KR100532920B1 - 궤도 회로 전류 측정 장치 - Google Patents

궤도 회로 전류 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 궤도 회로 전류 측정 장치에 관한 것으로, 종래에는 궤도 회로의 전류를 주행하는 열차 내에서 항상 측정할 수 있는 장치가 없으므로 연속/불연속 정보를 정상적으로 수신하지 못하였을 경우에 유지 보수자가 현장에 파견되어 전류 측정용 계측 장비를 사용하여 이상이 발생한 레일 및 불연속 루프의 전류를 직접 측정해야만 하는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 감안한 본 발명은 상기 레일과 불연속 루프에 흐르는 전류를 검측하여 전압 신호의 형태로 변경하는 안테나와; 상기 안테나와 측정장치 사이의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부와; 상기 임피던스 매칭된 신호를 소정의 비율로 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭된 신호로부터 원치 않는 잡음을 제거하는 제1필터부와; 상기 필터링된 신호로부터 신호 레벨을 검출하는 정류/평활부와; 상기 정류/평활부에서 검출한 레벨 신호로부터 원치 않는 신호를 제거하는 제2필터부와; 상기 제2필터부에 의해 필터링된 최종 전류 레벨을 표시하는 표시부와; 상기 제2필터부에 의해 필터링된 신호를 열차의 위치에 대해서 일정한 기준값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교부와; 상기 비교부의 판단에 따라 현재 전류 레벨의 상태를 외부 장치로 알리는 알림부로 구성되어 궤도 회로의 레일 및 불연속 루프에 흐르는 전류 레벨을 주행하는 열차 내에서 취득하여 그 값을 표시하고 이상 유무를 실시간으로 판단함으로써 연속 및 불연속 정보의 미수신시에 그 원인을 신속하게 파악할 수 있고, 시간과 공간의 제약 없이 효율적으로 궤도회로 전류 레벨의 이상 유무를 측정 감시할 수 있는 효과가 있다.

Description

궤도 회로 전류 측정 장치{APPARATUS FOR MEASURING CURRENT OF TRACK CIRCUIT}
본 발명은 궤도 회로 전류 측정 장치에 관한 것으로, 특히 열차 운행에 필요한 정보를 레일과 불연속 루프로 구성된 궤도 회로를 통하여 전류 형태로 전송하는 자동 열차 제어 시스템에서 상기 레일 및 불연속 루프의 전류 레벨을 열차 내에서 측정하여 표시하고 전류 레벨의 이상 유무 정보를 제공할 수 있게 한 궤도 회로 전류 측정 장치에 관한 것이다.
종래 자동 열차 제어 시스템은 열차의 속도 제어 정보와 선로 주변 환경 정보를 지상의 궤도 회로로부터 수신하여 열차의 속도와 운행을 제어하는 장치이다.
열차의 속도를 자동으로 제어하기 위해 지상의 제1송신장치가 레일을 통하여 속도 제어 정보를 전류 형태로 전송하고, 열차는 주행 중에 열차 전두부 하단에 설치된 연속 안테나를 통하여 전류 신호를 취득하며 취득한 신호로부터 속도 제어 정보를 추출함으로써 열차가 운행하는데 필요한 최적의 속도를 계산한다. 이때, 상기 속도 제어 정보는 지상 제1송신장치가 레일에 연속적으로 전송하는 정보이므로 연속 정보라 한다.
한편, 열차가 통과하기 전에 터널의 진/출입, 선로 변경구간, 가선 변경구간 등의 선로 주변 환경 정보가 열차로 미리 전송된다. 열차 운행을 제어하기 위해 특정 구간마다 불연속 루프가 설치되고, 지상의 제2송신장치가 상기 불연속 루프에 전류 형태로 선로 주변 환경 정보를 전송한다.
열차는 주행 중에 전두부 하단에 설치된 불연속 안테나를 이용하여 전류 신호를 취득하고 선로 주변 환경 정보를 추출한다. 여기서, 선로 주변 환경 정보는 특정 구간에만 설치되어 열차가 특정 구간에 진입하였을 때에만 수신하는 정보이므로 불연속 정보라 한다.
연속/불연속 안테나는 코일을 주재료로 하며 전류가 흐르는 곳을 지나갈 때 유도 전류가 안테나에 발생하여 전압 신호를 출력하는 것으로 자동 열차 제어 시스템에서 지상으로부터 전송되는 정보를 수신하는 수신자 역할을 수행한다. 현재 고속전철, 지하철 등 다양한 자동 열차 제어 시스템에서 연속 정보 수신용 안테나 및 불연속 정보 수신용 안테나로 각각 사용된다.
연속/불연속 안테나는 열차의 전두부 하단에 설치되어 일정 수준 이상의 전류가 인가되었을 때에만 정상 동작한다. 만약 전류 레벨이 일정 수준 이하로 낙하되면 연속/불연속 안테나는 연속 정보 및 불연속 정보를 정상적으로 수신하지 못한다.
연속/불연속 정보는 자동 열차 제어에 있어서 가장 기본적이고 중요한 정보이므로 자동 열차 제어 시스템은 항상 레일 및 불연속 루프의 전류 레벨을 측정, 감시하여 이상이 발생하였을 경우 그 원인을 찾아 유지 보수해야 한다.
도 1은 종래 궤도 회로 전류 측정 시스템의 구성을 보인 블록도로서, 연속 정보를 송신하는 제1송신장치(120)와; 상기 제1송신장치(120)가 송신한 신호를 전류 형태로 전송하는 레일(110)과; 상기 레일(110)에 흐르는 전류를 검측하는 제1전류센서(130)와, 상기 제1전류센서(130)가 취득한 전류를 측정하고 표시하는 제1측정장치(140)와; 불연속 정보를 송신하는 제2송신장치(160)와; 상기 제2송신장치(160)가 송신한 신호를 전류 형태로 전송하는 불연속 루프(150)와; 상기 불연속 루프(150)에 흐르는 전류를 검측하는 제2전류센서(170)와, 상기 제2전류센서(170)가 취득한 전류를 측정하고 표시하는 제2측정장치(180)로 구성된다.
상기 제1측정장치(140) 및 제2측정장치(180)는 일반적으로 신호 계측에 사용되는 오실로스코프와 전류 전압 계측 장치를 사용한다. 이와 같이 구성된 종래 기술의 동작을 아래 설명한다.
제1송신장치(120)는 연속 정보를 특정 주파수 성분의 전류 형태로 레일 양단에 전송하면 레일 양단의 전압차에 의하여 전류가 발생한다.
제1측정장치(140)는 홀 소자로 구성된 제1전류센서(130)를 이용하여 레일(110)에 흐르는 전류를 취득하고, 취득한 전류값을 측정하여 표시함으로써 현재 레일(110)에 흐르는 전류 레벨을 측정한다.
한편, 제2송신장치(160)는 불연속 정보를 특정 주파수 성분의 전류 형태로 불연속 루프(150)에 전송하면 불연속 루프(150) 입력 단의 전압차에 의하여 전류가 발생한다.
제2측정장치(180)는 홀 소자로 구성된 제2전류센서(170)를 이용하여 불연속 루프에 흐르는 전류를 취득하고, 취득한 전류값을 측정하여 표시함으로써 현재 불연속 루프(150)에 흐르는 전류 레벨을 측정한다.
상기와 같이 측정한 연속 및 불연속 전류 레벨이 기준 레벨 이하이면 연속/불연속 안테나는 연속/불연속 정보를 정상적으로 수신하지 못하므로 유지 보수자는 전류 레벨 낙하의 원인을 찾아 보수하여야 한다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 있어서, 레일과 불연속 루프로 구성된 궤도 회로의 전류를 주행하는 열차 내에서 항상 측정할 수 있는 장치가 없으므로 연속/불연속 정보를 정상적으로 수신하지 못하였을 경우에 정확한 원인을 판단할 수 없다. 따라서, 유지 보수자가 현장에 파견되어 전류 측정용 계측 장비를 사용하여 이상이 발생한 레일 및 불연속 루프의 전류를 직접 측정해야만 하는 문제점이 있다.
또한 유지 보수자가 측정 장비를 지니고 현장에서 직접 궤도 회로의 전류 레벨을 측정하므로 시간, 공간적 제약을 받아 효율성이 낮으며, 전류 레벨 측정에 따른 인력 및 비용의 낭비가 높아지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 열차 내에서 실시간으로 연속/불연속 안테나로 레일 및 불연속 루프의 전류 레벨을 검측하여 이상 유무를 신속하게 모니터링할 수 있도록 한 궤도 회로 전류 측정 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 레일과 불연속 루프로 구성된 궤도 회로를 통하여 열차 운행에 필요한 정보를 송수신하는 자동 열차 제어 시스템에 있어서,
상기 레일과 불연속 루프에 흐르는 전류를 검측하여 전압 신호의 형태로 변경하는 안테나와; 상기 안테나와 측정장치 사이의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부와; 상기 임피던스 매칭된 신호를 소정의 비율로 증폭하는 증폭부와; 상기 증폭된 신호로부터 원치 않는 잡음을 제거하는 제1필터부와; 상기 필터링된 신호로부터 신호 레벨을 검출하는 정류/평활부와; 상기 정류/평활부에서 검출한 레벨 신호로부터 원치 않는 신호를 제거하는 제2필터부와; 상기 제2필터부에 의해 필터링된 최종 전류 레벨을 표시하는 표시부와; 상기 제2필터부에 의해 필터링된 신호를 열차의 위치에 대해서 일정한 기준값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교부와; 상기 비교부의 판단에 따라 현재 전류 레벨의 상태를 외부 장치로 알리는 알림부로 구성한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명 궤도 회로 전류 측정 시스템의 정보 송수신 개념을 보인 예시도로서, 이에 도시된 바와 같이 열차 선두부 하부 외부면에 연속 및 불연속 안테나(230, 240)가 설치되고 열차 내에 제1,2측정장치(220a, 220b)가 설치된다.
열차의 속도를 자동으로 제어하기 위해 지상의 제1송신장치가 레일(110)을 통하여 속도 제어 정보를 전류 형태로 전송한다.
불연속 루프(150)는 열차가 통과하기 전에 터널의 진/출입, 선로 변경구간, 가선 변경구간 등의 선로 주변 환경 정보가 열차로 미리 전송하는 매체로 사용된다. 열차 운행을 제어하기 위해 특정 구간마다 불연속 루프(150)가 설치되고, 지상의 제2송신장치가 상기 불연속 루프(150)에 전류 형태로 선로 주변 환경 정보를 전송한다.
열차 선두부 하부 외부면에 연속 및 불연속 안테나(230, 240)가 설치되어 제1,2측정장치(220a, 220b)에 의해 전류를 측정한다. 제1측정장치(220a)는 연속 안테나(230)에 수신되는 신호의 전류 레벨을 측정하고, 제2측정장치(220b)는 불연속 안테나(240)에 수신되는 신호의 전류 레벨을 측정한다.
열차 내의 속도 제어 장치는 연속/불연속 안테나(230, 240)를 통해 수신되는 신호에 포함된 속도 제어 정보와 선로 주변 환경 정보를 수신하여 열차의 속도와 운행을 제어한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 궤도 회로 전류 측정 장치의 구성을 보인 블록도로서, 이에 도시된 바와 같이 열차 선두부 하부 외부면에 부착되어 레일과 불연속 루프에 흐르는 전류를 취득하여 전압 신호의 형태로 변경하는 안테나(230, 240)와; 상기 안테나(230, 240)와 측정 장치간의 임피던스를 매칭하기 위한 임피던스 매칭부(221)와; 상기 임피던스 매칭된 신호를 소정의 비율로 증폭하는 증폭부(222)와; 증폭된 신호로부터 원하지 않는 잡음을 제거하기 위한 제1필터부(223)와; 상기 필터링한 신호로부터 신호의 레벨 검출을 위한 정류/평활부(224)와; 상기 정류/평활부(224)에서 검출한 레벨 신호로부터 원하지 않는 신호를 제거하기 위한 제2필터부(225)와; 상기 필터링한 신호의 레벨을 표시하는 표시부(226)와; 상기 필터링한 신호의 레벨을 기준 레벨과 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교부(227)와; 상기 비교부(227)의 제어를 받아 현재의 전류 레벨의 상태를 외부 장치로 알려주는 알림부(228)로 구성된 것으로 이를 설명하면 다음과 같다.
연속 안테나(230)는 레일에 흐르는 전류를 취득하여 전압 신호 형태로 변환하여 제1측정장치(220a)에 인가하면 인피던스 매칭부(221)는 연속 안테나(230)와 제1측정장치(220a) 사이에 임피던스를 매칭하여 연속 안테나(230)의 신호가 손실 없이 제1측정장치(220a)로 전달될 수 있도록 한다.
임피던스 매칭부(221)는 안테나 측 임피던스와 측정 장치 측의 임피던스를 일치시켜 주어 안테나 신호를 손실 없이 측정 장치로 전송하기 위한 장치이다. 증폭부(22)가 임피던스 매칭부(221)의 출력을 소정의 레벨 이상으로 증폭하면 제1필터부(223)는 원치 않는 신호 성분을 제거하여 정류/평활부(224)로 출력한다.
정류/평활부(224)는 필터링된 신호의 크기 성분을 추출하여 전류 레벨을 구한다. 이때, 정류/평활부(224)는 입력 신호의 피크 값을 구하여 신호의 크기 성분을 추출한다.
제2필터부(225)는 전류 레벨 신호에 포함된 고주파 성분의 잡음을 최종적으로 제거하여 표시부(226) 및 비교부(227)로 출력한다. 표시부(226)는 최종 전류 레벨을 표시한다.
비교부(227)는 도 4에 도시된 바와 같이, 제2필터부(225)에 필터링된 최종 전류 레벨을 저장하는 입력값 저장부(420)와; 상기 최종 전류 레벨의 비교 기준값을 저장하는 기준값 저장부(410)와; 상기 최종 전류 레벨과 기준값을 비교하여 알림부를 제어하는 비교회로(430)로 구성된다.
입력값 저장부(420)는 제2필터부에 의해 필터링된 최종 전류 레벨을 저장하고, 기준값은 기준값 저장부(410)에 저장된다.
비교회로(430)는 기준값 저장부(410)와 입력값 저장부(420)의 값을 읽어 비교하여 입력값이 기준값보다 낮으면 현재 연속 정보 신호의 전류 레벨을 이상으로, 입력값이 기준값보다 높으면 현재 연속 정보 신호의 전류 레벨을 정상으로 판단하여 알림부를 제어하는 제어 신호(440)를 출력한다.
알림부(228)는 상기 비교부(227)의 제어 신호를 입력받아서 현재 연속 정보 신호의 전류 레벨 이상 여부 판단결과를 외부 장치(속도제어장치)에 알린다. 여기서, 기준값이란 연속 안테나(230)가 수신할 수 있는 최소 전류값을 의미하며, 따라서, 수신 가능한 최소 전류 값 이하일 때 전류 레벨에 문제가 있음을 알린다.
상기 불연속 안테나(240)는 특정 구간에 설치되어 있는 불연속 루프를 지날 때에 불연속 루프에 흐르는 전류를 취득하여 전압 신호 형태로 변환하여 제2측정장치(220b)에 인가하고, 제2측정장치(220b)는 제1측정장치(220a)와 동일한 구성의 장치로서, 불연속 루프의 전류 레벨을 측정하여 결과를 표시하고 이상 유무를 외부 장치에 알린다.
도 5는 본 발명에서 제안한 궤도 회로 전류 측정 장치에 의해 측정된 전류 레벨을 보인 예시도이다.
궤도회로 전류 측정 장치가 탑재된 열차는 레일(110)과 불연속 루프(150)로 이뤄진 궤도회로 위를 주행하면서 측정된 입력값을 기준값과 함께 거리정보를 X축으로 하고, 전류 레벨을 Y축으로 하여 그래프로 표시하였다.
상기 그래프에서 보듯이 입력값(510, 530)이 기준값(520, 540)보다 적은 경우는 레일(110) 및 불연속 루프(150)의 전류 레벨을 이상으로 판단하고, 큰 경우는 정상으로 판단한다.
연속 안테나에서 측정된 전류 레벨(510)은 연속된 값을 나타내고 불연속 안테나에서 측정된 전류 레벨(530)은 소정 너비를 갖는 펄스 형태로 나타남을 알 수 있다. 궤도회로에 이상이 있으면 측정되는 전류 레벨은 기준값 이하로 나타난다. 따라서, 도 5에서는 앞부분의 궤도 회로에 이상이 있음을 알 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 궤도 회로의 레일 및 불연속 루프에 흐르는 전류 레벨을 주행하는 열차 내에서 취득하여 그 값을 표시하고 이상 유무를 실시간으로 판단함으로써 연속 및 불연속 정보의 미수신시에 그 원인을 신속하게 파악할 수 있고, 전류 레벨을 측정하는데 소요되는 비용과 시간을 현저히 줄이고, 시간과 공간의 제약 없이 효율적으로 궤도회로 전류 레벨의 이상 유무를 측정 감시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 궤도 회로 전류 측정 시스템의 구성을 보인 블록도.
도 2는 본 발명 궤도 회로 전류 측정 시스템의 정보 송수신 개념을 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 궤도 회로 전류 측정 장치의 구성을 보인 블록도.
도 4는 도 3의 궤도 회로 전류 측정 장치의 비교부의 구성을 보인 블록도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 궤도 회로 전류 측정 장치가 측정한 전류 레벨을 보인 예시도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
220a, 220b : 제1,2측정장치 221 : 임피던스 매칭부
222 : 증폭부 224 : 정류/평활부
227 : 비교부 228 : 알림부

Claims (2)

  1. 레일과 불연속 루프로 구성된 궤도 회로를 통하여 열차 운행에 필요한 정보를 송수신하는 자동 열차 제어 시스템에 있어서,
    상기 레일과 불연속 루프에 흐르는 전류를 검측하여 전압 신호의 형태로 변경하는 안테나와;
    상기 안테나와 측정장치 사이의 임피던스를 매칭하는 임피던스 매칭부와;
    상기 임피던스 매칭된 신호를 소정의 비율로 증폭하는 증폭부와;
    상기 증폭된 신호로부터 원치 않는 잡음을 제거하는 제1필터부와;
    상기 필터링된 신호로부터 신호 레벨을 검출하는 정류/평활부와;
    상기 정류/평활부에서 검출한 레벨 신호로부터 원치 않는 신호를 제거하는 제2필터부와;
    상기 제2필터부에 의해 필터링된 최종 전류 레벨을 표시하는 표시부와;
    상기 제2필터부에 의해 필터링된 신호를 열차의 위치에 대해서 일정한 기준값과 비교하여 이상 유무를 판단하는 비교부와;
    상기 비교부의 판단에 따라 현재 전류 레벨의 상태를 외부 장치로 알리는 알림부로 구성된 것을 특징으로 하는 궤도 회로 전류 측정 장치.
  2. 삭제
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