KR100566497B1 - 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정한 레일을 따라 움직이는 차량의 상대변위를 광학적인 방법으로 측정할 수 있도록 한 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상대변위 측정장치는, 차량의 대차부를 구성하는 베어링캡에 장착되어 있는 센서고정수단과, 이 센서고정수단에 설치되어 일정한 주기로 원형광이나 직선광을 레일로 조사하고 반사된 빔을 수광하는 광센서수단과, 이 광센서수단에서 수광된 신호로부터 레일에 조사된 빔과 동일한 주기의 신호를 분리한 후, 이들 신호를 분석하여 상대변위를 계산하는 신호처리수단으로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 상대변위 측정방법은, 레이저 발생기로부터의 연속빔을 일정한 주기로 광량이 변화하는 형태로 변조하는 단계와, 이 변조된 빔을 2개의 경로로 분할하는 단계와, 이 분할된 빔 중의 하나를 적절한 크기로 조절하고 평행광을 만들어 그 일부를 레일의 표면에 조사하는 단계와, 상기 레일의 표면으로 조사된 빔과 그 반사된 빔의 신호를 분석하여 차륜과 레일의 상대변위를 계산하는 단계로 이루어져 있다.

철도 차량, 차륜, 레일, 상대변위, 광센서, 신호처리

Description

철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법 {The measuring equipments and methodology of the dynamic relative displacement between wheels and rail for railway vehicle}

도 1은 본 발명에 따른 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치를 설명하기 위한 도면으로서, 대차부에 설치된 상태를 나타낸 개략 정면도,

도 2는 도 1에서 상대변위 측정장치가 설치된 상태의 개략 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 상대변위 측정장치를 이용하여 철도 차량의 사행운동특성을 측정하기 위한 상태를 나타낸 개념도,

도 4는 본 발명에 있어서의 원형광을 이용하여 상대변위를 측정하기 위한 광센서의 개략 구성도,

도 5는 본 발명에 있어서의 직선광을 이용하여 상대변위를 측정하기 위한 광센서의 개략 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 상대변위 측정장치에서의 광센서에 의한 출력을 처리하는 과정을 설명하기 위한 흐름도,

도 7은 본 발명에 따른 상대변위 측정장치에서의 광센서에 의한 출력을 처리 하는 과정에서 신호성분을 나타낸 그래프,

도 8은 본 발명에 따른 상대변위 측정장치에서의 원형광을 사용하였을 때의 광센서에 의한 출력을 나타낸 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 레일 11: 차량

12: 대차부 13: 차축

14: 차륜 15: 축상

15a: 베어링캡 16: 사이드 프레임

17: 체결부재 17a: 조절나사

18: 고정부재 18a: 몸체

18b: 플랜지 18c: 센서고정부

19: 광센서 20: 레이저 발생기

21: 모듈레이터 22: 방향성 결합기

23: 볼록렌즈 24: 시준기

25: 수광다이오드 26: 원통형 렌즈

30: 증폭기 31: 구간통과 필터부

32: 직류성분 제거부 33: 교류성분 크기 결정부

34: 상대변위 결정부

본 발명은 연속적인 궤도를 따라 주행하고 있는 물체의 상대위치를 측정하기 위한 것으로서, 보다 상세하게는 철도 차량과 같이 일정한 레일을 따라 움직이는 차량의 상대변위를 비접촉 방법인 광학적 방법으로 측정할 수 있도록 한 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철도 차량의 경우에 이미 설치되어 있는 레일 위를 차량이 주행하게 되는데, 이 때 차륜과 레일은 서로 상대운동을 하게 되며, 이 차륜과 레일의 상대운동은 3차원적으로 발생하게 된다.

특히, 이 중에서 횡방향의 변위가 가장 크게 나타나게 되며, 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 횡방향 변위는 차량의 진동특성, 마모특성, 사행특성, 탈선 등과 같은 안정성에 큰 영향을 주는 인자이기 때문에, 주기적으로 그 상대변위를 정확하게 측정하여 설계에 응용하는 것이 매우 중요하다.

이와 같이 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 횡방향 변위를 측정하기 위한 장치로서, 예를 들면 국내 등록특허 제0238732호(1999.10.15 등록) 공보에 개시되어 있는 기술이 있다.

이 기술은 해당 공보에서도 알 수 있는 바와 같이, 대차의 프레임 안쪽에 체결되어 설치되는 고정판과, 이 고정판의 끝단부에 설치된 횡방향 변위 측정장치와, 이 측정장치의 커버로부터 외부로 노출되어 차륜의 림에 접촉되는 측정핀과, 이 측 정핀의 끝단에 접촉되어 그 움직임을 전달해 주는 로드와, 로드의 변위량을 계측하는 다이얼게이지로 구성되어 있다.

따라서, 차량이 주행함에 따라 차륜에 변위가 발생하게 되면 그 변위방향에 의해 측정핀이 차륜의 외측이나 내측으로 이동하게 되고, 그 움직임이 로드로 전달됨과 동시에 다이얼게이지에서 변위량을 측정할 수 있도록 되어 있다.

그러나, 철도 차량은 고속으로 주행하며 그 측정환경 또한 매우 열악하기 때문에, 종래와 같이 다이얼게이지 등을 사용하는 접촉식 방법으로는 응답속도 및 정밀도의 한계로 인하여 1차원 측정조차 어려운 상황이다.

또한, 철도 차량의 차륜 근처에는 많은 관련 부품들과 기기들이 설치되어 있으므로, 변위측정을 위한 장치를 설치하기가 용이하지 않다는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제들을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 일정한 궤도를 따라 연속적으로 주행하는 차량의 차륜과 레일의 상대변위를 각 대차에 구비되어 있는 광센서에 의해 광학적인 방법으로 이루어질 수 있도록 하여 실시간으로 전체 차량의 사행(蛇行)운동 특성을 정확하게 측정할 수 있도록 한 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 차륜 부근에 존재하는 다른 부품이나 장비들에 영향을 주지 않음은 물론, 설치가 매우 용이하고 부피가 작은 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 철도의 레일을 따라 주행하는 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위를 측정하기 위한 장치로서, 차량의 대차부를 구성하는 베어링캡에 체결부재로서 장착되어 있는 센서고정수단과, 상기 센서고정수단에 설치되어 차량의 특성에 따라 일정한 주기로 원형광이나 직선광을 레일의 표면으로 조사함과 동시에 그 반사된 빔을 수광하는 광센서수단과, 상기 광센서수단에서 수광된 신호로부터 레일의 표면으로 조사된 빔과 동일한 주기를 가지는 신호를 분리한 후, 이들 신호를 분석하여 상기 차륜과 레일의 상대변위를 계산하는 신호처리수단으로 이루어져 있는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 특징은, 철도의 레일을 따라 주행하는 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위를 측정하기 위한 방법으로서, 레이저 발생기로부터 출사되는 연속빔을 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변조하는 단계와, 상기 변조된 빔을 2개의 경로로 분할하는 단계와, 상기 분할된 빔 중의 어느 하나를 적절한 크기로 조절함과 동시에 그 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들고 그 일부를 레일의 표면에 조사하는 단계와, 상기 레일의 표면으로 조사된 빔과 그 반사된 빔으로부터 동일한 주기를 가지는 신호를 분리한 후, 이들 신호를 분석하여 차륜과 레일의 상대변위를 계산하는 단계로 이루어져 있는 것에 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 철도의 레일(10)을 따라 주행하는 차량(11)은 그 전후에 대차부(12)를 가지고 있으며, 이 대차부(12)에는 차축(13)의 양측에 각각 장착되어 있는 차륜(14)과, 상기 차축(13)을 유지하는 축상(Axle box)(15)이 사이드 프레임(16)에 의해 연결되어 있다.

또한, 상기 축상(15)에는 베어링캡(15a)이 장착되어 있고, 이 베어링캡(15a)에는 상기 차륜(14)과 레일(10)의 횡방향 상대변위를 측정하기 위한 장치가 구비되어 있다.

이 장치는, 크게 상기 베어링캡(15a)에 체결부재(17)로서 장착되어 있는 고정부재(18)와, 이 고정부재(18)에 안착되어 레일(10)의 표면으로 빔을 조사함과 동시에 반사된 빔을 수광하는 광센서(19)와, 이 광센서(19)의 신호에 따라 상기 차륜 (14)과 레일(10)의 상대변위를 계산하여 처리하는 수단으로 구성되어 있다.

상기 고정부재(18)는, 그 몸체(18a)의 상, 하측에 플랜지(18b)와 센서고정부 (18c)가 일체로 형성되어 이루어지며, 상기 플랜지(18b)가 볼트 등의 체결부재(17)에 의해 베어링캡(15a)에 장착되고, 상기 몸체(18a)로부터 연이어져 아래쪽으로 경사져서 형성된 센서고정부(18c)에 광센서(19)를 수용하도록 구성되어 있다.

상기 광센서(19)는, 도 4에서와 같이 빔을 연속적으로 출사시키는 레이저 발생기(20)를 구비하고 있으며, 이 레이저 발생기(20)로부터 출사된 빔을 모듈레이터 (21)에 의해 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변조시킴과 동시에 상 기 모듈레이터(21)로부터 받은 빔을 2개의 경로로 분할하는 방향성 결합기(22)를 가지고 있다.

또한, 상기 방향성 결합기(22)에서 조사된 빔 중의 하나를 적절한 크기로 조절하는 볼록렌즈(23) 및 이 볼록렌즈(23)로부터의 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만듦과 동시에 그 일부를 상기 레일(10)의 표면으로 조사하는 시준기(24)를 구비하고 있으며, 상기 방향성 결합기(22)에는 그 조사된 빔 중의 다른 하나를 수용함과 동시에 상기 레일(10)의 표면에서 반사된 빔의 광량을 검출하는 수광다이오드(25)로 이루어져 있다.

여기에서, 상기 시준기(24)는 원형광을 이용하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 측정하는 경우에 사용되는 것이며, 도 5에서와 같이 직선광을 이용하는 경우에는 상기 시준기(24)에 대체하여 원통형 렌즈(26)를 사용할 수 있다.

그리고, 상기 신호처리수단은, 상기 수광다이오드(25)로부터 출력된 신호를 처리할 수 있도록 증폭시키기 위한 증폭기(30)를 가지고 있으며, 이 증폭된 신호로부터 레일(10)의 표면에 조사된 빔과 동일한 주파수를 가지는 성분의 신호만을 추출하기 위한 구간통과 필터부(31)를 구비하고 있다.

또한, 상기 증폭기(30)에 의해 증폭된 신호로부터 레일(10)의 표면이나 수광다이오드(25) 주위의 환경변화나 혹은 전기적인 요인에 의해 발생된 직류성분을 제거하기 위한 직류성분 제거부(32)와, 이 직류성분이 제거된 교류성분의 최소값과 최대값의 차이를 연산하기 위한 교류성분 크기 결정부(33) 및 이 차이값을 이용하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 결정하는 상대변위 결정부(34)로 이루어져 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 광센서수단은, 고정부재(18)에 마련되어 있는 센서고정부(18c)로부터 상하방향으로 위치조절이 가능토록 장착되어 원형광이나 직선광의 크기를 조절할 수 있게 구성되는 것으로서, 이에 대해서는 예를 들어 조절나사(17a) 등에 의해 센서고정부(18c)로부터 미세하게 상하방향으로 이동시킬 수 있도록 하면 족하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 광센서수단을 차량(11)의 전후에 배치되어 있는 대차부(12)의 4개소의 베어링캡(15a)에 장착하여 광센서(19)에 의한 결과를 동시에 수집함으로써, 차량(11)의 사행운동 특성을 보다 정확하게 파악할 수 있게 된다.

즉, 각 차량(11)의 전후 양측에 각각 광센서(19)를 설치하여 차량(11)의 전체 사행운동 특성을 파악하기 위한 것으로서, 사행운동은 앞쪽에 있는 차량(11)의 횡방향 진동이 뒤쪽에 있는 차량(11)으로 전파되고 뒤쪽에 있는 차량(11)에서는 그 정도가 심해지는 현상이며, 너무 심한 경우에는 탈선 등의 위험이 있고 작은 양이라도 승객의 승차감에 좋지 않은 영향을 주게 되므로, 각 차량(11)에 부착된 광센서(19)로부터 출력되는 신호들을 동시에 취합하여 각각에 대한 차륜(14)과 레일 (10)의 상대변위를 파악하는 것에 의해 사행운동 특성을 측정할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성되어 있는 본 발명은, 우선 도 4에서와 같이 원형광을 이용하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 측정하고자 하는 경우에는, 레이저 발생기(20)에서 출사된 연속빔이 모듈레이터(21)를 거치면서 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변환되는데, 철도 차량 등과 같이 터널이나 구조물 등에 의해 측정부의 조명이 지속적으로 변화하는 측정환경에서는 외부환경에 의하여 신호의 크기가 변화하므로, 이에 대한 영향을 배제하기 위하여 상기 연속빔을 일정한 주기를 가지는 빔으로 변조시켜서 사용한다.

상기 일정한 주기를 가지고 광량이 변화한 빔은 방향성 결합기(22)를 통과하면서 2개의 경로로 분할되고, 이 분할된 빔 중의 하나는 볼록렌즈(23)를 통과하면서 적절한 크기로 빔의 크기를 조절하게 되며, 시준기(24)를 통과하여 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만든 후에 그 중 절반정도를 레일(10)의 표면으로 조사하게 된다.

여기에서, 레일(10)의 표면은 차륜(14)의 특성에 따라 다르지만 대략 70% 정도만이 차륜(14)과 접촉하게 되어 반사특성이 우수한 영역은 차륜(14)과 접촉하는 영역이 되며, 그리고 레일(10) 위에서 차륜(14)은 횡방향으로 대략 20㎜ 정도 움직이기 때문에 레일(10)의 표면에 도달하는 빔의 크기는 횡방향 변위보다는 커야 하고 반사특성이 우수한 영역 내에서 빔이 위치할 수 있도록 너무 크지 않게 설정하여야 한다.

일반적으로, 차륜(14)과 레일(10)의 움직임을 고려할 때 레일(10)의 표면에 도달하는 빔의 크기는 반지름이 대략 30㎜ 정도가 되도록 설정하는 것이 가장 바람직하다.

상기 레일(10)의 표면에 도달한 빔의 일부는 반사되어 다시 시준기(24)와 볼록렌즈(23) 및 방향성 결합기(22)를 거쳐서 수광다이오드(25)에 입사하게 되며, 이 수광다이오드(25)에서는 레일(10)의 표면에서 반사된 광량을 측정하여 신호처리수단으로 출력하게 된다.

또한, 도 5에서와 같이 직선광을 이용하여 차륜과 레일의 상대변위를 측정하는 경우에는, 원형광을 이용하여 상대변위를 측정하는 구성과 거의 유사하지만, 시준기(24) 대신에 원통형 렌즈(26)로 구성을 이루고 있다. 이 원통형 렌즈(26)는 볼록렌즈(23)를 통과하면서 적당한 크기로 만들어진 빔을 선형으로 변환하는 기능을 가지며, 레일(10)의 표면으로부터 그 길이가 약 30㎜ 정도로 되도록 설정한다.

이 경우에도 전술한 바와 마찬가지로, 레일(10)의 표면에 도달한 빔의 일부는 반사되어 다시 원통형 렌즈(26)와 볼록렌즈(23) 및 방향성 결합기(22)를 거쳐서 수광다이오드(25)로 입사하게 되며, 이 수광다이오드(25)에서는 레일(10)의 표면에서 반사된 광량을 측정하여 신호처리수단으로 출력한다.

한편, 도 6에서와 같이 상기 신호처리수단에서는 수광다이오드(25)로부터 출력된 신호가 작기 때문에 이후의 처리과정에서 신호 처리를 원활하게 하기 위하여 증폭기(30)를 거치게 되고, 이 증폭된 신호는 구간통과 필터부(31)를 통과하면서 레일(10)의 표면에 조사된 빔과 동일한 주파수를 가지는 성분의 신호만을 추출하게 되며, 이 신호는 레일(10)의 표면이나 수광다이오드(25) 주위의 환경 변화에 따른 잡음의 효과를 소거하기 위하여 직류성분 제거부(32)를 통과하게 되는데, 레일(10)의 표면에 조사된 빔은 일정한 주기로 광량을 변화하면서 조사하였기 때문에, 결과 분석에서도 직류성분을 제외한 교류성분 만을 사용하여 신호를 처리하게 된다.

도 7에 상기 과정을 나타내었으며, 도면에서 레일(10)에 입사된 빔은 직류성분은 존재하지 않고 교류성분 만이 존재하게 되지만, 여러 가지의 환경적인 요인과 전기적인 요인에 의하여 증폭기(30)를 통과한 신호는 직류성분과 교류성분이 합쳐진 형태로 나타나기 때문에, 상기 신호로부터 교류성분 만을 추출하여 상대변위를 결정하는데 사용한다.

또한, 교류성분 크기 결정부(33)에서는 상기 직류성분이 제거된 교류성분의 최소값과 최대값의 차이를 연산하게 되고, 이 값을 이용하여 상대변위 결정부(34)에서 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 결정하게 된다.

이 상대변위의 결정방법은, 직선광인 경우에는 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위가 변화하면 출력된 신호의 값 또한 상대변위에 비례하여 선형적으로 변화하지만, 원형광인 경우에는 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위가 변화함에 따라 출력되는 신호의 교류성분은 비선형적으로 변화하는 것으로서, 도 8에 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위에 따른 원형광의 대표적인 출력신호를 나타내었다.
여기에서 사행동이 얼마나 언제 일어나는가를 알아내기 위해서는 차량의 증속에 따른 실제 값을 측정하는 것이 가장 이상적이다.
한편, 실제값을 측정하기 위한 방법으로서 레일과 차륜의 상대변위를 측정하기 위하여 일정 형상의 레이저 빔 펄스가 조사 되고, 그 변위(즉, 레일과 차륜의 어긋남 정도=사행동 정도)의 크기에 따라 되돌아오는 레이져 형상 및 광량이 다르게 된다.
이 때, 조사되는 레이저 펄스의 간격은 마이크로세컨드 이내 정도이고, 레일과 차륜의 상대 선속도는 100-300km/h 정도이므로 사행동의 정도를 정량화할 수 있다.
즉, 순간적(거의 동일 레일위치)으로 재 조사된 레이저의 반사량에 따른 것이므로 레일 표면의 상태에는 독립적일 수 있어 반사특성이 우수한 영역과 우수하지 않는 영역의 경계면에 모두 조사하여 레일의 위치별 반사특성이나 광량의 변화량에 무관하게 수광하여 상대적인 계산을 하게 되므로 차량(11)의 사행운동 특성을 보다 정확하게 계산하여 파악할 수 있는 것이다.

상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능한 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치 및 그 측정방법에 의하면, 레일을 따라 주행하는 차량의 차륜과 레일의 상대변위를 각 대차에 구비되어 있는 광센서에 의해 광학적인 방법으로 측정할 수 있게 함으로써, 실시간으로 전체 차량의 사행운동 특성을 정확하게 측정하고 분석할 수 있도록 하여 철도 차량의 승차감이나 탈선위험 등에 따른 안정성을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 차륜 부근에 존재하는 다른 부품이나 장비들에 영향을 주지 않음은 물론, 장치 자체의 구조가 간단하고 설치가 매우 용이하다는 잇점이 있는 것이다.

Claims (9)

1. 철도의 레일을 따라 주행하는 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위를 측정하기 위한 장치로서,

   차량(11)의 대차부(12)를 구성하는 베어링캡(15a)에 체결부재(17)로서 장착되되, 고정부재(18)를 이루는 몸체(18a)의 상, 하측에 플랜지(18b)와 센서고정부(18c)가 일체로 형성되어 이루어지며, 상기 플랜지(18b)는 볼트 등의 체결부재(17)에 의해 베어링캡(15a)에 장착되고, 상기 센서고정부(18c)에 광센서수단을 수용하도록 구성되어 있는 센서고정수단과,

   상기 센서고정수단에 설치되어 차량(11)의 특성에 따라 일정한 주기로 원형광이나 직선광을 레일(10)의 표면으로 조사함과 동시에 그 반사된 빔을 수광하는 광센서수단과,

   상기 광센서수단에서 수광된 신호로부터 레일(10)의 표면으로 조사된 빔과 동일한 주기를 가지는 신호를 분리한 후, 이들 신호를 분석하여 상기 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 계산하는 신호처리수단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 광센서수단은,

   빔을 연속적으로 출사시키는 레이저 발생기(20)와,

   상기 레이저 발생기(20)로부터 출사된 빔을 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변조시키는 모듈레이터(21)와,

   상기 모듈레이터(21)로부터 받은 빔을 2개의 경로로 분할하는 방향성 결합기 (22)와,

   상기 방향성 결합기(22)에서 조사된 빔 중의 하나를 적절한 크기로 조절하는 볼록렌즈(23)와,

   상기 볼록렌즈(23)로부터의 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들며, 그 일부를 레일(10)의 표면에 조사하는 시준기(24)와,

   상기 방향성 결합기(22)에서 조사된 빔 중의 다른 하나를 수용함과 동시에 상기 레일(10)의 표면에서 반사된 빔의 광량을 검출하는 수광다이오드(25)로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 광센서수단은,

   빔을 연속적으로 출사시키는 레이저 발생기(20)와,

   상기 레이저 발생기(20)로부터 출사된 빔을 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변조시키는 모듈레이터(21)와,

   상기 모듈레이터(21)로부터 받은 빔을 2개의 경로로 분할하는 방향성 결합기 (22)와,

   상기 방향성 결합기(22)에서 조사된 빔 중의 하나를 적절한 크기로 조절하는 볼록렌즈(23)와,

   상기 볼록렌즈(23)로부터의 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들며, 그 일부를 레일(10)의 표면에 조사하는 원통형 렌즈(26)와,

   상기 방향성 결합기(22)에서 조사된 빔 중의 다른 하나를 수용함과 동시에 상기 레일(10)의 표면에서 반사된 빔의 광량을 검출하는 수광다이오드(25)로 이루어진 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광센서수단은, 고정부재 (18)에 마련되어 있는 센서고정부(18c)로부터 상하방향으로 위치조절이 가능토록 장착되어 원형광이나 직선광의 크기를 조절할 수 있게 구성된 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 광센서수단은, 차량(11)의 사행운동을 측정하기 위하여 각 차량(11)의 전후에 배치되어 있는 대차부(12)의 4개소의 베어링캡(15a)에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 신호처리수단은,

   상기 수광다이오드(25)로부터 출력된 신호를 처리할 수 있도록 증폭시키기 위한 증폭기(30)와,

   상기 증폭기(30)에 의해 증폭된 신호로부터 레일(10)의 표면에 조사된 빔과 동일한 주파수를 가지는 성분의 신호만을 추출하기 위한 구간통과 필터부(31)와,

   상기 신호에서 레일(10)의 표면이나 수광다이오드(25) 주위의 환경변화 및 전기적인 요인에 의해 발생된 직류성분을 제거하기 위한 직류성분 제거부(32)와,

   상기 직류성분이 제거된 교류성분의 최소값과 최대값의 차이를 연산하기 위한 교류성분 크기 결정부(33)와,

   상기 차이값을 이용하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 결정하는 상대변위 결정부(34)로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정장치.
8. 철도의 레일을 따라 주행하는 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위를 측정하기 위한 방법으로서,

   레이저 발생기(20)로부터 출사되는 연속빔을 일정한 주기를 가지고 광량이 변화하는 형태로 변조하는 단계와,

   상기 변조된 빔을 2개의 경로로 분할하는 단계와,

   상기 분할된 빔 중의 어느 하나를 적절한 크기로 조절함과 동시에 그 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들고 그 일부를 레일(10)의 표면에 조사하는 단계와,

   상기 레일(10)의 표면으로 조사된 빔과 그 반사된 빔으로부터 동일한 주기를 가지는 신호를 분리한 후, 이들 신호를 분석하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 계산하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 상대변위를 계산하는 단계는,

   상기 레일(10)의 표면에서 반사된 빔의 광량을 검출하는 수광다이오드(25)로부터 출력된 신호를 증폭하는 단계와,

   상기 증폭기(30)에 의해 증폭된 신호로부터 레일(10)의 표면에 조사된 빔과 동일한 주파수를 가지는 성분의 신호만을 추출함과 동시에 직류성분을 제거하는 단계와,

   상기 교류성분의 최소값과 최대값의 차이를 연산하는 단계와,

   상기 차이값을 이용하여 차륜(14)과 레일(10)의 상대변위를 결정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 철도 차량에 있어서의 차륜과 레일의 상대변위 측정방법.

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