特許 6768486 レール検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6768486

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】レール検査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/82 20060101AFI20201005BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/82

【請求項の数】6

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2016-248281(P2016-248281)

(22)【出願日】2016年12月21日

(65)【公開番号】特開2018-100942(P2018-100942A)

(43)【公開日】2018年6月28日

【審査請求日】2019年2月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】504007202

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクファインシステムズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】川畑 龍三

(72)【発明者】

【氏名】神鳥 明彦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 寛

(72)【発明者】

【氏名】山本 健司

【審査官】 小澤 瞬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２２６８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１０２１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５０２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２６１９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１５７０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５９−００７９４０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２０１７／００６５８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−０８８４１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１１３４７２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｃ １／００ − Ｂ６１Ｃ １７／１２

Ｂ６１Ｄ １／００ − Ｂ６１Ｄ １５／１２

Ｂ６１Ｇ １／００ − Ｂ６１Ｇ １１／１８

Ｂ６１Ｊ １／００ − Ｂ６１Ｊ ９９／００

Ｂ６１Ｋ １／００ − Ｂ６１Ｋ １３／０４

Ｇ０１Ｂ ７／００ − Ｇ０１Ｂ ７／３４

Ｇ０１Ｎ ２７／７２ − Ｇ０１Ｎ ２７／９０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信コイルと前記受信コイルに対応した第１の発振コイルおよび第２の発振コイルとを含んでなるセンサ部が、検査対象である鉄道レールの幅方向に列をなすように複数配列され、前記第１の発振コイルおよび前記第２の発振コイルに同一周波数の磁束を発生させると、相互に干渉が生じる場合があるセンサ部群と、
前記センサ部群の前記第１の発振コイルおよび前記第２の発振コイルの各々に、同一周波数の磁束を発生させる発振信号を供給する発振部と、
前記センサ部群が前記鉄道レールの敷設方向に移動する際、前記受信コイルの各々から出力される出力信号に対して、前記出力信号の第１の位相に対応する第１の検査信号と、前記出力信号の第２の位相に対応する第２の検査信号と、を検出する複数の検波部を有する検波部群と、
を有することを特徴とするレール検査システム。

【請求項2】

前記第１の検査信号、前記第２の検査信号または前記第１の検査信号と前記第２の検査信号に演算処理を施した結果を表示対象信号とし、複数の前記センサ部に対応する前記表示対象信号の強度分布を２次元画像として出力する出力処理部
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレール検査システム。

【請求項3】

前記２次元画像は、前記表示対象信号の強度に対応して表示態様を設定した等高線画像である
ことを特徴とする請求項２に記載のレール検査システム。

【請求項4】

前記２次元画像は、前記鉄道レールの敷設方向の位置および幅方向の位置を軸とする画像である
ことを特徴とする請求項３に記載のレール検査システム。

【請求項5】

前記表示対象信号は、前記鉄道レールに形成された欠陥部の深さに応じた強度を有する信号であり、
前記２次元画像は、前記欠陥部の深さを前記表示態様によって示す画像である
ことを特徴とする請求項４に記載のレール検査システム。

【請求項6】

前記発振信号と同一の周波数を有し、前記発振信号とは振幅および位相が異なる修正信号を複数の前記受信コイルにそれぞれ対応して出力する複数の修正信号発生部と、
複数の前記センサ部の出力信号から対応する前記修正信号を各々減算し、各々の減算結果を対応する前記検波部に供給する減算部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のレール検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レール検査システムに関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道等に使用されるレールには、亀裂等の欠陥が生じることがある。この種の欠陥を放置すると、レールが破断する等の問題が生じるため、定期的にレールを非破壊検査することが好ましい。その一例として、下記特許文献１の要約書には、「一実施形態によれば、本技術は、試験対象物内の材料の完全性を試験するための試験装置を提供する。試験装置は、電気導体と検出装置とを含む。典型的な検査装置では、電気導体は、一般的に直線方向に延びており、一般に、試験対象物の長手方向軸を横切る方向に電流を流す。電気導体を流れる電流の経路は、試験対象物の周囲の磁場に影響を与え、間接的に渦電流を発生させる。また、試験装置は、電気導体から離れた位置に配置され、電気導体を介して流れる電流に応じて発生する磁界を検出する検出装置を備えている。 」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００５／０２８５５８８号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記特許文献１の技術では、渦電流によって発生する磁界を検出しているが、渦電流の大きさは、試験装置と試験対象物（鉄道レール）の距離の二乗に反比例するため、検測車両（軌道や架線の状態を検査する鉄道車両）の振動によって生じる誤差が大きくなり、鉄道レールの欠陥を正確に検出することが困難であった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、鉄道レールの欠陥を正確に検出できるレール検査システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するため本発明のレール検査システムは、受信コイルと前記受信コイルに対応した第１の発振コイルおよび第２の発振コイルとを含んでなるセンサ部が、検査対象である鉄道レールの幅方向に列をなすように複数配列され、前記第１の発振コイルおよび前記第２の発振コイルに同一周波数の磁束を発生させると、相互に干渉が生じる場合があるセンサ部群と、前記センサ部群の前記第１の発振コイルおよび前記第２の発振コイルの各々に、同一周波数の磁束を発生させる発振信号を供給する発振部と、前記センサ部群が前記鉄道レールの敷設方向に移動する際、前記受信コイルの各々から出力される出力信号に対して、前記出力信号の第１の位相に対応する第１の検査信号と、前記出力信号の第２の位相に対応する第２の検査信号と、を検出する複数の検波部を有する検波部群と、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、鉄道レールの欠陥を正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の第１実施形態によるレール検査システムの模式図である。

【図2】第１実施形態における検出装置の斜視図である。

【図3】第１実施形態における検出装置の一部切欠平面図である。

【図4】第１実施形態における（ａ）鉄道レールに欠陥が無い場合および（ｂ）欠陥がある場合の原理説明図である。

【図5】第１実施形態におけるレール検査システムの全体構成を示すブロック図である。

【図6】第１実施形態における検波部のブロック図である。

【図7】第１実施形態における検査処理プログラムのフローチャートである。

【図8】（ａ）は鉄道レールに形成された欠陥部の具体例を示す図、（ｂ）は欠陥部の近傍における各部の波形図、（ｃ）は２次元画像の表示例を示す図である。

【図9】第２実施形態におけるレール検査システムの全体構成を示すブロック図である。

【図10】第２実施形態におけるメインルーチンのフローチャートである。

【図11】第２実施形態におけるサブルーチンのフローチャート（１／３）である。

【図12】第２実施形態におけるサブルーチンのフローチャート（２／３）である。

【図13】第２実施形態におけるサブルーチンのフローチャート（３／３）である。

【図14】第３実施形態によるレール検査システムの全体構成を示すブロック図である。

【図15】余弦信号Ｘの波形図の例である。

【図16】第４実施形態におけるレール検査システムの要部の回路図である。

【図17】第４実施形態の変形例の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［第１実施形態］
〈第１実施形態の外観構成〉
図１は、本発明の第１実施形態によるレール検査システム１の模式図である。
図１においてレール検査システム１は、検出装置２と、処理装置３と、両者を接続するケーブル６０とを有している。レール検査システム１は、例えば自走式の検測車両２００に装着されるものであり、検出装置２は、検査対象物である鉄道レール１００に対向する位置に設置され、処理装置３は、検測車両２００の室内に設置される。

【0009】

図２は、検出装置２の斜視図である。
図２において検出装置２は、中空の直方体状に形成された筐体２０と、筐体２０の上面に固定された矩形板状のフランジ２５とを有する。フランジ２５の四隅には貫通孔２５ａが形成されている。また、検測車両２００において検出装置２を配置する箇所には、貫通孔２５ａに対向する位置にネジ穴（図示せず）を備える。貫通孔２５ａにボルトを挿入し、ネジ穴に当該ボルトを締め付けることで、検出装置２が検測車両２００の所定位置に固定される。検出装置２をこの所定位置に固定すると、鉄道レール１００の中心と、検出装置２の中心とが一致する。そのため、フランジ２５は鉄道レール１００に対する検出装置２を所定位置に設置するための冶具となっている。筐体２０の底面には、センサ部群２１と増幅・フィルタ部群２２とが固定されている。

【0010】

図３は、検出装置２の一部切欠平面図である。
図３において、センサ部群２１は、鉄道レール１００の幅方向に列をなすように複数配列されたＮ個（Ｎは複数）のセンサ部２１−１〜２１−Ｎを有している。また、増幅・フィルタ部群２２は、同数の増幅・フィルタ部２２−１〜２２−Ｎを有している。センサ部２１−１〜２１−Ｎは、それぞれ、発振コイル５Ａ−１〜５Ａ−Ｎ（第１の発振コイル）と、発振コイル５Ｂ−１〜５Ｂ−Ｎ（第２の発振コイル）と、受信コイル６−１〜６−Ｎと、を有している。これらのコイルは、被服銅線を巻回して構成されている。

【0011】

発振コイル５Ａ−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）と、受信コイル６−ｋと、発振コイル５Ｂ−ｋとは、鉄道レール１００（図１参照）の敷設方向に沿って配置され、受信コイル６−ｋは、発振コイル５Ａ−ｋと発振コイル５Ｂ−ｋとの間に等間隔になるように配置されている。発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋには、処理装置３（図１参照）から、ケーブル６０を介して、所定の発振周波数ｆ（所定周波数）の交流電流が供給される。これにより、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋから各々交流磁界が発生し、受信コイル６には鎖交する磁束によって誘起電圧が発生する。

【0012】

増幅・フィルタ部２２−ｋは、受信コイル６−ｋで生じた誘起電圧に対して増幅およびフィルタ処理を行い、ケーブル６０（図１参照）を介して、その結果を処理装置３に送信する。処理装置３は、受信した信号に対して解析処理を行い、鉄道レール１００の欠陥を検出する。
検出装置２に上述した交流磁界を発生させるため、筐体２０は非磁性体とすることが好ましく、屋外使用を考慮してガラスエポキシ等の耐衝撃性および耐環境性に優れた材質を用いることが好ましい。筐体２０内の内部空間は、振動や衝撃による各センサ部の位置が変わることを防ぐために、樹脂モールド構造にすることが好ましい。また、Ｎ個のセンサ部２１−１〜２１−Ｎの中心線ＣＬは、検出装置２の中心に対応させることが好ましい。

【0013】

〈欠陥検出の原理〉
図４（ａ），（ｂ）は、本実施形態における欠陥検出の原理説明図である。
発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋは、被覆銅線の巻き始め同士もしくは巻き終り同士が直列（または並列）に接続されており、処理装置３から電流が供給されると、位相が反転した交流磁界を発生させる。より具体的には、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋを直列（または並列）に接続し、この直列回路（または並列回路）に交流電圧を印加するとよい。発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋによって生じる磁束ΦＡ，ΦＢは、空気を介して、鉄道レール１００の踏面に伝播され、鉄道レール１００の内部に磁束の流れを生じさせる。

【0014】

図４（ａ）は、鉄道レール１００において、受信コイル６−ｋの近傍に特に亀裂等の欠陥が無い場合の例を示す。
磁束ΦＡ，ΦＢのうち受信コイル６−ｋに鎖交する成分は、磁束の向きが逆向きであるため、相互に打ち消しあう。従って、受信コイル６−ｋの鎖交磁束はほぼ零になり、受信コイル６の誘起電圧もほぼ零になる。ここで、検測車両２００（図１参照）が走行すると、検査装置２は移動しながら鉄道レール１００に磁束の流れを発生させる。そして、欠陥が無い箇所では当該磁束の流れが一定であるため、受信コイル６の誘起電圧はほぼ一定値（０）になる。

【0015】

図４（ｂ）は、鉄道レール１００において、受信コイル６−ｋの近傍に亀裂である欠陥部１０２が生じている場合の例を示す。図示の例においては、磁束の流れが乱れて、鉄道レール１００の踏面から磁束の漏洩が生じる。そのため、受信コイル６−ｋが欠陥部１０２の近傍を通過する際に、受信コイル６−ｋの誘起電圧は比較的大きな値になる。

【0016】

本実施形態における欠陥検出は、検査対象物である鉄道レール１００に発生させた磁束の流れが欠陥部１０２において変わることに基づき、発生した漏洩磁界を検出するものである。この漏洩磁界の解析モデルとして、双極子モデルに基づいて空間に発生する漏洩磁界を表現することができる。このモデルは、一様に磁化された欠陥部１０２の両端部に反磁性の磁荷を一様に分布させ、漏洩磁界はそれらから生じた空間磁界で近似できると仮定するものである。

【0017】

まず、図４（ｂ）において鉄道レール１００の敷設方向をｘ方向とし、欠陥部１０２の深さ方向をｙ方向とし、紙面に垂直な方向をｚ方向（図示せず）とし、欠陥部１０２はｚ方向に無限長の長さを持っていると仮定する。すると、（ｘ、ｙ、０）点におけるｘ方向およびｙ方向の空間磁界Ｈｘ，Ｈｙは、下式（１），（２）で表すことができる。

【数1】

【0018】

【数2】

式（１），（２）においては、欠陥部１０２の幅を２ａとし、欠陥部１０２の深さをｄとし、ｍを磁荷量としている。
磁荷量ｍは、一様磁化を受ける強磁性体中に存在する回転楕円体の内部磁場に対する古典電磁気学的解を用いて、下式（３）で近似される。

【0019】

【数3】

式（３）において、Ｈ₀は励磁のための磁場強度、ｎは傷のアスペクト比（ｄ／ａ）、μは比透磁率を表す。本実施形態では、受信コイル６−ｋは、検査対象物である鉄道レール１００の敷設方向に鉛直な方向からの漏洩磁界を検知しており、測定結果は空間磁界Ｈｙに相当する。式（２）に基づいてｘ以外のパラメータを設定すると、空間磁界Ｈｙは、欠陥部１０２の深さｄの関数として示すことができ、Ｈｙは欠陥部１０２の中心位置を零点として、ｘ軸方向に極大もしくは極小が現れる変化を示す。

【0020】

〈第１実施形態の回路構成〉
図５は、本実施形態によるレール検査システム１の全体構成を示すブロック図である。
上述したように、レール検査システム１は、検出装置２と、処理装置３とを有する。そして、検出装置２は、センサ部群２１センサ部２１−１〜２１−Ｎと、増幅・フィルタ部２２−１〜２２−Ｎとを有し、各センサ部２１−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋと、受信コイル６−ｋとを有する。
また、処理装置３は、増幅部３１−１〜３１−Ｎと、デジタルアナログ変換部３２と、発振部３３と、検波部３４−１〜３４−Ｎと、アナログデジタル変換部３５と、メモリ部３６と、評価装置４とを備えている。なお、検波部３４−１〜３４−Ｎを総称して検波部群３４と呼ぶ。

【0021】

発振部３３は、所定の発振周波数ｆ（例えば２０ｋＨｚ）の正弦波状のデジタル発振信号を出力する。なお、発振周波数ｆとして２０ｋＨｚ以外の周波数を選択してもよい。但し、発振周波数ｆは、１０Ｈｚ〜１００ＧＨｚの範囲の周波数から選択することが好ましい。これは、周波数ｆが１０Ｈｚよりも低いと受信コイル６の感度が悪くなり、１００ＧＨｚを超えると発振コイル５Ａ，５Ｂのインピーダンスが高くなることによって、磁場が弱くなるからである。また、周波数ｆは、１ｋＨｚ〜１ＧＨｚの範囲から選択することがより好ましく、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲から選択することがさらに好ましい。

【0022】

ところで、実際に運用されている鉄道線路においては、鉄道レール１００を構成要素に含む「軌道回路」と呼ばれる回路を構成することがある。これは、線路の特定区間内に鉄道車両が存在するか否かを検出して信号機等を制御し、衝突事故を防ぐためのものである。この軌道回路に用いられる周波数と、発振周波数ｆとが近接していると、センサ部２１−１〜２１−Ｎが誤動作する場合がある。しかし、軌道回路に用いられる周波数を、発振周波数ｆの±７％程度以上離すと、センサ部２１−１〜２１−Ｎに対する影響がほぼ無視できることが実験により判明している。従って、発振周波数ｆは、軌道回路に用いられる周波数に対して、±０．０７ｆ以上離れた周波数から選択することが好ましい。

【0023】

図５においてデジタルアナログ変換部３２は、発振部３３が出力したデジタル発振信号をアナログの交流電圧に変換する。増幅部３１は、この交流電圧を増幅し、各センサ部２１−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）における発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋに印加する。これにより、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋからは、位相が反転した交流磁界が発生する。

【0024】

また、検出装置２内の増幅・フィルタ部２２−ｋは、対応する受信コイル６−ｋからの信号を増幅およびフィルタ処理し、処理装置３の検波部３４−ｋに送信する。なお、「フィルタ処理」とは、主として発振周波数ｆ以上の周波数成分を除去する低域通過フィルタ処理である。また、検波部３４−ｋは、発振部３３からの参照信号を用いて、増幅・フィルタ部２２−ｋから供給された信号に基づいて、信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θ（これら信号の詳細は後述する）を生成し、アナログデジタル変換部３５に供給する。アナログデジタル変換部３５は、検波部３４−１〜３４−Ｎから受信した各アナログ信号をデジタル信号に変換する。アナログデジタル変換部３５から出力されたデジタル信号は、データとしてメモリ部３６に記憶され、評価装置４に供給される。

【0025】

次に、評価装置４について説明する。
評価装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＨＤＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行される。図５において、評価装置４の内部は、アプリケーションプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。

【0026】

評価装置４は、制御部４２と、データ処理部４３と、出力処理部４４と操作入力部４５と、表示部４６と、記憶部４７と、を備える。
評価装置４は、検出装置２、検波部３４−１〜３４−Ｎ、アナログデジタル変換部３５またはメモリ部３６から受信した検査データに基づいて鉄道レール１００の欠陥を特定する検査処理プログラムを実行する。なお、本実施形態において、「検査データ」とは、検出装置２の受信コイル６から評価装置４に至るまでの全ての段階でのデータが該当するものとする。

【0027】

制御部４２は、メモリ部３６からの検査データの読出しや、演算処理等の制御を行う。データ処理部４３は、検査データに基づいて、検査処理を行う（詳細は後記）。表示部４６は、検査結果等を表示するＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ等である。出力処理部４４は、表示部４６に検査結果等を表示させる。その際、出力処理部４４は、グラフやテーブルの形式を適宜用いて視覚的に理解しやすい表示形式で表示させるための処理を行う。操作入力部４５は、キーボード、マウス等の情報入力手段である。記憶部４７は、データ処理部４３が処理した検査結果等のデータを保存する。また、メモリ部３６に記憶されたデータは、記憶部４７にも転送される。なお、データ処理部４３、出力処理部４４は、記憶部４７に格納されたプログラムやデータを制御部４２にロードして、演算処理を実行することによって実現される。

【0028】

図６は、検波部３４−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）のブロック図である。
増幅・フィルタ部２２−ｋからの受信信号ＳＳは、位相比較器７４，７６に供給される。また、発振部３３（図５参照）から供給された参照信号ＳＲ１は、遅延回路７２によって、発振周波数ｆの９０°の位相に相当する時間だけ遅延される。遅延された参照信号ＳＲ１を参照信号ＳＲ２と呼ぶ。参照信号ＳＲ１は位相比較器７６に供給され、参照信号ＳＲ２は位相比較器７４に供給される。位相比較器７６は、受信信号ＳＳにおいて参照信号ＳＲ１に同期する成分を抽出する。抽出された信号は、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）８０によってフィルタ処理され、ＬＰＦ８０は、その結果を余弦信号Ｘ（第１の検査信号，表示対象信号）として出力する。

【0029】

また、位相比較器７４は、受信信号ＳＳにおいて、参照信号ＳＲ２に同期する成分を抽出する。抽出された信号は、ＬＰＦ７８によってフィルタ処理され、ＬＰＦ７８は、その結果を正弦信号Ｙ（第２の検査信号，表示対象信号）として出力する。演算器８４は、√（Ｘ²＋Ｙ²）を計算し、その結果を振幅信号Ｒ（表示対象信号）として出力する。また、演算器８２は、（Ｙ／Ｘ）のアークタンジェントすなわちａｔａｎ（Ｙ／Ｘ）を計算し、その結果を位相差信号θ（表示対象信号）として出力する。

【0030】

そして、検波部３４−ｋは、上述した各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θを、アナログデジタル変換部３５（図５参照）を介してメモリ部３６に供給する。なお、図示の例では、検波部３４−ｋは各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θの全てを出力したが、振幅信号Ｒおよび位相差信号θは検波部３４−ｋが計算するのではなく、余弦信号Ｘおよび正弦信号Ｙに基づいて、データ処理部４３（図５参照）が計算するようにしてもよい。

【0031】

ここで、検波部３４−ｋが余弦信号Ｘに加えて正弦信号Ｙを検出している理由について説明しておく。まず、余弦信号Ｘを重視するのであれば、余弦信号Ｘの振幅が最大になるように、参照信号の位相を設定することが考えられる。すると、この設定した位相は、余弦信号Ｘを検出するための最適な位相であると言える。しかし、受信信号ＳＳは、センサ部２１−１〜２１−Ｎ毎に独立しており、センサ部２１−１〜２１−Ｎ毎に配置箇所や製造誤差の影響が異なる。また、経年変化や温度変化によっても最適な位相は変動する。従って、検波部３４−１〜３４−Ｎの各々に対して参照信号の最適な位相を設定することは、煩雑である。

【0032】

正弦信号Ｙは、レールを励磁する励磁磁場に対して９０°位相がシフトした信号成分である。本実施形態のように、余弦信号Ｘとともに正弦信号Ｙを検出すると、演算器８４（または評価装置４）において振幅信号Ｒを計算することができる。振幅信号Ｒの値は、位相差信号θが変動した場合であっても、原理上は一定になるため、参照信号の位相を最適化する処理を省略することができる。

【0033】

〈第１実施形態の動作〉
図７は、評価装置４のデータ処理部４３によって実行される検査処理プログラムのフローチャートである。
図７において処理がステップＳ２に進むと、データ処理部４３は、検査データを記憶部４７から取得する。次に、処理がステップＳ４に進むと、データ処理部４３は、検測車両２００（図１参照）の位置履歴情報と、検査データとの対応付けを行う。検測車両２００は位置測定機能を有しており、軌道上の位置が、時刻とともに逐次記録される。また、検査データは、データ測定時刻と対応付けて記憶部４７に記憶されている。従って、ステップＳ４では、これらのデータによって、検査データと、軌道上における位置とが対応付けられる。

【0034】

次に、ステップＳ２で取得した全ての検査データについて、ステップＳ６，Ｓ８，Ｓ１０のループが繰り返される。まず、ステップＳ６において、データ処理部４３は、処理対象の検査データが基準範囲すなわち正常であると推定できる範囲を外れているか否かを判定する。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ８に進み、データ処理部４３は、当該検査データは異常であると判定する。

【0035】

一方、ステップＳ６において「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１０に進み、データ処理部４３は、当該検査データは正常であると判定する。そして、ステップＳ６〜Ｓ１０の処理が検査データ全体に対して終了すると、処理はステップＳ１２に進み、データ処理部４３は、各検査データの正常／異常の判定結果を記憶部４７に記憶させるとともに、表示部４６に表示させる。以上により、本ルーチンの処理が終了する。

【0036】

次に、図８（ａ）〜（ｃ）を参照し、上述したステップＳ１２における判定結果の表示態様について説明する。
図８（ａ）は、鉄道レール１００に形成された欠陥部１０２の具体例を示す平面図である。図示の例において、欠陥部１０２は、鉄道レール１００を横切る方向に形成された溝状の欠陥であるとする。
図８（ｂ）は、欠陥部１０２の近傍における余弦信号Ｘ、振幅信号Ｒ、位相差信号θの波形図の例である。なお、正弦信号Ｙについては図示を省略するが、正弦信号Ｙは余弦信号Ｘと同様の形状の波形になる（但し、一般的には両者の振幅は異なる）。

【0037】

図８（ａ）において、センサ部２１−ｋ（図３参照）は、左から右に向かって一定速度で移動したこととする。すると、図８（ｂ）の横軸は、時刻であるとともに、鉄道レール１００上の位置を示すものになる。また、図８（ｂ）の縦軸は、余弦信号Ｘおよび振幅信号Ｒについては「電圧」であり、位相差信号θについては、「角度」になる。時刻ｔ1以前およびｔ3以降は、センサ部２１−ｋは欠陥部１０２から充分に離れていることとする。この場合、余弦信号Ｘは、所定のオフセット値ＢＬにほぼ一致している。

【0038】

そして、時刻ｔ1〜ｔ2の区間では、余弦信号Ｘに負のピークが現れ、時刻ｔ2〜ｔ3の区間では、余弦信号Ｘに正のピークが現れる。また、振幅信号Ｒは、時刻ｔ1〜ｔ2の区間および時刻ｔ2〜ｔ3の区間に、各々正のピークを有する。また、位相差信号θは、略台形状の波形になる。図８（ｂ）には、余弦信号Ｘ、振幅信号Ｒおよび位相差信号θを各１系統のみ示すが、実際には、センサ部２１−１〜２１−Ｎの各々において、各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θが求まる。図８（ｂ）に示したように、余弦信号Ｘは、鉄道レール１００の敷設方向に沿って連続的な値が得られるが、センサ部２１−１〜２１−Ｎの配列方向（鉄道レール１００の幅方向）に沿って、離散的なＮ個の値が得られる。従って、余弦信号Ｘの測定値は、２次元のデータとして表現することができる。

【0039】

図８（ｃ）は、データ処理部４３が、２次元の余弦信号Ｘを表示部４６に等高線表示させた２次元画像１３０の表示例を示す。図８（ｃ）において横軸は、図８（ｂ）と同様に、時刻であるとともに、鉄道レール１００上の位置に対応する。また、図８（ｃ）の縦軸は、センサ部２１−１〜２１−Ｎ（図３参照）の配列方向、すなわち、鉄道レール１００を横切る方向の位置である。また、縦軸における「０」、「＋１０」、「−１０」等の数字は、鉄道レール１００の中心位置からの距離をｍｍ単位で表したものである。なお、鉄道レール１００の踏面の幅は、一般的に６５ｍｍである。

【0040】

図８（ｃ）において領域１１０は、余弦信号Ｘがオフセット値ＢＬに近い領域であり、例えば「緑色」によって塗りつぶされる。また、領域１１４は、余弦信号Ｘが負のピークに近い領域であり、例えば「青色」によって塗りつぶされる。また、領域１２４は、余弦信号Ｘが正のピークに近い領域であり、例えば「赤色」によって塗りつぶされる。領域１１１〜１１３は、オフセット値ＢＬから負のピークに向かう複数段階の各範囲に対応し、緑色から青色に向かって段階的に変化する色相に設定されている。

【0041】

また、領域１２１〜１２３は、オフセット値ＢＬから正のピークに向かう複数段階の各範囲に対応し、緑色から黄色を介して赤色に向かって段階的に変化する色相に設定されている。これにより、ユーザは、鉄道レール１００のどの位置に、どの程度の深さの欠陥部１０２が生じているのか、視覚的に明瞭に把握することができる。

【0042】

なお、図８（ｃ）には、余弦信号Ｘを等高線表示させた例を示したが、余弦信号Ｘに代えて、または余弦信号Ｘに加えて、正弦信号Ｙ、振幅信号Ｒまたは位相差信号θの何れかを等高線表示させてもよい。また、図８（ｃ）の例においては、赤、青、緑等の色相を信号強度に対応付けたが、他の表示態様（例えば、明度、彩度）を信号強度に対応付けてもよい。

【0043】

ここで、実際に使用されている鉄道レールに生じる欠陥について説明しておく。鉄道車両の車輪が鉄道レールの踏面に接触しつつ転がると、鉄道レールには疲労が蓄積してゆき、やがて踏面に平行な方向すなわち水平方向に亀裂が生じるようになる。このような亀裂は「水平裂」と呼ばれている。水平裂が生じた鉄道レールに、さらに疲労が蓄積すると、水平裂が下方向に向かって成長してゆくことがある。このように、下方向に成長した亀裂は「横裂」と呼ばれている。横裂は進展性が高いため、これを見逃してしまうと、高い確率で鉄道レールが破断する。本実施形態によれば、欠陥の深さｄに対応した検出信号を出力できるため、特に横裂の存在およびその深さを正確に検出できる点で有利である。

【0044】

〈第１実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態は、センサ部群（２１）が鉄道レール（１００）の敷設方向に移動する際、受信コイルの各々から出力される出力信号に対して、出力信号の第１の位相（０°）に対応する第１の検査信号（Ｘ）と、出力信号の第２の位相（９０°）に対応する第２の検査信号（Ｙ）と、を検出する複数の検波部（３４−１〜３４−Ｎ）を有する検波部群（３４）を設けたので、鉄道レールの欠陥を正確に検出できる。

【0045】

また、本実施形態は、第１の検査信号（Ｘ）、第２の検査信号（Ｙ）または第１の検査信号（Ｘ）と第２の検査信号（Ｙ）に演算処理を施した結果（Ｒ，θ）を表示対象信号とし、複数のセンサ部（２１−１〜２１−Ｎ）に対応する表示対象信号（Ｘ，Ｙ，Ｒ，θ）の強度分布を２次元画像（１３０）として出力する出力処理部（４４）をさらに有する。ここで、２次元画像（１３０）は、表示対象信号（Ｘ，Ｙ，Ｒ，θ）の強度に対応して表示態様（色相、明度、彩度等）を設定した等高線画像であり、鉄道レール（１００）の敷設方向の位置および幅方向の位置を軸とする画像である。そして、表示対象信号（Ｘ，Ｙ，Ｒ，θ）は、鉄道レール（１００）に形成された欠陥部（１０２）の深さに応じた強度を有する信号であり、２次元画像（１３０）は、欠陥部（１０２）の深さを表示態様（色相、明度、彩度等）によって示す画像である。これらの特徴により、ユーザは、鉄道レールの欠陥をより的確に認識できるようになる。

【0046】

［第２実施形態］
〈第２実施形態の構成〉
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明において、図１〜図８の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
本実施形態の構成を説明する前に、上述した第１実施形態について再び検討する。図４（ａ）において説明したように、鉄道レール１００に亀裂等の欠陥が無い場合、磁束ΦＡ，ΦＢのうち受信コイル６−ｋに鎖交する成分は相互に打ち消しあい、鎖交磁束は理想的には零になる。

【0047】

但し、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋの形状（内径、外径、コイル長等）に差があると、両者の発生する磁束ΦＡ，ΦＢは受信コイル６−ｋにおいて打ち消されなくなり、発振信号と同一周波数の雑音信号が受信コイル６−ｋからは継続的に出力されるようになる。勿論、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋの加工精度を充分に高くすることにより、この雑音信号は実用上問題の無いレベルにまで低減することができる。但し、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋの加工精度を高くすることはコストアップにつながるため、加工精度の低い、安価なコイルを適用できればより好ましい。そこで、本実施形態は、雑音信号を電気的にキャンセルすることによって、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋに求められる加工精度を下げられるようにするものである。

【0048】

図９は、本発明の第２実施形態によるレール検査システム１ａの全体構成を示すブロック図である。本実施形態のレール検査システム１ａの外観構成は、第１実施形態のもの（図１〜図３参照）と同様である。また、検出装置２の構成も第１実施形態のもの（図５参照）と同様である。但し、第１実施形態の処理装置３（図５参照）に代えて、本実施形態においては、処理装置３ａが適用される。なお、図９においては評価装置４の内部は省略するが、評価装置４の構成も図５のものと同様である。

【0049】

処理装置３ａにおいては、各増幅・フィルタ部２２−１〜２２−Ｎに対応して修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎと、減算部５２−１〜５２−Ｎとが設けられている。なお、修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎを総称して修正信号発生部群５０と呼び、減算部５２−１〜５２−Ｎを総称して減算部群５２と呼ぶ。上述したように、各センサ部２１−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）が出力する誘起電圧には、発振周波数ｆの雑音信号が重畳し、この雑音信号は、増幅・フィルタ部２２−ｋにおいて増幅される。修正信号発生部５０−ｋは、この雑音信号をキャンセルするために、雑音信号にほぼ等しい振幅および位相を有する修正信号を発生しようとするものである。

【0050】

そして、減算部５２−ｋは、増幅・フィルタ部２２−ｋの出力信号から修正信号を減算することにより、雑音信号をキャンセルする。これにより、検波部３４−１〜３４−Ｎには、雑音信号をキャンセルした信号が供給されるようになる。上述した以外の処理装置３ａの構成は、第１実施形態の処理装置３（図５参照）と同様である。

【0051】

〈第２実施形態の動作〉
（メインルーチン）
次に、本実施形態の動作を説明する。図１０は、図９に示した評価装置４（より詳細には、図５に示すデータ処理部４３）にて実行されるメインルーチンのフローチャートである。
図１０において処理がステップＳ２０に進むと、評価装置４は所定の初期設定を行う。次に、処理がステップＳ２２に進むと、評価装置４は、メモリ部３６との間で通信を開始させる。次に、処理がステップＳ２４に進むと、評価装置４は、記憶部４７から、装置設定データを読み取る。この装置設定データには、上述した修正信号の振幅および位相等のデータが含まれる。

【0052】

次に、処理がステップＳ２６に進むと、評価装置４は、操作入力部４５（図５参照）を介して、ユーザから計測スタート指示が入力されたか否かが判定される。そして、該計測スタート指示が入力されるまで、ステップＳ２６にて処理が待機する。計測スタート指示が入力されると、処理はステップＳ２８に進み、ユーザが操作入力部４５にて修正パラメータ計測操作を行ったか否かが判定される。なお、修正パラメータとは、修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎが出力する各修正信号の振幅および位相を指定するパラメータである。

【0053】

ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ３２に進み、操作入力部４５にてユーザがデータ収集操作を行なったか否かが判定される。ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ３６に進み、ユーザが計測停止操作を行なったか否かが判定される。ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ４０に進み、ユーザが通信停止操作を行なったか否かが判定される。ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ２８に戻る。以後、ステップＳ２８，Ｓ３２，Ｓ３６，Ｓ４０の何れかにおいて「Ｙｅｓ」と判定されるまで、これらのステップが繰り返される。

【0054】

ステップＳ２８において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ３０に進む。ここでは、後述する修正パラメータ計測サブルーチン（図１１〜図１３）が実行され、各修正信号の振幅および位相が決定された後、処理はステップＳ２８に戻る。また、ステップＳ３２において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ３４に進む。ここでは、評価装置４は、データ収集処理を実行する。すなわち、検出装置２を介して、検査データを収集し、処理はステップＳ３２に戻る。

【0055】

また、ステップＳ３６において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ３８に進む。ここでは、評価装置４は、修正パラメータまたは検査データの計測をストップさせ、処理はステップＳ２６に戻る。また、ステップＳ４０において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ４２に進む。ここでは、評価装置４は、メモリ部３６との間の通信を終了させ、本ルーチンの処理も終了する。

【0056】

（修正パラメータ計測サブルーチン）
図１１〜図１３は、上述したステップＳ３０にて実行される修正パラメータ計測サブルーチンのフローチャートである。
この処理を実行させる場合には、図１に示す鉄道レール１００として、欠陥が無い（新品に近い）ものを準備し、検出装置２に対向させておく。図１１〜図１３に示す修正パラメータ計測サブルーチンは、修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎの各々に対して順次実行される。但し、図１１〜図１３においては、一つの修正信号発生部５０−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）に対する修正パラメータを計測する処理内容を示す。すなわち、図１１〜図１３に示す処理は、Ｎ回繰り返されることにより、修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎの全てに対して、修正パラメータが計測される。

【0057】

図１１において処理がステップＳ１０２に進むと、評価装置４は、所定サンプル数（複数）の測定データを取得する。ここで、「測定データ」とは、主として振幅信号Ｒを測定したデータである。より具体的には、評価装置４は、まず発振部３３に対してデジタル発振信号を出力させる。次に、評価装置４は、計測対象である修正信号発生部５０−ｋに対して、修正パラメータの初期値を設定する。ここで、修正パラメータとは、修正信号の振幅を指定する振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２と、修正信号の位相を指定する位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１と、を含んでいる。すなわち、ステップＳ１０２においては、評価装置４は、所定の初期値である振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２および位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１を、修正信号発生部５０−ｋに供給する。これにより、修正信号発生部５０−ｋは、設定された振幅および位相を有する修正信号を減算部５２−ｋに供給する。

【0058】

発振部３３がデジタル発振信号を出力すると、デジタルアナログ変換部３２、増幅部３１−ｋを介して、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋが磁束を発生し、受信コイル６−ｋには誘起電圧が発生する。増幅・フィルタ部２２−ｋは、該誘起電圧を増幅・フィルタ処理し、減算部５２−ｋに供給する。減算部５２−ｋは、増幅・フィルタ部２２−ｋの出力信号から修正信号を減算し、その結果を検波部３４−ｋに供給する。そして、検波部３４−ｋは、減算部５２−ｋの出力信号に基づいて、振幅信号Ｒを計算する。これにより、振幅信号Ｒの１サンプルの測定データが得られる。

【0059】

但し、振幅信号Ｒの正確性を担保するため、ステップＳ１０２においては、同様の条件で複数サンプルの（より好ましくは、５サンプル以上の）振幅信号Ｒを測定する。なお、検波部３４−ｋが振幅信号Ｒを計算することに代えて、検波部３４−ｋが計測した余弦信号Ｘおよび正弦信号Ｙに基づいて、評価装置４が振幅信号Ｒを計算してもよい。

【0060】

図１１において次に処理がステップＳ１０４に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データの平均値を計算する。計算した平均値を平均振幅値Ｒ_p0とする。次に、処理がステップＳ１０６に進むと、平均振幅値Ｒ_p0が所定の平均振幅基準値Ｒ_pth未満であるか否かを判定する。なお、平均振幅基準値Ｒ_pthは、充分に低い値、例えば０．００５Ｖである。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると、本ルーチンの処理は終了する。これは、修正パラメータの初期値すなわち振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２および位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１の初期値が共に充分に信頼できる値であり、欠陥の無い鉄道レール１００に対して振幅信号Ｒが充分に低い値になっていることを意味する。従って、かかる場合は、初期値をそのまま修正パラメータとして適用することとし、本ルーチンの処理をする。

【0061】

一方、平均振幅値Ｒ_p0が平均振幅基準値Ｒ_pth以上であれば、ステップＳ１０６において「Ｎｏ」と判定され、処理はステップＳ１０８に進む。ここでは、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１と称する所定の変数の値が振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に代入される。なお、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１は、この時点では、０よりも若干大きな所定値に設定されている。

【0062】

次に、処理がステップＳ１１０に進むと、上述したステップＳ１０２と同様に、振幅信号Ｒの測定データが取得される。その際、修正信号の位相は、ステップＳ１０２の場合と同様に所定の初期値であるが、修正信号の振幅は、先のステップＳ１０８で設定された振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２（＝振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１）に設定される。次に、処理がステップＳ１１２に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データに基づいて、これらの平均振幅値Ｒ＿ｐ１を計算する。次に、処理がステップＳ１１４に進むと、ステージ番号ＳＴに１が代入される。

【0063】

ここで、ステージ番号ＳＴの意義について説明する。本実施形態においては、修正信号発生部５０−ｋが発生する修正信号の振幅および位相を徐々に変化させながら振幅信号Ｒを測定し、振幅信号Ｒの平均値がなるべく小さくなる振幅および位相を求め、その結果を修正パラメータに設定する。ここで、振幅を徐々に変動させる際の変動単位を「振幅増減値ΔＶ」と呼ぶ。また、位相を徐々に変動させる際の変動単位を「位相増減値ΔＰ」と呼ぶ。但し、振幅増減値ΔＶおよび位相増減値ΔＰは一定ではなく、最初は大きな値とし、段階的に小さな値に変更してゆくことによって、なるべく速やかに、正確な修正パラメータを求めようとしている。ステージ番号ＳＴは、振幅増減値ΔＶおよび位相増減値ΔＰを小さくしてゆく段階を１〜３の自然数で表すものである。

【0064】

次に、図１２において、処理がステップＳ１２０に進むと、評価装置４は、振幅増減値ΔＶに対して、電圧変動単位初期値ΔＶＤ［ＳＴ］を代入する。電圧変動単位初期値ΔＶＤ［ＳＴ］は、ステージ番号ＳＴに応じて、例えば、電圧変動単位初期値ΔＶＤ［１］＝０．１Ｖ、電圧変動単位初期値ΔＶＤ［２］＝０．０１Ｖ、電圧変動単位初期値ΔＶＤ［３］＝０．００１Ｖに設定されている。ステップＳ１２０が最初に実行される際、ステージ番号ＳＴは１であるから、上記例では、振幅増減値ΔＶは０．１Ｖに設定される。

【0065】

次に、処理がステップＳ１２２に進むと、評価装置４は、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１と振幅増減値ΔＶとの加算結果を振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に代入する。次に、処理がステップＳ１２４に進むと、上述したステップＳ１０２，Ｓ１１０と同様に、振幅信号Ｒの測定データが取得される。この場合も、修正信号の位相は所定の初期値であるが、修正信号の振幅は、ステップＳ１２２で得られた振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２である。次に、処理がステップＳ１２６に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データに基づいて、これらの平均振幅値Ｒ＿ｐ２を計算する。

【0066】

次に、処理がステップＳ１２８に進むと、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ１が平均振幅値Ｒ＿ｐ２よりも小さいか否を判定する。上述の例では、平均振幅値Ｒ＿ｐ１は、ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１を振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に代入した場合の平均振幅値であった。また、平均振幅値Ｒ＿ｐ２は、「ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１＋ΔＶ」を振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に代入した場合の平均振幅値であった。仮に、前者が後者よりも小さいとすると、振幅増減値ΔＶの符号（正負）は、平均振幅値を増加させる方向にあり、望ましくない符号であると考えらえる。そこで、かかる場合は、ステップＳ１２８において「Ｙｅｓ」と判定され、処理はステップＳ１３２に進む。ステップＳ１３２において、評価装置４は、振幅増減値ΔＶの符号（正負）を反転させる。

【0067】

一方、ステップＳ１２８において「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１３０に進み、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ２を平均振幅値Ｒ＿ｐ１に代入する。これは、過去に求めた平均振幅値のうち、最も好ましい（小さな）値を平均振幅値Ｒ＿ｐ１として保持するためである。ステップＳ１３０またはＳ１３２の処理が終了すると、処理はステップＳ１３４に進み、評価装置４は、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１と振幅増減値ΔＶとの加算結果を振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に代入する。

【0068】

次に、処理がステップＳ１３６に進むと、上述したステップＳ１０２，Ｓ１１０等と同様に、振幅信号Ｒの測定データが取得される。次に、処理がステップＳ１３８に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データに基づいて、これらの平均振幅値Ｒ＿ｐ２を計算する。次に、処理がステップＳ１４０に進むと、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ１が平均振幅値Ｒ＿ｐ２よりも小さいか否を判定する。

【0069】

ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ１４２に進み、評価装置４は、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１に振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２を代入するとともに、平均振幅値Ｒ＿ｐ１に平均振幅値Ｒ＿ｐ２を代入する。これにより、過去に求めた平均振幅値Ｒ＿ｐ２のうち、最も好ましい（小さな）値が平均振幅値Ｒ＿ｐ１として保持され、該平均振幅値Ｒ＿ｐ１を実現した振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２が振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１として保持される。そして、処理はステップＳ１３４に戻る。以後、平均振幅値Ｒ＿ｐ２が平均振幅値Ｒ＿ｐ１以下である限り、ステップＳ１３４〜Ｓ１４２のループが繰り返される。

【0070】

ここで、ステップＳ１３８で求めた平均振幅値Ｒ＿ｐ２が平均振幅値Ｒ＿ｐ１よりも大きければ、ステップＳ１４０において「Ｙｅｓ」と判定され、処理はステップＳ１４４に進む。ここでは、振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２に振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１が代入される。このステップＳ１４４が終了した時点では、現在の振幅増減値ΔＶ（例えば０．１Ｖ）単位で修正信号の振幅を変動させていった際、最も好ましい（振幅信号Ｒを小さくする）振幅が、振幅比較値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ１に代入されていることになる。

【0071】

次に、図１３において、処理がステップＳ２２０に進むと、評価装置４は、位相増減値ΔＰに対して、位相変動単位初期値ΔＰＤ［ＳＴ］を代入する。位相変動単位初期値ΔＰＤ［ＳＴ］は、ステージ番号ＳＴに応じて、例えば、位相変動単位初期値ΔＰＤ［１］＝１０°、位相変動単位初期値ΔＰＤ［２］＝１°、位相変動単位初期値ΔＰＤ［３］＝０．１°に設定されている。ステップＳ２２０が最初に実行される際、ステージ番号ＳＴは１であるから、上記例では、位相増減値ΔＰは１０°に設定される。

【0072】

次に、処理がステップＳ２２２に進むと、評価装置４は、位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０と位相増減値ΔＰとの加算結果を位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１に代入する。なお、この時点で位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０は、上述した修正パラメータの初期値のうち、位相の初期値である。次に、処理がステップＳ２２４に進むと、上述したステップＳ１０２（図１１参照）と同様に、振幅信号Ｒの測定データが取得される。次に、処理がステップＳ２２６に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データに基づいて、これらの平均振幅値Ｒ＿ｐ２を計算する。

【0073】

次に、処理がステップＳ２２８に進むと、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ１が平均振幅値Ｒ＿ｐ２よりも小さいか否を判定する。ここで、平均振幅値Ｒ＿ｐ１には、ステップＳ１２８またはＳ１４２（図１２参照）が最後に実行された際、過去に計算された平均振幅値Ｒ＿ｐ２のうち最も好ましい（小さな）値が代入されている。ステップＳ２２８において「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ２３２に進み、評価装置４は、位相増減値ΔＰの符号（正負）を反転させる。

【0074】

一方、ステップＳ２２８において「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ２３０に進み、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ２を平均振幅値Ｒ＿ｐ１に代入する。ステップＳ２３０またはＳ２３２の処理が終了すると、処理はステップＳ２３４に進み、評価装置４は、位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０と位相増減値ΔＰとの加算結果を位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１に代入する。

【0075】

次に、処理がステップＳ２３６に進むと、上述したステップＳ２２４と同様に、振幅信号Ｒの測定データが取得される。次に、処理がステップＳ２３８に進むと、評価装置４は、取得した所定サンプル数の振幅信号Ｒの測定データに基づいて、これらの平均振幅値Ｒ＿ｐ２を計算する。次に、処理がステップＳ２４０に進むと、評価装置４は、平均振幅値Ｒ＿ｐ１が平均振幅値Ｒ＿ｐ２よりも小さいか否を判定する。

【0076】

ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ２４２に進み、評価装置４は、位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０に位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１を代入するとともに、平均振幅値Ｒ＿ｐ１に平均振幅値Ｒ＿ｐ２を代入する。これにより、過去に求めた平均振幅値Ｒ＿ｐ２のうち、最も好ましい（小さな）値が平均振幅値Ｒ＿ｐ１として保持され、該平均振幅値Ｒ＿ｐ１を実現した位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１が位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０として保持される。そして、処理はステップＳ２３４に戻る。以後、平均振幅値Ｒ＿ｐ２が平均振幅値Ｒ＿ｐ１以下である限り、ステップＳ２３４〜Ｓ２４２のループが繰り返される。

【0077】

ここで、ステップＳ２３８で求めた平均振幅値Ｒ＿ｐ２が平均振幅値Ｒ＿ｐ１よりも大きければ、ステップＳ２４０において「Ｙｅｓ」と判定され、処理はステップＳ２４４に進む。ここでは、位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１に位相比較値ＣＡＮ＿ＰＨ０が代入される。このステップＳ２４４が終了した時点では、現在の位相増減値ΔＰ（例えば１０°）単位で修正信号の振幅を変動させていった際、最も好ましい（振幅信号Ｒを小さくする）位相が位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１に代入されていることになる。

【0078】

次に、処理がステップＳ２４６に進むと、ステージ番号ＳＴは３であるか否かが判定される。ここで「Ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ２４８に進み、ステージ番号ＳＴが１だけインクリメントされる。例えば、従前のステージ番号ＳＴが１であれば、ここでステージ番号ＳＴには２が代入される。そして、処理は図１２のステップＳ１２０に戻る。

【0079】

ステージ番号ＳＴが２になると、ステップＳ１２０において振幅増減値ΔＶには電圧変動単位初期値ΔＶＤ［２］、例えば０．０１Ｖが代入され、上述したステップＳ１２２〜Ｓ１４４の処理が実行される。次に、処理が図１３のステップＳ２２０に進むと、位相増減値ΔＰには、位相変動単位初期値ΔＰＤ［２］、例えば１°が代入され、上述したステップＳ２２２〜Ｓ２４４の処理が実行される。次に、ステップＳ２４６を介して処理がステップＳ２４８に進むと、ステージ番号ＳＴが再びインクリメントされ、例えば３になる。

【0080】

ステージ番号ＳＴが３になると、ステップＳ１２０において振幅増減値ΔＶには電圧変動単位初期値ΔＶＤ［３］、例えば０．００１Ｖが代入され、上述したステップＳ１２２〜Ｓ１４４の処理が実行される。次に、処理が図１３のステップＳ２２０に進むと、位相増減値ΔＰには、位相変動単位初期値ΔＰＤ［３］、例えば０．１°が代入され、上述したステップＳ２２２〜Ｓ２４４の処理が実行される。

【0081】

以上の処理により、欠陥の無い鉄道レール１００に対して、振幅信号Ｒを充分に小さくできる振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２および位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１が求められた。次に、処理がステップＳ２４６に進むと、ステージ番号ＳＴは３であるから、「Ｙｅｓ」と判定される。これにより、修正パラメータ計測サブルーチン（図１１〜図１３）の処理は終了し、処理はメインルーチン（図１０）のステップＳ２８に戻る。

【0082】

その後、ステップＳ３４のデータ収集処理によって検査データを取得する際には、修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎは、振幅指令値ＣＡＮ＿ＶＯＬＴ２および位相指令値ＣＡＮ＿ＰＨ１に基づいて、各々の修正信号を出力する。

【0083】

〈第２実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態は、発振信号と同一の周波数を有し、発振信号とは振幅および位相が異なる修正信号を複数の受信コイル（６−１〜６−Ｎ）にそれぞれ対応して出力する複数の修正信号発生部（５０−１〜５０−Ｎ）と、複数のセンサ部（２１−１〜２１−Ｎ）の出力信号から対応する修正信号を各々減算し、各々の減算結果を対応する検波部（３４−１〜３４−Ｎ）に供給する減算部（５２−１〜５２−Ｎ）と、をさらに有する。
これにより、発振コイル５Ａ−ｋ，５Ｂ−ｋ（図４参照）の加工精度が低い場合であっても、雑音信号を電気的にキャンセルすることができ、鉄道レール１００の欠陥を精密に検出することができる。

【0084】

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。なお、以下の説明において、図１〜図１３の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図１４は、本発明の第３実施形態によるレール検査システム１ｂの全体構成を示すブロック図である。本実施形態のレール検査システム１ｂの外観構成は、第１実施形態のもの（図１〜図３参照）と同様である。また、検出装置２の構成も第１実施形態のもの（図５参照）と同様である。但し、第１実施形態の処理装置３（図５参照）に代えて、本実施形態においては、処理装置３ｂが適用される。なお、図１４においては評価装置４の内部は省略するが、評価装置４の構成も図５のものと同様である。

【0085】

本実施形態の処理装置３ｂは、第２実施形態の処理装置３ａ（図９参照）と同様に、各増幅・フィルタ部２２−１〜２２−Ｎに対応して修正信号発生部５０−１〜５０−Ｎと、減算部５２−１〜５２−Ｎとが設けられている。但し、本実施形態においては、図１４に示すように、増幅・フィルタ部２２−１〜２２−Ｎに対応して、個別の発振部３３−１〜３３−Ｎを有している。これら発振部３３−１〜３３−Ｎは、相互に異なる発振周波数ｆ１〜ｆＮ（所定周波数）のデジタル発振信号および参照信号を出力する。

【0086】

発振部３３−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、発振周波数ｆｋのデジタル発振信号をデジタルアナログ変換部３２および修正信号発生部５０−ｋに供給するとともに、発振周波数ｆｋの参照信号を検波部３４−ｋに供給する。デジタルアナログ変換部３２は、Ｎチャンネルのデジタル発振信号を各々アナログ信号に変換し、センサ部２１−１〜２１−Ｎに供給する。これにより、センサ部２１−ｋの受信コイル６−ｋは、周波数ｆｋの誘起電圧を発生し、この誘起電圧は増幅・フィルタ部２２−ｋによって増幅およびフィルタ処理される。

【0087】

そして、修正信号発生部５０−ｋは、発振周波数ｆｋの修正信号を減算部５２−ｋに供給し、減算部５２−ｋは、増幅・フィルタ部２２−ｋの出力信号から修正信号を減算することにより、雑音信号をキャンセルする。これにより、検波部３４−１〜３４−Ｎには、雑音信号をキャンセルした信号が供給されるようになる。上述した以外の処理装置３ｂの構成は、第１実施形態の処理装置３（図５参照）と同様である。

【0088】

図３に示したように、検出装置２には複数のセンサ部２１−１〜２１−Ｎが配列されてセンサ部群２１を構成しているが、第１，第２実施形態のようにこれらの発振コイル５Ａ−１〜５Ａ−Ｎ，５Ｂ−１〜５Ｂ−Ｎに同一周波数の磁束を発生させると、相互に干渉が生じる場合がある。これに対して、図１４の本実施形態によれば、各センサ部２１−１〜２１−Ｎに対して異なる発振周波数ｆ１〜ｆＮが適用されるため、センサ部２１−１〜２１−Ｎの相互の干渉を低減することができる。なお、鉄道レール１００が軌道回路の一部を構成する場合には、全ての発振周波数ｆｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）を、軌道回路に用いられる周波数に対して±０．０７ｆｋ以上離れた周波数の中から選択することが好ましい。

【0089】

以上のように本実施形態によれば、発振部（３３−１〜３３−Ｎ）は、複数のセンサ部（２１−１〜２１−Ｎ）に対して、周波数（ｆ１〜ｆＮ）が各々異なる発振信号を出力する。これにより、センサ部（２１−１〜２１−Ｎ）相互間の干渉を低減することができる。

【0090】

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。なお、以下の説明において、図１〜図１４の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
上述した第１〜第３実施形態において、検測車両２００（図１参照）の走行速度を上げると、レール検査をより迅速に実行することができる。しかし、検測車両２００の走行速度を上げると、検測車両２００の振動も大きくなり、この振動が各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θに影響を及ぼすようになる。

【0091】

ここで、図１５を参照し、検測車両２００の高速化に伴う影響を説明する。なお、図１５は、余弦信号Ｘの波形図の例である。図１５は、図８（ｂ）に示した余弦信号Ｘの波形の時間軸を縮小したものに相当し、図１５に示す時刻ｔ1〜ｔ3は、図８（ｂ）に示した時刻ｔ1〜ｔ3に対応する。

【0092】

図１５において実線は、検測車両２００の速度が比較的遅い場合の余弦信号Ｘの波形の例である。この場合、欠陥部１０２（図８（ａ）参照）から離れた区間（時刻ｔ1以前およびｔ3以降）において、余弦信号Ｘのレベルは、ほぼオフセット値ＢＬに一致している。一方、二点鎖線は、検測車両２００の速度が比較的速い場合の余弦信号Ｘの波形の例である。検測車両２００の速度が速くなると、検測車両２００が振動し、欠陥部から離れた区間においても余弦信号Ｘが変動する。このため、欠陥部１０２が現れる時刻ｔ1〜ｔ3における余弦信号Ｘの変動が、振動による変動と区別し難くなる場合がある。

【0093】

以上、余弦信号Ｘの例について述べたが、検測車両２００の振動によって、他の信号Ｙ，Ｒ，θも同様に変動する。本実施形態は、検測車両２００の振動による影響を補償し、検測車両２００をより高速度で運用可能にするものである。
ここで、欠陥部１０２から離れた区間（時刻ｔ1以前およびｔ3以降）において、信号Ｙ，Ｒ，θの波形は、余弦信号Ｘの波形と同様になる。一方、図８（ｂ）にて説明したように、欠陥部１０２（時刻ｔ1〜ｔ3）における振幅信号Ｒ、位相差信号θの波形は余弦信号Ｘのものとは明らかに相違する。なお、正弦信号Ｙの波形形状（図示せず）は余弦信号Ｘと同様になる。

【0094】

そこで、例えば、振幅信号Ｒと余弦信号Ｘとの差分である差分信号Ｒ−Ｘを求めると、この差分信号Ｒ−Ｘは、欠陥部１０２から離れた時刻ｔ1以前およびｔ3以降においてほぼ０になる。一方、欠陥部１０２に対応する時刻ｔ1〜ｔ3においては、図８（ｂ）に示したように、余弦信号Ｘの波形と振幅信号Ｒの波形とは明らかに異なるため、両者の差分信号Ｒ−Ｘは有意な振幅が生じる信号になると考えられる。従って、差分信号Ｒ−Ｘによって欠陥部１０２の有無を判別すると、検測車両２００の振動による影響を軽減できる。

【0095】

次に、本実施形態の構成を説明する。本実施形態の全体構成は第３実施形態のもの（図１４参照）と同様であるが、図１６に示す箇所の構成が異なっている。なお、図１６は、本実施形態におけるレール検査システム１の要部の回路図である。
図１６において、検波部３４−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、第１〜第３実施形態のもの（図６参照）と同様である。本実施形態においては、各検波部３４−ｋの後段に、ゲイン調整部９０，９２と、差動増幅器９４とが追加される。

【0096】

ゲイン調整部９０，９２は、欠陥の無い区間における余弦信号Ｘおよび振幅信号Ｒのレベルがほぼ等しくなるように、これらのゲインを設定しておくとよい。そして、差動増幅器９４は、ゲイン調整された振幅信号Ｒおよび余弦信号Ｘの差分である差分信号Ｒ−Ｘを出力する。そして、アナログデジタル変換部３５は、各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θに加えて、差分信号Ｒ−Ｘをデジタル信号に変換し、メモリ部３６を介して評価装置４に供給する。そして、評価装置４は、差分信号Ｒ−Ｘに基づいて、鉄道レール１００の欠陥部１０２を検出する。上述した以外の本実施形態の構成および動作は、第３実施形態のものと同様である。

【0097】

以上のように、本実施形態によれば、差分信号Ｒ−Ｘに基づいて鉄道レール１００の欠陥部１０２を検出するため、検測車両２００が高速走行した場合においても、検測車両２００の振動による影響を軽減することができる。

【0098】

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

【0099】

（１）上記各実施形態における評価装置４のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図７，図１０〜図１３に示したフローチャートに係るプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。

【0100】

（２）図７，図１０〜図１３等に示した処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。

【0101】

（３）上記各実施形態において、検出装置２および処理装置３は検測車両２００（図１参照）に装着されるものであったが、これらを手押し式の台車（図示せず）等に装着し、ユーザが持ち運べるようにしてもよい。

【0102】

（４）また、上記各実施形態において、検波部３４−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、余弦信号Ｘ、正弦信号Ｙ、振幅信号Ｒおよび位相差信号θを出力したが、これらの信号を時間微分した値を、各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θとともに（または各信号Ｘ，Ｙ，Ｒ，θに代えて）出力してもよい。また、２次元画像１３０（図８（ｃ）参照）に、これら時間微分した値を表示してもよい。

【0103】

（５）上記第４実施形態では、振幅信号Ｒおよび余弦信号Ｘの差分を求めたが、「信号Ｘ，Ｙのうち何れか一方」と、「信号Ｒ，θのうち何れか一方」との差分を求めても、振動による影響を軽減しつつ、同様に欠陥部１０２を検出できる。例えば、図１７に示すように、ゲイン調整部９２に対して位相差信号θを供給し、余弦信号Ｘと位相差信号θとの差分である差分信号θ−Ｘを差動増幅器９４から出力させてもよい。

【符号の説明】

【0104】

１，１ａ，１ｂ レール検査システム
２ 検出装置
３，３ａ，３ｂ 処理装置
４ 評価装置
５Ａ−１〜５Ａ−Ｎ 発振コイル（第１の発振コイル）
５Ｂ−１〜５Ｂ−Ｎ 発振コイル（第２の発振コイル）
６−１〜６−Ｎ 受信コイル
２１ センサ部群
２１−１〜２１−Ｎ センサ部
３３，３３−１〜３３−Ｎ 発振部
３４ 検波部群
３４−１〜３４−Ｎ 検波部
４４ 出力処理部
５０−１〜５０−Ｎ 修正信号発生部
５２−１〜５２−Ｎ 減算部
１００ 鉄道レール
１０２ 欠陥部
１１０〜１１４，１２１〜１２４ 領域
１３０ ２次元画像
Ｒ 振幅信号（表示対象信号）
Ｘ 余弦信号（第１の検査信号，表示対象信号）
Ｙ 正弦信号（第２の検査信号，表示対象信号）
θ 位相差信号（表示対象信号）
ｆ，ｆ１〜ｆＮ 発振周波数（所定周波数）

【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15】

【図16】

【図17】