(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に沿って検出ユニット、中継ユニット及び終端ユニットを間隔を設けて配置し、前記検査対象物を伝送媒体として、検出ユニットから送信した弾性波を中継ユニットで中継して終端ユニットまで伝送し、該終端ユニットで前記送信弾性波を受信した時に、当該終端ユニットから弾性波を返信し前記中継ユニットで中継して前記検出ユニットに伝送し、該検出ユニットにおける弾性波受信状態に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する構成としたことを特徴とする欠陥検出システム。
【請求項２】
前記検出ユニットは、前記終端ユニットからの前記返信弾性波の受信の有無に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する構成とした請求項１に記載の欠陥検出システム。
【請求項３】
前記返信弾性波の受信の有無は、弾性波を送信してから所定時間範囲内に前記返信弾性波が受信されたか否かに基づいて判定する構成とした請求項２に記載の欠陥検出システム。
【請求項４】
前記中継ユニットは、検出ユニット側の弾性波送受信を行う第１送受信部と、終端ユニット側の弾性波送受信を行う第２送受信部とを備え、前記第１送受信部が検出ユニット側から弾性波を受信した時に前記第２送受信部から終端ユニット側へ弾性波を送信し、前記第２送受信部が終端ユニット側から弾性波を受信した時に前記第１送受信部で検出ユニット側へ弾性波を送信する構成である請求項１に記載の欠陥検出システム。
【請求項５】
前記検出ユニットは、前記検査対象物の欠陥部からの反射弾性波を受信した時、弾性波を送信してから前記反射弾性波を受信するまでの時間に基づいて前記欠陥部の位置を特定する請求項４に記載の欠陥検出システム。
【請求項６】
前記中継ユニットは、前記検出ユニット側から弾性波を受信した時に、前記第１送受信部から検出ユニット側へ弾性波を返信する構成である請求項４に記載の欠陥検出システム。
【請求項７】
前記検出ユニットは、弾性波を送信してから隣接する中継ユニットの前記第１送受信部からの返信弾性波を受信するまでの時間に基づいて、弾性波の伝搬速度を補正する構成とした請求項６に記載の欠陥検出システム。
【請求項８】
前記中継ユニット及び終端ユニットの弾性波送信レベルは、これら各ユニット自体の配置位置近傍での弾性波反射レベルと略同等に設定する請求項４に記載の欠陥検出システム。
【請求項９】
少なくとも前記中継ユニットは、前記検出ユニット側及び終端ユニット側の双方向に弾性波の送受信を行う送受信部を備える構成である請求項１に記載の欠陥検出システム。
【請求項１０】
中継ユニットは、弾性波を受信してから予め設定した遅延時間経過後に弾性波を送信する構成であり、前記遅延時間が、初回の信号受信時と２回目以降の信号受信時とで異なる請求項９に記載の欠陥検出システム。
【請求項１１】
前記終端ユニットは、検出ユニットの送信信号と異なる信号を返信する構成である請求項９に記載の欠陥検出システム。
【請求項１２】
前記中継ユニットは、受信信号が前記終端ユニットの返信信号である時に、終端ユニットの返信信号と同一の信号を送信する構成である請求項１１に記載の欠陥検出システム。
【請求項１３】
前記中継ユニットは、前記終端ユニットの返信信号と同一の信号を送信した後は、信号の中継動作を停止する請求項１２に記載の欠陥検出システム。
【請求項１４】
前記中継ユニットは、前記検査対象物の欠陥部からの反射弾性波を受信した時、反射弾性波の受信を示す信号を中継して検出ユニットに通知する請求項９に記載の欠陥検出システム。
【請求項１５】
前記反射弾性波の受信を示す信号を、検出ユニットの送信信号及び終端ユニットの返信信号のいずれとも異なる信号とする請求項１４に記載の欠陥検出システム。
【請求項１６】
前記検出ユニット、中継ユニット及び終端ユニットの各送受信部を、互いに音響的に分離された少なくとも一対の検査対象物にそれぞれ取付け、前記検出ユニットからの送信信号を前記中継ユニットで前記一対の検査対象物に交互に送信して終端ユニットまで中継し、終端ユニットからの返信弾性波を中継ユニットで前記一対の検査対象物に交互に送信して検出ユニットに返信すると共に、検出ユニットから前記一対の検査対象物に対して交互に信号を送信する請求項９に記載の欠陥検出システム。
【請求項１７】
前記検出ユニットは、弾性波受信状態に基づいて弾性波伝搬状態が異常と判定した時に中継ユニット及び終端ユニットに対して中継動作の停止を通知するための制御信号を送信する構成である請求項１６に記載の欠陥検出システム。
【請求項１８】
前記検出ユニットは、前記制御信号の送信後、中継ユニット及び終端ユニットの中継動作正常確認のための信号伝送を実行する請求項１７に記載の欠陥検出システム。
【請求項１９】
前記検査対象物が、鉄道レールである請求項１に記載の欠陥検出システム。
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は、長距離にわたって敷設されるレールやパイプにおける破断等の欠陥を、弾性波を利用して検出する欠陥検出システムに関し、特に、システムの簡素化を図る技術に関する。
〔背景技術〕
例えば鉄道信号の分野では、軌道回路を使用して列車検出を行っているが、この軌道回路は、副次的機能としてレールに破断が生じているか否かを検出するレール欠陥検出機能を備える。
ところで、近年、保全の容易化を目的として無線を用いた列車検出システムが検討されている。無線による列車検出システムを採用する場合、このシステムはレールの破断の検出機能を持たないため、別途、破断等のレール欠陥を検出するための設備を設ける必要が生じる。無線による列車検出システムの利点は信号線の配線が不要になることであり、従って、無線列車検出システムと併用するレール欠陥検出装置は、信号線の配線を必要としないものが望まれる。
このようなレール欠陥検出装置として、超音波を利用したものが公知である（例えば、国際公開ＷＯ９８／７６１０や、ＵＳ  Ｐａｔｅｎｔ  ５７４３４９５等参照）。
図１に、超音波を利用して長距離に亘ってレール破断を検出するための従来の破断検出システムの例を示す。
図１において、レール１に沿って、多数の端末装置２１，２２，２３，・・・を間隔を設けて設置する。各端末装置２１，２２，２３，・・・は、超音波送受信器３１，３２，３３，・・・と、通信装置４１，４２，４３，・・・を備え、中央処理装置５とそれぞれ通信可能に通信ライン６を介して接続する。
この従来システムでは、端末装置２１は次の端末装置２２へ超音波を送信し、端末装置２２は次の端末装置２３へ超音波を送信し、端末装置２３は次の端末装置へ超音波を送信する、というように、各端末装置から隣接する端末装置に対して超音波を送信する。各端末装置２１，２２，２３，・・・は、通信装置４１，４２，４３，・・・により中央処理装置５に対して超音波の送受信の有無を定期的に知らせる。
例えば、端末装置２１と端末装置２２の間でレール破断を生じると、端末装置２１から送信された超音波信号は端末装置２２で受信されない。端末装置２２から中央処理装置５に対して受信ありの通報がなければ、中央処理装置５は、端末装置２１と端末装置２２の間でレールが破断していると判断する。
また、図１のシステムでレール破断位置を検出する場合、各端末装置は２１，２２，２３，・・・は、反射波を受信すると直ちに中央処理装置５に反射波受信有りを通報する。中央処理装置５は、超音波の送信時刻と反射波受信時刻に基づいて反射の生じている位置、即ち、レール破断位置を算定できる。
ところで、超音波の伝送距離は、超音波伝送媒体の形状及び設置状況に依存する。例えば、パイプの場合、パイプを固定するための付帯設備が超音波の減衰を増大させる。また、レールの場合、枕木とレールの固定により超音波の減衰が増大する。一般的には、超音波の反射を利用するパイプ欠陥検出の場合の検出範囲は数＋ｍ程度であり、レール破断検出の場合の検出距離は１〜２ｋｍである。
このため、長距離にわたって敷設されるレールやパイプの破断を検出する場合、図１の従来システムでは、中央処理装置に通信ラインを介して接続する端末装置の数が増えると、各端末装置、通信ライン、中央処理装置で構成されるネットワークの管理が複雑になるという問題がある。
尚、強力な超音波を発生させて長距離伝送を行う方法も報告されているが、超音波発生装置が大掛かりになること及び超音波の伝送媒体自体を損傷させる可能性があることから、パイプやレールの破断検出に利用することは難しい。
本発明はこのような従来の問題点に鑑み、ネットワークの通信ラインに接続する端末数を少なくでき、ネットワークを簡素化できる欠陥検出システムを提供することを目的とする。
〔発明の開示〕
このため、本発明の欠陥検出システムは、検査対象物に沿って検出ユニット、中継ユニット及び終端ユニットを間隔を設けて配置し、前記検査対象物を伝送媒体として、検出ユニットから送信した弾性波を中継ユニットで中継して終端ユニットまで伝送し、該終端ユニットで前記送信弾性波を受信した時に、当該終端ユニットから弾性波を返信し前記中継ユニットで中継して前記検出ユニットに伝送し、該検出ユニットにおける弾性波受信状態に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無を判定する構成とした。
かかる構成によれば、検出ユニットにおいて弾性波の受信状態を監視すればよく、長距離にわたって検査対象物の破断等の欠陥を検査する場合でも、検出ユニットだけを通信ラインを介して中央処理装置等に接続するだけでよく、通信ネットワークを簡素化できるようになる。
また、前記中継ユニットが、検出ユニット側の弾性波送受信を行う第１送受信部と、終端ユニット側の弾性波送受信を行う第２送受信部とを備え、前記第１送受信部が検出ユニット側から弾性波を受信した時に前記第２送受信部から終端ユニット側へ弾性波を送信し、前記第２送受信部が終端ユニット側から弾性波を受信した時に前記第１送受信部で検出ユニット側へ弾性波を送信する構成であって、前記中継ユニットが、前記検出ユニット側から弾性波を受信した時に、第１送受信部から検出ユニット側へ弾性波を返信する構成とすれば、検査対象物に欠陥がない場合、中継ユニットと終端ユニットの設置数に対応した数の受信信号を受信するので、中継ユニット及び終端ユニットの動作状態をモニタすることが可能になる。また、欠陥部からの反射弾性波を受信した時に、その直前の受信信号から反射弾性波による受信信号までの時間に基づいて欠陥部位置を特定できるので、中継ユニットにおける受信してから送信するまでのタイミングのずれに伴う欠陥部位置の検出誤差を抑制して精度良く欠陥部位置を特定できるようになる。更に、検出ユニットにおいて、弾性波を送信してから当該弾性波を受信した隣接中継ユニットにより検出ユニット方向に送信される弾性波を受信するまでの時間に基づいて、設置環境等の影響による弾性波伝搬速度の変化を補正することが可能となり、欠陥部位置をより精度良く特定できるようになる。
前記中継ユニット及び終端ユニットの弾性波送信レベルを、これら各ユニット自体の配置位置近傍での弾性波反射レベルと略同等に設定すれば、検出ユニット及び中継ユニットが反射弾性波の受信能力が維持されているか否かのチェックができる。
また、少なくとも前記中継ユニットは、前記検出ユニット側及び終端ユニット側の双方向に弾性波の送受信を行う送受信部を備える構成としてもよい。
かかる構成では、検査対象物に対する送受信部の取付けが容易となる。
この場合、中継ユニットは、弾性波を受信してから予め設定した遅延時間経過後に弾性波を送信する構成であり、前記遅延時間が、初回の信号受信時と２回目以降の信号受信時とで異なるようにすれば、各中継ユニットの送信タイミングを互いにずらすことができ、弾性波の受信の干渉を回避できるようになる。
また、前記中継ユニットが、終端ユニットの信号を受信した時に、終端ユニットの返信信号と同一の信号を送信し、送信した後は信号の中継動作を停止する構成とするとよい。
かかる構成では、無駄な弾性波送信動作を行わないようにできる。
また、前記中継ユニットが、前記検査対象物の欠陥部からの反射弾性波を受信した時、検出ユニットの送信信号及び終端ユニットの返信信号のいずれとも異なる反射弾性波受信を示す信号を送信するようにしてもよい。
また、前記検出ユニット、中継ユニット及び終端ユニットの各送受信部を、互いに音響的に分離された少なくとも一対の検査対象物にそれぞれ取付け、前記検出ユニットからの送信信号を前記中継ユニットで前記一対の検査対象物に交互に送信して終端ユニットまで中継し、終端ユニットからの返信弾性波を中継ユニットで前記一対の検査対象物に交互に送信して検出ユニットに返信すると共に、検出ユニットから前記一対の検査対象物に対して交互に信号を送信する構成とするとよい。
かかる構成では、一対の検査対象物に交互に弾性波を伝搬させることで、破断部を迂回させて弾性波を伝搬させることができ、破断部の存在位置に拘わらず必ず破断部からの反射弾性波を受信できるようになるので、ユニット間隔を信号伝達可能な最大距離にして各ユニットを配置した場合でも破断位置を特定できるようになる。
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下に、本発明に係る欠陥検出システムの好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図２は、本発明の第１実施形態を示し、鉄道レールの破断検出への適用例を示す。
図２において、検査対象物であるレール１１の破断検査区間に沿って、検査区間の始端側に検出ユニット２０を配置し、終端側に終端ユニット４０を配置する。また、前記検出ユニット２０と終端ユニット４０との間の検査区間中間部に、検査区間の長さに応じて適当数の中継ユニット３０Ａ、３０Ｂ（本実施形態では２つ設けた例を示す）を間隔を設けて配置する。尚、中継ユニット数は２つに限らないことは言うまでもない。
検出ユニット２０は、中継ユニット３０Ａ方向へ弾性波としての超音波を送信し中継ユニット３０Ａ方向からの超音波を受信可能なように伝送媒体であるレール１１に当接させた超音波振動子２１を備える。また、前記超音波振動子２１と接続する送受信回路の送受信情報に基づいて後述するように、破断の有無を判定したり破断位置の特定等を行い、その結果等の情報を図示しない中央処理装置等に通信ラインを介して伝送する。
終端ユニット４０は、中継ユニット３０Ｂ方向へ超音波を送信し中継ユニット３０Ｂ方向からの超音波を受信可能なようにレール１１に当接させた超音波振動子４１を備える。超音波振動子４１は図示しない内部の送受信回路に接続している。そして、中継ユニット３０Ｂの送信した超音波を受信すると中継ユニット３０Ｂに超音波を返信する構成である。
中継ユニット３０Ａ、３０Ｂは、検出ユニット２０方向への超音波送信と検出ユニット２０方向からの超音波受信が可能なようにレール１１に当接させた第１送受信部である超音波振動子３１ａと、中継ユニット３０Ｂ方向（終端ユニット方向）への超音波送信と中継ユニット３０Ｂ方向（終端ユニット方向）からの超音波受信が可能なようにレール１１に当接させた第２送受信部である超音波振動子３１ｂを備える。そして、中継ユニット３０Ａは、検出ユニット２０の送信した超音波を超音波振動子３１ａで受信すると中継ユニット３０Ｂへ超音波振動子３１ｂにより超音波を送信し、中継ユニット３０Ｂの送信した超音波を超音波振動子３１ｂで受信すると検出ユニット２０に超音波振動子３１ａにより超音波を送信する構成である。中継ユニット３０Ｂも同様に構成され、中継ユニット３０Ａの送信した超音波を超音波振動子３１ａで受信すると終端ユニット４０Ｂへ超音波振動子３１ｂにより超音波を送信し、終端ユニット４０の送信した超音波を超音波振動子３１ｂで受信すると中継ユニット３０Ａに超音波振動子３１ａにより超音波を送信する。
図３に、前記中継ユニット３０Ａの構成例を示す。尚、中継ユニット３０Ｂも同様の構成であり、説明は省略する。
図３において、中継ユニット３０Ａは、超音波振動子３１ａに切換スイッチ３２を介して選択的に接続可能な受信回路３３Ａ及び送信回路３３Ｂと、超音波振動子３１ｂに切換スイッチ３４を介して選択的に接続可能な受信回路３５Ａ及び送信回路３５Ｂと、各受信回路３５Ａ，３３Ａからの各受信有りの情報により前記切換スイッチ３２，３４をそれぞれ切換制御する制御回路３６、３７を備える。
次に、図４及び図５のタイムチャートを参照して第１実施形態の動作を説明する。図４はレール１１が正常な場合のタイムチャートを、図５は中継ユニット３０Ａと中継ユニット３０Ｂの間に破断を生じた場合のタイムチャートを示す。
まず、レール１１に破断が存在しない正常状態時の動作を説明する。
検出ユニット２０は、所定の周期で中継ユニット３０Ａ方向に超音波を送信する。検出ユニット２０から送信される信号Ｓ１は、中継ユニット３０Ａの超音波振動子３１ａで受信され受信信号Ｒ１が発生する。中継ユニット３０Ａは、受信回路３３Ａが信号Ｒ１を受信すると制御回路３７に受信有りの情報を出力する。制御回路３７は、前記受信有りの情報により切換スイッチ３４を送信回路３５Ｂ側に切換え動作する。これにより、超音波振動子３１ｂを介して中継ユニット３０Ｂへ超音波を送信する。従って、検出ユニット２０の送信信号Ｓ１は、中継ユニット３０Ａで信号Ｓ２として中継されて中継ユニット３０Ｂ方向に伝送される。同様にして、中継ユニット３０Ａの送信信号Ｓ２は、中継ユニット３０Ｂの超音波振動子３１ａで受信され受信信号Ｒ２が発生し、中継ユニット３０Ｂで送信信号Ｓ３として中継されて終端ユニット４０に伝送される。終端ユニット４０は、信号Ｓ３を受信して受信信号Ｒ３の発生により送信信号Ｓ４を発生して中継ユニット３０Ｂ方向に返信する。送信信号Ｓ４は、中継ユニット３０Ｂで受信され受信信号Ｒ４の発生により送信信号Ｓ５として中継される。信号Ｓ５は中継ユニット３０Ａで受信され受信信号Ｒ５の発生により送信信号Ｓ６として中継される。信号Ｓ６は、検出ユニット２０で受信され受信信号Ｒ６が発生する。
このように、レール１１に破断が存在しなければ、検出ユニット２０から送信された信号Ｓ１は、中継ユニット３０Ａと３０Ｂを中継して終端ユニット４０まで伝送され、終端ユニット４０からの信号受信を示す情報として返信される超音波信号が、中継ユニット３０Ａ、３０Ｂを経由して検出ユニット２０に伝送され受信信号Ｒ６が検出ユニット２０で発生する。そして、超音波信号がレール１１を介して検出ユニット２０と終端ユニット４０間を往復する時間は予め計算できるので、レール１１正常時の検出ユニット２０における受信信号Ｒ６の発生時刻を予め設定できる。従って、検出ユニット２０において予想される発生時刻を基準に予め時間範囲を設定しその設定時間範囲内に受信信号Ｒ６が発生したか否か監視することで破断の有無を監視でき、設定時間範囲内に信号Ｒ６が発生すればレール１１は正常であると判定できる。
次に、図５のタイムチャートによりレール１１に破断を生じている場合を説明する。
中継ユニット３０Ａと３０Ｂ間のレール１１に破断が存在する場合、検出ユニット２０の送信信号Ｓ１に基づく中継ユニット３０Ａの送信信号Ｓ２は破断部で反射する。このため、中継ユニット３０Ａは、破断部での反射波を超音波振動子３１ｂで受信して図５のように反射受信信号ａが発生する。信号ａが発生すると受信回路３５Ａ、制御回路３６、切換スイッチ３２の動作により超音波振動子３１ａを介して信号ｂを検出ユニット２０に送信する。検出ユニット２０では、信号ｂを受信して受信信号ｃが発生する。破断部の反射に基づく受信信号ｃは、正常時に発生する受信信号Ｒ６（図５中破線で示す）の発生時刻より早く、前記設定時間範囲外となり、受信信号ｃは破断からの反射波によるものと判定できる。
破断による受信信号であると判断した場合、検出ユニット２０では、信号Ｓ１の送信から信号ｃの受信までの時間Ｔと超音波の伝搬速度Ｃから、レール破断位置Ｘを、Ｘ＝Ｃ・Ｔ／２から算定でき、破断位置を特定することができる。そして、前記正常判定や破断位置の情報は、図示しないが検出ユニット２０と通信ラインで接続される中央処理装置へ伝送する。
以上のように、第１実施形態では、終端ユニット４０からの返信信号による受信信号Ｒ６が発生したか否かを監視し、信号Ｒ６が発生すればレール１１は正常と判断し、受信信号ｃが発生すれば破断有りと判定する。また、検出ユニット２０で信号が受信されなければ、超音波の伝送系に何らかの異常が発生したことになる。
レール１１の検査区間中間部に継ぎ目が存在する場合は、図６に示すように、中継ユニット３０の２つの超音波振動子を継ぎ目１１ａを跨いでレール１１に取付ければよい。検査区間内に継ぎ目１１ａがある場合、継ぎ目１１ａでの反射波が存在するが、終端ユニット４０の送信に基づく受信信号Ｒ６が発生すればレール１１は正常と判断できる。
また、対になっている２本のレール１１の破断を同時に監視する場合は、図７に示すように、レール１１の検査区間の一端側に、一方のレール側に検出ユニット２０を配置し他方のレール側に終端ユニット４０を配置すると共に、検査区間の他端側に中継ユニット３０を配置し、２つの超音波振動子を両レールに跨るように取付ければよい。
尚、図６及び図７のように構成した場合も、超音波信号の伝送動作は図２の場合と同様であるので、説明は省略する。
上述した第１実施形態の場合、中継ユニット３０の数が増大すると各中継ユニット３０の受信から送信までの時間遅れの積算時間が大きくなるため、破断部からの反射信号ｃの受信時刻の誤差が大きくなり、破断部の位置検出精度が低下する虞れがある。
次に、中継ユニット数に関係なく破断部位置を精度よく検出できる本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態の各中継ユニットは、検出ユニット方向から信号を受信した時、終端ユニット方向に中継して伝送すると共に、超音波振動子３１ａから検出ユニット方向にも送り返す構成である。この場合、各中継ユニットは、図３に点線で示すように受信回路３３Ａからの受信有りの情報を制御回路３６にも出力する構成とすればよい。検出ユニット及び終端ユニットの構成は、第１実施形態と同様である。
次に、図８及び図９の動作タイムチャートを参照して第２実施形態の動作を説明する。尚、以下では、検出ユニット、中継ユニット及び終端ユニットは、図２に示す第１実施形態と同様に配置されているものとして説明する。図中、図４及び図５と同様のものは同一符号を付す。
図８は、レール１１に破断がない正常な場合の動作タイムチャートである。図８において、中継ユニット３０Ａは、信号Ｓ１を受信して受信信号Ｒ１が発生すると、第１実施形態と同様に信号Ｓ２として中継ユニット３０Ｂに超音波を送信すると同時に、図に示すように信号Ｓ１’として検出ユニット２０にも送信する。中継ユニット３０Ｂでは、信号Ｓ２を受信して受信信号Ｒ２が発生すると、信号Ｓ３として終端ユニット４０に超音波を送信すると同時に、図に示すように信号Ｓ１”として中継ユニット３０Ａに送信する。中継ユニット３０Ａは、信号Ｓ１”を受信して信号Ｒ１”が発生すると信号Ｓ２”として検出ユニット２０に送信する。レール１１が正常な場合、検出ユニット２０では、図に示すように各中継ユニット３０Ａ、３０Ｂの送信信号Ｓ１’、Ｓ１”に基づいた受信信号Ｒ１’、Ｒ２”と、第１実施形態と同様に終端ユニット４０の送信信号Ｓ４による受信信号Ｒ６が発生する。従って、検出ユニット２０は、受信信号Ｒ６が設定時間範囲内に発生すればレール１１は正常と判断できる。
次に、図９のタイムチャートによりレール１１に破断を生じている場合を説明する。
中継ユニット３０Ａと３０Ｂ間のレール１１に破断が存在する場合、中継ユニット３０Ａでは、受信信号Ｒ１の発生により送信信号Ｓ２、Ｓ１’が図８と同様正常に発生し、検出ユニット２０で受信信号Ｒ１’が発生する。中継ユニット３０Ａの送信信号Ｓ２は破断部で反射し、反射受信信号ａに基づいて中継ユニット３０Ａから信号ｂが検出ユニット２０に送信され、検出ユニット２０では、正常時の受信信号Ｒ２”の発生時点より早く反射波による受信信号ｃが発生する。本実施形態では、この場合、受信信号Ｒ１’の発生時点を基準として信号ｃの受信時間Ｔを計測し、この時間Ｔと伝搬速度Ｃからレール破断位置を算定する。これにより、各中継ユニット３０における受信と送信間の遅れ時間の影響を排除でき、第１実施形態と比較して、より精度よく破断位置を特定できる。
また、第２実施形態では、中継ユニット３０Ａの送信信号Ｓ１’により、超音波の伝搬速度Ｃの補正ができる。
即ち、検出ユニット２０と中継ユニット３０Ａ間の距離がＬとすれば、検出ユニット２０が信号Ｓ１を発生してから受信信号Ｒ１’が発生するまでの時間ｔｏは、ｔｏ＝２Ｌ／Ｃ＋ｔｘで表せる。ここに、ｔｘは中継ユニット３０Ａが超音波を受信して送信するまでの時間遅れであり、設計上定まり固定値である。上記式により時間ｔｏを計測すればその時の伝搬速度Ｃを算出できる。これにより、リアルタイムで超音波信号の伝搬速度Ｃを補正できるので、破断位置の検出に、補正した伝搬速度Ｃを用いれば、より一層、破断位置を高精度に特定できる。
更には、第２実施形態の場合、図８で示すタイムチャートから明らかなように、検出ユニット２０では、検出ユニット−終端ユニット間に介在する中継ユニット数に相当する数の受信信号が発生するので、発生した受信信号数を計数することにより、設置されている中継ユニット数を検出ユニット２０側で逐次モニタでき、検出ユニット２０側で、受信すべき信号個数とその受信時刻をチェックすることによって、各中継ユニット３０と終端ユニット４０の動作状況のモニタができる。
また、第２実施形態の構成では、レール１１に破断があれば、破断部から先の中継ユニット及び終端ユニットの送信信号は、検出ユニットで受信されないので、検出ユニット２０の受信信号数を監視することで、破断の有無及びおおよその破断位置を検出することが可能である。
尚、最終の中継ユニットと終端ユニットとの間に破断部が存在する場合には、受信信号数からは破断の有無を検出できず、この場合には、最終の受信信号の発生時間に基づいて当該受信信号が破断部での反射波によるものか、終端ユニットからの返信信号によるものかを判断すればよい。
また、本発明の構成において、各中継ユニット３０と終端ユニット４０の検出ユニット方向の超音波送信レベルを適切に設定することにより、検出ユニット２０及び各中継ユニット３０における破断部からの反射波受信機能が正常か否かを監視することができる。
かかる監視機能に関して、検出ユニット２０と中継ユニット３０Ａ間の送受信動作を例にして、図１０により説明する。
検出ユニット２０と中継ユニット３０Ａとの距離をＬｘとする。検出ユニット２０の送信信号は、距離Ｌｘ離れた中継ユニット３０Ａの設置位置に到達するまでに減衰し、到達後、更に距離Ｌｘ伝搬して減衰し検出ユニット２０で受信される。このため、検出ユニット２０の受信能力は、最大距離Ｌｘ、即ち、中継ユニット３０Ａの設置位置で生じる反射波を検出できるように設定される。検出ユニット２０が中継ユニット３０Ａの設置位置で生じる反射波を受信する能力があるか否かをチェックするには、図１０に示すように、中継ユニット３０Ａから検出ユニット２０側に送信するレベルを、検出ユニット２０の検出ユニット２０方向の送信レベルより十分小さく、即ち、中継ユニット３０Ａの設置位置における反射波と略同等レベルに設定すればよい。尚、他の中継ユニットの反射波受信機能のチェックも、隣接する中継ユニット及び終端ユニットにおける検出ユニット方向の送信レベルを同様に設定すればよい。
これにより、破断の検出動作と同時に検出ユニット２０及び中継ユニット３０における反射波受信機能の正常か否かを監視でき、欠陥検出システムの信頼性が向上する。
上記各実施形態は、検出ユニット側から終端ユニット側へ、逆に、終端ユニット側から検出ユニット側へ、弾性波が伝送媒体に対してそれぞれ一方向に伝搬して中継する構成例を示した。以下では、弾性波が伝送媒体に対して双方向に伝搬する場合の構成例について述べる。
図１１は、弾性波が伝送媒体に対して双方向伝搬する本発明の第３実施形態を示す。
図１１において、伝送媒体であるレール１１の破断検査区間に沿って配設された各検出ユニット５０、中継ユニット６０Ａ、６０Ｂ及び終端ユニット７０は、それぞれ送受信部として１つの超音波振動子５１，６１，７１を有する。各ユニット５０，６０，７０の各超音波振動子５１，６１，７１は、その超音波送受面を伝送媒体であるレール１１の伝搬方向に対して略直角となるよう取付ける。これにより、各超音波振動子５１，６１，７１から送信される弾性波としての超音波は、レール１１の図中左右双方向へ伝搬するようになる。
検出ユニット５０は、検出ユニット２０と同様の構成であり、超音波の送受信情報に基づいて破断の有無を判定したり破断位置の特定等を行い、その結果等の情報を図示しない中央処理装置等に通信ラインを介して伝送する。
終端ユニット７０は、中継ユニット６０Ｂの送信信号を受信すると検出ユニット５０の送信信号と区別するため検出ユニット５０の送信信号と異なる超音波信号を送信する構成である。異なる信号とは、例えばパルス数を異ならせて信号発生時間を異ならせた信号等である。また、送信後は中継動作を停止する。即ち、信号を受信したら送信するという動作を行わない。
中継ユニット６０Ａ，６０Ｂは、同じ構成であり、図１２に示すように、超音波振動子６１に切換スイッチ６２を介して選択的に接続可能な受信回路６３及び送信回路６４と、受信回路６３の受信有り及び受信信号形態の各情報により前記切換スイッチ６２を切換制御すると共に送信回路６４の送信形態を制御する制御回路６５を備える。
即ち、中継ユニット６０Ａ，６０Ｂは、信号を受信すると制御回路６５により切換えスイッチ６２が送信回路６４側に切換わり信号を送信し、送信後は切換えスイッチ６２を受信回路６３側に戻す。そして、受信した信号が検出ユニット５０の信号の時は検出ユニット５０と同一の信号を、終端ユニット７０の信号の時は終端ユニット７０と同一の信号を送信し、終端ユニット７０と同一の信号の送信後は中継動作を停止し信号を受信しても送信動作を行わない。
第３実施形態の信号中継動作を、図１３のタイムチャートを参照して説明する。尚、図中、白四角は検出ユニット５０と同一の信号を示し、黒四角は終端ユニット７０と同一の信号を示す。
検出ユニット５０は、所定の周期で超音波信号Ｓ１を送信する。信号Ｓ１により中継ユニット６０Ａで受信信号Ｒ１が発生し、中継ユニット６０Ａは信号Ｓ１と同じ信号Ｓ２を送信する。信号Ｓ２は、レール１１を双方向に伝搬するので、図示のように、検出ユニット５０と中継ユニット６０Ｂでそれぞれ受信信号Ｒ’、Ｒ２が発生する。中継ユニット６０Ｂは、受信信号Ｒ２の発生により送信信号Ｓ３を送信し、中継ユニット６０Ａ及び終端ユニット７０で受信信号Ｒ２’、Ｒ３がそれぞれ発生する。中継ユニット６０Ａでは、受信信号Ｒ２’の発生により送信信号Ｓ２’を送信するので、検出ユニット５０で受信信号Ｒ２”が発生し、中継ユニット６０Ｂで受信信号Ｒ３’が発生する。また、終端ユニット７０は、受信信号Ｒ３の発生により検出ユニット５０の信号Ｓ１と例えばパルス数の異なる信号Ｓ４を送信し、この信号Ｓ４により中継ユニット６０Ｂで受信信号Ｒ４が発生する。中継ユニット６０Ｂは、受信信号Ｒ４の発生で信号Ｓ５を送信する。中継ユニット６０Ａは、信号Ｓ５による受信信号Ｒ５の発生で信号Ｓ６を送信し、検出ユニット５０で受信信号Ｒ６が発生する。
尚、終端ユニット７０は、信号Ｓ４の送信後は中継動作を停止するので、中継ユニット６０Ｂの信号Ｓ５に基づく受信信号Ｒ４’が発生しても送信動作は行わない。同様に、中継ユニット６０Ｂも終端ユニット７０からの信号Ｓ４に基づく信号Ｓ５の送信後は中継動作を停止するので、信号Ｓ６の受信で受信信号Ｒ５’が発生しても送信動作は行わない。
かかる第３実施形態によれば、検出ユニット５０は、受信信号Ｒ６が所定時間範囲内に発生すればレール１１は正常と判断する。レール１１に破断が存在する場合には図９で説明したように第２実施形態と同様にして破断を検出できる。また、第２実施形態と同様に、検出ユニット５０において検出ユニット−終端ユニット間に介在する中継ユニット数と同数の受信信号が発生するので、発生した受信信号数を計数することで、設置されている中継ユニット数を検出ユニット側で逐次モニタでき、受信信号の個数とその受信時刻をチェックすることによって、各中継ユニット６０Ａ，６０Ｂと終端ユニット７０の動作状況のモニタができる。そして、伝送媒体の単一方向に超音波を伝搬して中継する構成に比較して、伝送媒体に対する超音波振動子の取付けが容易で、取付けの制約がないという利点がある。
ところで、第３実施形態の場合、図１３に示すように、終端ユニット７０の信号Ｓ４と中継ユニット６０Ａの信号Ｓ２’の送信タイミングが重なり、中継ユニット６０Ｂにおいて受信信号Ｒ４とＲ３’が干渉する虞れがある。
次に、上記の受信信号の干渉問題を回避した本発明の第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、中継ユニットの中継動作において、信号受信後の送信動作を遅延させ、且つ、遅延時間を変化させるようにした。具体的には、中継ユニットで信号を受信してから送信するまでの遅延時間を、初回の信号受信時と２回目以降の信号受信時とで異なる構成とした。また、中継ユニットは、破断部からの反射波受信時は終端ユニットと同一の信号を送信する構成である。
第４実施形態の信号伝搬動作を、図１４に示す３つの中継ユニット６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを備える場合について、図１５のタイムチャートを参照して説明する。図１５中、Ｔ２は各中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃの初回信号受信時の遅延時間を、Ｔ３は２回目以降の信号受信時の遅延時間をそれぞれ示す。Ｔ１はユニット間の信号伝搬時間である。
図１５に示すように、各中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃは、最初の受信信号に対しては時間Ｔ２の経過後に信号を送信し、２回目以降の受信信号に対しては時間Ｔ３の経過後に信号を送信する。また、終端ユニット７０は、中継ユニット６０Ｃからの信号を受信した時に時間Ｔ２の経過後に信号を送信する。送信タイミングを変化させる以外の中継動作は、第３実施形態の場合と同様である。
かかる構成によれば、図１５のＡ、Ｃで示すように、中継ユニット６０Ｂにおける中継ユニット６０Ａからの信号と中継ユニット６０Ｃからの信号の受信時、及び、図１５のＢで示すように、中継ユニット６０Ｃにおける中継ユニット６０Ｂからの信号と終端ユニット７０からの信号の受信時に、受信信号の受信タイミングがずれるので、超音波が双方向に伝搬する場合でも受信の干渉を防止できる。
次に、第４実施形態において、中継ユニット６０Ｂと６０Ｃとの間に破断が生じた場合の信号中継動作を図１６のタイムチャートに基づいて説明する。
図１４の点線で示すように、中継ユニット６０Ｂと６０Ｃとの間のレール１１に破断部が存在する場合、中継ユニット６０Ｂの送信信号ａは破断部で反射し、反射波による受信信号ｂが発生する。中継ユニット６０Ｂは、前記受信信号ｂの発生から時間Ｔ３経過後に終端ユニット７０と同一の信号ｃを送信する。この信号ｃの発生により、中継ユニット６０Ａを中継して検出ユニット５０に反射波に基づく受信信号ｄが発生する。検出ユニット５０では、中継ユニット６０Ｂの送信信号ａに基づく返信信号ａ’が発生した後に信号ｄが時間（Ｔｒ＋Ｔ３）遅れて発生する。尚、前記時間Ｔｒは、中継ユニット６０Ｂの送信信号ａの発生後に反射波による受信信号ｂが発生するまでの時間を示す。
従って、検出ユニット５０では、この場合、受信信号ａ’の発生時点を基準として反射波による信号ｄの受信時間（Ｔｒ＋Ｔ３）を計測することにより、中継ユニット６０Ｂと６０Ｃとの間で、且つ、中継ユニット６０Ｂの前方の伝搬時間Ｔｒ／２に相当する位置に破断が存在していることが検出できる。
第４実施形態では、反射波を受信した時に中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃが終端ユニット７０と同一の信号を送信する構成としたが、検出ユニット５０及び終端ユニット７０の各送信信号とは異なる別の信号を送信する構成としてもよい。
かかる構成の本発明の第５実施形態の信号中継動作のタイムチャートを図１７に示す。破断部は図１４と同じ位置とする。尚、第５実施形態は、反射波受信後は直ちに信号を送信する構成である。
図１７において、中継ユニット６０Ｂは、送信信号ａに基づく反射波受信信号ｂが発生すると、受信してから時間Ｔ３経過後に終端ユニット７０とは異なる別の種類の信号ｅを送信する。この送信信号ｅを受信した中継ユニット６０Ａは遅延なく直ちに信号ｆを送信する。従って、検出ユニット５０では、中継ユニット６０Ｂの送信信号ａに基づく返信信号ａ’が発生した後に、前記信号ｆの発生に基づく信号ｇが時間Ｔｒ遅れて発生する。
かかる構成では、検出ユニット５０は、受信信号ａ’の発生時点を基準として反射波による信号ｇの受信時間Ｔｒを計測することにより、破断位置を特定できる。このため、図１６の第４実施形態の場合に比較して時間Ｔ３を用いる必要がなく、破断位置の特定処理動作が容易になる。
ところで、ユニット間隔を信号伝達可能な最大距離にして各ユニットを配置すれば、中継ユニットの数をできる限り少なくできる。即ち、信号伝達可能な最大距離をＬとして、図１８のように各ユニットＳＡ、ＳＢ、ＳＣを配置する。しかし、超音波がレールの双方向に伝搬する場合、信号（超音波）の反射率を１００％と仮定しても各ユニットＳＡ、ＳＢ、ＳＣが反射波を受信できる範囲は、ユニット間距離Ｌの約半分、即ち、ユニット自身の位置からＬ／２の距離範囲である。従って、例えば図中の破線で示す位置に破断部が存在すると、ユニットＳＢは破断部からの反射波を受信できず、検出ユニットでは、終端ユニットからの返信信号が受信されないので破断が生じていることは検出できるが、破断位置を特定できない。
図１９に、図１８のようなユニット配置構成において、破断部の位置に関係なく破断位置を特定できる本発明の第６実施形態を示す。
第６実施形態は、図１９に示すように、少なくとも一対の伝送媒体、例えば一対のレール１１Ａ，１１Ｂを利用し、弾性波を送信する伝送媒体を交互に切換えることにより、破断部からの反射波が受信可能なユニットに信号を送信して破断部位置を特定できる構成である。
図１９において、本実施形態の検出ユニット５０、中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃ及び終端ユニット７０は、それぞれ２つの超音波振動子５１Ａ，５１Ｂと６１Ａ，６１Ｂと７１Ａ，７１Ｂを有する。一方の超音波振動子５１Ａ、６１Ａ、７１Ａはレール１１Ａ側に取付け、他方の超音波振動子５１Ｂ、６１Ｂ、７１Ｂはレール１１Ｂ側に取付ける。また、本実施形態の中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃ及び終端ユニット７０は、図３の実線で示す構成と同様である。そして、一方の超音波振動子で信号を受信した時に他方の超音波振動子から超音波を送信する。尚、各ユニットの信号発生形態及び中継動作は、第４実施形態と同様、検出ユニットと終端ユニットの発生する信号は異なり、初回信号受信時は時間Ｔ２経過後に送信し、２回目以降の信号受信時は時間Ｔ３経過後に送信する。また、中継ユニットは、破断部からの反射波受信時は反射波受信を示す信号を送信するものとする。
図２０に基づいて、破断がない場合の本実施形態の信号中継動作を説明する。
第６実施形態では、図２０の（Ａ）と（Ｂ）の送信動作を交互に実行する。即ち、（Ａ）の検出ユニット５０の超音波振動子５１Ａからの信号送信動作を実行し、次に（Ｂ）の超音波振動子５１Ｂからの信号送信動作を実行する。
同図（Ａ）では、超音波振動子５１Ａ側からの送信信号が図中の実線矢印Ａ〜Ｄの順で終端ユニット７０まで伝搬した後、点線矢印Ｅ〜Ｈの順で終端ユニット７０からの信号が検出ユニット５０まで伝搬して返信される。
即ち、超音波振動子５１Ａからの送信信号が矢印Ａのようにレール１１Ａを伝搬して中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ａで受信され、中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ｂから矢印Ｂのように他方のレール１１Ｂに信号が送信され、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ｂで受信される。次いで、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ａから矢印Ｃのようにレール１１Ａに信号が送信され、中継ユニット６０Ｃの超音波振動子６１Ａで受信され、中継ユニット６０Ｃの超音波振動子６１Ｂから矢印Ｄのようにレール１１Ｂに信号が送信され、終端ユニット７０の超音波振動子７１Ｂで受信される。終端ユニット７０は、信号を受信すると超音波振動子７１Ｂから矢印Ｅのようにレール１１Ｂに検出ユニット５０の信号とは異なる信号を送信し、中継ユニット６０Ｃの超音波振動子６１Ｂで受信され、超音波振動子６１Ａから矢印Ｆのようにレール１１Ａに信号が送信され、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ａで受信される。次いで、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ｂから矢印Ｇのようにレール１１Ｂに信号が送信され、中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ｂで受信され、中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ａから矢印Ｈのようにレール１１Ａに信号が送信され、検出ユニット５０の超音波振動子５１Ａで受信され、終端ユニット７０からの信号が検出ユニット５０に返信される。図２１に、図２０（Ａ）の場合における各ユニットの送受信動作の詳細なタイムチャートを示す。
図２０（Ａ）の動作が終了すると、同図（Ｂ）の信号送信動作を実行する。同図（Ｂ）では、検出ユニット５０の超音波振動子５１Ｂ側からの送信信号が図中の実線矢印Ａ’〜Ｄ’の順で終端ユニット７０まで伝搬した後、点線矢印Ｅ’〜Ｈ’の順で終端ユニット７０からの信号が検出ユニット５０に伝搬し返信される。（Ｂ）と（Ａ）の送信動作は、各ユニットの互いの超音波振動子の送受信順序が逆になるだけでその他の動作は同様であるので、説明を省略する。図２２に、図２０（Ｂ）の場合における各ユニットの送信動作の詳細なタイムチャートを示す。
次に、例えば中継ユニット６０Ｂと中継ユニット６０Ｃとの間で、レール１１Ａ側の中継ユニット６０Ｃ近傍に破断部が存在する場合の送信動作を、図２３〜図２５を参照して説明する。
図２３（Ａ）は、図２０（Ａ）の超音波振動子５１Ａからの信号送信時の送信動作を示し、図２４にこの場合における各ユニットの送受信動作の詳細なタイムチャートを示す。図２３（Ｂ）は、図２０（Ｂ）の超音波振動子５１Ｂからの信号送信時の送信動作を示し、図２５にこの場合における各ユニットの送受信動作の詳細なタイムチャートを示す。
図２３（Ａ）に示す超音波振動子５１Ａからの信号送信時の送信動作について説明する。
検出ユニット５０の超音波振動子５１Ａからの送信信号は、図２３（Ａ）の実線矢印Ａ、Ｂの順で中継されて中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ｂで受信され、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ａから実線矢印Ｃのようにレール１１Ａの双方向に信号が送信されるまでは、図２０（Ａ）の場合と同様である。しかし、破断部が存在すると、中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ａから送信された矢印Ｃの信号は、破断部で反射され中継ユニット６０Ｃまで伝搬しない。このため、図２４に示すように、中継ユニット６０Ｃ及び終端ユニット７０は超音波を受信できない。
一方、中継ユニット６０Ｂから図２３の左方向に伝搬した矢印Ｃの信号は、破断部が存在しない場合と同様に、中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ａで受信され、実線矢印Ｄのように中継ユニット６０Ａの超音波振動子６１Ｂから再度レール１１Ｂに送信され、検出ユニット５０の超音波振動子５１Ｂ及び中継ユニット６０Ｂの超音波振動子６１Ｂで再度受信される。破断部がない場合には、中継ユニット６０Ｂは、矢印Ｄの信号の受信後に図２１に示すように中継ユニット６０Ｃからの信号を受信するので、この信号の受信後時間Ｔ３経過してから信号を送信している。しかし、破断部が存在する場合は中継ユニット６０Ｃからの送信がないため、図２４に示すように矢印Ｄの信号を受信した後時間Ｔ３経過すると、図の実線矢印Ｅのようにレール１１Ａに信号を送信する。従って、破断部が存在する場合は破断部の存在しない場合に比べて中継ユニット６０Ｂの２回目の送信タイミングが早くなる。矢印Ｄの送信信号は、中継ユニット６０Ａで受信され、中継ユニット６０Ａから実線矢印Ｆのようにレール１１Ｂに送信されて検出ユニット５０で受信される。このため、検出ユニット５０において中継ユニット６０Ｂの２回目の送信動作に基づく受信信号の受信タイミングが、破断部の存在しない時に比べて早いので、検出ユニット５０は、この早い受信タイミングを検出して破断有りと判断する。
検出ユニット５０は、破断有りと判定すると、中継動作停止を中継ユニットに対して通報するための制御信号（図２４中の黒四角で示す）を送信する。制御信号は、図２３（Ａ）の点線矢印Ｇ，Ｈ，Ｉの順で、中継ユニット６０Ａ，６０Ｂに伝達される。各中継ユニット６０Ａ，６０Ｂは、制御信号を受信すると同様の信号を送信した後、中継動作を停止する。その後に、検出ユニット５０は、超音波が終端ユニット７０まで伝搬できるか否か中継動作正常確認のため、図２３（Ｂ）で示す超音波振動子５１Ｂからの送信動作を実行する。
検出ユニット５０の超音波振動子５１Ｂからの送信信号は、図２３（Ｂ）の実線矢印Ａ’〜Ｄ’の順で中継ユニット６０Ａ、中継ユニット６０Ｂを経由して中継ユニット６０Ｃまで中継され、中継ユニット６０Ｃの超音波振動子６１Ａから図中の実線矢印Ｄ’のようにレール１１Ａの双方向に信号が送信されるまでは、図２０（Ｂ）と同様である。
中継ユニット６０Ｃから送信され図中の左方向に伝搬した実線矢印Ｄ’の信号は、破断部で反射され反射波が中継ユニット６０Ｃの超音波振動子６１Ａで受信される。反射波を受信した中継ユニット６０Ｃは、直ちに反射波受信を示す反射波受信信号（図中、符号Ａで示す）を超音波振動子６１Ｂから図中の点線矢印Ｆ’のようにレール１１Ｂに送信し、これを受信した中継ユニット６０Ｂは、同様の反射波受信信号Ａを直ちに超音波振動子６１Ａから点線矢印Ｇ’のように他方のレールＡに送信し、これを受信した中継ユニット６０Ａは、同じく反射波受信信号Ａを直ちに超音波振動子６１Ｂから点線矢印Ｈ’のようにレールＢに送信し、検出ユニット５０が受信する。検出ユニット５０は、これより前の信号受信時点から反射波受信信号を受信するまでの時間（＝Ｔ２−Ｔ３＋２Ｔ１＋Ｔｒ）を計測し、判断部の位置を特定する。
尚、中継ユニット６０Ｃから図中の右方向に伝搬した信号は、終端ユニット７０で受信され、終端ユニット７０からの送信信号が、図２２に示す破断部のない場合と同様の点線矢印Ｅ’〜Ｈ’の順で検出ユニット５０まで伝搬し、検出ユニット５０及び各中継ユニット６０Ａ〜６０Ｃの中継動作が停止する。また、検出ユニット５０は、終端ユニット７０からの信号を受信したことで各ユニットの動作は正常と判断する。
以上説明したように、検出ユニットと終端ユニットとの間に中継ユニットを介在させ、欠陥検査対象部を伝送媒体として、検出ユニットから送信した超音波を中継ユニットで中継して終端ユニットに伝送し、終端ユニットからの信号を中継ユニットを介して検出ユニットに返信する構成とすれば、検出ユニットだけを中央処理装置に通信ラインで接続すればよく、欠陥検出システムのネットワークの簡素化を図れる。そして、超音波を双方向に伝搬するよう超音波振動子を取付ける構成では、超音波振動子の超音波送受面を単純に伝送媒体に直角に取付ければよく、取付け環境の制約が緩和され、超音波振動子の取付け作業が容易となる。
また、例えば、基地局を多数設置するワイヤレス通信ネットワークでは、基地局に電源とネットワーク接続のための通信装置が設置されるので、検出ユニットを前記基地局の近くに設置すれば、他の目的のために存在する既存のネットワークを利用できると共に、通信ラインの配線長が短くて済む。従って、前述した無線列車検出システムのネットワークの利用も可能であり、無線列車検出システムとの併用に好適である。
また、図１の従来システムと同様に、図２の構成において中継ユニットと終端ユニット各々をもネットワークに接続した場合、従来システムのようなネットワークを使用した欠陥検出システムと本発明の構成による検査対象物を情報の伝播媒体とする欠陥検出システムの両方で欠陥をモニタすることができる。このようなシステム構成は、物理的に異なる手段を用いた多様性冗長系であり、２つのシステムに生ずる故障に対する安全性が向上する。
尚、本発明の欠陥検出システムの適用は、鉄道レールに限定されるものではなく、パイプライン等の流体移送用のパイプ等長距離にわたって敷設される超音波の伝搬が可能な構造物であれば適用可能である。
〔産業上の利用可能性〕
本発明は、長距離にわたって敷設される鉄道レールやパイプライン等の欠陥検出システムを、簡素な構成とすることができるので、産業上の利用可能性が大である。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来の欠陥検出システムの一例を示す構成図である。
図２は、本発明の第１実施形態を示す構成図である。
図３は、中継ユニットの構成例を示す図である。
図４は、第１実施形態の正常動作時の動作タイムチャートである。
図５は、第１実施形態の破断存在時の動作タイムチャートである。
図６は、レールに継ぎ目がある時の各ユニットの設置状態を示す図である。
図７は、２本のレールの破断を同時に検査する時の各ユニットの設置状態を示す図である。
図８は、本発明の第２実施形態の正常動作時の動作タイムチャートである。
図９は、第２実施形態の破断存在時の動作タイムチャートである。
図１０は、ユニットの反射波受信機能チェックの原理説明図である。
図１１は、本発明の第３実施形態を示し、弾性波が双方向伝搬する場合の構成図である。
図１２は、第３実施形態の中継ユニットの構成例を示す図である。
図１３は、第３実施形態の正常動作時の動作タイムチャートである。
図１４は、本発明の第４実施形態の構成図である。
図１５は、第４実施形態の正常動作時の動作タイムチャートである。
図１６は、第４実施形態の破断存在時の動作タイムチャートである。
図１７は、本発明の第５実施形態の破断存在時の動作タイムチャートである。
図１８は、ユニット間隔を信号伝達可能な最大距離にした場合の弾性波伝達距離と反射波受信範囲との関係を説明する図である。
図１９は、本発明の第６実施形態の構成図である。
図２０（Ａ）、（Ｂ）は、第６実施形態の信号伝搬動作の説明図である。
図２１は、図２０（Ａ）の信号伝搬動作時のタイムチャートである。
図２２は、図２０（Ｂ）の信号伝搬動作時のタイムチャートである。
図２３（Ａ）、（Ｂ）は、第６実施形態の破断存在時の信号伝搬動作の一例を示す説明図である。
図２４は、図２３（Ａ）の信号伝搬動作時のタイムチャートである。
図２５は、図２３（Ｂ）の信号伝搬動作時のタイムチャートである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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