JP6506122B2 - レール検査装置、および、レール検査システム - Google Patents

レール検査装置、および、レール検査システム Download PDF

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Description

本発明は、車両（鉄道車両等）用のレールの劣化を検査する技術に関する。
例えば、鉄道車両用のレール（以下、鉄道レールと称する。）は、走行する鉄道車両から負荷がかかるため、劣化（傷）が発生しているか否かを定期的に検査する必要がある。
検査としては、例えば、超音波プローブを用いた探傷検査がある。しかし、この探傷検査は、種々の問題がある。まず、原理上、鉄道レールに水を噴きつけながら計測を行うため、水タンク容量の制約により、長時間の検査ができない。また、鉄道レールに超音波プローブを近接（ほぼ接触）して使用するため、レール探傷車で検査する場合でも検査速度を速くできない（最大でも４０ｋｍ／ｈ程度）。また、鉄道レールにおける内部傷の検出には適しているが、表面傷の検出には適していない。
また、改良技術として、特許文献１では、励磁コイルから発生する交流磁場を鉄道レールに加えて渦電流を発生させ、励磁コイルの両サイドに配置された二つの検出コイルで検出する鉄道レールの渦電流に基づく変動誘起電圧の振幅の変化に基づいて鉄道レールにおける傷を特定する技術が開示されている。
特開２０１４−１０２１９７号公報
しかしながら、特許文献１の技術では、レール探傷車で検査する場合には、レール探傷車の振動(縦揺れ)により、各コイルと鉄道レールの距離が変化し、その距離の変化量の２乗のオーダで変動誘起電圧にノイズが発生することにより、高ＳＮ比(signal-noise ratio)を実現できないという問題がある。
そこで、本発明は、高ＳＮ比で、車両用のレールの劣化を検査することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明は、車両用のレールの劣化に関する検査データを生成するレール検査装置であって、検査対象の前記レールと対向する面に、互いに逆向きの交流磁場を発生する第１発振コイル、第２発振コイルと、前記第１発振コイルと前記第２発振コイルの中間またはその近傍に位置し、前記第１発振コイルおよび前記第２発振コイルから受けた磁場に基づく磁場波形を前記検査データとして出力する受信コイルと、を含むセンサ部を複数備え、複数の前記センサ部として、少なくとも、前記レールの伸長方向に対して、平行な方向に配置されたセンサ部と、垂直な方向に配置されたセンサ部と、斜めの方向に配置されたセンサ部と、を備えることを特徴とする。その他の手段については後記する。
本発明によれば、高ＳＮ比で、車両用のレールの劣化を検査することができる。
２つの発振コイルと１つの受信コイルを用いて検査対象の劣化に関する検査データを生成する原理の説明図である。 検査対象に傷がある場合の受信コイルに鎖交する磁束の向きの説明図である。 図２の場合の受信コイルに鎖交する磁束Φと傷の位置との関係を示すグラフである。 鉄道レールの上面に対向する位置に検出装置を配置した様子を示す図である。 センサ部が１つ（１チャンネル）の場合のレール検査システムの全体構成を示すブロック図である。 評価装置による鉄道レールの劣化箇所を特定する検査処理を示すフローチャートである。 センサ部が複数（マルチチャンネル）の場合のレール検査システムの全体構成を示すブロック図である。 検出装置の構成例を示す図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＡ方向からみた上面図である。 検出装置の他の構成例を示す図であり、（ａ）は斜視図で、（ｂ）は（ａ）のＢ方向からみた上面図である。 鉄道レールの継ぎ目の位置に基づいて傷のレール伸長方向位置を特定する方法の説明図である。 レール探傷車走行時の振動(縦揺れ)による傷の検出精度低下を回避する第１の方法の説明図である。 レール探傷車走行時の振動(縦揺れ)による傷の検出精度低下を回避する第２の方法の説明図である。 （ａ）は、鉄道レールの表面の傷を検出するための、コイル間距離が短いセンサ部の模式図である。（ｂ）は、鉄道レールの内部の傷を検出するための、コイル間距離が長いセンサ部の模式図である。 検査データのｃｏｓ成分とｓｉｎ成分を座標平面上にプロットした軌跡を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、図１を参照して、２つの発振コイルと１つの受信コイル（以下、「３つのコイル」と称する場合がある。）を用いて検査対象（例えば鉄道レール）の劣化に関する検査データを生成する原理について説明する。
図１に示すように、本実施形態では、検査対象Ｍと対向する位置に、発振コイル（１）（第１発振コイル）、受信コイル、発振コイル（２）（第２発振コイル）を、例えば、検査対象Ｍの伸長方向（図１の横方向）に一列に配置する。
発振コイル（１）、発振コイル（２）は、互いに逆向きの交流磁場を発生する。
受信コイルは、発振コイル（１）と発振コイル（２）の中間に位置し、発振コイル（１）および発振コイル（２）から受けた磁場に基づく磁場波形を検査データとして出力する。
発振コイル（１）から発生した磁力線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、検査対象Ｍを通過するが、検査対象Ｍから漏れて発振コイル（１）に戻る。このとき、発振コイル（１）に戻る磁力線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の大きさは、検査対象Ｍの断面積や、高さｈ（検査対象Ｍから発振コイル（１）までの距離）に依存する。また、発振コイル（１）から近いほど磁力は強いので、磁力線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の強さの大小関係は、Ｂ１＞Ｂ２＞Ｂ３となる。
同様に、発振コイル（２）から発生した磁力線Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３は、検査対象Ｍを通過するが、検査対象Ｍから漏れて発振コイル（２）に戻る。また、磁力線Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３の強さの大小関係は、Ｂ１１＞Ｂ１２＞Ｂ１３となる。
ここで、図１の上向きの方向を磁力のプラスの方向とする。また、発振コイル（１）と発振コイル（２）が発生する交流磁場の強さは同等であるものとする。また、以下では、ある瞬間に、発振コイル（１）から発生する磁場は自身の内部を下向きに通過する方向に発生し、発振コイル（２）から発生する磁場は自身の内部を上向きに通過する方向に発生する場合を考える。
このとき、発振コイル（１）と受信コイルの間の位置では、磁力線Ｂ１と磁力線Ｂ１３が相殺し合うが、磁力線Ｂ１のほうが強いので（Ｂ１＋Ｂ１３＞０）、上向きの磁力線が残る。
また、発振コイル（２）と受信コイルの間の位置では、磁力線Ｂ３と磁力線Ｂ１１が相殺し合うが、磁力線Ｂ１１のほうが強いので（Ｂ３＋Ｂ１１＜０）、下向きの磁力線が残る。
また、受信コイルでは、磁力線Ｂ２と磁力線Ｂ１２が相殺し合い、磁力線Ｂ２と磁力線Ｂ１２の強さは同等なので（Ｂ２＋Ｂ１２＝０）、磁力線は残らない。したがって、検査対象Ｍが正常であれば（傷等の劣化がなければ）、受信コイルには電流が発生しない。
ここで、図２を参照して、検査対象Ｍに傷がある場合について説明する。以下では、受信コイルに鎖交する磁束をΦと表す。
図２（ａ）に示すように、検査対象Ｍにおいて発振コイル（１）と受信コイルの間の位置に傷があると、発振コイル（１）から発生して検査対象Ｍ内を通過している磁力線は傷から多く上向きに出てしまうので、磁束Φ＜０となる。
また、図２（ｂ）に示すように、検査対象Ｍにおいてと受信コイルの真下の位置に傷があると、磁束Φ＝０となる。
また、図２（ｃ）に示すように、検査対象Ｍにおいて受信コイルと発振コイル（２）の間の位置に傷があると、磁束Φ＞０となる。
このとき、受信コイルに鎖交する磁束Φと傷の位置（基準は受信コイルの中心）との関係は、おおよそ図３に示すようになる。
したがって、受信コイルから出力される電流（磁場波形）の経時的変化に基づいて、検査対象Ｍにおける傷等の劣化箇所を特定することができる。つまり、検査対象Ｍの劣化箇所では、受信コイルから出力される磁場波形が大きく変動する（例えば図１０（ａ）参照）。よって、このように、発振コイル（１）（２）からの互いに逆向きの交流磁場が受信コイルの位置で相殺しあうような構成、原理に基づくことで、高ＳＮ比で、検査対象Ｍの劣化に関する検査データを生成することができる。
なお、発振コイル（１）（２）それぞれが発生する交流磁場の強さが同等であるものとすると、受信コイルの位置がそれらの中間からどちらかにずれると、検査対象Ｍが正常であっても（傷等の劣化がなくても）、受信コイルに鎖交する磁束Φは０にならない。しかし、受信コイルの位置がそれらの中間からどちらかにずれている場合であっても、受信コイルから出力される電流の増幅や処理の限界の範囲内であれば、発振コイル（１）と発振コイル（２）が発生する交流磁場の一方が他方よりも強くなるように調整して対応する（磁束Φ＝０にする）ことができる。したがって、受信コイルは、必ずしも発振コイル（１）と発振コイル（２）の厳密な中間に配置されていなくてもよく、中間の近傍に配置されていてもよい。また、受信コイルの位置のそれらの中間からのずれが微少である場合は、発振コイル（１）と発振コイル（２）が発生する交流磁場の強さが同等なまま（磁束Φ≒０）でも、有効な検査データを得ることができる。
なお、図１、図２（ｂ）において、受信コイルでは磁束がゼロ（Ｂ２＋Ｂ１２＝０、磁束Φ＝０）であるものとしたが、実際の検査では、周辺環境によって、厳密にゼロにならないこともあり、その場合は受信コイルに電流が流れる。つまり、図１０（ａ）に示すように、受信コイルからのセンサ出力Ｓには恒常的にオフセット（ゼロからのずれ）が発生する。ここで、図１０（ａ）に示すセンサ出力Ｓは、実際のセンサ出力を２乗処理した場合の模式図である。しかし、受信コイルからのセンサ出力に恒常的にオフセットが発生する場合でも、発振コイル（１）、発振コイル（２）による磁束が受信コイル部分で相殺しあうことには変わりなく、発振コイルが１つのときに比べて、受信コイルでの磁束はゼロに近いと言える。また、検査対象Ｍに傷があるか否かで受信コイルでの磁束の変化の仕方が異なる点も変わりなく、３つのコイルを用いて検査対象Ｍの傷を高ＳＮ比で特定できる。
次に、鉄道レールの上面に対向する位置に、３つのコイルを含む検出装置を配置した様子について説明する。例えば、図４に示すように、３つのコイルを含む検出装置２（レール検査装置）が鉄道レールＲＲの上面に対向する位置に配置される。この検出装置２は、例えば、レール探傷車の車外の底部に取り付けられる。
そして、レール探傷車を鉄道レールＲＲに沿って走行させると、鉄道レールＲＲの劣化（傷）箇所では、受信コイルから出力される磁場波形が大きく変動することによって、劣化に関する検査データを生成することができる。
次に、本実施形態に係るレール検査システムの全体構成について説明する。図５に示すように、車両用のレールの劣化に関する検査を行うレール検査システム１は、検出装置２と、処理装置３と、を含んで構成される。なお、図５に示すレール検査システム１は、図７に示すセンサ部２１が複数（マルチチャンネル）のレール検査システム１ａと比較して、センサ部２１が１つ（１チャンネル）である点で相違している。
検出装置２は、鉄道レールＲＲの劣化に関する検査データを生成する装置であり、センサ部２１と、増幅・フィルタ部２２と、を備え、例えばレール探傷車の車外の底部に設置される。
センサ部２１は、検査対象の鉄道レールＲＲと対向する面に、鉄道レールＲＲの伸長方向に沿って一列に配置された、互いに逆向きの交流磁場を発生する発振コイル（１）（２）２１１と、発振コイル（１）（２）２１１の中間またはその近傍に位置し、発振コイル（１）（２）２１１から受けた磁場に基づく磁場波形を検査データとして出力する受信コイル２１２と、を備える（図４参照）。
なお、発振コイル（１）（２）２１１は、図４に示す発振コイル（１）、発振コイル（２）に対応するものであり、以下、符号「２１１」の記載を省略する場合がある。また、受信コイル２１２は、図４に示す受信コイルに対応するものであり、以下、符号「２１２」の記載を省略する場合がある。
増幅・フィルタ部２２は、受信コイルから受けた出力信号を、増幅およびフィルタ処理して、処理装置３の検波部３４に送信する。
処理装置３は、増幅部３１、デジタルアナログ変換部３２、発振部３３、検波部３４、アナログデジタル変換部３５、メモリ部３６、データ通信部３７、電源３８、および、評価装置４を備え、例えばレール探傷車の車内に設置される。
発振部３３は、所定周期（例えば２０ｋＨｚ）でデジタル発振信号を送出する。
デジタルアナログ変換部３２は、発振部３３から受けたデジタル発振信号をアナログの交流電流に変換する。
増幅部３１は、デジタルアナログ変換部３２から受けた交流電流を増幅し、その増幅した交流電流を発振コイル(１)(２)に流す。
交流電流が流れた発振コイル（１）（２）は、互いに逆向きの交流磁場を発生させる。なお、発振コイル（１）、発振コイル（２）に互いに逆向きの交流磁場を発生させるには、例えば、それぞれのコイルの巻回方向を逆向きにしておけばよい。
発振コイル（１）（２）から受けた交流磁場に基づいて受信コイルが出力した出力信号（磁場波形）は、増幅・フィルタ部２２で増幅、フィルタ処理され、検波部３４に入力される。
検波部３４は、発振部３３からの参照信号を用いて全波整流処理およびフィルタ処理（主に、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）による処理）を行う。
アナログデジタル変換部３５は、検波部３４から受けたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
アナログデジタル変換部３５によって変換されたデータ（デジタル信号）は、メモリ部３６に記憶され、データ通信部３７から評価装置４に出力される。
電源３８は、レール検査システム１内の各構成に電力を供給する。
次に、評価装置４について説明する。評価装置４は、検出装置２から受信した検査データに基づいて鉄道レールの劣化箇所を特定する検査処理を実行するコンピュータ装置である。評価装置４は、データ入力部４１と、制御部４２と、データ処理部４３と、出力処理部４４と、操作入力部４５と、表示部４６と、記憶部４７と、を備える。なお、本実施形態において、検査データとは、検出装置２の受信コイルから評価装置４のデータ入力部４１に到るまでのすべての段階のデータが該当するものとする。
データ入力部４１は、データ通信部３７から出力信号（検査データ）を入力する。
制御部４２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、などによって構成され、データの受け渡しや演算処理などの制御を行う。
データ処理部４３は、出力信号（検査データ）に基づいて、検査処理を行う（詳細は後記）。検査結果等の情報は適宜、記憶部４７に格納される。
出力処理部４４は、検査結果等を表示部４６にグラフやテーブルの形式を適宜用いて視覚的に理解しやすい表示形式で表示させるための処理を行う。
操作入力部４５は、キーボード、マウスなどの情報入力手段である。
表示部４６は、検査結果などを表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイなどである。
記憶部４７は、データ処理部４３が処理したデータなどを保存する。
なお、データ処理部４３、出力処理部４４は、記憶部４７に格納されたプログラムやデータを制御部４２にロードして、演算処理を実行することによって実現される。
次に、図６を参照して、評価装置４のデータ処理部４３による検査処理について説明する（適宜図５等も参照）。
まず、データ処理部４３は、検査データを記憶部４７から取得する（ステップＳ１）。なお、ここで、検査データにおける前記したオフセットを調整するオフセット調整処理などを行ってもよい。
次に、データ処理部４３は、所定時間幅（例えば０．５ｍｓ〜１００ｍｓ程度）ごとに以下のステップＳ３〜ステップＳ５の処理を繰り返す（ステップＳ２〜ステップＳ６）。
データ処理部４３は、所定時間幅の検査データについて、基準範囲をはずれた波形値があるか否かを判定し（ステップＳ３）、Ｎｏの場合は正常と判定し（ステップＳ４）、Ｙｅｓの場合は異常と判定する（ステップＳ５）。
ステップＳ２〜ステップＳ６の処理が検査データ全体について終了すると、データ処理部４３は、検査結果を表示部４６に表示する（ステップＳ７）。
次に、図７を参照して、センサ部２１が複数（マルチチャンネル）のレール検査システム１ａの構成について説明する。以下では、図５に示すレール検査システム１との相違点を中心に説明し、その他の説明を適宜省略する。
レール検査システム１ａでは、レール探傷車の車外の底部に設置される検出装置２ａにおいて、Ｎ個（１〜Ｎチャンネル）のセンサ部２１が設けられている。また、それに付随して、検出装置２ａの増幅・フィルタ部２２と、処理装置３の増幅部３１、検波部３４も、Ｎ個ずつ設けられている。
デジタルアナログ変換部３２は、発振部３３から受けたデジタル発振信号をアナログの交流電流に変換し、Ｎ個の増幅部３１に送る。
Ｎ個の増幅部３１は、それぞれ、各チャンネル用励磁信号（交流電流）を、対応する発振コイル(１)(２)２１１に送る。
各受信コイルは、各チャンネル用検出信号（出力信号（磁場波形））を、増幅・フィルタ部２２を介して、対応する検波部３４に送る。
アナログデジタル変換部３５は、各検波部３４から受けた各チャンネル用計測信号（アナログ信号）を各チャンネル用収集データ（デジタル信号）に変換してメモリ部３６に記憶させる。
評価装置４は、各チャンネル用収集データ（検査データ）それぞれについて、鉄道レールの劣化箇所を特定する検査処理（図６の処理）を実行する。
レール検査システム１ａによれば、センサ部２１が複数（マルチチャンネル）であることで、より高精度に鉄道レールＲＲの劣化検査を行うことができる。以下、検出装置２ａの具体的な構成例を挙げて説明する。
図８（ａ）（ｂ）に示すように、４個のセンサ部２１ａ（２１）〜２１ｄ（２１）を備える検出装置２ａが鉄道レールＲＲの上面に対向する位置に配置される。この検出装置２ａは、例えば、レール探傷車の車外の底部に取り付けられる。
センサ部２１ａは、鉄道レールＲＲの伸長方向に平行に配置されている。
センサ部２１ｂは、鉄道レールＲＲの伸長方向に垂直に配置されている。
センサ部２１ｃは、鉄道レールＲＲの伸長方向に対して斜め４５度に配置されている。
センサ部２１ｄは、鉄道レールＲＲの伸長方向に対して逆斜め４５度に配置されている。
このように、検出装置２ａによれば、それぞれの幅が鉄道レールＲＲの幅よりも小さいセンサ部２１ａ〜２１ｄを用いても、図８のように異なる方向に配置することで、鉄道レールＲＲ上のどのような幅方向位置、形状の傷であっても高精度で検出することができる。ただし、複数のセンサ部２１の個数や配置状態は、このセンサ部２１ａ〜２１ｄの個数（４個）や配置状態（図８（ｂ））に限定されない。
次に、検出装置２の他の具体的な構成例について説明する。図９（ａ）（ｂ）に示すように、検出装置２ｂは、鉄道レールＲＲの幅をカバーする大型の発振コイル（１）、発振コイル（２）と、鉄道レールＲＲの幅方向に並列配置されたＮ個の独立した受信コイルを備える。この検出装置２ｂは、例えば、レール探傷車の車外の底部に取り付けられる。なお、この検出装置２ｂの場合、レール検査システムの構成は、図７に示すレール検査システム１ａと比べると、発振コイル（１）、発振コイル（２）が１組で、そのために増幅部３１も１つになる点で相違するが、その他は同様であるので、図示を省略する。
図９（ａ）（ｂ）に示す検出装置２ｂを用いると、鉄道レールＲＲ上に傷がある場合、その傷の鉄道レールＲＲにおける幅方向位置に対応する受信コイルは、その傷によって出力信号に影響を受ける。これにより、鉄道レールＲＲ上のどの幅方向位置の傷であっても高精度で検出できるとともに、その幅方向位置を特定できる。また、発振コイル（１）、発振コイル（２）、増幅部３１が１つずつで済むので、回路規模を小さくすることができ、省電力、低コスト、コンパクト化を実現できる。
以下の図１０〜図１４を参照して説明する技術内容は、図５に示すレール検査システム１、図７に示すレール検査システム１ａ、図８の検出装置２ａや図９の検出装置２ｂに対応するレール検査システムのいずれにも共通の方法である。
図１０を参照して、傷を検出した場合に、その傷の鉄道レールＲＲの伸長方向位置（以下、「レール伸長方向位置」とも称する。）を特定する方法について説明する。
受信コイルからの出力信号は、例えば、図１０（ａ）に示すように、センサ出力Ｓを縦軸とし、測定時間（測定時刻）Ｔを横軸としてグラフ表示される。図１０（ａ）において、Ｐ１〜Ｐ５は、傷による信号である。しかし、このグラフ表示では、傷のレール伸長方向位置はわからない。
そこで、鉄道レールＲＲの繋ぎ目による信号を利用する。図１０（ｂ１）に示すように、鉄道レールＲＲには、一般に、製造等の都合により、一定間隔（Ｌ）ごとに繋ぎ目が存在する。この繋ぎ目のレール伸長方向位置は既知である。そして、図１０（ｂ２）に示すように、繋ぎ目によるセンサ出力ＳであるＰ１１，Ｐ１５は、傷によるセンサ出力ＳであるＰ１２〜Ｐ１４よりも有意に大きいことがわかっている。また、Ｐ１１からＰ１５までの時間をＴＬとする。
また、図１０（ｂ３）に示すように、ＬとＴＬを利用することで、電車（レール探傷車）速度Ｖと測定時間Ｔの関係がわかる。また、図１０（ｂ４）に示すように、その関係を積分処理すれば、移動距離Ａと測定時間Ｔの関係を得ることができる。
そして、図１０（ａ）に示すセンサ出力Ｓと測定時間Ｔの関係と、図１０（ｂ４）に示す移動距離Ａと測定時間Ｔの関係とを組み合わせることで、図１０（ｃ）に示すように、センサ出力Ｓと移動距離Ａ（レール伸長方向位置）の関係を得ることができる。
このようにして、鉄道レールＲＲの繋ぎ目のレール伸長方向位置の情報を用いることで、鉄道レールＲＲの傷のレール伸長方向位置を特定することができる。
次に、図１１を参照して、レール探傷車走行時の振動(縦揺れ)による傷の検出精度低下を回避する第１の方法について説明する。なお、図１〜図３で説明した本実施形態の傷の検出原理によれば、発振コイル（１）（２）からの互いに逆向きの交流磁場が受信コイルの位置で相殺しあうことで、レール探傷車で検査する場合でも、レール探傷車の振動(縦揺れ)によるノイズの影響を元々受けにくいが、ここではさらなる改良について説明する。
図１１（ａ）（ｂ１）に示すように、レール探傷車が移動（走行）すると、振動(縦揺れ)により、レール探傷車の車外の底部に取り付けられた検出装置２（センサ部２１）と鉄道レールＲＲの上面との距離に変動が発生する。
図１１（ｂ２）に示すように、そのような振動(縦揺れ)がなくてセンサ出力Ｓにおけるオフセットが一定になるのが理想的である。そうすれば、傷による出力信号を容易に特定できる。
しかし、図１１（ｂ３）に示すように、実際には振動(縦揺れ)があるので、センサ出力Ｓにおけるオフセットが変動する。そうすると、傷による出力信号を容易に特定できなくなる。
そこで、以下で詳述するように、信号Ｘと信号Ｒ（＝√（Ｘ２＋Ｙ２））を比較すると、傷に対応する部分のみ波形が相違し、それ以外の部分の波形は同じである、という性質を利用して、センサ出力Ｓから傷の部分を特定する。
ここで、図１１（ｃ）に示すように、信号Ｘは、入力信号（受信コイル出力）における、励磁磁場（発振コイル（１）（２）により励磁された磁場）と同期した成分（Ｃｏｓ成分。位相差０°）である。具体的には、まず、位相比較器３４２は、受信コイル出力と、発振出力を受けた成分分解器３４１からの０°位相情報と、を受け、受信コイル出力におけるＣｏｓ成分を出力する。その出力は、ローパスフィルタ回路３４４を通過し、信号Ｘとしてゲイン調節部５１と演算回路３４６に入力される。
また、信号Ｙは、入力信号（受信コイル出力）における、励磁磁場に対して９０度位相シフトした成分（Ｓｉｎ成分。位相差９０°）である。具体的には、まず、位相比較器３４３は、受信コイル出力と、発振出力を受けた成分分解器３４１からの９０°位相情報と、を受け、受信コイル出力におけるＳｉｎ成分を出力する。その出力は、ローパスフィルタ回路３４５を通過し、信号Ｙとして演算回路３４６に入力される。
また、信号Ｒ（＝√（Ｘ２＋Ｙ２））は、受信コイル出力の振幅値を表し、信号Ｘと信号Ｙを入力した演算回路３４６によって生成される。演算回路３４６によって生成された信号Ｒは、ゲイン調節部５２に入力される。
そして、図１１（ｄ）に示す信号Ｘのグラフと、図１１（ｅ）に示す信号Ｒのグラフと、を比較すればわかるように、それらは傷に対応する部分のみ波形が相違し（符号６１、符号６２）、それ以外の部分の波形は同じである。なお、信号Ｘと信号Ｒはスケールが異なるので、ゲイン調節部５１、ゲイン調節部５２においてそれらのスケールが合うようにゲイン調節を行う。ゲイン調節後の信号Ｘと信号Ｒに基づいて差動部５３で差分信号（Ｒ−Ｘ）を生成すると、傷に対応する部分のみ値がゼロから大きくはずれているので、傷を特定することができる。
次に、図１２を参照して、レール探傷車走行時の振動(縦揺れ)による傷の検出精度低下を回避する第２の方法について説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は、図１１（ｃ）〜（ｅ）に対応した図である。第１の方法では信号Ｘと信号Ｒ（＝√（Ｘ２＋Ｙ２））を比較したが、第２の方法では信号Ｘと信号Θ（＝ａｔａｎ（Ｙ／Ｘ））を比較する。以下、図１１の説明と重複する説明は適宜省略する。
信号Θは、参照信号（図５、図７の発振部３３から出力）に対する入力信号の位相差を表し、信号Ｘと信号Ｙを入力した演算回路３４７によって生成される。演算回路３４７によって生成された信号Θは、ゲイン調節部５４に入力される。また、ゲイン調節部５５には信号Ｘが入力される。
図１２（ｂ）に示す信号Ｘのグラフと、図１２（ｃ）に示す信号Θのグラフと、を比較すればわかるように、それらは傷に対応する部分のみ波形が相違し（符号６３、符号６４）、それ以外の部分の波形は同じである。なお、信号Ｘと信号Θはスケールが異なるので、ゲイン調節部５４、ゲイン調節部５５においてそれらのスケールが合うようにゲイン調節を行う。ゲイン調節後の信号Ｘと信号Θに基づいて差動部５６で差分信号（Ｘ−Θ）を生成すると、傷に対応する部分のみ値がゼロから大きくはずれているので、傷を特定することができる。
次に、図１３を参照して、コイル間距離と、検出する傷の深さ位置との関係について説明する。ここで、コイル間距離とは、発振コイル（１）（または発振コイル（２））の中心から受信コイルの中心までの距離を指す。
図１３（ａ）に示すように、レールの表面の劣化を検出するためのセンサ部は、コイル間距離を第１の距離とする。第１の距離は、センサ部と鉄道レールＲＲとの距離や、鉄道レールＲＲの材質、断面形状等によって変わるので、実験により求めることができる。
また、図１３（ｂ）に示すように、レールの内部の劣化を検出するためのセンサ部は、コイル間距離を、第１の距離よりも大きい第２の距離とする。この第２の距離も、実験により求めることができる。
このように、コイル間距離の異なるセンサ部を使い分けることで、レール表面の傷と、レール内部の傷とを区別して検出することができる。
次に、図１４を参照して、傷のサイズを把握するための表示について説明する。図１４に示すように、前記した信号Ｘと信号Ｙとに基づく軌跡を座標平面上に表示する。傷なしの場合、軌跡は点状になる。傷ありの場合、軌跡は例えば８の字型になる。そして、その８の字型の軌跡が大きいほど傷サイズが大きいので、この表示を見た者は傷のサイズを容易に把握することができる。
このように、本実施形態の検出装置２（２ａ、２ｂ）によれば、検査対象のレールと対向する面に発振コイル（１）、受信コイル、発振コイル（２）をこの順で配置したセンサ部２１を用い、発振コイル（１）（２）から互いに逆向きの交流磁場を発生させ、受信コイルから磁場波形を検査データとして出力することにより、高ＳＮ比で、車両用のレールの劣化を検査することができる。
また、評価装置４が、検出装置２から受信した検査データに基づいて検査処理を実行することによって、鉄道レールＲＲの劣化箇所を特定することができる。
また、本実施形態によるその他の構成、作用効果等は、前記した通りである。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限定されるものではない。
例えば、図８におけるセンサ部２１ｃの鉄道レールＲＲの伸長方向に対する斜め角度は、４５度でなくても３０度等、他の角度であってもよい。図８におけるセンサ部２１ｄについても同様である。
その他、具体的な構成について、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
１、１ａ レール検査システム
２、２ａ、２ｂ 検出装置（レール検査装置）
３ 処理装置
４ 評価装置
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ センサ部
２２ 増幅・フィルタ部
３１ 増幅部
３２ デジタルアナログ変換部
３３ 発振部
３４ 検波部
３５ アナログデジタル変換部
３６ メモリ部
３７ データ通信部
３８ 電源
４１ データ入力部
４２ 制御部
４３ データ処理部
４４ 出力処理部
４５ 操作入力部
４６ 表示部
４７ 記憶部
２１１ 発振コイル（１）（２）
２１２ 受信コイル
Ｍ 検査対象
ＲＲ 鉄道レール

Claims (6)

  1. 車両用のレールの劣化に関する検査データを生成するレール検査装置であって、
    検査対象の前記レールと対向する面に、互いに逆向きの交流磁場を発生する第１発振コイル、第２発振コイルと、前記第１発振コイルと前記第２発振コイルの中間またはその近傍に位置し、前記第１発振コイルおよび前記第２発振コイルから受けた磁場に基づく磁場波形を前記検査データとして出力する受信コイルと、を含むセンサ部を複数備え、
    複数の前記センサ部として、少なくとも、前記レールの伸長方向に対して、平行な方向に配置されたセンサ部と、垂直な方向に配置されたセンサ部と、斜めの方向に配置されたセンサ部と、を備える
    ことを特徴とするレール検査装置。
  2. 複数の前記センサ部は、
    前記レールの表面の劣化を検出するために、前記第１発振コイルまたは前記第２発振コイルの中心から、前記受信コイルの中心まで、第１の距離だけ離れているセンサ部と、
    前記レールの内部の劣化を検出するために、前記第１発振コイルまたは前記第２発振コイルの中心から、前記受信コイルの中心まで、前記第１の距離よりも大きい第２の距離だけ離れているセンサ部と、を含んでいる
    ことを特徴とする請求項１に記載のレール検査装置。
  3. 請求項１または２に記載のレール検査装置と、
    前記レール検査装置から受信した前記検査データに基づいて、前記レールの劣化箇所を特定する検査処理を実行する評価装置と、を備え、
    前記評価装置は、前記検査データに基づいて、前記レールに存在する前記レールの繋ぎ目のレール伸長方向位置を特定し、当該特定した前記繋ぎ目のレール伸長方向位置によって、前記レールの劣化箇所のレール伸長方向位置を特定する
    ことを特徴とするレール検査システム。
  4. 請求項１または２に記載のレール検査装置と、
    前記レール検査装置から受信した前記検査データに基づいて、前記レールの劣化箇所を特定する検査処理を実行する評価装置と、を備え、
    前記評価装置は、前記検査データに基づいて、
    前記検査データのｃｏｓ成分の波形と、
    前記検査データのｃｏｓ成分の２乗およびｓｉｎ成分の２乗の和の平方根の波形と、を比較し、
    それらの波形の異なる部分を、前記レールの劣化箇所として特定する
    ことを特徴とするレール検査システム。
  5. 請求項１または２に記載のレール検査装置と、
    前記レール検査装置から受信した前記検査データに基づいて、前記レールの劣化箇所を特定する検査処理を実行する評価装置と、を備え、
    前記評価装置は、前記検査データに基づいて、
    前記検査データのｃｏｓ成分の波形と、
    ａｔａｎ（前記検査データのｓｉｎ成分／ｃｏｓ成分）の波形と、を比較し、
    それらの波形の異なる部分を、前記レールの劣化箇所として特定する
    ことを特徴とするレール検査システム。
  6. 請求項１または２に記載のレール検査装置と、
    前記レール検査装置から受信した前記検査データに基づいて、前記レールの劣化箇所を特定する検査処理を実行する評価装置と、を備え、
    前記評価装置は、前記検査データに基づいて、
    前記検査データのｃｏｓ成分を一方の軸とし、前記検査データのｓｉｎ成分を他方の軸として座標平面上に軌跡を表示する
    ことを特徴とするレール検査システム。
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