JP2004306902A - 踏切障害物検知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波の光雑音の影響を除去し、隣接踏切との相互干渉を防止するとともに、装置を小形化して設置上の制約を低減する。
【解決手段】搬送波を変調して発光素子を駆動して断続周期の変調光を発光させる発光器１ａ〜１ｅと、発光器１ａ〜１ｅからの光を受光して電圧に変換し、変調波成分を取り出して直流に変換して出力する受光器２ａ〜２ｅのとを有する踏切障害物検知装置で、発光器１ａ〜１ｅの搬送波と変調波の周波数を高くし、ＨＩＤランプなどの低周波の光雑音により誤検知することを防止して自動車等の踏切障害物を確実に検知する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、軌道の踏切における自動車や歩行者等を検知する踏切障害物検知装置、特に高輝度放電灯（以下、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプという）などの影響を除去して誤検知を防止し、安全性の向上を図るとともに、小形化により設置上の制約の低減に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−８７３１号公報
【特許文献２】特開平１０−７６９５４号公報
鉄道保安装置の踏切警報装置は、軌道上を走行する列車が踏切に接近したときに踏切警報を開始し、踏切道の通行を遮断して列車の安全運転と踏切道を通行する自動車や歩行者の安全を図り、列車が踏切を通過した後は速やかに通行遮断を解除して円滑な道路通行ができるようにしている。
【０００３】
この踏切道における列車の安全運行を阻害する自動車などの障害物を検出する踏切障害物検知装置として、特許文献１や特許文献２に示すように、踏切道と軌道を挟んだ両側に複数の発光器と受光器を組み合わせて配置し、踏切上に赤外線等の光ビームの光線網を配光し、列車が接近したときに光ビームが一定時間継続して遮光した場合、踏切道に自動車等の障害物がありと判断して列車に危険を報知している。
【０００４】
この光ビームを利用した踏切障害物検知装置の発光器６は、図５のブロック図に示すように、発振器６１と分周器６２と変調器６３と増幅器６４及び発光ダイオード（ＬＥＤ）６５を有する。発振器６１は、数ｋＨｚ例えば５ｋＨｚで励振して搬送波ｆｃを出力する。この搬送波ｆｃを分周器６２で分周して数１００Ｈｚ例えば２５０Ｈｚの変調波ｆｍを作成して変調器６３に送る。変調器６３は搬送波ｆｃを変調波ｆｍで図６の波形図に示すように変調して増幅器６４に送る。増幅器６４は送られた被変調波を増幅して発光素子（ＬＥＤ）６５を駆動し、断続周期の変調光を発光させる。
【０００５】
このＬＥＤ６５から出射する変調光を受光する受光器７は、図７のブロック図に示すように、受光部７１と増幅器７２とＢＰＦ７３と検波器７４とＢＰＦ７５と増幅器７６と変圧器７７及び整流回路７８を有する。受光部７１は発光器６からの変調光をフォトダイオードＰＤで受光して電圧に変換し、増幅器７２により増幅し、搬送波ｆｃのＢＰＦ７３で帯域外成分を除去し、検波器７４で搬送波ｆｃを整流し、ＢＰＦ７５で変調波ｆｍの成分を取り出し、増幅器７６で変調波ｆｍの成分を増幅し、変圧器７７で入力電源と出力部を分離し電源が出力に混入することを防止し、変圧器７７から出力した信号を整流回路７８で直流に変換して検知リレーを動作させる。そして発光器６と受光器７の間で光が遮断されたとき、受光器７の出力がなくなり、障害物ありとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車のヘッドライトや電車の前照灯などに省エネルギと高寿命化のため高輝度放電灯（以下、ＨＩＤ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）ランプの使用が急速に増加している。このＨＩＤランプの光スペクトラムは、光ビームを利用した踏切障害物検知装置の発光器６で使用している近赤外領域まで広がっており、放電周波数は数１００Ｈｚであるので、その高調波の影響により受光器７が誤動作を起こすことがある。
【０００７】
また、受光部７１のフォトダイオードＰＤが太陽光などの直流光により飽和し、信号が抑圧されているのを防ぐために、一般的には、受光部７１にインダクタンスＬを挿入しているが、搬送波ｆｃの周波数が低いため大きなインダクタンスが必要である。また、変調波ｆｍの周波数も低いので、変調波ｆｍの成分を取り出すＢＰＦ７５なども大きくなり、装置の小形化を困難にしている。
【０００８】
さらに、隣接踏切の干渉対策として複数の変調波を持つことは必要周波数帯域の点からも実現が難しいという問題もある。
【０００９】
この発明はこのような問題を解消し、ＨＩＤランプなどの低周波の光雑音の影響を除去し、隣接踏切との相互干渉を防止するとともに、装置を小形化して設置上の制約を低減することができる踏切障害物検知装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の踏切障害物検知装置は、搬送波を変調して発光素子を駆動して断続周期の変調光を発光させる発光器と、発光器からの光を受光して電圧に変換し、変調波成分を取り出して直流に変換して出力する受光器とを有する踏切障害物検知装置において、搬送波と変調波の周波数を高くしてＨＩＤランプなどの低周波の光雑音の影響を除去したことを特徴とする。
【００１１】
前記搬送波の周波数を１０ＭＨｚ帯にすることが望ましい。
【００１２】
また、前記搬送波を分周し周波数が異なる複数の変調波を作成し、設置場所に応じて異なる周波数の変調波を選択し、選択した変調波のパルス幅を周波数に応じて補正して、光エネルギを均一にするとともに隣接する踏切間の干渉を防ぐ。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は踏切障害物検知装置の配置図である。図に示すように、踏切障害物検知装置は複数の発光器１ａ〜１ｅと複数の受光器２ａ〜２ｅを有する。発光器１ａ〜１ｅと受光器２ａ〜２ｅは踏切３の踏切道と軌道４を挟んだ両側に組み合わせて配置され、踏切上に近赤外線等の光ビームを配光し、列車５が接近したとき、受光器２ａ〜２ｅで受光している光ビームが一定時間継続して遮光した場合、踏切道に自動車等の障害物がありと判断して列車５に危険を報知する。
【００１４】
発光器１は、図２のブロック図に示すように、発振器１１と分周器１２とスイッチ１３とパルス幅制御回路１４と変調器１５と増幅器１６及びＬＥＤ１７を有する。発振器１１は、周波数が１０ＭＨｚの搬送波ｆｃを出力する。この搬送波ｆｃを分周器１２で分周して、周波数が６ｋＨｚの変調波ｆｍ１と、周波数が１０ｋＨｚの変調波ｆｍ２及び周波数が１４ｋＨＺの変調波ｆｍ３を作成する。これは踏切３で例えば変調波ｆｍ１を使用した場合、隣接する踏切では、スイッチ１３を切り替えて変調波ｆｍ２と変調波ｆｍ３を使用することにより、隣接する踏切間で干渉しないようにするためである。
【００１５】
このように分周器１２から異なる周波数の複数の変調波ｆｍ１〜ｆｍ３を出力する場合、各変調波ｆｍ１〜ｆｍ３の平均値が大きく変わってしまい、受光器２で受光する光エネルギが変化してしまう。例えば図４の波形図に示すように、周波数が６ｋＨｚの変調波ｆｍ１と周波数が１０ｋＨｚの変調波ｆｍ２についてそれぞれ平均値Ｖ１，Ｖ２を求めると、
変調波ｆｍ１の平均値Ｖ１＝Ｖｐ×（ｔｐ／ｔ１）
変調波ｆｍ２の平均値Ｖ２＝Ｖｐ×（ｔｐ／ｔ２）
となり、変調波ｆｍ１の周期ｔ１＝（１／ｆｍ１）と変調波ｆｍ２の周期ｔ２＝（１／ｆｍ２）とにより平均値Ｖ１，Ｖ２が変る。そこで分周器１２から出力する変調波ｆｍ１〜ｆｍ３のパルス幅をパルス幅制御回路１４で補正する。例えば、周波数が１０ｋＨｚの変調波ｆｍ２のパルス幅を５μｓとし、周波数が６ｋＨｚの変調波ｆｍ１のパルス幅を［５×（１０／６）］μｓ、周波数が１４ｋＨＺの変調波ｆｍ３のパルス幅を［５×（１０／１４）］μｓと補正する。
【００１６】
このパルス幅を補正した変調波ｆｍにより１０ＭＨｚの搬送波ｆｃを振幅変調し、増幅器１６で増幅してＬＥＤ１７を駆動して発光させる。
【００１７】
このＬＥＤ１７からの光を受光する受光器２は、図３のブロック図に示すように、受光部２１と増幅器２２とＢＰＦ２３と検波器２４とＢＰＦ２５とスイッチ２６と増幅器２７と変圧器２８及び整流回路２９を有する。受光部２１は光／電圧変換素子例えばフォトダイオードＰＤを有し、発光器６からの光をフォトダイオードＰＤで受光し電圧に変換する。この電圧を増幅器２２により増幅し、搬送周波数が１０ＭＨｚの搬送波ｆｃのＢＰＦ２３で帯域外成分を除去し、検波器２４で搬送波ｆｃを整流し、ＢＰＦ２５で変調波ｆｍ１〜ｆｍ３の成分を取り出し、設置場所に応じて設定されたスイッチ２６により例えば変調波ｆｍ１を取り出し増幅器２７で増幅し、変圧器２８から整流回路２９を介して直流に変換して検知リレーを動作させる。
【００１８】
この踏切障害物検知装置として影響を受ける光の雑音としてはインバータ蛍光灯やＨＩＤランプからの光があるが、インバータ蛍光灯のインバータ周波数は１００ｋＨｚ程度までであり、輝度の点から直接の影響はなく、ＨＩＤランプの放電周波数は５００Ｈｚ程度であるが、輝度が高く、その高調波の広がりも大きく、また、その光のスペクトラムが近赤外域まで及んでいるため、従来の例えば５ｋＨｚと低い搬送周波数の場合は、その影響を受けるが、搬送周波数として１０ＭＨｚ帯を使用することにより、この影響は無視できるとともにＢＰＦ２３により完全に除去することができる。したがって受光器２がＨＩＤランプなどの低周波の光雑音により誤検知することを防止でき、自動車等の踏切障害物を確実に検知することができる。
【００１９】
また、受光部２１から出力する変換電圧はフォトダイオードＰＤの負荷抵抗ＲＬの両端で得ているが、フォトダイオードＰＤに太陽光が入った場合、太陽光は直流成分であるため、フォトダイオードＰＤが飽和して１０ＭＨｚの信号が無くなってしまう。この対策として一般的には負荷抵抗ＲＬと並列にインダクタンスＬを接続して直流分を逃がす方法をとっている。このインダクタンスＬは直流抵抗が小さく、信号に対しては負荷抵抗ＲＬより十分大きいことが望ましい。例えばＲＬ＝１ｋΩとした場合、インダクタンスＬのインピーダンスＺＬは信号に対しＺＬ≫ＲＬとして、ＺＬ＝１０ｋΩとすると、搬送周波数が５ｋＨｚと１０ＭＨｚでＺＬ＝１０ｋΩになるインダクタンスＬを求めると、
Ｌ（１０ｋΩ／５ｋＨｚ）≒１５０ｍＨ、
Ｌ（１０ｋΩ／１０ＭＨｚ）≒１５０μＨ
となり、搬送周波数を１０ＭＨｚにすることによりインダクタンスＬの大きさを非常に小さくすることができる。
【００２０】
また、搬送周波数を１０ＭＨｚにすることにより、ＢＰＦ２３としてＦＭ放送用の周波数が１０．７ＭＨｚのＢＰＦを使用することができるとともに検波器２３やＢＰＦ２４も小形化でき、受光器２を小型化することができ、設置上の制約を低減することができる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、発光素子の駆動周波数として搬送波と変調波の周波数を高くしてＨＩＤランプなどの低周波の光雑音の影響を除去するようにしたから、ＨＩＤランプなどの低周波の光雑音により誤検知することを防止でき、自動車等の踏切障害物を確実に検知することができる。
【００２２】
また、搬送波の周波数を１０ＭＨｚ帯にすることにより、変調周波数と搬送周波数との比が大きくとることができ、複数の変調周波数を得ることができる。
【００２３】
さらに、搬送波を分周し周波数が異なる複数の変調波を作成し、設置場所に応じて異なる周波数の変調波を選択し、選択した変調波のパルス幅を周波数に応じて補正することにより、光エネルギを均一にするとともに隣接する踏切間の干渉を防ぐことができる。
【００２４】
また、搬送波の周波数を１０ＭＨｚ帯にすることにより、受光部の受光素子に太陽光が入った場合の影響を除去するするため受光素子の負荷抵抗と並列に接続したインダクタンスの大きさを非常に小さくすることができるとともに、ＢＰＦや検波器等の各部品を小型化して受光器を小型化でき、設置上の制約を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】踏切障害物検知装置の配置図である。
【図２】発光器の構成を示すブロック図である。
【図３】受光器の構成を示すブロック図である。
【図４】異なる周波数の変調波による光エネルギの変化を示す波形図である。
【図５】従来の発光器の構成を示すブロック図である。
【図６】発光器で出力する発光波形の波形図である。
【図７】従来の受光器の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１；発光器、２；受光器、３；踏切、４；軌道、５；列車、１１；発振器、
１２；分周器、１３；スイッチ、１４；パルス幅制御回路、１５；変調器、
１６；増幅器、１７；ＬＥＤ、２１；受光部、２２；増幅器、
２３；ＢＰＦ、２４；検波器、２５；ＢＰＦ、２６；スイッチ、
２７；増幅器、２８；変圧器、２９；整流回路。

Claims (3)

1. 搬送波を変調して発光素子を駆動して断続周期の変調光を発光させる発光器と、発光器からの光を受光して電圧に変換し、変調波成分を取り出して直流に変換して出力する受光器とを有する踏切障害物検知装置において、搬送波と変調波の周波数を高くしてＨＩＤランプなどの低周波の光雑音の影響を除去したことを特徴とする踏切障害物検知装置。
2. 前記搬送波の周波数を１０ＭＨｚ帯にした請求項１記載の踏切障害物検知装置。
3. 前記搬送波を分周し周波数が異なる複数の変調波を作成し、設置場所に応じて異なる周波数の変調波を選択し、選択した変調波のパルス幅を周波数に応じて補正する請求項１又は２記載の踏切障害物検知装置。

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