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電気検測車上でのATS-Sx地上子の応答は？

　電気検測車の導入によりATS-Sx地上子の点検を走行しながら行うようになったが、進行現示対応の地上子の停止現示での可否判断を行う訳で、それまでの単変周地上子は短絡部にコンデンサーを付加して、非停止現示での共振周波数を105kHzとした。動作時は、警報が130kHz－129.7kHz、即時停止が123kHz、速度照査が108.5kHzであるから、正常時は周波数そのままで良いが、故障時にはどんな応答をするのか？検討・算出してみよう。

　その構造としては、有効動作周波数ｆ_a用として接続されているコンデンサーC_aに、待機時無効周波数ｆ₀に下げるためのコンデンサーC_＋を付して構成しているはず。接点が不導通故障しても停止現示側とするためである。小電流では熔着故障は起こらないのだから。 　その故障モードとしては 1)．コイル断線/各素子短絡、 2)．C_a断線、 3)．C_＋断線、接点不良、ケーブル断線･短絡、が考えられるが、
3)．は常にアクティブで、無条件の停止現示動作で顕在化するから電気検測車の守備範囲外。
故障状況 1)．2)．でどういう振る舞いをするのだろうか？
1)．コイル等断線・短絡では無応答だから、登録台帳データベースとリアルタイムで突き合わせて「断線・短絡警告」を出せる。
2)．のコンデンサー断線故障では共振周波数はどう変わるのだろうか？

84kHzは制御振り子車車上装置の自由発振周波数。
ATS-Sx＝103kHz、－Ps＝73kHzが自由発振周波数。
－Sx地上子は105kHz待機。－Ps地上子は73kHz待機。

【 ATS-SN速照地上子の検測】
	Ca	Ｃb	Ｃ0	共振 kHz	動作	備考
	コンデンサー			共振 kHz	動作	備考

正常値	○	○	○	105.0	進行	検測車計測

異常値	○	○	×	123.0	即時停止	C0断線含む
	○	×	×	130.0	警報	R1不接触含む

	×	○	○	178.1	－	Ca断線
	○	×	○	109.3	－	Cb断線
	×	×	○	201.6	－	Ca、Cb断線

［速度照査］　３つの時素を持ち速照、待機時は130kHz警報。
列車検知で123kHz即時停止が高速側時素まで続き130kHz警報に復帰
低速側時素で105kHz非停止となり、時素20秒間保持し、冒頭の警報状態に復帰。

　角周波数ω＝2πｆ ･･･････････････ (0)
として、正常動作時は
　　　ω_a²＝1/LC_a ･････････････････ (1)
　　　ω₀²＝1/L（C_a＋C_＋）･･････････ (2)
　主コンデンサー断線の場合は
　　　ω_x²＝1/LC_＋･････････････････ (3)
　であるから、(2)＆(1)より、
　　　C_a＋C_＋＝１／Lω₀² ･･･････････ (2)'
　　　C_a　　　＝１／Lω_a² ･･･････････ (1)'
　(2)'－(1)'
　　　　　　C_＋＝１／ω₀²L－１／ω_a²L
　　　　　　　　＝（１／L）＊（１／ω₀²－１／ω_a²）･････ (4)
　(4)→(3)→→÷（２π）²←(0)
　　　ω_x² ＝１／（１／ω₀²－１／ω_a²）
　　　　ｆ_x²＝１／（１／ｆ₀²－１／ｆ_a²）
　　　　　＝ｆ₀²・ｆ_a²／（ｆ_a²－ｆ₀²）
∴　　　ｆ_x＝ｆ₀・ｆ_a／ SQRT（ｆ_a²－ｆ₀²）････････････････ (5)
(5)式を適用する故障条件として、
動作周波数ｆ_a＝　　130kHz、123kHz、108.5kHz
待機周波数ｆ₀＝　　105kHz、84kHz、75kHz
それぞれ算出すると、右の表に示す通りである。
「変周式」による検出が前提なので、アクティブ周波数は、待機周波数より必ず高い。また制御振り子のマーカー地上子としては待機時105kHz共振で差し支え無く、84kHzはあくまで車上の発信周波数である。ATS-Psの73kHzは４周波数（80、85、90、95 kHz）を検出するために必要である。
　検測結果がこの値であれば主コンデンサーの断線不良と断定できる。検出をFFT方式として必要な検測信号を送信すれば、共振点は得られる筈である。

　ちなみに、警報と即時停止の2機能をもつATS-SN速度照査では、主コンデンサーにコンデンサー２個を逐次付加して130kHzと123kHzを得て、最後の20秒間が無照査の105kHzとなるから、単純に共振周波数から分かるのは主コンデンサーの断線故障時の178.1kHzだけ。主と追加１コンデンサーが同時に切れれば201.6kHzだがその発生確率は非常に低い。追加2コンデンサーが切れるか、R2接点の接触不良だと即時停止123kHzとなり、試験車に非常制動が掛かる。 R1接点接触不良では130kHzとなり警報音鳴動。
　では追加１コンデンサーが断線したらどうなるか？試算！まずは正常動作時は、
　　　ω_a²＝1/LC_a ･････････････････ (1)
　　　ω₀²＝1/L（C_a＋C₁₊＋C₂₊）････ (6)
　　　ω_b²＝1/L（C_a＋C₁₊）･･････････ (7)
C₁₊断線の場合の共振が
　　　ω_x²＝1/L（C_a　　　＋C_2＋）･････ (8)
　であるから、(1)＆(6)＆(7)より、
　　　　　　　　　　C_a＝１／Lω_a² ････ (1)'
　　　C_a＋C₁₊＋C₂₊＝1/Lω₀² ･････ (6)’
　　　C_a＋C₁₊　　　＝1/Lω_b² ･････ (7)’
　(6)'－(7)'
　　　　　　　　　 C₂₊＝（１/L）･（１/ω₀²－１/ω_b²）････ (9)
　(1)’と(9)→(8)→÷（２π）²←(0)
　　　ω_x²＝１／｛１/ω_a² ＋（１/ω₀²－１/ω_b²）｝
　　　　ｆ_x＝１／SQRT（１/ｆ_a² ＋１/ｆ₀²－１/ｆ_b²）･･･････ (10)

　ここで ｆ_a＝130kHz、ｆ₀＝105kHz、ｆ_b＝123kHzであるから、
　　 ｆ_x＝１／SQRT（1/130²＋1/105²－1/123²）＝109.3 [kHz]
となる筈である。
故障地上子の現物で確かめようは無いが･･････。電気試験車が良否判定だけでなく、故障原因まで推定してくれると設計・製造やメンテに返して品質安定性の向上に資することができる。

2016/01/18　02:55

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