(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車の通過により測定対象となる張架された電線に生じる振動を、一定距離だけ離して設定した電線上の測定点において加速度計によって測定するとともに測定した振動をデータ記録手段に記録し、データ記録手段に記録された測定した振動の周波数分析を行い、特定の周波数の振動の波動伝幡速度を算出し、その平均速度から電線の張力を算出することを特徴とする電線の張力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電車線、送電線等の電線（本明細書において、単に「電線」という場合がある。）の張力測定方法に関し、特に、低周波数の振動の波動伝幡速度に基づいて電線の張力を測定できるようにした電線の張力測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、電車線においては、パンタグラフを介して走行する電車に給電を行うようにしているが、走行する電車に安定して給電を行うようにするためには、パンタグラフが電車線に安定して接触させる必要があり、このため、電車線を予め定めた一定の張力にて張架するようにしている。
しかしながら、電車線は、外気温の変化、風雨、電車の通過による電車線の流れの発生、電車線自体の劣化に伴う伸び等の影響を受け、その張力は変化する。
このため、電車線が上記の種々の影響を受けても、その張力が一定に保たれるように、テンションバランサ等を電車線の端部付近に配設するとともに、定期的にその張力測定を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の電車線の張力測定方法としては、
（１）  ロードセル等の張力計を用いる張力測定方法
（２）  波動伝幡速度から算出する張力測定方法
がある。
このうち、（１）の張力計を用いる張力測定方法は、最も一般的なものであるが、図４に示すように、張架した電車線Ｔにこの張力計Ｋを設置するには、張力計Ｋを設置する箇所で電車線Ｔを破断し、張力計Ｋを介在させる必要がある。このため、張架された電車線の切断等の準備作業が大がかりなものとなり、しかも、測定できる位置は電車線の端部に限定され、電車線の中間部分での測定はできないという問題点がある。
また、（２）の波動伝幡速度から算出する張力測定方法は、図５に示すように、電車線Ｔに人為的に衝撃を与え、この衝撃を与えた位置から一定距離Ｓだけ離れた測定点に衝撃波（振動）が伝わる時間差（ｔ２ーｔ１）を測定し、張力Ｔを測定するものである。なお、張力Ｔは次式（概算式）で算出される。
【０００４】
ｃ＝（Ｔ／ρ）１／２
Ｔ＝ｃ２ρ
ｃ：波動伝幡速度（＝Ｓ／（ｔ２−ｔ１））
ρ：電線の線密度
Ｔ：張力
【０００５】
ところで、波動伝幡速度は、振動の周波数が高くなるほど速くなる性質がある。
このため、この波動伝幡速度から算出する張力測定方法は、電車線Ｔに衝撃を与える方法等によって衝撃波に含まれる周波数成分が異なることから、測定精度が低いという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の張力測定方法の有する問題点を解決し、波動伝幡速度から算出する張力測定方法を改良して、低周波数の振動の波動伝幡速度に基づいて電線の張力を簡易に精度高く測定できるようにした電線の張力測定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電線の張力測定方法は、電車の通過により測定対象となる張架された電線に生じる振動を、一定距離だけ離して設定した電線上の測定点において加速度計によって測定するとともに測定した振動をデータ記録手段に記録し、データ記録手段に記録された測定した振動の周波数分析を行い、特定の周波数の振動の波動伝幡速度を算出し、その平均速度から電線の張力を算出することを特徴とする。
【０００８】
これにより、本発明は、一定距離だけ離して設定した電線上の測定点において測定した振動中の特定の周波数、すなわち、電線の張力を安定して測定することができる低周波数（１００Ｈｚ程度以下）の振動に基づいて波動伝幡速度を算出し、その平均速度から電線の張力を算出する。
【０００９】
この場合において、測定点間の距離は、２ｍ以上に設定することが望ましく、これにより、一般的な架線構造の電線の波動伝幡速度が１００ｍ／ｓ前後であるため、波動伝幡速度の算出に用いる１００Ｈｚ程度以下の周波数の振動成分を数点程度確保することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電線の張力測定方法の実施の形態を電車線の張力測定を行う場合を例に説明する。
【００１１】
まず、波動伝幡速度の測定方法の原理を示す。
電車線を伝幡する波動として、
【００１２】
【式１】
0003745853.tif 000002
【００１３】
を考える。
ただし、式１において、Ａ，Ｂは各周波数成分の振幅、ｉは虚数単位を示す。
式１は、電車線の両方向に伝幡し、かつすべての周波数成分を含む波動であり、ｃ，Ａ，Ｂは周波数によって異なる値を有する。
このとき、距離Ｌだけ離れた測定点ｘ１，ｘ２で観測される波動ｙ１，ｙ２の差及び和は、式２で表される。
【００１４】
【式２】
0003745853.tif 000003
【００１５】
ただし、測定点ｘ１，ｘ２間にはハンガ等の波動の反射する素子は存在せず、また、この間における波動伝幡の減衰は無視するものとする。
ここで、特に、ω＝ωｎにおいて、
【００１６】
【式３】
0003745853.tif 000004
【００１７】
であるから、ｙ１−ｙ２，ｙ１＋ｙ２の周波数成分が０となる周波数ｆｎ（ωｎ＝２πｆｎ）が分かれば、それに相当するｎからその周波数における波動伝幡速度Ｃｎは、式４から求めることができる。
【００１８】
【式４】
0003745853.tif 000005
【００１９】
波動の周波数及び波長をｆ，λとすればｃ＝ｆλであるから、この測定方法は、波長λを測定して波動伝幡速度を求めることに相当する。
図３に、距離Ｌだけ離れた測定点と、波動伝幡速度が求まる波動（ｙ１−ｙ２＝０又はｙ１＋ｙ２＝０となる波動）との関係を示す。
【００２０】
この方法においては、電車線の１箇所で与えた衝撃により発生する波動が、衝撃を与えた位置から電車線の両方向に伝幡していても、さらには、異なる周波数の波動が混在していても測定可能である。ただし、測定点は周波数に対して連続的ではなく、離散的な値となる。
【００２１】
測定点間の距離Ｌについては、２ｍ程度以上が望ましい。
これは、一般的な架線構造の電車線の波動伝幡速度が１００ｍ／ｓ前後であるため、波動伝幡速度の算出（波動伝幡速度の算出は、式１を用いて行う。）に用いる１００Ｈｚ程度以下の周波数の振動成分を数点程度確保することができるようにするためである。
【００２２】
ｙ１−ｙ２＝０，ｙ１＋ｙ２＝０となる周波数検出方法は、それぞれのスペクトルの各周波数における比（スぺクトル比）をそれぞれ計算し、その極大、極小となる周波数を求める。
【００２３】
測定する波動については、変位、速度、加速度のいずれでも上記の原理で測定可能であるが、実用的には、比較的高周波まで測定容易な加速度を測定するのが適当である。
【００２４】
以下、本発明の電線の張力測定方法を実施するための電線の張力測定装置の一実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、電車線１の一定距離Ｌだけ離れた任意の２箇所に加速度計２，２を取り付ける。
加速度計２，２の取付位置は、電車の通過に支障のない位置で、電車の通過によって電車線１に生じる残留振動を測定できる位置とし、両加速度計２，２は、好ましくは、２ｍ以上離間して取り付けるようにする。
各加速度計２には、測定器２０としての歪増幅器３を接続し、加速度計２と歪増幅器３にて振動測定手段を構成する。
これにより、電車の通過によって電車線１に生じる残留振動の振動加速度を加速度計２、歪増幅器３にて測定する。
この場合、振動は、電車の通過により生じる残留振動のほか、人為的に衝撃を与えることにより生じさせることもできる。
また、電車線の加速度のほか、振動振幅又は振動速度を測定することも可能である。
【００２５】
測定器２０は、歪増幅器３のほか、データ記録手段のＡ／Ｄ変換器及びメモリ４、演算手段のマイクロコンピュータ５、制御手段の制御器及び表示器６を備えるとともに、各機能部を順次電気的に接続して構成する。
【００２６】
そして、Ａ／Ｄ変換器及びメモリ４より構成されるデータ記録手段では、測定された振動波形の約５秒間分をＡ／Ｄ変換してメモリに記録する。このデータを演算手段で処理して、張力を算出するのであるが、処理内容から考えてサンプリング周波数は最低５００Ｈｚ必要である。
【００２７】
次に、マイクロコンピュータ５より構成される演算手段によるデータ処理方法を、図２を用いて説明する。
まず、メモリに記録されたデータを用いて周波数分析を行い、各周波数スペクトル比を周波数ｆの関数として算出する。これを式５に示す。
【００２８】
【式５】
0003745853.tif 000006
【００２９】
次に式６となる周波数ｆｎを計算し、関数Ｚ（ｆ）を極大、極小とする周波数を見いだす。
【００３０】
【式６】
0003745853.tif 000007
【００３１】
この場合、周波数ｆｎが極大であるか、極小であるかは関数Ｚ（ｆ）がほぼ１を中心として変動していることから、
Ｚ（ｆ）＞１
であれば極大であると判定し、このときの周波数ｆｎを改めて周波数ｆＮで表し、
Ｚ（ｆ）＜１
であれば極小であると判定し、このときの周波数ｆｎを改めて周波数ｆＭで表す。  この周波数ｆＮ，ｆＭを式４に代入して波動伝幡速度を算出する。
この場合、周波数ｆＮに対しては式４の上式を、周波数ｆＭに対しては下式を適用する。
【００３２】
周波数が高くなると波動伝幡速度は高くなるので、計算には、１００Ｈｚ以下、さらに好ましくは、６０Ｈｚ以下の周波数ｆＮ，周波数ｆＭを使用して波動伝幡速度を計算し、式７に示すように、算出された波動伝幡速度の平均値ｃａを用いて張力を計算する。
【００３３】
【式７】
0003745853.tif 000008
【００３４】
この場合、６０Ｈｚ以下の周波数におけるＺ（ｆ）の極値は、加速度計２，２の取付間隔Ｌが２ｍの場合は２〜３個、４ｍの場合は４〜５個得ることができるられる。
そこで、周波数の低い方からＮ及びＭの値を１，２，３，・・・として計算する。
制御手段は、振動測定手段、記録手段及び演算手段を制御するとともに、算出した張力の値を表示するものである。
【００３５】
なお、上記例は、本発明を電車線の張力測定に適用した例を示したが、本発明の適用対象はこれに限定されず、送電線等の電線にも適用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の電線の張力測定方法によれば、一定距離だけ離して設定した電線上の測定点において測定した振動中の特定の周波数、すなわち、電線の張力を安定して測定することができる低周波数（１００Ｈｚ程度以下）の振動に基づいて波動伝幡速度を算出し、その平均速度から電線の張力を算出することができるため、振動の周波数の違いによる波動伝幡速度の変動の影響を受けず、電線の張力を簡易、かつ迅速に、また、精度高く測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電線の張力測定装置の一実施例を示す説明図である。
【図２】  同演算手段によるデータ処理方法のフローチャートを示す説明図である。
【図３】  測定点と波動の関係を示すグラフ図である。
【図４】  従来の電車線の張力測定方法を示す説明図である。
【図５】  従来の電車線の張力測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１    電車線
２    加速度計
３    歪増幅器
４    Ａ／Ｄ変換器及びメモリ
５    マイクロコンピュータ
６    制御器及び表示器
２０  測定器
【図１】
0003745853.tif 000009
【図２】
0003745853.tif 000010
【図３】
0003745853.tif 000011
【図４】
0003745853.tif 000012
【図５】
0003745853.tif 000013