JPH077057B2 - 踏切しゃ断機のしゃ断桿の折損検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、超音波を用いた鉄道における踏切しゃ断機
のしゃ断桿の折損検知装置に関するものである。

従来の技術 鉄道踏切道に列車が近接したとき、当該踏切道を通る人
又は移動体の往来をしゃ断する踏切しゃ断機はよく知ら
れている。

これは、例えば列車の近接信号によって、しゃ断桿を降
下させて人又は移動体の通過をしゃ断し、交通事故を未
然に防止するものである。

しかして、しゃ断桿は通常屋外に配置されるものである
から、使用に伴って劣化し、折損又は切断事故が発生す
ることは避けられない。しゃ断桿が折損又は切断する
と、踏切道の通行者と列車との接触事故等が発生する恐
れがあり、きわめて危険である。ところが、このしゃ断
桿の折損を有効に検知できる検知装置は現在までのとこ
ろ、実用化されていない。

発明が解決しようとする課題 この発明はこのような現況にかんがみ、機構簡易で、し
かも、しゃ断桿の折損を正確に検知できるとともに、フ
ェイルセイフ性を具え、しかも外部の雑音又は大気中の
塵埃等の影響を受けることのない、超音波を用いたしゃ
断桿の折損検知装置を提供しようとするものである。

課題を解決するための手段 前記の目的を達成するため、この発明は、中空のしゃ断
桿を有する踏切しゃ断機において、しゃ断桿の基端側中
空部に設けられた超音波発信器及び超音波受信器と、し
ゃ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具えている。

超音波受信器は、演算増幅器とコンデンサＣと入力端子
側の抵抗R₁とで積分回路を構成し電荷を放電させる機能
をもった積分器を有し、この積分器の入力端子に超音波
発信器から超音波が発信されている間のみ閉成されるス
イッチSW₁を介して一定の電圧源が接続されているとと
もに、コンデンサＣの両側に超音波受信器が超音波発信
器から発信される超音波を受信している間のみ閉成され
るスイッチSW₂と電荷放電用の抵抗R₂が直列に接続され
ている。

積分器は、スイッチSW₁及びスイッチSW₂の動作により、
しゃ断桿が正常で超音波発信器から発信される超音波が
反射器で反射して超音波受信器で受信されるときは鋸歯
状波を出力し、しゃ断桿が切断されて超音波発信器から
発信される超音波の反射波が超音波受信器で受信されな
いときは鋸歯状波とならず出力がハイレベルとなり、し
ゃ断桿が折損されて超音波発信器から発信される超音波
がしゃ断桿の中空部の内面で反射して超音波受信器で受
信されるときはローレベルの鋸歯状波を出力するように
なっている。

積分器の出力端子には積分器から出力される鋸歯状波が
スレッシホールドレベルに達すると矩形波を出力し、出
力される鋸歯状波がスレッシホールドレベルを越えない
ローレベルのとき又は出力が鋸歯状波とならずスレッシ
ホールドレベルを越えたハイレベルのときは矩形波を出
力しないシュミット回路が接続されている。シュミット
回路の出力端子にはシュミット回路から矩形波が出力さ
れるとそれを反転させて交番信号とし、矩形波が出力さ
れないと非交番状態となるフリップフロップ回路が接続
されている。フリップフロップ回路の出力端子にはフリ
ップフロップ回路から交番信号が出力されるとそれを交
流波として増幅して出力し、非交番状態のときは交流波
を出力しないリレードライバが接続されている。リレー
ドライバの出力端子にはリレードライバから交流波が出
力されると直流波に整流してリレーRyを動作させ、交流
波が出力されないとリレーRyを落下させる整流器が接続
されている。そしてリレーRyが動作されたときはその落
下接点が開くことにより警報装置が警報動作せず、リレ
ーRyが落下されたときはその落下接点が閉じることによ
り警報装置が警報動作するようになっている。

実施例 この発明の一実施例を第１図〜第８図に基づき以下に説
明する。

第１図に示すようにしゃ断桿１の中空部の基端側に超音
波発信器２と超音波受信器３を、先端側に回帰形反射器
５をそれぞれ配置して、超音波発信器２から発信される
超音波４を回帰形反射器５で反射させて超音波受信器３
で受信するように構成し、超音波発信器２の発信時から
超音波受信器３の受信時迄の時間差によって、しゃ断桿
１の折損を検知するという技術を前提とする。

このような場合の時間差の計測方法としては、所定周波
数のパルスをディジタルカウンタで計数する、という方
法が一般的である。

しかし、この実施例では踏切しゃ断桿１という踏切保安
装置に適用されるものであるから、前記のような一般的
な計数方式をとらず、以下、詳述するような積分方式を
とることによって検知の確実性とフェイルセイフ性を確
保するようにしている。

第２図（ａ）および（ｂ）にはそれぞれ超音波発信器２
の発信信号および超音波受信器３のそれに対応する受信
信号が示されいる。Δｔは、超音波発信器２が超音波を
発信した時から、それが回帰形反射器５で反射されて超
音波受信器３に受信される時迄の時間差を示す。超音波
の空気中における伝ぱん速度Ｖは次式で表わせられる。

Ｖ＝330.6＋0.61t（m/s） …（１） ここにｔは温度である。

従って温度差を無視すれば、超音波の伝ぱん速度は一定
である。すなわち、しゃ断桿１が正常の場合、時間差は
ほぼ一定と考えることができる。

この時間差を次のような考え方によって電気信号に変換
し、それによってしゃ断桿１の折損を検知しようとする
ものである。

これを第３図及び第４図（ａ），（ｂ）に従って説明す
る。

第３図において、SW₁は超音波発信器２から超音波が発
信されている間のみ閉成するスイッチ、SW₂は超音波受
信器３が超音波発信器２から発信された超音波を受信し
ている間のみ閉成するスイッチ、171は演算増幅器、Vre
fは一定の電圧源、R₁,R₂は抵抗である。

Δｔにおける積分器17の出力Voutは周知のように次の式
で表わせられる。

（２）式を展開すると、 が得られる。

は一定であるから、これをＫとおくと、 Vout＝ＫΔｔ …（４） となる。すなわち、積分器17の出力VoutはΔｔの間、時
間に比例して増加する直線的な電圧で表わされる。

一方、超音波受信器３が、超音波を受信している間スイ
ッチSW₂は閉成し、それによってコンデンサＣに蓄積さ
れた電荷は抵抗R₂を通って放電され、積分器17の出力は
０となる。かくて積分器17の出力は、超音波が正常に反
射され、受信されている場合には第４図（ａ）に示すよ
うな鋸歯状波となる。この鋸歯状波の出力を第４図
（ａ）の１点鎖線で示すスレッシホールドレベル（設定
レベル）の定められたシュミット回路18に与えることに
よって、第４図（ｂ）に示すような矩形波が得られる。
これをフリップフロップ回路19によって交番信号とし、
整流器21を介してリレーRyに与えることによってリレー
Ryは動作となる。

しゃ断桿１が折損し、反射信号がなくなると、超音波発
信器２から発信信号が出力している間、当該出力が積分
され、積分器17の出力は第４図（ａ）において点線の円
で示すように、一定電圧を保持する。この電圧は発信信
号が出力している時間をΔt₂とすれば である。

従って、シュミット回路18の出力はハイレベル状態を維
持し、矩形波は出力されないので、フリップフロップ回
路19からは交番信号は得られず、リレーRyは落下する。

しゃ断桿１が第５図に示すように折損すると、第６図
（ａ），（ｂ）に示すように、発信信号と受信信号の時
間差は正常のときのΔｔと比し、Δt₃と短くなり、積分
器17の出力は第６図（ｃ）に示すごとく予め定められた
シュミット回路18のスレッシホールドレベルを越えるこ
とができず、シュミット回路18の出力は第６図（ｄ）に
示すごとくローレベル状態となり、リレーRyは落下す
る。

このような考え方に基づく具体的構成と作用を第７図〜
第８図により説明する。

第７図において、１点鎖線で囲んで２として示すものは
第１図に示したように配置した超音波発信器の詳細を、
３は同様に配置された超音波受信器の詳細を示す。

超音波発信器２において発振器６からは第８図（ａ）に
その波形を示すf₀周波数の信号が、発振器７からは第８
図（ｂ）にその波形を示すF₀周波数の信号が、それぞれ
変調器８に出力される。変調器８から出力された第８図
（ｃ）に示す変調波は増幅器９で増幅され、振動子10か
ら発振される。11はフードである。発振器７からの発信
と連動して、超音波受信器３のスイッチSW₁は第８図
（ｉ）に示すごとく、オン、オフを繰返す。超音波発信
器２から発信された変調波は回帰形反射器５で反射され
て、超音波受信器３のマイク13で受信される。12はフー
ドである。受信変調波のうち、バンドパスフィルタ14は
F₀周波数のみを通し、複調器15で複調され、シュミット
回路16からは設定レベル以上のもののみが出力される。
それによりスイッチSW₂はシュミット回路16の出力に連
動して第８図（ｊ）に示すごとく、オン、オフを繰返
す。

超音波受信器３に設けられている積分器17は演算増幅器
171とコンデンサＣと入力端子側の抵抗R₁とで積分回路
を構成し、電荷を放電させる機能をもっている。そして
この積分器17は、スイッチSW₁及びスイッチSW₂の動作に
より、しゃ断桿１が正常で超音波発信器２から発信され
る超音波が反射器５で反射して超音波受信器３で受信さ
れるときは第８図（ｋ）に示すような鋸歯状波を出力
し、しゃ断桿１が切断されて超音波発信器２から発信さ
れる超音波の反射波が超音波受信器３で受信されないと
きは第８図（ｋ）の右側に示すように鋸歯状波とならず
一定の電圧を維持して、出力がハイレベルとなり、しゃ
断桿１が折損されて超音波発信器２から発信される超音
波がしゃ断桿１の中空部の内面で反射して超音波受信器
３で受信されるときは第６図（ｃ）に示すようなローレ
ベルの鋸歯状波を出力するようになっている。

次にその作用を説明すると、しゃ断桿１が正常で、折損
していない限り、積分器17からは前記のように鋸歯状波
が出力され、この鋸歯状波がスレッシホールドレベルに
達するとシュミット回路18からは第８図（ｌ）に示すよ
うな矩形波が出力され、公知のフリップフロップ回路19
は第８図（ｍ）に示すごとく、交番信号を出力する。フ
リップフロップ回路19から交番信号が出力されると、リ
レードライバ20はそれを交流波とし増幅して出力する。
そして整流器21はこの交流波を直流波に整流してリレー
Ryを動作させる。これによりリレーRyの落下接点Ry′が
開き警報装置39は警報動作をしない。

もし、しゃ断桿１が切断して、超音波受信器３が超音波
を受信しない場合は、第８図において点線と矢印で示し
たように、マイク13での受信はなく、積分器17からは鋸
歯状波が出力されず、第８図（ｋ）の右側に示すように
一定の電圧を維持し、出力がハイレベルとなる。また、
しゃ断桿１が例えば第５図のように折損して、超音波受
信器３がしゃ断桿１の中空部の内面で反射する超音波を
受信する場合は、積分器17からはローレベルの鋸歯状波
が出力される。このように積分器17から出力される鋸歯
状波がスレッシホールドレベルを越えないローレベルの
とき又は積分器17からの出力が鋸歯状波とならずスレッ
シホールドレベルを越えたハイレベルのときは、シュミ
ット回路18からは第８図（ｌ）に示すような矩形波が出
力されず、第８図（ｌ）の右側に示すように一定のハイ
レベル状態を維持するので、フリップフロップ回路19は
非交番状態となる。そのためリレードライバ20は交流波
を出力せず、リレーRyは落下を維持し、その落下接点R
y′が閉じて警報装置39は警報動作をする。

発明の効果 この発明は前記のような構成からなるので、つぎのよう
な優れた効果が期待できる。

１）超音波に内在する、反射する性質を利用するもので
あるから、しゃ断桿の折損時を除いて、しゃ断桿の上昇
時でも下降時でも、超音波発信器からの超音波は正常に
超音波受信器に到達する。従って検知洩れを生ずること
はない。

２）超音波の発信時と、回帰形反射器を介しての受信時
の時間差を電圧に変換して検知する方式をとり、かつ積
分器を用いることによって、時間差が、予め定められた
値に満たなくても、また当該値を超えても折損と判定す
るものであるから、きわめて正確な判定が可能である。

３）回路構成は閉電路構成であるので、回路の故障時又
は電源断時には安全側に働き、保安装置にとって必要な
フェイルセイフ性を具えている。

４）超音波の伝送路はしゃ断桿の内部であるから、風、
空気中の塵埃等によって検知性能に影響を受けることは
ない。

５）しゃ断桿の中空部の基端側に超音波発信器および超
音波受信器を、また先端側に回帰形反射器を設けるだけ
であり、しゃ断桿内に電源装置等を設ける必要がないの
で、機構は軽量、簡易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のしゃ断桿の内部機構を示
す一部省略の縦断正面図、第２図（ａ）は超音波発信器
の発信信号を示す波形図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）
に示す発信信号に対応する超音波受信器の受信信号を示
す波形図、第３図は実施例の部分構成を示す回路図、第
４図（ａ）は第３図に示す積分器の出力を示す波形図、
第４図（ｂ）は第３図に示すシュミット回路の出力を示
す波形図、第５図はしゃ断桿の折損例を示す縦断正面
図、第６図（ａ）は超音波発信器の発信信号を示す波形
図、第６図（ｂ）はしゃ断桿が第５図に示す折損をした
場合における超音波受信器の受信信号を示す波形図、第
６図（ｃ）および第６図（ｄ）は第５図に示す切損をし
た場合における積分器およびシュミット回路のそれぞれ
の出力を示す波形図、第７図は実施例全体の具体的構成
を示す回路図、第８図（ａ）〜（ｑ）はそれぞれ第７図
における各構成要素の出力を示す波形図である。 １……しゃ断桿、２……超音波発信器 ３……超音波受信器、４……超音波 ５……回帰形の反射器、17……積分器 18……シュミット回路、19……フリップフロップ回路 21……整流器 Ry……リレー、SW₁,SW₂……スイッチ Vref……一定の電圧源

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空のしゃ断桿を有する踏切しゃ断機にお
   いて、しゃ断桿（１）の基端側中空部に設けられた超音
   波発信器（２）及び超音波受信器（３）と、しゃ断桿の
   先端側中空部に設けられて超音波発信器（２）から発信
   される超音波を超音波受信器（３）が受信可能に反射さ
   せる回帰形の反射器（５）とを具え、 超音波受信器（３）は、演算増幅器（171）とコンデン
   サＣと入力端子側の抵抗R₁とで積分回路を構成し電荷を
   放電させる機能をもった積分器（17）を有し、この積分
   器の入力端子に超音波発信器（２）から超音波が発信さ
   れている間のみ閉成されるスイッチSW₁を介して一定の
   電圧源が接続されているとともに、コンデンサＣの両側
   に超音波受信器（３）が超音波発信器（２）から発信さ
   れる超音波を受信している間のみ閉成されるスイッチSW
   ₂と電荷放電用の抵抗R₂が直列に接続され、 積分器（17）は、前記スイッチSW₁及びスイッチSW₂の動
   作により、しゃ断桿が正常で超音波発信器（２）から発
   信される超音波が反射器（５）で反射して超音波受信器
   （３）で受信されるときは鋸歯状波を出力し、しゃ断桿
   が切断されて超音波発信器（２）から発信される超音波
   の反射波が超音波受信器（３）で受信されないときは鋸
   歯状波とならず出力がハイレベルとなり、しゃ断桿が折
   損されて超音波発信器（２）から発信される超音波がし
   ゃ断桿の中空部の内面で反射して超音波受信器（３）で
   受信されるときはローレベルの鋸歯状波を出力するよう
   になっており、 この積分器（17）の出力端子には積分器（17）から出力
   される鋸歯状波がスレッシホールドレベルに達すると矩
   形波を出力し、出力される鋸歯状波がスレッシホールド
   レベルを越えないローレベルのとき又は出力が鋸歯状波
   とならずスレッシホールドレベルを越えたハイレベルの
   ときは矩形波を出力しないシュミット回路（18）が接続
   され、このシュミット回路（18）の出力端子にはシュミ
   ット回路（18）から矩形波が出力されるとそれを反転さ
   せて交番信号とし、矩形波が出力されないと非交番状態
   となるフリップフロップ回路（19）が接続され、このフ
   リップフロップ回路（19）の出力端子にはフリップフロ
   ップ回路（19）から交番信号が出力されるとそれを交流
   波として増幅して出力し、非交番状態のときは交流波を
   出力しないリレードライバ（20）が接続され、このリレ
   ードライバ（20）の出力端子にはリレードライバ（20）
   から交流波が出力されると直流波に整流してリレーRyを
   動作させ、交流波が出力されないとリレーRyを落下させ
   る整流器（21）が接続され、 リレーRyが動作されたときはその落下接点が開くことに
   より警報装置（39）が警報動作せず、リレーRyが落下さ
   れたときはその落下接点が閉じることにより警報装置
   （39）が警報動作するようになっていることを特徴とす
   る踏切しゃ断機のしゃ断桿の折損検知装置。