(57)【要約】【課題】  測定作業を自動化して安全で測定精度の高い軸応力測定を実現するロングレール軸応力測定装置を提供する。【解決手段】  レールＲに貼り付けられた軸圧センサ１を有し、軸応力値を収集してロングレール管理を行うデータ収集装置３を有するロングレール軸応力測定装置において、軸圧センサ１は歪みゲージセンサｇおよび温度センサより成り、軸圧変換器２は、検出値測定ブリッジ回路２５、ソーラーパネル２４と、ソーラーパネル２４の発生した電力を蓄積供給する電力蓄積供給デバイス２３と、測定データのサンプリング間隔、データの演算、記憶その他のデータ制御プログラムを内蔵したＩＣチップ２２、測定位置を識別するＩＤタグ２１より成り、収集装置３は軸圧変換器２から出力される軸応力値を収集するコンピュータ３１を有するロングレール軸応力測定装置。【選択図】  図１
2006030076.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールに貼り付けられた軸圧センサを有し、軸圧センサにより得られたセンサ信号を軸応力値に対応する検出電圧に変換して出力する軸圧変換器を有し、軸圧変換器から出力される軸応力値を収集してロングレール管理を行うデータ収集装置を有するロングレール軸応力測定装置において、
軸圧センサは歪みゲージセンサおよび温度センサより成り、
軸圧変換器は、検出値測定ブリッジ回路、ソーラーパネルと、ソーラーパネルの発生した電力を蓄積供給する電力蓄積供給デバイスと、測定データのサンプリング間隔、データの演算、記憶その他のデータ制御プログラムを内蔵したＩＣチップ、測定位置を識別し、軸応力値を無線等により発信するＩＤタグより成り、
収集装置は軸圧変換器から出力される軸応力値を収集するコンピュータを有することを特徴とするロングレール軸応力測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載されるロングレール軸応力測定装置において、
軸圧センサと軸圧変換器とを一体化してこれら全体をレールの腹部に貼り付け設置したことを特徴とするロングレール軸応力測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載されるロングレール軸応力測定装置において、
軸圧センサと軸圧変換器とを一体化した全体をレールの複数地点に設置したことを特徴とするロングレール軸応力測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載されるロングレール軸応力測定装置において、
軸応力値をロングレール管理を行うコンピュータに対して無線により転送し、データ収集装置を走行車両に搭載したことを特徴とするロングレール軸応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロングレール軸応力測定装置に関し、特に、軸圧センサを用いて鉄道線路における敷設レールの複数の測定点の軸応力を測定するロングレール軸応力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道線路に敷設されるロングレールは、道床とマクラギとの間に生成している縦方向道床抵抗により道床において縦方向に変位することを阻止されている。この時、レール中央部においては不動区間を生じ、この不動区間のレールは年間を通して原則として全く伸縮しない。即ち、気温変化に伴って発生する熱エネルギはレールの伸縮には消費されず、熱エネルギは全て熱応力としてレールに蓄えられる。この蓄えられた力を軸応力という。この軸応力が過大になると、レールの張り出しを生じ、列車脱線の如き重大事故が発生する恐れが生じる。従って、ロングレールの不動区間については、レールに生じる軸応力に耐え得る座屈強度および溶接強度が常に確保されているか否かを管理することが要請されている。そのために、一般に、ロングレール管理は、道床抵抗力の確保、締結装置の締結力の保持その他のハード面での管理と、夏季特別巡回その他のソフト面での管理とから成り立っている。その際に、レール管理上の指標として、従来はレール温度が用いられてきた。レール温度による管理は、レールに取り付けた温度計の値からレール軸応力を推定するという非常にシンプルな管理方法であった。
【０００３】
ところで、敷設レールの軸応力測定装置の他の従来例としては、レール敷設前の状態においてレールに測尺用マークを付与しておく。そして、軸応力測定を実施する度毎に作業員が軌道内に立ち入ってこの測尺用マーク間の距離とその状態におけるレール温度を測定することで、軸応力を測定する（特許文献１  参照）。
更なる従来例として、作業員が軌道内に立ち入って測定地点まで出向き、測定装置を設置して１箇所づつ軸応力測定を実施する方法が公知である（特許文献２  参照）。
また、歪みゲージセンサおよび温度センサより成る軸圧センサを敷設前のレールに接合固定し、敷設前と敷設後のレール歪み値とレール温度値に基づいて軸応力を計算するという、当該特許出願人の出願に係わる先願の「敷設レールの軸応力測定装置」も開発されている（特願２００４−０６０７００号明細書  参照)。
【特許文献１】特許第１７０９７８８号  明細書
【特許文献２】特開昭５８−０７１９７３号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在のロングレール管理は、日溜り、日陰、トンネル内その他の様々な環境下に敷設されたロングレールの張り出しに対する危険度を保守する区所の管轄である数十キロ単位に１箇所のレール温度計の値で実施されている。よって、レール張り出しに関して最も直接的にその危険性を表す評価指標として、レール軸応力を採用することが長い間望まれていた。
そして、上述した特許文献１の敷設レールの軸応力測定装置は、軸応力測定を実施する度毎に、作業員が軌道内に立ち入らなければならないので、測定箇所数が多いと、それに比例して多大の測定時間と測定人員を必要とし、実際に多数の測定個所を同時に常に監視することはできない。そして、走行車両と測定作業員との間の接触事故が発生する危険性もある。
【０００５】
以上の事情から、この発明は、先願発明である軸圧センサを用いた敷設レールの軸応力測定装置を活用した、測定作業を自動化して安全で測定精度の高い軸応力測定を実現するロングレール軸応力測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１：レールＲに貼り付けられた軸圧センサ１を有し、軸圧センサ１により得られたセンサ信号を軸応力値に対応する検出電圧に変換して出力する軸圧変換器２を有し、軸圧変換器２から出力される軸応力値を収集してロングレール管理を行うデータ収集装置３を有するロングレール軸応力測定装置において、軸圧センサ１は歪みゲージセンサｇおよび温度センサより成り、軸圧変換器２は、検出値測定ブリッジ回路２５、ソーラーパネル２４と、ソーラーパネル２４の発生した電力を蓄積供給する電力蓄積供給デバイス２３と、測定データのサンプリング間隔、データの演算、記憶その他のデータ制御プログラムを内蔵したＩＣチップ２２、測定位置を識別するＩＤタグ２１より成り、収集装置３は軸圧変換器２から出力される軸応力値を収集するコンピュータ３１を有するロングレール軸応力測定装置を構成した。
【０００７】
請求項２：請求項１に記載されるロングレール軸応力測定装置において、軸圧センサ１と軸圧変換器２とを一体化してこれら全体をレールＲの腹部に貼り付け設置したロングレール軸応力測定装置を構成した。
請求項３：請求項２に記載されるロングレール軸応力測定装置において、軸圧センサ１と軸圧変換器２とを一体化した全体をレールＲの複数地点に設置した敷設レールの軸応力測定装置を構成した。
請求項４：請求項３に記載されるロングレール軸応力測定装置において、軸応力値をロングレール管理を行うコンピュータ３１に対して無線により転送し、データ収集装置を走行車両に搭載した敷設レールの軸応力測定装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に依れば、任意の地点のレール軸応力を直接的に把握することができて、きめ細かな、且つ効率的なレール管理をすることができる。
そして、作業員が線路内に立ち入る必要がなく、複数測点を無人で同時に測定し、且つ継続的に測定をすることができる。
【０００９】
また、軸圧変換器の出力する多数の測定点の軸応力値を管理することが容易である。
更に、列車運行時にも測定することができることから、常にレールの状態を監視することができ、危険な状態となる前に問題箇所の発見を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
発明を実施するための最良の形態を図の実施例を参照して説明する。図１は実施例のブロック図、図２は実施例をロングレールに対して接合固定した所を示す図、図３は軸圧変換器内に具備される検出値測定ブリッジ回路を説明する図である。
１は軸圧センサであり、歪みゲージセンサｇと温度センサｔより成る。軸圧センサ１はロングレールを敷設する前の自由に熱膨張伸縮することができるロングレールに対して接合固定しておく。
【００１１】
２は軸圧変換器であり、検出値測定ブリッジ回路２５と、ソーラーパネル２４と、発電した電力の蓄積と供給を行う電力蓄積供給デバイス２３と、測定データのサンプリング間隔、データの演算、記憶その他のデータ制御プログラムを内蔵したＩＣチップ２２と、更に、測定位置を識別するＩＤタグ２１より成る。ソーラーパネル２４は、鉄道軌道上の如何なる場所においても軸応力測定装置の構成部材に駆動電力を供給する電源を構成している。
３はデータ収集装置であり、ロングレール管理を行うコンピュータ３１と、軸圧変換器２とパソコン３１との間を相互接続するハンディターミナル３２より成る。
【００１２】
次に、実施例の各部位の動作を説明する。
軸圧センサ１は、上述した通り、図２に示される如く敷設前のロングレールの腹部に接合固定される。軸圧センサ１による測定点を複数箇所とすれば、同時に複数点を測定する軸応力測定装置を構成することができる。測定値はＩＣチップ２２に保存され、全ての測定値は、いつでも参照することができる。
【００１３】
ここで、図３を参照して歪みゲージセンサの出力値である電圧を測定する検出値測定ブリッジ回路２５を簡単に説明する（歪みゲージセンサの出力値である電圧測定の詳細は、先の特願２００４−０６０７００号明細書  参照）。敷設レールの軸応力測定装置を構成する軸圧変換器２内の電気回路は、正確な軸応力測定を実施する観点から、電気回路における使用部品の外部温度の変動に起因する誤差を除去するブリッジ回路を含む電気回路構造としている。このブリッジ回路は、レールＲの歪み値に対応する抵抗値と、ゼロ温度特性を示す基準抵抗と、３個の１２０Ω抵抗を４辺として構成されている。２．５Ｖを基準電圧とし、右端に検出電圧が得られる。ブリッジ回路においては、フォトモスリレー２１の如き高速動作する電子スイッチ３個を上側に切り替えることにより歪みゲージセンサｇの抵抗値を測定し、下側に切り替えることにより基準抵抗の抵抗値を測定する。歪みゲージセンサｇにより得られるレールＲの歪み値に対応する抵抗値と、基準抵抗により得られる外部温度変化を受けないゼロ温度特性抵抗値とを交互に切り替え測定し、その差として検出電圧を得、これを歪みゲージセンサｇの測定値としている。以上の通りにして、フォトモスリレー２１を切り替え、歪みゲージセンサ側で測定した場合、検出される電圧は、歪みゲージ基準値からの変化分と、基板上のブリッジ回路より成るアナログ回路部で発生した誤差が含まれる。そして、フォトモスリレー２１を切り替え、基準抵抗側で測定した場合、検出される電圧は、基板上のアナログ回路部で発生した誤差分のみとなる。よって、両電圧の差を求めることで、アナログ回路部で発生した誤差を取り除くことができ、これにより、歪みゲージセンサｇと基準抵抗とは、フォトモスリレー２１の高速切り替えにより殆ど同時刻に同条件により測定されるので、アナログ回路部における各使用部品が外部温度変化に影響を受けても、この影響はブリッジ回路において相殺されて、歪みゲージセンサ出力値を安定した精度で測定することができる。
【００１４】
電力はソーラーパネル２４により発電されるので、鉄道線路上の測定点において電源確保が困難な揚合でも、太陽光発電により必要充分な電力を安価で簡単に発生して電力蓄積供給デバイス２３に確保することができる。これにより、軸応力測定装置はその使用揚所を制限されることなく如何なる測定点にも設定することができる。ソーラーパネル２４と電力蓄積供給デバイス２３より成る電源は、電力確保に不便を伴う鉄道沿線において使用されるロングレール軸応力測定装置用の電源として好都合なものである。
ＩＣチップ２２は、軸応力測定装置全体を制御し、小型で軌道上の邪魔にならない装置を実現し、また、内蔵プログラムを変更することで、各種測定条件を変更したり、測定値が危険な値を示した場合の警報発信その他の機能の追加に柔軟に対応する。
【００１５】
ＩＤタグは、複数ある測定点の場所を識別し、測定点毎の測定データの管理を確実なものとするに使用される。
また、ＩＤタグは、無線機能を有することもできることから、ＩＣチップに蓄積された軸応力値をＩＤタグから発信し、離れた位置から読み取り装置を使って受信することができる。
ハンディターミナルはＩＤタグから発信された軸応力値をいつでも簡単に取得し、更に、軸応力値をロングレール管理を行うコンピュータに転送する。
【００１６】
これらを使えば、各測定点の軸応力値をデータ収集装置を搭載した走行中の車両において受信して収集することにより、データ転送設備も小型で、多数の測定箇所に対応する非常にコストの低い軸応力測定装置を実現することができる。
更に、軸圧変換器２において他の構成部材と比較して外形寸法の大型である電力蓄積供給デバイス２３をより小型化し、軸圧センサ１と軸圧変換器２とを一体のものとすることにより、これら全体をレールＲの腹部に貼り付けるという形態をとることもできる。これによれば、その設置するスペースの確保が容易で、設置の作業も安価で容易に実行することができる。
【００１７】
ところで、現在一般的に行われているロングレールの管理方法としては、１００ｍ〜５００ｍ間隔でレールの長手方向の移動量を各測定点において測定し、この間隔内のレールの縮み量から軸応力に相当する値を算出して管理する方法が採用されている。この場合、移動量の測定は作業員による手検測により行われているので、測定精度が良いとはいえず問題となっている。例えば、測定が正確ではなく、縮み量が実際の値より大きく想定されると、軸応力が過大に評価され、場合によっては軸応力を放出するためのレール設定替えを行わなければならないと誤った判断がなされる。これに伴うコストは非常に大きく、現在その対策を求められている。
【００１８】
これに対して、この発明の軸応力測定装置を導入し、各ロングレール毎に適当な間隔で軸圧センサを配置し、ロングレール中の軸応力分布を推定すれば、より正確にロングレールの軸応力状態を経時的に把握することができる。これにより、適切なレール設定替えの時期を判断することができる上に、軸応力の異常分布があった場合は、その箇所を直ちに発見することができ、鉄道軌道の効率的な管理を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施例のブロック図。
【図２】軸応力測定装置を固定した所を示す図。
【図３】検出値測定ブリッジ回路を説明する図。
【符号の説明】
【００２０】
１  軸圧センサ                    ２  軸圧変換器
２１  ＩＤタグ                    ２２  ＩＣチップ
２３  電力蓄積供給デバイス        ２４  ソーラーパネル
２５  検出値測定ブリッジ回路        ３  データ収集装置
３１  コンピュータ                ３２  ハンディターミナル
ｇ  歪みゲージセンサ              ｔ  温度センサ
【図１】
2006030076.tif 000003
【図２】
2006030076.tif 000004
【図３】
2006030076.tif 000005