踏切遮断かん折損検知装置
【課題】複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんに対して折損を正確に検知する。
【解決手段】グラスファイバー製の複数の遮断かん部分１ａ〜１ｄを接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を遮断かんの内部に発信する発信手段５と、振動波信号を反射する反射手段４と、振動波信号を受信する受信手段６と、発信された振動波信号が反射手段にて反射されて受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、連続無受信時間が設定時間を越えることによって遮断かんの折損を検知する検知手段とを有している。
【解決手段】グラスファイバー製の複数の遮断かん部分１ａ〜１ｄを接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を遮断かんの内部に発信する発信手段５と、振動波信号を反射する反射手段４と、振動波信号を受信する受信手段６と、発信された振動波信号が反射手段にて反射されて受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、連続無受信時間が設定時間を越えることによって遮断かんの折損を検知する検知手段とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の踏切道に設置される遮断かんの折損を検知する踏切遮断かん折損検知装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、踏切遮断かん折損検知装置としては、遮断かんが開いている時（上がっている時）に、遮断かんに設けられた赤外線反射部に対して赤外線を放射し、その赤外線の反射光を受光しないことによって遮断かんの折損を検知するものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、中空の遮断かん内部の基端部の発信器からパルス状に変調された超音波信号を発信し、遮断かん先端の反射器により反射させ、基端部の受信器により受信して積分し、この積分出力が所定レベルの鋸歯状波でなくなることによって折損を検知する折損検知装置も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】実開平７−４０３５０号公報
【特許文献２】特公平７−７０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来装置は、風などで遮断かんが揺れると、誤動作してしまう。また、遮断かんが閉まっている時（下がっている時）には、折損を検知することができない。そのため、踏切障害が発生して、遮断かんが閉まりっきりになった場合、遮断かんが折損していると、目の不自由な人が踏切道に入ってくるおそれがあり、危険であった。
【０００５】
特許文献２に記載の従来装置は、遮断かんが１本のものに対しては正確に折損を検知することができるが、図１３に示されるように、複数の遮断かん部分１００ａ〜１００ｄを接続してなる遮断かんに対しては折損を検知することができないという問題点がある。さらに、遮断かんの材質はグラスファイバーであり、その折損状態は、図１４に示されるように、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態、の三通りがある。特許文献２に記載の従来装置は、上記三通りの状態のすべてを検知するということができない問題点がある。
【０００６】
（発明の目的）
本発明の目的は、複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんに対して折損を正確に検知すると共に、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態のすべての折損を検知することのできる踏切遮断かん折損検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、グラスファイバー製の複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を前記遮断かんの内部に発信する発信手段と、前記遮断かんの先端部に設けられ、前記振動波信号を反射する反射手段と、前記振動波信号を受信する受信手段とを有し、該受信手段の受信結果によって前記遮断かんの折損を検知するようにした踏切遮断かん折損検知装置であって、発信された前記振動波信号が前記反射手段にて反射されて前記受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、前記振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、該連続無受信時間が設定時間を越えることによって前記遮断かんの折損を検知する検知手段を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんに対して折損を正確に検知すると共に、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態のすべての折損を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態は、後述する実施例に記載の通りである。
【実施例】
【００１０】
図１は本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の設置状態を示す図、図２は図１の踏切遮断かん折損検知装置の外形を示す図、図３は図１の踏切遮断かん折損検知装置を遮断かんに取り付ける手順を示す図、図４は図１の踏切遮断かん折損検知装置の回路構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、１は遮断かんであり、グラスファイバー製で中空の遮断かん部分１ａ〜１ｄが接続されてなるものである。踏切遮断かん折損検知装置２は、遮断かん１の基端側である遮断かん部分１ａの基端部内側に取り付けられ、遮断かん１ａの基端部と共に折損防止器３の内部に収納される。折損防止器３は踏切遮断機の根元に取り付けられ、遮断かん１を接続する堅牢な金具であり、踏切道内に自動車が閉じ込められた場合に自動車の前部で遮断かんが押されると、遮断かんが斜め上に持ち上がり、折損を防止するためのものである。遮断かん１の先端側の遮断かん部分１ｄの先端部内側には、超音波信号を反射するアルミニウム製などの反射板４が取り付けられる。
【００１２】
反射板４を除く踏切遮断かん折損検知装置２の外形を図２に示す。５は超音波信号を発信する発信器（Ｔｘ）、６は超音波信号を受信する受信器（Ｒｘ）で、発信器５と受信器６は垂直方向に並設される。７はケース８の外側に９０度間隔で一端がねじ９により取り付けられた板ばね、１０は基板である。なお、図２には基板１０を覆うカバーは図示が省略されている。
【００１３】
図３を参照しながら踏切遮断かん折損検知装置２の遮断かん部分１ａへの取り付け手順を説明する。図３（ａ）に示されるように踏切遮断かん折損検知装置２の板ばね７が取り付けられた部分を遮断かん部分１ａへ挿入する。図３（ｂ）に示されるように板ばね７が遮断かん部分１ａの内壁により圧縮力を受け、板ばね７の自由端がケース８の表面に沿ってスライドし、径方向の長さが縮む。これにより、図３（ｃ）に示されるように踏切遮断かん折損検知装置２は遮断かん部分１ａの基端部に取り付けられる。
【００１４】
図４において、発信器５は制御・論理回路１１によりドライブ回路１２を介して予め定められた時間間隔（例えば１秒間隔）でパルス状（例えば４ｍｓｅｃ）の超音波信号を遮断かん１の内部に発信するように制御される。発信器５から発信された超音波信号は、図５に示されるとおり、反射板４、遮断かん部分１ａ〜１ｄの内面や継ぎ目で反射し、受信器６により受信される。遮断かん部分１ａ〜１ｄがなくなっていると、その部分からの反射波はなくなる。また、割れていると、超音波信号は吸収され、反射しなくなる。受信器６により受信された超音波信号は、増幅回路１３により増幅され、検波・平滑回路１４により検波され、平滑化される。検波・平滑回路１４の出力に基づいて制御・論理回路１１は後述する遮断かん折損検知動作を行う。そして、出力回路１５を経て検知出力をゼロとし、常時励磁している検知リレー（不図示）を不励磁として、折損発生を外部に知らせる。１６は、電源入力を受けて回路各部へ直流電源を供給する電源回路である。
【００１５】
音波は秒速 ｖ＝３３１．５＋０．６ｔ［ｍ／ｓｅｃ］で進むことが知られている。遮断かん１は、発信器５及び受信器６から反射板４までが例えば５．１８８ｍとすると、発信器５から発信された超音波信号が反射板４で反射して受信器６に到達する（往復する）のにかかる最長の距離は図６に示されるように１０．３７６ｍとなる。気温が摂氏２０度の場合を平均として、超音波信号が往復に要する最長の時間ｔｚは、３０．２０７ｍｓｅｃとなる。
【００１６】
超音波信号は発信直後から遮断かん１内で反射し、受信器６に連続的に受信される。そこで、超音波信号の発信直後から、最長距離からの超音波信号が反射して帰ってくる時間ｔｚに設定された余裕時間(αｍｓｅｃ)を足した時間が経過するまでを測定時間帯と予め定め、この測定時間帯において最後に反射が途絶えた時点からこの状態が測定時間帯の終了時点まで継続する時間（反射波が無い時間）を測定する。つまり、測定時間帯の終了直前における、超音波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定する。理論的には、この連続無受信時間は設定された余裕時間（以下設定時間という）と等しくなる。この連続無受信時間が設定時間程度であれば遮断かん１は折損されていないと判断することができる。逆に、測定された連続無受信時間が設定時間を越えていれば、折損が発生したと判断することができる。
【００１７】
連続無受信時間は４０μｓｅｃ単位で測定する。小形マイコンで高速処理するには１バイト（８ｂｉｔ）でカウントするのが好ましいため、この４０μｓｅｃ単位としている。これにより最大測定可能時間ｔｎは０．０４ｍｓｅｃ×２５６＝１０．２４ｍｓｅｃとなる。
【００１８】
超音波の伝播速度の変動幅は摂氏２０度中心に−２０度から＋６０度までの温度で図７に示されるようになる。よって、測定時間帯の長さは最長となる−２０度での所要時間３２．４７５ｍｓｅｃ以上は必要であり、連続無受信時間測定の４０μｓｅｃ単位での最大カウント１０．２４ｍｓｅｃとの兼ね合いで，３５ｍｓｅｃ程度とするのが望ましい。
【００１９】
以上のことから摂氏２０度を中心としたモデルを考えると、設定時間は無受信時間カウンタの最大測定可能時間の半分である１２８カウント値とする。したがって、
ｔｎ（１／２）＝０．０４ｍｓｅｃ×１２８＝５．１２ｍｓｅｃ
となり、測定時間帯の長さは、
ｔｓ＝ｔｚ＋ｔｎ（１／２）＝３０．２０７＋５．１２＝３５．３２７ｍｓｅｃ
となる。
【００２０】
なお、実際の回路では回路遅延時間があるので、多少長く設定する。
【００２１】
次に、制御・論理回路１１の動作を図８のタイムチャート及び図９〜図１２のフローチャートにより以下に説明する。
【００２２】
図９において、ステップＳ１で初期化を行い、ステップＳ２で１秒経過するのを待つ。これは予め定められた時間間隔（測定周期）で折損検知動作を行うためである。本実施例では１秒間隔に定められている。１秒経過すると、ステップＳ３の測定サブルーチンへ進む。
【００２３】
測定サブルーチンは図１０に示されている。ステップＳ２１では超音波信号の発信を開始させる。超音波信号は２０ｋＨｚ以上の音響振動波信号であるが、遮断かん折損検知には４０〜８０ｋＨｚの超音波周波数帯が実験の結果から適正であることが判明した。ただし、他の振動波周波数でも良い。ステップＳ２２で発信開始から４ｍｓｅｃ経過したか否かを判別し、経過したらステップＳ２３に進んで、超音波信号の発信を停止させる。これにより図８に示されるようにパルス幅４ｍｓｅｃの超音波信号が発信される。この４ｍｓｅｃのパルス幅は十分安定な発信波形を得るとともに、測定時間帯の長さ（３５．３２７ｍｓｅｃ）に影響が無い時間とするためである。
【００２４】
ステップＳ２４では超音波信号発信の直後から測定時間帯終了タイマ（ｔｓ）をスタートさせる。ステップＳ２５では４０μｓｅｃを測定単位とする無受信時間カウンタをクリアする。ステップＳ２６では無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えてオーバーフローした時にセットされるオーバーフローフラグを０にリセットする。ステップＳ２７では超音波信号を受信しているか否かを判別し、受信していれば、ステップＳ２５〜Ｓ２７のルーチンを繰り返す。受信状態が４０μｓｅｃ継続していることをステップＳ２８にて検出すると、ステップＳ２９に進み、無受信時間カウンタを＋１する。
【００２５】
ステップＳ３０では無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えてオーバーフローしたか否かを判別し、オーバーフローしていればステップＳ３１でオーバーフローフラグを１にセットする。オーバーフローしていなければステップＳ３１をスキップしてステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では測定時間帯終了タイマがタイムアップしているか否かを判別し、していれば図９のメインフローに戻る。タイムアップしていなければステップＳ２７へ戻る。
【００２６】
このようにして、測定時間帯終了タイマがタイムアップするまで超音波信号の受信が無い連続無受信時間を測定する。途中、超音波信号が遮断かん１内を移動する際に相殺したりすることが発生し、常に反射波を受信できることは無い。よって、反射波の無い連続無受信時間を無受信時間カウンタがカウントしても、ステップＳ２７でまた反射波の受信を判別すれば、ステップＳ２５に戻り、無受信時間カウンタをクリアする（図８の点線にて示される範囲のカウント値参照）。そして、ステップＳ２６にてオーバーフローフラグを０にリセットする。測定時間帯の終了直前における無受信時間カウンタのカウント値はクリアされないので、図８の実線で示される範囲のカウント値が最後の連続した反射波の無い連続無受信時間としてクリアされずに残る。
【００２７】
測定サブルーチンが終了すると、図９のステップＳ４の折損判定サブルーチンへ進む。折損判定ルーチンは図１１に示されている。ステップＳ４１ではオーバーフローフラグが１（セット）されているか否かを判別する。１でなければステップＳ４２へ進み、無受信時間カウンタのカウント値が設定時間以下であるか否かを判別する。設定時間以下であればステップＳ４３で連続不良値カウンタをクリアし、ステップＳ４４で連続正常値カウンタを＋１する。ステップＳ４１でオーバーフローフラグが１であるとき、またはステップＳ４２で無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えているときには、ステップＳ４５で連続正常値カウンタをクリアし、ステップＳ４６で連続不良値カウンタを＋１する。
【００２８】
その後、ステップＳ４７あるいはステップＳ４８にて連続正常値カウンタあるいは連続不良値カウンタが３０以上であるか否かを判別し、連続正常値カウンタのカウント値が３０以上（３０秒間連続して正常）であれば遮断かん１は正常であると判定して、ステップＳ４９にて折損決定フラグを０にリセットする。連続不良値カウンタのカウント値が３０以上（３０秒間連続して不良）であれば遮断かん１に折損が発生したと判定して、ステップＳ５０にて折損決定フラグを１にセットする。遮断かん１が折損すると、図８に示されるように測定時間帯の終了直前における無受信時間カウンタのカウント値が増加する。つまり、クリアされない連続無受信時間が極端に早くカウント開始される。よって、設定時間を越えたカウント値が継続することになる。
【００２９】
折損判定サブルーチンが終了すると、図９のステップＳ５に戻る。ステップＳ５では折損決定フラグが１であるか否かを判別し、１でなければステップＳ６にて検知リレーをオンして緑色灯を点灯し、遮断かん１が正常であることを表示させる。その後、ステップＳ８に進む。折損決定フラグが１であればステップＳ７にて検知リレーをオフして赤色灯を点灯し、遮断かん１が折損されたことを表示させる。その後、ステップＳ２へ戻る。
【００３０】
ステップＳ８に進むと、平均値計算サブルーチンを実行する。平均値計算サブルーチンは図１２に示されている。ステップＳ６１では無受信時間カウンタのカウント値をメモリに記憶する。ステップＳ６２ではメモリの記憶データが３０個そろったか否かを判別し、そろわなければ図９のメインフローに戻る。記憶データが３０個そろうと、ステップＳ６３にて記憶データの平均値を計算する。ステップＳ６４では平均値算出フラグを１にセットする。その後、図９のステップＳ９へ進む。設定時間は温度により音波の伝達速度が変動するため、一定値にすると誤検知するおそれがある。そこで、毎秒測定した無受信時間カウンタのカウント値を３０秒ごとに平均する。そして、この平均値すなわち測定履歴により設定時間を修正するのである。
【００３１】
ステップＳ９以降は平均値による設定時間の修正を行うためのフローである。ステップＳ１０では平均値算出フラグが１であるか否かを判別する。１でなければステップＳ２へ戻る。１であればステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では平均値と設定時間との差が±１ｍｓｅｃであるか否かを判定する。設定時間からの平均値の許容範囲は±２５カウントとし、これを時間に換算すると０．０４ｍｓｅｃ×２５＝１ｍｓｅｃとなる。距離に換算すれば摂氏２０度では約３０ｃｍとなる。平均値と設定時間との差が±１ｍｓｅｃ以内であればステップＳ１１にて平均値を設定時間に更新する。±１ｍｓｅｃ以内でなければ設定時間は修正しない。これにより、温度測定をせずに、ゆっくりと変化する遮断かん１内の温度変化に追従して、誤検知を防止する。なお、設定時間の更新は、正常であると判定した場合に限って行い、折損と判定した場合には行わない。
【００３２】
折損と判定した後も同様に１秒間隔で折損検知動作を行い、連続無受信時間が設定時間からの許容範囲内に復帰するのを監視する。連続して３０回（３０秒間）許容範囲内になった場合は、遮断かん１の折損が修理されたものとみなし、検知リレーをオンさせて折損発生条件を解除する。
【００３３】
遮断かん１内に発信された超音波信号は、遮断かん部分１ａ〜１ｄの内面及び継ぎ目で反射し、一部の反射波は途中で打ち消しあって消滅する。したがって、測定時間帯の途中で常に反射波を受信することは無く、反射波の受信が途切れることがある。しかし、本実施例では、測定時間帯の終了直前における連続無受信時間を測定するようにしているので、複数の遮断かん部分１ａ〜１ｄを接続してなる遮断かん１に対して折損を正確に検知することができる。
【００３４】
また、図１４（ｂ）に示されるように、遮断かん１が折れたままでぶら下がっている状態では、折れた部分で超音波信号が吸収され、反射波が帰ってこないので、連続無受信時間が設定時間を越えることになり、折損を検知することができる。そして、図１４（ｃ）に示されるように、遮断かん１が割れている状態では、割れている部分で超音波信号が吸収され、反射波が帰ってこないので、連続無受信時間が設定時間を越えることになり、折損を検知することができる。
【００３５】
また、遮断かん部分の接続本数を変更しても、同一の踏切遮断かん折損検知装置で折損を検知することができる。さらに、板ばね７により遮断かん部分１ａに取り付けるようにしているので、いろいろな太さの遮断かん１に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の設置状態を示す図である。
【図２】図１の踏切遮断かん折損検知装置の外形を示す図である。
【図３】図１の踏切遮断かん折損検知装置を遮断かんに取り付ける手順を示す図である。
【図４】図１の踏切遮断かん折損検知装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】遮断かん内部における超音波信号の反射状態を示す図である。
【図６】遮断かんの長さに対する超音波信号の往復時間を示す図である。
【図７】温度変化に対する超音波信号の往復時間を示す図である。
【図８】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図９中の測定サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図９中の折損判定サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図９中の平均値計算サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】複数の遮断かん部分からなる遮断かんを示す図である。
【図１４】遮断かんの折損の異なる状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 遮断かん
１ａ〜１ｄ 遮断かん部分
２ 踏切遮断かん折損検知装置
３ 折損防止器
４ 反射板
５ 発信器
６ 受信器
７ 板ばね
１１ 制御・論理回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の踏切道に設置される遮断かんの折損を検知する踏切遮断かん折損検知装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、踏切遮断かん折損検知装置としては、遮断かんが開いている時（上がっている時）に、遮断かんに設けられた赤外線反射部に対して赤外線を放射し、その赤外線の反射光を受光しないことによって遮断かんの折損を検知するものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、中空の遮断かん内部の基端部の発信器からパルス状に変調された超音波信号を発信し、遮断かん先端の反射器により反射させ、基端部の受信器により受信して積分し、この積分出力が所定レベルの鋸歯状波でなくなることによって折損を検知する折損検知装置も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】実開平７−４０３５０号公報
【特許文献２】特公平７−７０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の従来装置は、風などで遮断かんが揺れると、誤動作してしまう。また、遮断かんが閉まっている時（下がっている時）には、折損を検知することができない。そのため、踏切障害が発生して、遮断かんが閉まりっきりになった場合、遮断かんが折損していると、目の不自由な人が踏切道に入ってくるおそれがあり、危険であった。
【０００５】
特許文献２に記載の従来装置は、遮断かんが１本のものに対しては正確に折損を検知することができるが、図１３に示されるように、複数の遮断かん部分１００ａ〜１００ｄを接続してなる遮断かんに対しては折損を検知することができないという問題点がある。さらに、遮断かんの材質はグラスファイバーであり、その折損状態は、図１４に示されるように、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態、の三通りがある。特許文献２に記載の従来装置は、上記三通りの状態のすべてを検知するということができない問題点がある。
【０００６】
（発明の目的）
本発明の目的は、複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんに対して折損を正確に検知すると共に、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態のすべての折損を検知することのできる踏切遮断かん折損検知装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、グラスファイバー製の複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を前記遮断かんの内部に発信する発信手段と、前記遮断かんの先端部に設けられ、前記振動波信号を反射する反射手段と、前記振動波信号を受信する受信手段とを有し、該受信手段の受信結果によって前記遮断かんの折損を検知するようにした踏切遮断かん折損検知装置であって、発信された前記振動波信号が前記反射手段にて反射されて前記受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、前記振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、該連続無受信時間が設定時間を越えることによって前記遮断かんの折損を検知する検知手段を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんに対して折損を正確に検知すると共に、先端が折れてなくなる状態、折れたままでぶら下がっている状態、見た目にはわからないが割れている状態のすべての折損を検知することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明を実施するための最良の形態は、後述する実施例に記載の通りである。
【実施例】
【００１０】
図１は本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の設置状態を示す図、図２は図１の踏切遮断かん折損検知装置の外形を示す図、図３は図１の踏切遮断かん折損検知装置を遮断かんに取り付ける手順を示す図、図４は図１の踏切遮断かん折損検知装置の回路構成を示すブロック図である。
【００１１】
図１において、１は遮断かんであり、グラスファイバー製で中空の遮断かん部分１ａ〜１ｄが接続されてなるものである。踏切遮断かん折損検知装置２は、遮断かん１の基端側である遮断かん部分１ａの基端部内側に取り付けられ、遮断かん１ａの基端部と共に折損防止器３の内部に収納される。折損防止器３は踏切遮断機の根元に取り付けられ、遮断かん１を接続する堅牢な金具であり、踏切道内に自動車が閉じ込められた場合に自動車の前部で遮断かんが押されると、遮断かんが斜め上に持ち上がり、折損を防止するためのものである。遮断かん１の先端側の遮断かん部分１ｄの先端部内側には、超音波信号を反射するアルミニウム製などの反射板４が取り付けられる。
【００１２】
反射板４を除く踏切遮断かん折損検知装置２の外形を図２に示す。５は超音波信号を発信する発信器（Ｔｘ）、６は超音波信号を受信する受信器（Ｒｘ）で、発信器５と受信器６は垂直方向に並設される。７はケース８の外側に９０度間隔で一端がねじ９により取り付けられた板ばね、１０は基板である。なお、図２には基板１０を覆うカバーは図示が省略されている。
【００１３】
図３を参照しながら踏切遮断かん折損検知装置２の遮断かん部分１ａへの取り付け手順を説明する。図３（ａ）に示されるように踏切遮断かん折損検知装置２の板ばね７が取り付けられた部分を遮断かん部分１ａへ挿入する。図３（ｂ）に示されるように板ばね７が遮断かん部分１ａの内壁により圧縮力を受け、板ばね７の自由端がケース８の表面に沿ってスライドし、径方向の長さが縮む。これにより、図３（ｃ）に示されるように踏切遮断かん折損検知装置２は遮断かん部分１ａの基端部に取り付けられる。
【００１４】
図４において、発信器５は制御・論理回路１１によりドライブ回路１２を介して予め定められた時間間隔（例えば１秒間隔）でパルス状（例えば４ｍｓｅｃ）の超音波信号を遮断かん１の内部に発信するように制御される。発信器５から発信された超音波信号は、図５に示されるとおり、反射板４、遮断かん部分１ａ〜１ｄの内面や継ぎ目で反射し、受信器６により受信される。遮断かん部分１ａ〜１ｄがなくなっていると、その部分からの反射波はなくなる。また、割れていると、超音波信号は吸収され、反射しなくなる。受信器６により受信された超音波信号は、増幅回路１３により増幅され、検波・平滑回路１４により検波され、平滑化される。検波・平滑回路１４の出力に基づいて制御・論理回路１１は後述する遮断かん折損検知動作を行う。そして、出力回路１５を経て検知出力をゼロとし、常時励磁している検知リレー（不図示）を不励磁として、折損発生を外部に知らせる。１６は、電源入力を受けて回路各部へ直流電源を供給する電源回路である。
【００１５】
音波は秒速 ｖ＝３３１．５＋０．６ｔ［ｍ／ｓｅｃ］で進むことが知られている。遮断かん１は、発信器５及び受信器６から反射板４までが例えば５．１８８ｍとすると、発信器５から発信された超音波信号が反射板４で反射して受信器６に到達する（往復する）のにかかる最長の距離は図６に示されるように１０．３７６ｍとなる。気温が摂氏２０度の場合を平均として、超音波信号が往復に要する最長の時間ｔｚは、３０．２０７ｍｓｅｃとなる。
【００１６】
超音波信号は発信直後から遮断かん１内で反射し、受信器６に連続的に受信される。そこで、超音波信号の発信直後から、最長距離からの超音波信号が反射して帰ってくる時間ｔｚに設定された余裕時間(αｍｓｅｃ)を足した時間が経過するまでを測定時間帯と予め定め、この測定時間帯において最後に反射が途絶えた時点からこの状態が測定時間帯の終了時点まで継続する時間（反射波が無い時間）を測定する。つまり、測定時間帯の終了直前における、超音波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定する。理論的には、この連続無受信時間は設定された余裕時間（以下設定時間という）と等しくなる。この連続無受信時間が設定時間程度であれば遮断かん１は折損されていないと判断することができる。逆に、測定された連続無受信時間が設定時間を越えていれば、折損が発生したと判断することができる。
【００１７】
連続無受信時間は４０μｓｅｃ単位で測定する。小形マイコンで高速処理するには１バイト（８ｂｉｔ）でカウントするのが好ましいため、この４０μｓｅｃ単位としている。これにより最大測定可能時間ｔｎは０．０４ｍｓｅｃ×２５６＝１０．２４ｍｓｅｃとなる。
【００１８】
超音波の伝播速度の変動幅は摂氏２０度中心に−２０度から＋６０度までの温度で図７に示されるようになる。よって、測定時間帯の長さは最長となる−２０度での所要時間３２．４７５ｍｓｅｃ以上は必要であり、連続無受信時間測定の４０μｓｅｃ単位での最大カウント１０．２４ｍｓｅｃとの兼ね合いで，３５ｍｓｅｃ程度とするのが望ましい。
【００１９】
以上のことから摂氏２０度を中心としたモデルを考えると、設定時間は無受信時間カウンタの最大測定可能時間の半分である１２８カウント値とする。したがって、
ｔｎ（１／２）＝０．０４ｍｓｅｃ×１２８＝５．１２ｍｓｅｃ
となり、測定時間帯の長さは、
ｔｓ＝ｔｚ＋ｔｎ（１／２）＝３０．２０７＋５．１２＝３５．３２７ｍｓｅｃ
となる。
【００２０】
なお、実際の回路では回路遅延時間があるので、多少長く設定する。
【００２１】
次に、制御・論理回路１１の動作を図８のタイムチャート及び図９〜図１２のフローチャートにより以下に説明する。
【００２２】
図９において、ステップＳ１で初期化を行い、ステップＳ２で１秒経過するのを待つ。これは予め定められた時間間隔（測定周期）で折損検知動作を行うためである。本実施例では１秒間隔に定められている。１秒経過すると、ステップＳ３の測定サブルーチンへ進む。
【００２３】
測定サブルーチンは図１０に示されている。ステップＳ２１では超音波信号の発信を開始させる。超音波信号は２０ｋＨｚ以上の音響振動波信号であるが、遮断かん折損検知には４０〜８０ｋＨｚの超音波周波数帯が実験の結果から適正であることが判明した。ただし、他の振動波周波数でも良い。ステップＳ２２で発信開始から４ｍｓｅｃ経過したか否かを判別し、経過したらステップＳ２３に進んで、超音波信号の発信を停止させる。これにより図８に示されるようにパルス幅４ｍｓｅｃの超音波信号が発信される。この４ｍｓｅｃのパルス幅は十分安定な発信波形を得るとともに、測定時間帯の長さ（３５．３２７ｍｓｅｃ）に影響が無い時間とするためである。
【００２４】
ステップＳ２４では超音波信号発信の直後から測定時間帯終了タイマ（ｔｓ）をスタートさせる。ステップＳ２５では４０μｓｅｃを測定単位とする無受信時間カウンタをクリアする。ステップＳ２６では無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えてオーバーフローした時にセットされるオーバーフローフラグを０にリセットする。ステップＳ２７では超音波信号を受信しているか否かを判別し、受信していれば、ステップＳ２５〜Ｓ２７のルーチンを繰り返す。受信状態が４０μｓｅｃ継続していることをステップＳ２８にて検出すると、ステップＳ２９に進み、無受信時間カウンタを＋１する。
【００２５】
ステップＳ３０では無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えてオーバーフローしたか否かを判別し、オーバーフローしていればステップＳ３１でオーバーフローフラグを１にセットする。オーバーフローしていなければステップＳ３１をスキップしてステップＳ３２に進む。ステップＳ３２では測定時間帯終了タイマがタイムアップしているか否かを判別し、していれば図９のメインフローに戻る。タイムアップしていなければステップＳ２７へ戻る。
【００２６】
このようにして、測定時間帯終了タイマがタイムアップするまで超音波信号の受信が無い連続無受信時間を測定する。途中、超音波信号が遮断かん１内を移動する際に相殺したりすることが発生し、常に反射波を受信できることは無い。よって、反射波の無い連続無受信時間を無受信時間カウンタがカウントしても、ステップＳ２７でまた反射波の受信を判別すれば、ステップＳ２５に戻り、無受信時間カウンタをクリアする（図８の点線にて示される範囲のカウント値参照）。そして、ステップＳ２６にてオーバーフローフラグを０にリセットする。測定時間帯の終了直前における無受信時間カウンタのカウント値はクリアされないので、図８の実線で示される範囲のカウント値が最後の連続した反射波の無い連続無受信時間としてクリアされずに残る。
【００２７】
測定サブルーチンが終了すると、図９のステップＳ４の折損判定サブルーチンへ進む。折損判定ルーチンは図１１に示されている。ステップＳ４１ではオーバーフローフラグが１（セット）されているか否かを判別する。１でなければステップＳ４２へ進み、無受信時間カウンタのカウント値が設定時間以下であるか否かを判別する。設定時間以下であればステップＳ４３で連続不良値カウンタをクリアし、ステップＳ４４で連続正常値カウンタを＋１する。ステップＳ４１でオーバーフローフラグが１であるとき、またはステップＳ４２で無受信時間カウンタのカウント値が設定時間を越えているときには、ステップＳ４５で連続正常値カウンタをクリアし、ステップＳ４６で連続不良値カウンタを＋１する。
【００２８】
その後、ステップＳ４７あるいはステップＳ４８にて連続正常値カウンタあるいは連続不良値カウンタが３０以上であるか否かを判別し、連続正常値カウンタのカウント値が３０以上（３０秒間連続して正常）であれば遮断かん１は正常であると判定して、ステップＳ４９にて折損決定フラグを０にリセットする。連続不良値カウンタのカウント値が３０以上（３０秒間連続して不良）であれば遮断かん１に折損が発生したと判定して、ステップＳ５０にて折損決定フラグを１にセットする。遮断かん１が折損すると、図８に示されるように測定時間帯の終了直前における無受信時間カウンタのカウント値が増加する。つまり、クリアされない連続無受信時間が極端に早くカウント開始される。よって、設定時間を越えたカウント値が継続することになる。
【００２９】
折損判定サブルーチンが終了すると、図９のステップＳ５に戻る。ステップＳ５では折損決定フラグが１であるか否かを判別し、１でなければステップＳ６にて検知リレーをオンして緑色灯を点灯し、遮断かん１が正常であることを表示させる。その後、ステップＳ８に進む。折損決定フラグが１であればステップＳ７にて検知リレーをオフして赤色灯を点灯し、遮断かん１が折損されたことを表示させる。その後、ステップＳ２へ戻る。
【００３０】
ステップＳ８に進むと、平均値計算サブルーチンを実行する。平均値計算サブルーチンは図１２に示されている。ステップＳ６１では無受信時間カウンタのカウント値をメモリに記憶する。ステップＳ６２ではメモリの記憶データが３０個そろったか否かを判別し、そろわなければ図９のメインフローに戻る。記憶データが３０個そろうと、ステップＳ６３にて記憶データの平均値を計算する。ステップＳ６４では平均値算出フラグを１にセットする。その後、図９のステップＳ９へ進む。設定時間は温度により音波の伝達速度が変動するため、一定値にすると誤検知するおそれがある。そこで、毎秒測定した無受信時間カウンタのカウント値を３０秒ごとに平均する。そして、この平均値すなわち測定履歴により設定時間を修正するのである。
【００３１】
ステップＳ９以降は平均値による設定時間の修正を行うためのフローである。ステップＳ１０では平均値算出フラグが１であるか否かを判別する。１でなければステップＳ２へ戻る。１であればステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では平均値と設定時間との差が±１ｍｓｅｃであるか否かを判定する。設定時間からの平均値の許容範囲は±２５カウントとし、これを時間に換算すると０．０４ｍｓｅｃ×２５＝１ｍｓｅｃとなる。距離に換算すれば摂氏２０度では約３０ｃｍとなる。平均値と設定時間との差が±１ｍｓｅｃ以内であればステップＳ１１にて平均値を設定時間に更新する。±１ｍｓｅｃ以内でなければ設定時間は修正しない。これにより、温度測定をせずに、ゆっくりと変化する遮断かん１内の温度変化に追従して、誤検知を防止する。なお、設定時間の更新は、正常であると判定した場合に限って行い、折損と判定した場合には行わない。
【００３２】
折損と判定した後も同様に１秒間隔で折損検知動作を行い、連続無受信時間が設定時間からの許容範囲内に復帰するのを監視する。連続して３０回（３０秒間）許容範囲内になった場合は、遮断かん１の折損が修理されたものとみなし、検知リレーをオンさせて折損発生条件を解除する。
【００３３】
遮断かん１内に発信された超音波信号は、遮断かん部分１ａ〜１ｄの内面及び継ぎ目で反射し、一部の反射波は途中で打ち消しあって消滅する。したがって、測定時間帯の途中で常に反射波を受信することは無く、反射波の受信が途切れることがある。しかし、本実施例では、測定時間帯の終了直前における連続無受信時間を測定するようにしているので、複数の遮断かん部分１ａ〜１ｄを接続してなる遮断かん１に対して折損を正確に検知することができる。
【００３４】
また、図１４（ｂ）に示されるように、遮断かん１が折れたままでぶら下がっている状態では、折れた部分で超音波信号が吸収され、反射波が帰ってこないので、連続無受信時間が設定時間を越えることになり、折損を検知することができる。そして、図１４（ｃ）に示されるように、遮断かん１が割れている状態では、割れている部分で超音波信号が吸収され、反射波が帰ってこないので、連続無受信時間が設定時間を越えることになり、折損を検知することができる。
【００３５】
また、遮断かん部分の接続本数を変更しても、同一の踏切遮断かん折損検知装置で折損を検知することができる。さらに、板ばね７により遮断かん部分１ａに取り付けるようにしているので、いろいろな太さの遮断かん１に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の設置状態を示す図である。
【図２】図１の踏切遮断かん折損検知装置の外形を示す図である。
【図３】図１の踏切遮断かん折損検知装置を遮断かんに取り付ける手順を示す図である。
【図４】図１の踏切遮断かん折損検知装置の回路構成を示すブロック図である。
【図５】遮断かん内部における超音波信号の反射状態を示す図である。
【図６】遮断かんの長さに対する超音波信号の往復時間を示す図である。
【図７】温度変化に対する超音波信号の往復時間を示す図である。
【図８】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の動作を示すタイムチャートである。
【図９】本発明の一実施例である踏切遮断かん折損検知装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】図９中の測定サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図９中の折損判定サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図９中の平均値計算サブルーチンを示すフローチャートである。
【図１３】複数の遮断かん部分からなる遮断かんを示す図である。
【図１４】遮断かんの折損の異なる状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 遮断かん
１ａ〜１ｄ 遮断かん部分
２ 踏切遮断かん折損検知装置
３ 折損防止器
４ 反射板
５ 発信器
６ 受信器
７ 板ばね
１１ 制御・論理回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラスファイバー製の複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を前記遮断かんの内部に発信する発信手段と、前記遮断かんの先端部に設けられ、前記振動波信号を反射する反射手段と、前記振動波信号を受信する受信手段とを有し、該受信手段の受信結果によって前記遮断かんの折損を検知するようにした踏切遮断かん折損検知装置であって、
発信された前記振動波信号が前記反射手段にて反射されて前記受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、前記振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、該連続無受信時間が設定時間を越えることによって前記遮断かんの折損を検知する検知手段を有することを特徴とする踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項２】
前記発信手段は、予め定められた時間間隔で前記振動波信号を発信し、前記検知手段は、前記時間間隔での前記振動波信号発信毎に前記遮断かんの折損検知動作を行い、前記遮断かんの折損を連続して予め定められた回数検知することによって折損と判定することを特徴とする請求項１に記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記測定時間帯のはじめから前記連続無受信時間を測定し、前記振動波信号が受信されると前記連続無受信時間をリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記連続無受信時間の設定時間を測定履歴により修正することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項１】
グラスファイバー製の複数の遮断かん部分を接続してなる遮断かんの基端部に設けられ、パルス状の振動波信号を前記遮断かんの内部に発信する発信手段と、前記遮断かんの先端部に設けられ、前記振動波信号を反射する反射手段と、前記振動波信号を受信する受信手段とを有し、該受信手段の受信結果によって前記遮断かんの折損を検知するようにした踏切遮断かん折損検知装置であって、
発信された前記振動波信号が前記反射手段にて反射されて前記受信手段に受信されるまでの時間に応じて予め定められた測定時間帯の終了直前における、前記振動波信号を受信しない状態が連続的に継続する連続無受信時間を測定し、該連続無受信時間が設定時間を越えることによって前記遮断かんの折損を検知する検知手段を有することを特徴とする踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項２】
前記発信手段は、予め定められた時間間隔で前記振動波信号を発信し、前記検知手段は、前記時間間隔での前記振動波信号発信毎に前記遮断かんの折損検知動作を行い、前記遮断かんの折損を連続して予め定められた回数検知することによって折損と判定することを特徴とする請求項１に記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項３】
前記検知手段は、前記測定時間帯のはじめから前記連続無受信時間を測定し、前記振動波信号が受信されると前記連続無受信時間をリセットすることを特徴とする請求項１または２に記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【請求項４】
前記検知手段は、前記連続無受信時間の設定時間を測定履歴により修正することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の踏切遮断かん折損検知装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００７−３２０４５４（Ｐ２００７−３２０４５４Ａ）
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５３７８６（Ｐ２００６−１５３７８６）
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２２１９０４）東邦電機工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１日（２００６．６．１）
【出願人】（０００２２１６１６）東日本旅客鉄道株式会社 (833)
【出願人】（０００２２１９０４）東邦電機工業株式会社 (11)
【Ｆターム（参考）】
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