(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道上を走行する列車を検知する列車検知装置において、
前記軌道の所定位置に敷設された複数のループコイルと各駅の略中間に設けられる発振増幅部と駅舎の近傍に設けられる信号処理部とを有し、
前記発振増幅部は、
前記ループコイルの各々に接続された静電容量素子を有し、前記ループコイルのインダクタンスと前記静電容量素子のキャパシタンスとを要素とする周波数を発振する自励発振部を複数備えると共に、
これら複数の自励発振部の内、少なくとも１つの自励発振部から発振される周波数を分周して、分周周波数として出力する分周部と、
前記自励発振部から直接入力される原周波数と、前記自励発振部から前記分周部を介して入力される前記分周周波数と、を重畳した周波数信号として増幅して送信する増幅部と、を備え、
前記信号処理部は、
この増幅部から送信される周波数信号を受信し、前記原周波数と、前記分周周波数と、に分波する受信部と、
この受信部により分波された分周周波数を倍周して、前記分周部により分周される前の周波数を復元し、倍周周波数として出力する倍周部と、
前記受信部から直接入力される原周波数と、前記受信部から前記倍周部を介して入力される倍周周波数と、をそれぞれ個別の周波数として常時計測し、計測結果を出力する周波数計測部と、
この周波数計測部より出力される計測結果に基づいて、前記原周波数の変化率、及び前記倍周周波数の変化率を求め、これらの変化率に基づいて、前記列車が前記所定位置付近に存在することを検知する制御部と、
を備え、
前記増幅部と前記受信部とは１本の信号伝送用のケーブルによって接続されることを特徴とする列車検知装置。
【請求項２】
前記分周部は、前記自励発振部から発振される周波数を１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数に分周し、
前記倍周部は、前記受信部により分波された分周周波数をｎ倍（ｎは２以上の自然数）して、前記分周部により分周される前の周波数を復元し、倍周周波数として出力することを特徴とする請求項１記載の列車検知装置。
【請求項３】
前記分周部は、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた分周回路より構成され、
前記倍周部は、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた倍周回路より構成されることを特徴とする請求項１記載の列車検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車の軌道にループコイルを設備して、軌道上を走行する列車の接近及び存在を検知する列車検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、列車の軌道に敷設したレール間に設備されたループ状のコイル（以下、「ループコイル」と記す）に金属体である列車が接近した際に、該ループコイルと金属体間の電磁結合により誘導されるループコイルのインダクタンスの変化を検知することによって、列車の接近及び存在を検知する列車検知装置が開発、利用されている。
【０００３】
以下、図２を参照して、従来の列車検知装置について詳細に説明する。図２は、従来の列車検知装置１１の要部構成を示す図である。図２に示す様に、列車検知装置１１は、レールＲ上に敷設されたループコイルＬをインダクタンスとし、ループコイルＬとケーブルを介して接続され、装置内部に設備されたコンデンサＣをキャパシタンスとする自励発振部１２を有して構成される。
【０００４】
自励発振部１２は、上記インダクタンスとキャパシタンスの各値を次式（２）に代入して算出される周波数ｆの交流信号を周波数計測部１３へ出力する。
ｆ＝１／（２×π√（ＬＣ））…（２）
周波数計測部１３は、自励発振部１２から入力される交流信号の周波数を計測し、計測結果を制御部１４へ出力する。そして、制御部１４は、周波数計測部１３から入力される計測結果を常時監視し、列車Ｔの先頭車両がループコイルＬ上に進入したことを検知すると「列車有り」の検知信号を出力し、列車Ｔ最後尾の車両がループコイルＬ上を通過し終わったことを検知すると「列車無し」の検知信号を出力する。
【０００５】
上述の様に、従来の列車検知装置１１は、軌道上のループコイルＬのインダクタンス成分と装置内のコンデンサのキャパシタンス成分とを発振要素とする発振回路を備えて構成される。金属体である列車がループコイルＬに接近すると、電磁結合によりループコイルＬのインダクタンスが減少するため、発振回路から発振される周波数が上昇する。従って、列車検知装置１１は、列車の不在時と在線時との周波数変化率に基づいて列車の存否を判断し、検知結果として出力することができる。
【０００６】
以下、図３を参照して、列車検知装置１１の応用例として、本装置を複数配設して構成される列車検知システム１０１について説明する。図３に示す様に、列車検知システム１０１は、各駅の略中間に位置する現場器具箱内に格納された列車検知装置１１と、各駅舎近傍の信号機器室内に格納され、各列車検知装置１１と信号伝送用の信号ケーブルＫ３、及び電源供給用の電源ケーブル（図示略）で接続された中央装置２１と、を備えて構成される。なお、各駅間の距離は、通常数百ｍ〜数ｋｍである。
【０００７】
列車検知装置１１は、少なくとも上述の自励発振部１２を備え、自励発振部１２には、レールＲ上で各駅の略中間位置に敷設された２個のループコイルＬ１，Ｌ２が２本のケーブルＫ１，Ｋ２を介してそれぞれ接続されている。中央装置２１は、各列車検知装置１１から入力される検知信号或いは周波数信号に基づいて、列車Ｔの接近及び存在を利用者に通知する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記列車検知システム１０１においては、ループコイルＬ１，Ｌ２と自励発振部１２との距離特性上、ケーブルＫ１，Ｋ２の長さは数十ｍ〜百ｍ程度に制限される。この様な制限に対応するため、一般的に、以下に示す二種類の信号伝送方式を有する列車検知システムが開発されている。
【０００９】
第一に、図４に示す様に、列車検知装置１１は、各駅の略中間に位置する現場器具箱Ａ内に格納され、上述の自励発振部１２、周波数計測部１３、制御部１４、及びこれら各部に電力を供給する電源部１５を内部に備える。そして、周波数計測から、列車存否の判断、検知信号の出力までの一連の処理を現場で行い、最終的な検知結果のみを信号ケーブルＫ３を介して中央装置２１へ送信する。
【００１０】
この方式の場合、自励発振部１２は基より、周波数計測部１３、制御部１４等の処理部も、ループコイルＬ１，Ｌ２近傍に設置されることになる。このため、熱や振動に弱い精密な電子機器を複数有して構成される周波数計測部１３や制御部１４が、現場の過酷な環境下に長時間放置されることになり、動作の信頼性やメンテナンスの容易性等の観点から問題点が多かった。
【００１１】
第二に、図５に示す様に、列車検知装置１１は、現場器具箱Ａに格納される発振増幅部１１ａと、信号機器室Ｂに格納される信号処理部１１ｂと、より構成される。発振増幅部１１ａは、上述の自励発振部１２、電源部１５の他に、自励発振部１２から発振される周波数信号を遠距離伝送が可能な周波数信号に増幅して出力する増幅部１６を備える。更に、信号処理部１１ｂは、上述の周波数計測部１３、制御部１４の他に、増幅部１６で増幅された周波数信号を、信号ケーブルＫ３を介して受信する受信部１７を備える。
【００１２】
この方式の場合、精密な周波数計測部１３や制御部１４を、現場よりも周辺環境の良好な駅舎近傍の信号機器室Ｂに設置する構成のため、動作の信頼性やメンテナンスの容易性の観点からは好適である。しかしながら、列車検知システム１０１を実際の信号保安設備として使用する場合には、列車Ｔの運転方向の判別や信頼性の向上を目的として、複数の列車検知装置１１が多重系に構成されるため、列車検知装置１１の数量に応じて、現場器具箱Ａと信号機器室Ｂ間を多数の信号ケーブル、及び電源ケーブルで接続する必要があり、ケーブルの資材費や敷設工事費が高価になってしまう。
【００１３】
また、上記何れの方式を採用した場合でも、例えば、既設の列車検知装置を、車軸検知式からループコイル式に置換する際に、現場器具箱と信号機器室間を接続する信号ケーブルが不足するため、新規に追加して敷設する必要があり、ケーブルの資材費や敷設工事費が高価になるという問題があった。
【００１４】
本発明の課題は、上記問題点を解決するため、現場設備機器を必要最小限に抑えつつ、使用するケーブル数を減らした列車検知装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の様な特徴を備えている。なお、以下に示す手段の説明中、括弧内に実施の形態に対応する構成要素の名称と図面参照符号を例示する。
【００１６】
請求項１記載の発明は、
軌道（例えば、図１のレールＲ）上を走行する列車（例えば、図１の列車Ｔ）を検知する列車検知装置（例えば、図１の列車検知装置１）において、
前記軌道の所定位置に敷設された複数のループコイル（例えば、図１のループコイルＬ１，Ｌ２）と各駅の略中間に設けられる発振増幅部と駅舎の近傍に設けられる信号処理部とを有し、
前記発振増幅部は、
前記ループコイルの各々に接続された静電容量素子を有し、前記ループコイルのインダクタンス（例えば、Ｌ1，Ｌ2）と前記静電容量素子のキャパシタンス（例えば、図１のＣ1，Ｃ2）とを要素とする周波数を発振する自励発振部（例えば、図１の自励発振部２ａ，２ｂ）を複数備えると共に、
これら複数の自励発振部の内、少なくとも１つの自励発振部（例えば、図１の自励発振部２ｂ）から発振される周波数（例えば、図１のｆ2）を分周して、分周周波数として出力する分周部（例えば、図１の分周部８）と、
前記自励発振部から直接入力される原周波数（例えば、図１のｆ1）と、前記自励発振部から前記分周部を介して入力される前記分周周波数（例えば、図１のｆ2／２）と、を重畳した周波数信号として増幅して送信する増幅部（例えば、図１の増幅部６）と、
この増幅部から送信される周波数信号を受信し、前記原周波数と、前記分周周波数と、に分波する受信部（例えば、図１の受信部７）と、を備え、
前記信号処理部は、
この受信部により分波された分周周波数を倍周して、前記分周部により分周される前の周波数を復元し、倍周周波数（例えば、図１のｆ2）として出力する倍周部（例えば、図１の倍周部９）と、
前記受信部から直接入力される原周波数と、前記受信部から前記倍周部を介して入力される倍周周波数と、をそれぞれ個別の周波数として常時計測し、計測結果を出力する周波数計測部（例えば、図１の周波数計測部３ａ，３ｂ）と、
この周波数計測部より出力される計測結果に基づいて、前記原周波数の変化率、及び前記倍周周波数の変化率を求め、これらの変化率に基づいて、前記列車が前記所定位置付近に存在することを検知する制御部（例えば、図１の制御部４ａ，４ｂ）と、
を備え、
前記増幅部と前記受信部とは１本の信号伝送用のケーブルによって接続されることを特徴としている。
【００１７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記分周部は、前記自励発振部から発振される周波数（例えば、図１のｆ2）を１／ｎ（ｎは２以上の自然数）の周波数（例えば、図１のｆ2／２）に分周し、
前記倍周部は、前記受信部により分波された分周周波数（例えば、図１のｆ2／２）をｎ倍（ｎは２以上の自然数）して、前記分周部により分周される前の周波数（例えば、図１のｆ2）を復元し、倍周周波数として出力することを特徴としている。
【００１８】
請求項１または２記載の発明によれば、周波数計測部、制御部を動作上好適な駅舎付近に設置することにより、現場設備機器を極力減らし、動作の信頼性やメンテナンスの容易性を維持できる。また、使用するケーブル本数を減らして資材費や敷設工事費の低廉化を図ることができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記分周部は、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた分周回路より構成され、
前記倍周部は、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた倍周回路より構成されることを特徴としている。
【００２０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、局部発振器等を必要とするヘテロダイン方式の周波数変換手段を使用する場合に比べて、回路構成が複雑化すること無く列車検知装置を安価に構成できる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して本発明を適用した一実施の形態における列車検知装置の構成、及び動作について説明する。
【００２２】
まず構成を説明する。
図１を参照して列車検知装置１の内部構成を説明する。図１は、列車検知装置１の機能的構成を示すブロック図である。図１に示す様に、列車検知装置１は、駅間に設置された現場器具箱Ａ内に格納された発振増幅部１ａと、駅舎近傍の信号機器室Ｂ内に格納された信号処理部１ｂから構成される。発振増幅部１ａと信号処理部１ｂ間は、１本の信号伝送用の信号ケーブルＫ３と１本の電源供給用の電源ケーブルＫ４で接続されている。
【００２３】
発振増幅部１ａは、ループコイルＬ１が接続されコンデンサＣ１を有する自励発振部２ａと、ループコイルＬ２が接続されコンデンサＣ２を有する自励発振部２ｂと、電源ケーブルＫ４を介して信号処理部１ｂから発振増幅部１ａに必要な電力を供給する電源部５と、入力される周波数信号を重畳した周波数信号として出力する増幅部６と、入力される周波数信号を所定の分周比１／２で分周して出力する分周部８と、を備え、各部はバスを介して相互に各種信号の送受信が可能な様に接続されている。また、ループコイルＬ１，Ｌ２は、列車Ｔの走行軌道であるレールＲ上の駅間位置に設備される。
【００２４】
更に、信号処理部１ｂは、入力される周波数信号を常時計測し、計測結果を出力する２つの周波数計測部３ａ，３ｂと、当該計測結果より求められた経時的な周波数変化率に基づいて、列車ＴがループコイルＬ１，Ｌ２付近に存在することを検知し、検知結果を図示しない中央装置２１へ出力する制御部４ａ，４ｂと、増幅部６から信号ケーブルＫ３を介して送信される周波数信号を分波する受信部７と、入力される周波数信号を所定の倍周比２で倍周して出力する倍周部９と、を備え、各部はバスを介して相互に各種信号の送受信が可能な様に接続されている。
【００２５】
分周部８は、例えば、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた分周回路より構成され、倍周部９は、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた倍周回路（逓倍回路）より構成される。また、分周部８による分周比は、１／２に限らず１／ｎ（ｎは２以上の自然数）等、任意であり、倍周部９による倍周比は、２に限らずｎ（ｎは２以上の自然数）等、任意である。
【００２６】
以下、自励発振部２ａから発振される周波数をｆ1、自励発振部２ｂから発振される周波数をｆ2として、発振から列車検知までの一連の動作について説明する。
【００２７】
前提として、発振周波数ｆ1，ｆ2の周波数帯域は、ループコイルＬ１，Ｌ２のインダクタンスＬ1，Ｌ2と静電容量素子Ｃ１，Ｃ２のキャパシタンスＣ1，Ｃ2の実測値、列車検知装置１と他装置（信号保安装置等）との相互干渉防止、電気回路の取扱容易性等の観点から数十ＫＨｚ程度が望ましい。また、発振周波数ｆ1，ｆ2は、検知特性の均一化、保全の利便性等を考慮して、ほぼ同一の値に設定されている。
【００２８】
自励発振部２ａから発振された発振周波数ｆ1の周波数信号は、増幅部６に入力される。一方、自励発振部２ｂから発振された発振周波数ｆ2は、分周部８で１／２に分周され、周波数ｆ2／２の周波数信号として増幅部６に入力される。増幅部６は、入力された発振周波数ｆ1と発振周波数ｆ2／２の周波数信号を、発振周波数（ｆ1＋ｆ2／２）の周波数信号に重畳し、信号ケーブルＫ３を介して受信部７へ伝送可能な適正レベルまで増幅する。
【００２９】
受信部７は、増幅部６から信号ケーブルＫ３を介して送信された発振周波数（ｆ1＋ｆ2／２）の周波数信号を受信し、ＬＰＦ（Low Pass Filter）やＨＰＦ（High Pass Filter）等の帯域濾波器を使用して、発振周波数（ｆ1＋ｆ2／２）の周波数信号を、発振周波数ｆ1と発振周波数ｆ2／２の周波数信号に分波する。
【００３０】
分波された発振周波数ｆ1の周波数信号は、周波数計測部３ａに入力され、分波された発振周波数ｆ2／２の周波数信号は、倍周部９に入力される。倍周部９は、発振周波数ｆ2／２の周波数信号を逓倍回路によって２倍の周波数ｆ2に倍周することにより、受信部７への信号送信前の周波数に復元する。
【００３１】
受信部７から出力された発振周波数ｆ1の周波数信号は、周波数計測部３ａに入力され、倍周部９から出力された発振周波数ｆ2の周波数信号は、周波数計測部３ｂに入力される。周波数計測部３ａは、受信部７から直接入力される発振周波数ｆ1を常時計測し、計測結果を制御部４ａに出力する。一方、周波数計測部３ｂは、受信部７から倍周部９を経由して入力される発振周波数ｆ2を常時計測し、計測結果を制御部４ｂに出力する。
【００３２】
周波数計測部３ａ，３ｂから出力された計測結果は、それぞれ制御部４ａ，４ｂに入力される。制御部４ａ，４ｂは、周波数計測部３ａ，３ｂから入力された計測結果に基づいて、発振周波数ｆ1の変化率、及び発振周波数ｆ2の変化率を求め、これらの変化率に基づいて、列車ＴがループコイルＬ１，Ｌ２付近に存在することを検知し、検知結果を検知信号として中央装置２１へ出力する。
【００３３】
次に、ループコイルＬ２付近に列車Ｔが存在するか否かの判断方法について、詳細に説明する。
先ず、列車Ｔが現場付近のループコイルＬ２に接近すると、列車Ｔを構成する金属体とループコイルＬ２との電磁結合により、ループコイルＬ２のインダクタンスＬ2が減少する。発振周波数ｆ2は、上述した（２）式、ｆ2＝１／（２×π√（Ｌ2Ｃ2））より定まり、静電容量素子Ｃ２のキャパシタンスＣ2は一定であるので、発振周波数ｆ2は、列車Ｔの接近に伴って増加する。
【００３４】
また、制御部４ｂには、図示しない記憶部内に列車Ｔの非存在時の基本周波数ｆ0が周波数変化の判断基準として記憶されており、ｆ0を用いて周波数変化率Ｆ（％）は、次式（１）により決定される。
Ｆ＝（（ｆ2−ｆ0）／ｆ0）×１００  …（１）
すなわち、制御部４ｂは、周波数変化率Ｆが１〜２％を超えると、「列車有り」と判断して中央装置２１に検知信号を出力し、Ｆが１〜２％以下の場合には「列車無し」と判断する。
なお、ループコイルＬ１付近に列車Ｔが存在するか否かの判断についても同様の処理手順で行われる。
【００３５】
以上説明した様に、本発明に係る列車検知装置１によれば、レールＲ上の異なる２箇所に設備されたループコイルＬ１，Ｌ２に接続された自励発振部２ａ，２ｂからそれぞれ発振される周波数信号の内、一方を原周波数のまま増幅部６へ出力し、他方を分周して増幅部６へ出力する。周波数帯域別に分波された周波数信号は、増幅部６で重畳、増幅された後、１本の信号ケーブルＫ３を経由して受信部７に送信される。受信部７は、受信した周波数信号を周波数帯域別に分波した後、分周されていない一方を周波数計測部３ａへ出力し、分周された他方を倍周部９へ出力する。倍周部９は、入力された周波数信号を倍周して自励発振部２ｂから発振された周波数信号に復元し、周波数計測部３ｂへ出力する。
【００３６】
従って、精密な電子機器から構成される周波数計測部３ａ，３ｂ、制御部４ａ，４ｂを現場から離れた駅舎近傍の信号機器室Ｂに設置することにより、動作の信頼性やメンテナンスの容易性を維持しつつ、使用するケーブル数を減らして資材費や敷設工事費の低廉化を図ることができる。また、列車検知装置をループコイル方式以外の既設の装置から、ループコイル方式の装置に置換する際に、ケーブルを追加敷設する必要が無い。更に、分周部８、倍周部９として、汎用的な論理制御用ＩＣが組み込まれた分周回路、及び倍周回路を使用する構成のため、列車検知装置１を安価に構成できる。
【００３７】
なお、本実施の形態における記述内容は、本発明に係る列車検知装置１の好適な一例であり、これに限定されるものではない。
例えば、本実施の形態では、列車検知装置１は、ループコイル、自励発振部、周波数計測部、制御部を２系統備える構成としたが、複数であればよい。
【００３８】
また、本実施の形態では、自励発振部２ｂから出力された周波数信号を分周後に倍周する構成としたが、分周部８と倍周部９を交換して配置することにより、倍周後に分周する構成としてもよい。
更に、増幅部６に入力される周波数は、重畳、増幅後に、信号ケーブルＫ３を介して受信部７へ送信され、元の周波数に復元可能な周波数であればよく、必ずしも自励発振部から直接入力された周波数を含む必要はない。
その他、列車検知装置１の細部構成、詳細動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲において、適宜変更可能である。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１または２記載の発明によれば、周波数計測部、制御部を動作上好適な駅舎付近に設置することにより、現場設備機器を極力減らし、動作の信頼性やメンテナンスの容易性を維持できる。また、使用するケーブル本数を減らして資材費や敷設工事費の低廉化を図ることができる。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、局部発振器等を必要とするヘテロダイン方式の周波数変換手段を使用する場合に比べて、回路構成が複雑化すること無く列車検知装置を安価に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施の形態における列車検知装置１の機能的構成を示す図である。
【図２】従来の列車検知装置１１の要部構成を示す図である。
【図３】従来の列車検知装置１１を複数配設して構成される列車検知システム１０１の要部構成を示す図である。
【図４】信号処理部を現場器具箱Ａに設置した、従来の列車検知装置１１の要部構成を示す図である。
【図５】信号処理部１１ｂを信号機器室Ｂに設置した、従来の列車検知装置１１の要部構成を示す図である。
【符号の説明】
１    列車検知装置
１ａ    発振増幅部
１ｂ    信号処理部
２ａ，２ｂ    自励発振部
３ａ，３ｂ    周波数計測部
４ａ，４ｂ    制御部
５    電源部
６    増幅部
７    受信部
８    分周部
９    倍周部
２１    中央装置
Ａ    現場器具箱
Ｂ    信号機器室
Ｃ１，Ｃ２    静電容量素子
Ｋ３    信号ケーブル
Ｋ４    電源ケーブル
Ｌ１，Ｌ２    ループコイル
Ｒ    レール
Ｔ    列車
【図１】
0004648557.tif 000002
【図２】
0004648557.tif 000003
【図３】
0004648557.tif 000004
【図４】
0004648557.tif 000005
【図５】
0004648557.tif 000006