(57)【要約】【課題】  鉄道などの輸送機器に搭載される電磁波のドップラ効果を利用した速度計測装置において、計測精度のよい速度計測装置を提供すること。【解決手段】  輸送機器に搭載され、電磁波を固定物の方向に向けて放射し前記固定物から反射される電磁波を受信して前記放射波と前記反射波の周波数差を計測することにより前記固定物を基準とする速度を計測する速度検出部と、前記速度検出部を内部に収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記速度検出部から放射し受信される前記電磁波を透過する透過窓と、を有する速度計測装置において、前記筐体は、前記透過窓あるいは前記透過窓の延長面となす角度が９０度より大きく１８０度未満である傾斜面を前記速度検出部で計測する速度の正方向に有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機器に搭載され、電磁波を固定物の方向に向けて放射し前記固定物から反射される電磁波を受信して前記放射波と前記反射波の周波数差を計測することにより前記固定物を基準とする速度を計測する速度検出部と、前記速度検出部を内部に収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記速度検出部から放射し受信される前記電磁波を透過する透過窓と、を有する速度計測装置において、
前記筐体は、前記透過窓あるいは前記透過窓の延長面となす角度が９０度より大きく１８０度未満である傾斜面を前記速度検出部で計測する速度の正方向に有することを特徴とする速度計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の速度計測装置において、
前記筐体は、前記速度検出部で計測する速度の正方向および逆方向の両方向に前記傾斜面を有することを特徴とする速度計測装置。
【請求項３】
請求項１に記載の速度計測装置において、
前記傾斜面に対向する位置に板を配置し、
前記傾斜面と前記板とで空間を形成したことを特徴とする速度計測装置。
【請求項４】
請求項３に記載の速度計測装置において、
前記空間の前記筐体先端側の開口部は、前記筐体の前記透過窓側の開口部よりも大きいことを特徴とする速度計測装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の速度計測装置において、
前記透過窓または前記透過窓の延長面と前記傾斜面との間に円弧形状を有することを特徴とする速度計測装置。
【請求項６】
請求項５に記載の速度計測装置において、
前記透過窓または前記透過窓の延長面と前記円弧形状とのなす角が１８０度以下であることを特徴とする速度計測装置
【請求項７】
請求項１に記載の速度計測装置において、
前記透過窓または前記透過窓の延長面と前記傾斜面とでなす辺に前記透過窓の延長面に垂直に壁構造を設けたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項８】
請求項７に記載の速度計測装置において、
前記筐体は、前記速度検出部で計測する速度の正方向と逆方向の両方向に前記傾斜面と前記壁構造を設けたことを特徴とする速度計測装置。
【請求項９】
請求項７に記載の速度計測装置において、
前記傾斜面に対向する位置に板を配置し、
前記傾斜面と前記板とで空間を形成したことを特徴とする速度計測装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の速度計測装置において、
前記空間の前記筐体先端側の開口部は、前記筐体の前記透過窓寄り側の開口部よりも大きいことを特徴とする速度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輸送機器の対地速度を非接触的に計測する目的でミリ波帯あるいは準ミリ波帯などの電磁波を地面に向けて放射し反射波の周波数変化量を計測して速度を算出する速度計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車や鉄道車両などの輸送機器における対地速度を検出する方法として、車輪の回転数を計測することで速度を求める方法が一般的に用いられている。しかしながら、本手法は車輪のスリップ時に対地速度を計測できないこと、タイヤの空気の抜けや車輪が削れることなどにより車輪の径が変化すると計測誤差が生じることが知られている。
【０００３】
一方で、ミリ波の連続波を地面に放射してその反射波を受信し、反射波の周波数変化量を計測して対地速度を算出する速度計測装置も知られている。例えば、特許文献１のような技術が知られている。本手法は非接触式であるため、スリップ時も対地速度が計測可能であり、車輪の径の変化の影響も受けない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８４１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電磁波の放射面や受信面に汚損物質や水などが付着すると付着面において電磁波が散乱、吸収されるために反射波の受信強度が低下し、速度の計測性能を低下させてしまう可能性がある。特に、鉄道においては車輪やレールが削れることにより鉄粉が発生する可能性があるが、鉄粉は電磁波を大きく散乱させるため、付着すると速度の計測性能を低下させてしまう可能性が高い。
【０００６】
本発明の目的は、主として鉄道などの輸送機器に搭載される電磁波のドップラ効果を利用した速度計測装置において、計測精度のよい速度計測装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の速度計測装置は、輸送機器に搭載され、電磁波を固定物の方向に向けて放射し前記固定物から反射される電磁波を受信して前記放射波と前記反射波の周波数差を計測することにより前記固定物を基準とする速度を計測する速度検出部と、前記速度検出部を内部に収容する筐体と、前記筐体に設けられ前記速度検出部から放射し受信される前記電磁波を透過する透過窓と、を有する速度計測装置において、前記筐体は、前記透過窓あるいは前記透過窓の延長面となす角度が９０度より大きく１８０度未満である傾斜面を前記速度検出部で計測する速度の正方向に有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、計測精度のよい速度計測装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る速度計測装置の一例
【図２】速度計測装置を鉄道車両に搭載した例
【図３】速度計測部の構成の一例
【図４】本発明に係る速度計測装置の別の一例
【図５】本発明に係る速度計測装置の別の一例
【図６】本発明に係る速度計測装置の別の一例
【図７】本発明に係る速度計測装置の別の一例
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図１から図３を用いて、速度計測装置の構成について説明する。なお、本実施例では７７ＧＨｚ帯の電磁波を用いた速度計測装置を例に取り上げるが、光学式を含む他の周波数を用いた電磁波式の速度計測装置についても同様の構成で実施が可能である。
【００１１】
図１は、速度計測装置３００の構成の一例を示す図である。速度計測装置３００は主として速度計測部１、速度計測部１を速度計測装置３００の筐体に固定する固定台２、空気の流れる方向を偏向させるための傾斜面３０３と傾斜面３０３Ａ、速度計測部１から放射され、かつ電磁波の反射面から反射して戻る電磁波を透過させる透過窓３０４からなる。
【００１２】
この速度計測装置３００は例えば図２に示すように鉄道の車両Ｃの底面Ｓに据付けられ、地面Ｇに対して斜め方向に電磁波Ｍを放射し、地面Ｇからの反射波の周波数変化量０１．を計測して速さを算出する構成となっている。
【００１３】
このうち速度計測装置３００の速度計測部１の構成の一例を図３に示す。速度計測部１は主としてＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１１、アンテナ１３９、レンズ１２、演算回路１３から構成される。このうち、ＭＭＩＣ１１は主として発信器１３４、送信用増幅器１１０、アイソレータ１１９、受信用増幅器１１３、混合器１１２で構成される。アイソレータ１１９にはアンテナ１３９が接続されている。
【００１４】
速度計測部１の動作について以下に説明する。発振器１３４で生成された７７ＧＨｚ帯の高周波信号は送信用増幅器１１０で増幅された後、アイソレータ１１９を介してアンテナ１３９に伝搬されて、アンテナ１３９より空間へ電磁波となって放射される。放射された電磁波はレンズ１２により収束され地面に入射される。地面でミリ波は反射し、また対地との速度に比例してドップラ効果により反射波の周波数が変化する。地面で反射した電磁波はレンズ１２を通じてアンテナ１３９に入射する。アンテナ１３９により受信された信号は、アイソレータ１１９により受信用増幅器１１３に伝搬される。この信号は受信用増幅器１１３により増幅され、混合器１１２で発信器１３４から出力される高周波信号と混合されＩＦ（Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が生成され、演算回路１３に入力される。このＩＦ信号の周波数がドップラ効果による周波数変化の絶対値となる。演算回路１３の動作は主にＡＤ変換器でＩＦ信号をデジタル信号に変換し、このデジタル信号をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理によりＩＦ信号の周波数を求め、速さｖに換算する。なお、速さｖはミリ波の入射方向と速度の逆方向とのなす角をθとすると、
【００１５】
【数１】
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の関係式で表される。ここで、ｃは光速、ｆ０は発振器から出力される信号の周波数、ｆｄはドップラ効果による周波数変化量である。
【００１６】
ここで図１に戻り、車両Ｃが走行すると速度計測装置３００の周囲に車両Ｃの進行方向Ｖとは逆向きに空気の流れＷ１が生じる。進行方向から速度計測装置３００に流れ込む空気の流れＷ１は傾斜面３０３により方向がＷ２へ偏向し、水平部３０５でおおよそ水平方向Ｗ３に空気が流れるようになる。一方、空気の流れＷ１に乗り速度計測装置３００に向かう汚損物質Ｐは空気の流れＷ２により方向が少しずつ地面Ｇ方向に変化するが、空気の流れＷ２の速さと汚損物質Ｐの重量によっては、汚損物質Ｐのもつ慣性により傾斜面３０３に衝突することがある。衝突する、しないにかかわらず、汚損物質Ｐは空気の流れＷ２に乗って傾斜面３０３前面を通過する。通過後、慣性の効果により汚損物質Ｐは水平部３０５に向かわず地面Ｇ方向へ向かう。
【００１７】
この効果により電磁波の伝搬を妨げる汚損物質Ｐが透過窓３０４に到達しにくい構成をとることが可能となり、汚損物の付着による速度の計測性能の低下を防ぎ計測精度のよい速度計測装置を提供できる。さらに、これにより、透過窓３０４の汚損による汚損物質の除去等のメンテナンス回数を低減することも可能となる。
【００１８】
なお、鉄道車両においては一般的には進行方向が上り下りの２方向あるため、水平部３０５の両方向に傾斜面３０３と傾斜面３０３Ａを設けることで、図１の進行方向Ｖと逆向きに車両Ｃが進行しても同様な効果を得ることが可能となっている。
【００１９】
また、汚損物質以外にも雨水などの水でも同様な効果が得られる。なお、透過窓３０４には、電磁波の透過特性に影響のある雨水などを弾く目的ではっ水コーティング処理がなされていてもよい。
【００２０】
さらに、図４に汚損物質や水が透過窓３０４に付着しにくい効果を高めた速度計測装置３１０の構成を示す。本構成は、図１に示した速度計測装置３００に対し、風向制御板３１２を追加した構成となっている。なお、より好ましい構成として、図４に示すように空気の流れＷ１の速さを増すために速度計測装置３１０の開口部３１１の面積を水平部３０５の脇の開口部３１４の面積よりも大きくして、空気の流れＷ２の速さを増加させ、汚損物質Ｐが開口部３１４から飛び出す速さを大きくする構成としてもよい。なお、鉄道の場合は進行方向が上り下りの２方向あるため、図４に示す進行方向Ｖとは逆向きに走行した場合にも対応できるように風向制御板３１２Ａも同様に設置する。
【００２１】
また、図５に汚損物質Ｐや水が透過窓３０４に付着しにくい効果を高めた速度計測装置３３０の構成を示す。本構成は、図４に示した速度計測装置３１０に対し、水平部３０５の両側に円弧形状３３５、３３５Ａを有する構造としている。進行方向がＶに示す矢印方向のとき、開口部３１１から空気が流れ込むことにより、進行方向Ｖとは逆向きの空気の流れＷ１が生じ、傾斜面３０３により方向がＷ２へ偏向する。仮に、開口部３１１から汚損物質Ｐが取り込まれると、汚損物質Ｐは空気の流れＷ２により開口部３１４より地面方向に飛ばされる。また、傾斜面３０３の先端部３３７では、空気の流れＷ２が円弧形状３３５の内側の空気を吸い出し、円弧形状３３５に沿って空気の流れＷＲ３が生じる。空気の流れＷＲ３が生じることにより透過窓３０４の表面には進行方向に向かって空気の流れＷＲ２が生じ、この空気の流れＷＲ２により円弧形状３３５Ａの内側に空気の流れＷＲ１が生じる。また、開口部３１４から流れ出た空気の流れＷ３の一部が円弧形状３３５Ａ内側に流れ込む。結果として、透過窓３０４前面には空気の流れＷ３、ＷＲ１、ＷＲ２とＷＲ３による渦が生じる。この空気の渦は汚損物質Ｐの少ない状態となるので、汚損物質Ｐが透過窓３０４に到達しにくい構成となる。
【００２２】
さらに、図５に示した速度計測装置３３０の別例として図６に示す速度計測装置３４０の構成としてもよい。この構成は円弧形状３４５、３４５Ａの中心角を９０°以上として、弧と水平部３０５とがなす角を１８０°以下とした構成である。円弧形状３４５Ａと水平部３０５とのなす先端部３４８Ａが劣角であるために、仮に円弧形状３４５Ａに汚損物資が入り込んでも、円弧形状３４５Ａに生じる空気の流れＷＲ１が汚損物質に遠心力を与えるので、汚損物質は先端部３４８Ａから透過窓３０４に到達しにくい。
【００２３】
また、図７に示す速度計測装置３５０の構成のように垂直壁３５３と水平部３０５とで形成される角部に凸構造３５５を設ける構成としてもよい。進行方向がＶに示す矢印方向のとき、進行方向Ｖとは逆向きの空気の流れＷ１により、垂直壁３５３に衝突した汚損物質Ｐが垂直壁３５３に付着しなかった場合は空気の流れＷ２に乗って地面方向に向かう。汚損物質が垂直壁３５３に付着した場合は、垂直壁３５３伝いに地面方向に落ち、凸構造３５５先端部で空気の流れにより汚損物質Ｐが飛ばされる構成となっている。この効果をより高めるために風向制御板３５２を追加する構成としてもよい。透過窓３０４を含む水平部３０５は内側に入り込んでいる構造のため汚損物質Ｐが透過窓３０４に到達しにくい構成となっている。なお、進行方向Ｖが逆向きの場合にも対応するために、垂直壁３５３Ａ、凸構造３５５Ａ、風向制御板３５２Ａを追加する。なお、図７の構成において、垂直壁３５３、３５３Ａは水平部３０５と必ずしも垂直である必要は無い。
【００２４】
なお、上記に示した実施例は鉄道分野のみならず、エレベータや建設機械、農機具などもふくむさまざまな輸送機器分野でも利用が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１  速度計測部
３００、３１０、３３０、３４０、３５０  速度計測装置
３０３、３０３Ａ  傾斜面
３０４  透過窓
３０５  水平部
３１２、３１２Ａ、３２２、３２２Ａ、３５２  風向制御板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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