(57)【要約】【課題】ゲートバーに撓りや曲がりが発生したとしても、誤動作することなく、屈曲や折損等の異常を的確に検知できるように工夫したゲートバー用異常検知装置を提供する。【解決手段】ゲートバー１の内部１Ｈに向けて音響信号を発信する音響信号発信手段としてのスピーカー２と、発信された音響信号を受信する音響信号受信手段としてのマイクロフォン３と、発信及び受信した音響信号からゲートバー１の折損等の異常を検知する異常検知手段としての定在波検出器６を設ける。【選択図】      図１
2005008108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、
中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、
上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、
発信及び受信された音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、
上記の異常検知手段が、上記発信及び受信された音響信号に対して高速フーリエ変換処理を施し、求めた伝達関数の値に基づいてゲートバーの折損や屈曲等の異常を判断するように構成されていることを特徴とするゲートバー用異常検知装置。
【請求項２】
車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、
中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、
上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、
発信及び受信された音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、
上記の異常検知手段が、上記発信及び受信された音響信号の相互相関関係から、両信号の相関度合を求めて、ゲートバーの折損や屈曲等の異常を判断するように構成されていることを特徴とするゲートバー用異常検知装置。
【請求項３】
音響信号発信手段から発信される音響が、可聴帯域及び非可聴帯域を問わず、ゲートバー内部における音響の伝達関数が０ｄＢ近傍の周波帯域の音響であることを特徴とする請求項１又は２に記載のゲートバー用異常検知装置。
【請求項４】
車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、
中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、
上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、
発信及び受信された音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、
上記音響信号発信手段より発信される音響が、可聴帯域及び非可聴帯域を問わず、音響信号発信手段からゲートバーの開放端までの距離；Ｌに対し、
【数１】
2005008108.tif 000006
（ただしＶｔは音速、ｎは自然数）
にて表わされるゲートバー内に定在波を生成せしめる周波数；ｆｎを基本周波数とし、その定数倍の周波数よりなる高調波を成分して構成され、且つ、上記の異常検知手段が、定在波の音圧を検知するように構成したことを特徴とするゲートバー用異常検知装置。
【請求項５】
上記の異常検知手段が、中空に形成したゲートバーの内部に向けて設けたスピーカーと、スピーカーに接続された検知ユニットによって構成され、且つ、検知ユニットは、ブリッジ回路と、ブリッジ回路のインプット側に接続された信号電流を発信する音波電流発信器と、ブリッジ回路のアウトプット側に設けられた交流電圧計とで構成されていて、上記ブリッジ回路のインプット側とアウトプット側を結ぶブリッジ回路上のいずれか一ケ所に上記のスピーカーを接続すると共に、ゲートバーの内部に向けてスピーカーより音響を発信して、上記交流電圧計に出力される出力値の変化を検知することで、上記ゲートバーの異常を検知するように構成したことを特徴とする請求項４に記載のゲートバー用異常検知装置。
【請求項６】
ゲートバーの内部に温度計測センサを設置することによって、ゲートバー内部の温度により音速；Ｖｔを推定し、且つ、その値を用いて周波数；ｆｎを定めることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５に記載のゲートバー用異常検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の踏切や駐車場の出入口、或は、有料道路の料金所等に設置することにより、車両や人等の通行を制限するゲートバー（遮断桿）の技術分野に属するものであって、具体的には、ゲートバーの劣化や破壊行為等が原因で、ゲートバーが折損したり屈曲したりする異常を検知することができるゲートバー用異常検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゲートバーの異常を検知する検知装置に関しては、従来より特許文献１に記載の「踏切しゃ断桿の折損検知装置」が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−７０５７号公報
【０００４】
上記特許文献１に記載の装置は、遮断機の遮断桿（ゲートバー）の基端側中空部に設けられた超音波発信器と、遮断桿の先端側中空部に設けられて超音波発信器から発信される超音波を超音波受信器が受信可能に反射させる回帰形の反射器とを備え、発信器から発信された信号の発信時から受信器で受信する受信時までの時間差を検知し、時間差の異常を検知することにより遮断桿の折損を検知するように構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、遮断桿は自身の長さとその重量との関係から、更には、上下動する関係から、撓りや曲がりが発生することがあり、その撓りや曲がりが原因で超音波の伝達が正しく行われずに、誤動作してしまう問題があった。
【０００６】
従って本発明の技術的課題は、ゲートバーに撓りや曲がりが発生したとしても、誤動作することなく、屈曲や折損等の異常を的確に検知できるように工夫したゲートバー用異常検知装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を解決するために本発明で講じた手段は以下の如くである。
【０００８】
（１）  前記請求項１に記載の如く、車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、発信及び受信された音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、上記の異常検知手段が、上記発信及び受信された音響信号に対して高速フーリエ変換処理を施し、求めた伝達関数の値に基づいてゲートバーの折損や屈曲等の異常を判断するように構成されていること。
【０００９】
（２）  前記請求項２に記載の如く、車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、発信及び受信された音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、上記の異常検知手段が、上記発信及び受信された音響信号の相互相関関係から、両信号の相関度合を求めて、ゲートバーの折損や屈曲等の異常を判断するように構成されていること。
【００１０】
（３）  前記請求項３に記載の如く、音響信号発信手段から発信される音響が、可聴帯域及び非可聴帯域を問わず、ゲートバー内部における音響の伝達関数が０ｄＢ近傍の周波帯域の音響であること。
【００１１】
（４）  前記請求項４に記載の如く、車両や人等の通行を遮断するゲートバーの折損或は屈曲等の異常を検知するゲートバー用異常検知装置であって、中空状に造ったゲートバーの内部に向けて音響信号を発信する音響信号発信手段と、上記ゲートバーの内部に発信された音響を受信する音響信号受信手段と、発信及び受信した音響信号からゲートバーの折損や屈曲等の異常を検知する異常検知手段とで構成され、上記音響信号発信手段より発信される音響が、可聴帯域及び非可聴帯域を問わず、音響信号発信手段からゲートバーの開放端までの距離；Ｌに対し、
【数１】
2005008108.tif 000003
（ただしＶｔは音速、ｎは自然数）
にて表わされるゲートバー内に定在波を生成せしめる周波数；ｆｎを基本周波数とし、その定数倍の周波数よりなる高調波を成分して構成され、且つ、上記の異常検知手段が、定在波の音圧を検知するように構成すること。
【００１２】
（５）  前記請求項５に記載の如く、上記の異常検知手段が、中空に形成したゲートバーの内部に向けて設けたスピーカーと、スピーカーに接続された検知ユニットによって構成され、且つ、検知ユニットは、ブリッジ回路と、ブリッジ回路のインプット側に接続された信号電流を発信する音波電流発信器と、ブリッジ回路のアウトプット側に設けられた交流電圧計とで構成されていて、上記ブリッジ回路のインプット側とアウトプット側を結ぶブリッジ回路上のいずれか一ケ所に上記のスピーカーを接続すると共に、ゲートバーの内部に向けてスピーカーより音響を発信して、上記交流電圧計に出力される出力値の変化を検知することで、上記ゲートバーの異常を検知するように構成すること。
【００１３】
（６）  前記請求項６に記載の如く、ゲートバーの内部に温度計測センサを設置することによって、ゲートバー内部の温度により音速；Ｖｔを推定し、且つ、その値を用いて周波数；ｆｎを定めること。
【００１４】
上記（１）及び（３）で述べた手段によれば、内部が中空に形成されたゲートバーの片側一方端部近傍にスピーカー等の音響信号発信手段を設け、他方の端部近傍にマイクロホン等の音響信号受信手段を設ける構成とし、上記スピーカーから発信された音響信号は、上記中空状ゲートバーの材質や、全長、内径、その肉厚等の寸法、又は、支持方法等の機械的要因に応じて反射、回析、共振、重なり等に応じて周波数によっては減衰したり、増幅したり、或は忠実に伝播する。そして、スピーカーより発信される音響信号は、各種周波数の合成された音響、又は、チャープ信号（時間の経過と共に周波数の変化する信号音響）であり、マイクロフォンで受信される。
【００１５】
次に、上記発信された音響信号と受信された音響信号とをそれぞれＦＦＴ処理（高速フーリエ変換処理）を行い、受信した信号のＦＦＴ結果と発信した信号のＦＦＴ結果に基づいて各周波数毎にパワーの比率を計算し、その対数（伝達関数）を求める。
【００１６】
伝達関数について言えば、上記音響信号が発信された信号レベルより高い強度で受信された場合は、０ｄＢより大きな値になり、低い強度で受信された場合は、０ｄＢより低い値を示し、強度に変化がない場合は、０ｄＢを示す。
【００１７】
従って、伝達関数が０ｄＢ近傍となる周波数帯域の音響信号の管内に発信すれば、ゲートバーに機械的な変化がなく正常であれば、発信された音響信号と、受信された音響信号の伝達関数には変化がなく、逆に異常があれば、伝達関数に変化が生じて、ゲートバーの屈曲や折損を検知することができることになる。
【００１８】
また、上記（２）で述べた手段によれば、上記のＦＦＴ処理に代えて、発信及び受信された音響信号の相互相関関数から、これ等両信号の相関度合を求めて、ゲートバーの屈曲や折損等の異常を検知することを可能にしている。
【００１９】
上記（４）及び（５）で述べた手段によれば、音響信号発信手段（スピーカー）をゲートバーの回転基部近傍に設け、音響信号発信手段からゲートバーの開放端までの距離；Ｌに対して、前記数式１の条件を満たす周波数を基本周波数として、その高調波を合成して得られた信号を発信すると、ゲートバー内に発信された音響は先端部より空間に抜ける際、パワーの一部はその界面よりゲートバー内側に戻る形で反射される。この反射板は新たに発信され続けているスピーカーからの信号と重ね合せることにより定在波となり、ゲートバー内の音響はより強力なパワーとなる（気柱共鳴の状態）。また、先端を平板でふさぐとより強力な定在波が得られる。
【００２０】
更に上記（４）と（５）の手段は、定在波で観察されるゲートバー内の音圧を測定することを示すものであり、ゲートバー内の任意の位置にマイクロフォンを設置し、このマイクロフォンから得られる信号が観察される。しかし、ゲートバーが折損、変形等により定在波ができなくなると、受信信号のパワーは大幅に減少するため、ゲートバーの折損等の異常を検知することが可能となる。
【００２１】
更に上記（５）で述べた手段によれば、交流電圧計における観察される電圧の状態は、ゲートバーが正常な状態である時、つまり、共鳴状態では、電圧は低く観察され、ゲートバーに折損とか変形を生ずると、定在波ができなくなって、上記交流電圧計の計測される電圧は高くなるため、異常を検知することができる。
【００２２】
上記（６）で述べた手段によれば、ゲートバー内部の温度を温度計測センサーで計測し、その内部温度に基ずく音速（Ｖｔ＝３３１．５＋０．６ｔ（℃））に従って基本周波数を定めるため、周囲の温度環境に合った異常検知を行って、温度差による不具合や誤作動の発生を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、上述した本発明に係るゲートバー用異常検知装置の実施の形態を図面と共に説明すると、図１と図２は前記請求項１、２及び３に記載されている本発明の正常時と異常時の状態を説明した構成図であって、図中、１は中空状に形成したゲートバー、２はゲートバー１の内部１Ｈに向けてパルス状の断続音又は連続音から成る音響信号を発信できるように、ゲートバー１の回転基部近傍部分に設けた音響信号発信手段としてのスピーカー、３はゲートバー１の開放された先端部に取付けることにより、上記スピーカー２から発信される上記の音響信号を受信する音響信号受信手段としてのマイクロフォン、６は上記のスピーカー２及びマイクロフォン３によって発信及び受信した音響信号から、ゲートバー１の折損や屈曲等の異常１Ｚ（図２参照）を判断する異常検知手段としての定在波検出器を示す。
【００２４】
更に図中、５はゲートバー１を開閉作動するモータ（図示せず）や、上記の定在波検出器６を設けたゲート本体、８Ａはゲートバー１の開閉駆動軸、７はバー固定カバーを示す。
【００２５】
前記請求項１に係る本発明によれば、上記異常検知手段としての定在波検出器６が、上記発信及び受信した音響信号を夫々ＦＦＴ処理し、求められた伝達関数の値に基づいてゲートバー１の屈曲や折損等の異常１Ｚを判断するように構成されている。
【００２６】
例えば、入力信号の周波数ｆｉにおけるフーリエスペクトルをＡ（ｆｉ）とし、出力信号の周波数ｆｉにおけるフーリエスペクトルをＢ（ｆｉ）とした時、システムの周波数ｆｉにおける伝達関数Ｈ（ｆｉ）は、次の数式２によって求めることができる。
【数２】
2005008108.tif 000004
【００２７】
また、前記請求項２に係る本発明によれば、上記異常検知手段としての定在波検出器６が、上記のＦＦＴ処理に代えて、発信及び受信された音響信号の相互相関関数から、両信号の相関度合いを求め、ゲートバー１の屈曲や折損等の異常１Ｚを判断するように構成している。
【００２８】
例えば、入力信号及び出力信号のＡ／Ｄ変換したデータ列を夫々ｆｉ，ｇｉ（１＜ｉ＜Ｎ）とすると、時間位相ｊでの相互相関関数Ｒｆｇは、次の数式３によって求めることができる。
【数３】
2005008108.tif 000005
【００２９】
図３、図４は前記請求項４に記載されている本発明の正常時と異常時の状態を示した構成図で、図５はその要部の構成を拡大して示した断面図である。図５に於いて、２と３はゲートバー１の根元部分に設けたパルス状の断続音又は連続音を発信する音響信号発信手段としてのスピーカーと、音響信号受信手段としてのマイクロフォン、８はゲート開閉駆動軸８Ａを備えたバー固定部、８Ｂはバー固定軸、９はバー止め具、５Ａはゲート開閉駆動軸８Ａを回動自在に支持するベアリング、５と７はゲート本体とバー固定カバー、１０は上記定在波検出器６に設けたバー折れ検出回路を示す。尚、図３と図４において、前記図１と図２で示した部材と同じ部材は同一の符号を付して、その説明を省略した。
【００３０】
図４と図５に示された請求項４に係る発明は、前記数式１の条件を満たす周波数を基本周波数として、その高調波を合成して得られた信号をスピーカー２から発信することにより、ゲートバー１の内部１Ｈに得られる定在波によって観察される音圧を測定するものであって、内部１Ｈに設置されたマイクロフォン３から得られる信号を観察すると、ゲートバー１が図３の如く正常である場合は定在波が発生して、受信信号のパワーは強く観察される。
【００３１】
しかし、図４の如くゲートバー１に屈曲や折損等の異常１Ｚが発生すると、定在波の位相がずれて最大音圧位相が移動し、発信波と反射波の位相がずれることによって、受信信号のパワーが大幅に減少したり、定在波が消滅したりするため、これをバー折れ検出回路１０が検出して、ゲートバー１の屈曲や折損等の異常１Ｚを検知することができる仕組に成っている。
【００３２】
図６と図７は、前記請求項５に係る発明の構成を示したものであって、図６はスピーカー２を定在波検出器として用いて場合の回路図、図７は要部の拡大断面図である。図６において、１０は異常検知ユニットで、この異常検知ユニット１０は、ブリッジ回路１１と、ブリッジ回路１１のインプット側にアンプ１３を介して接続した信号電流を発信する音波電流発信器１２と、ブリッジ回路１１のアウトプット側にアンプ１５を介して接続した交流電圧計１４と、ブリッジ回路１１のインプット側とアウトプット側を結ぶブリッジ回路上のいずれか一ケ所に接続した上記のスピーカー２とによって構成されていて、このスピーカー２よりゲートバー１の内部１Ｈに向けてパルス状の断続音或は連続音から成る音響を発信し、上記交流電圧計１４に出力される出力値の変化を検知することで、ゲートバー１の屈曲や折損等の異常１Ｚを検知する仕組に成っている。
【００３３】
尚、図７に示した構成と前記図５に示した構成は殆ど同一であるから、図７において、図５に示したものと同一の部材は同一の符号を付すことによって、その説明を省略する。また、図５及び図７において、１′は前記請求項６で述べた温度計測センサーで、ゲートバー１の内部１Ｈの適所に設けられている。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べた次第で、本発明に係るゲートバー用異常検知装置によれば、比較的簡単な構成によって確実に、且つ、速やかにゲートバーの屈曲や折損等の異常を検出できるため、ゲートバーの折損等に起因する各種の危険や、経済的損失を最小限に抑えることができる利点を備えている。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、２、３に係る本発明の正常時における状態を説明した構成図。
【図２】図１に示した本発明の異常時における状態を説明した構成図。
【図３】請求項４に係る本発明の正常時における状態を説明した構成図。
【図４】図３に示した本発明の異常時における状態を説明した構成図。
【図５】図３と図４に示した本発明の要部を拡大して示した断面図。
【図６】請求項５に係る本発明の電気的構成を説明したブロック図。
【図７】請求項５に係る本発明の要部拡大断面図。
【符号の説明】
１              ゲートバー
１Ｈ            内部
１′            温度計測センサー
２              スピーカー
３              マイクロフォン
６              異常検知手段としての定在波検出器
１０            バー折り検出回路
【図１】
2005008108.tif 000007
【図２】
2005008108.tif 000008
【図３】
2005008108.tif 000009
【図４】
2005008108.tif 000010
【図５】
2005008108.tif 000011
【図６】
2005008108.tif 000012
【図７】
2005008108.tif 000013