉄道管理システム990と同様である。信号処理装置100は、移動差検出部820と位相補正部830と重なり判定部840とからなる。移動差検出部820は、図1に示す位相差検出回路110-1、位相差検出回路110−2によって実現され、鉄道管理システム990と同じ。重なり判定部840は図1に示す判定回路130によって実現され、鉄道管理システム990と同様である。位相補正部830は、図1に示すバンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1、バンドパスフィルタ125−1、補正回路135−1からなるバイパス回路によって実現され、鉄道管理システム990には存在しない機能である。
FIG. 2 shows the function of the
すなわち、位相補正部830は、同図に示すように、受信用コイル220Aにて検出された、送信用コイル210Bに起因した磁場の変化に基づいて、受信用コイル220Aおいて検出された磁場の変化の期間を補正し、前記受信用コイル220Bにて検出された、送信用コイル210Aに起因した磁場の変化に基づいて、受信用コイル220Bにおいて検出された磁場の変化の期間を補正する。
That is, as shown in the figure, the
より具体的には、図3に示すような補正が行われる。図3の(a)は補正前の信号の例、(b)は補正後の信号の例を示す。
同図(b)に示すように、位相補正部830は、前記受信用コイル220Aが受信用コイル220Bよりも先に磁場の変化を検出した場合、受信用コイル220Aにおいて検出された磁場の位相の変化の期間の終了時点を後ろにシフトさせるとともに、受信用コイル220Bおいて検出された磁場の位相の変化の期間の開始時点を前にシフトさせる。信号P1、信号P2の反転発生順序が逆である場合は、受信用コイル220Bにおいて検出された磁場の位相の変化の期間の終了時点を後ろにシフトさせるとともに、受信用コイル220Aおいて検出された磁場の位相の変化の期間の開始時点を前にシフトさせる。
More specifically, correction as shown in FIG. 3 is performed. 3A shows an example of a signal before correction, and FIG. 3B shows an example of a signal after correction.
As shown in FIG. 5B, when the receiving
換言すると、2つの反転期間に重なりがない場合は、重なりが発生する可能性がある方向に、信号P1および信号P2の両方について、反転期間が拡張される。同図の例では、補正前の2つの信号においては重なり期間がなかったもの、重なりが生じるように補正されている。 In other words, when there is no overlap between the two inversion periods, the inversion period is extended for both the signal P1 and the signal P2 in the direction in which the overlap may occur. In the example shown in the figure, the two signals before correction are corrected so that there is no overlap period, and overlap occurs.
一方の送信用コイル(例えば受信用コイル220A)から出力される信号のシフト量は、他方の送信用コイル(送信用コイル210B)にて発生し、前記一方の受信コイル(受信用コイル220A)にて検出された周波数f2磁場の大きさ(振幅の大きさ)に基づいて設定する。
The shift amount of the signal output from one transmitting coil (for example, the receiving
上記実施例によれば、従来と同じ車輪検出部200を用いたとしても、より小さな径の車輪でも検知することが可能。従って、大きさが異なる車輪が混在する車両が運行される軌道にも、列車の存在および進行方向を把握することができる。また、従来のセンサシステムにバイパス回路を付加するだけなので、一から新しいセンサを製造する場合に比べて、簡単にかつ低コストで実現することができる。
According to the above embodiment, even if the
上記実施例は例示にすぎず、種々の観点から変形することが可能である。
例えば、位相補正部830が補正を行う対象の信号は、信号P1、信号P2の両方ではなく、少なくともいずれかであってもよい。要するに、時間的に先に位相差のずれを検出したものの終点を時間的に後側に拡張する補正処理と、後に検出したものの始点が時間的に前側に拡張する補正処理の少なくともいずれかが実行されればよい。
また、拡張する量(時間の長さ)は、自己や相手の受信コイルの信号強度や反転期間の長さ等、磁場に非依存の、予め定められた量であってもよい。
The above embodiment is merely an example, and can be modified from various viewpoints.
For example, the signal to be corrected by the
Further, the amount to be expanded (the length of time) may be a predetermined amount that is independent of the magnetic field, such as the signal strength of the receiving coil of the subject or the other party or the length of the inversion period.
また、本発明の適用対象は、鉄道車両に限定されず、自動車その他の移動体の進行方向の判定にも適用可能である。 In addition, the application target of the present invention is not limited to a railway vehicle, and can also be applied to the determination of the traveling direction of an automobile or other moving body.
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って本発明は、上記説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
100・・・信号処理装置、110・・・位相差検出回路、130・・・判定回路、125・・・バンドパスフィルタ、135・・・補正回路、120・・・バンドパスフィルタ、140・・・基準信号生成部、300・・・中央管理装置、200・・・車輪検出部、400・・・線路、205・・・送受信回路、210・・・送信用コイル、220・・・受信用コイル、820・・・移動差検出部、830・・・位相補正部、840・・・重なり判定部、800・・・センサ、990・・・鉄道管理システム、199・・・信号処理装置、500・・・車両
DESCRIPTION OF
Claims (4)
各受信コイルにて検出された磁場の位相の変化の期間に重なりが生じるように、少なくともいずれか一方の受信コイルにおける当該期間を拡張する補正手段を有する
センサ。 Two pairs of transmission coils and reception coils that detect an approach of an object by detecting a change in the magnetic field using an alternating current of a predetermined frequency are arranged, and a change in the magnetic field occurs in one reception coil and the other reception coil. A sensor that detects a traveling direction of the object based on a detection order when the detected period is partially common,
The sensor which has a correction means which extends the said period in at least any one receiving coil so that it may overlap in the period of the change of the phase of the magnetic field detected in each receiving coil .
前記一対の送信コイルおよび受信コイルは、それぞれ前記線路を構成する一のレールの両側に設けられる、請求項1記載のセンサ。 The object is a vehicle traveling on a track,
The sensor according to claim 1, wherein the pair of transmission coils and reception coils are provided on both sides of one rail constituting the line.
前記補正手段は、前記一方の受信コイルにて検出された磁場の位相の変化の期間の終了時点を後ろにシフトさせ、前記他方の受信コイルにて検出された磁場の位相の変化の期間の開始時点を前にシフトさせる、
請求項1または2に記載のセンサ。 When the one receiving coil detects a change in the magnetic field before the other receiving coil,
Wherein the correction means, the shifting back the end of the period of variation of one of the detected at the receiving coil a magnetic field in the phase, the start of the detected period of the change in phase of the magnetic field in the other receiver coil Shift the time forward,
The sensor according to claim 1 or 2.
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