KR100576311B1 - The measurement method of surface temperature of railway brake disc - Google Patents
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Abstract
본 발명은 브레이크 디스크의 표면온도를 측정하는 장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 그 목적은 제동시 발생하는 제동디스크의 열변화를 비접촉식으로 실시간 측정할 수 있도록 하는 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the surface temperature of a brake disc and a measuring method thereof, and an object thereof is to enable a non-contact real-time measurement of a thermal change of a brake disc generated during braking.
이를 위한 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치 및 방법에 의하면, 비접촉식 온도센서를 이용하여 주행중 제동에 의한 디스크 표면의 온도 변화를 다양한 실제 실험을 통하여 디스크 온도 변화를 측정하여 열특성 등의 해석에 적용한다. 따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 열특성의 해석을 통해 디스크 제품의 충실한 내구성 설계를 도와 주며, 제동시 유발되는 마찰열을 효과적으로 방출할 수 있는 설계 데이터를 제공해주는 효과가 있다.According to the apparatus and method for measuring the surface temperature of a braking disk of a railway vehicle according to the present invention, the temperature characteristics of the disk surface due to braking during driving using a non-contact temperature sensor are measured through various practical experiments to measure the disk temperature change, and so on. Applies to the interpretation of Therefore, an object of the present invention is to help design a durable product of the disk product through the analysis of such thermal properties, and has the effect of providing design data that can effectively release the frictional heat caused during braking.
제동디스크, 적외선 온도센서, 증폭기, A/D컨버터, 노트북PCBraking Disc, Infrared Temperature Sensor, Amplifier, A / D Converter, Notebook PC
Description
도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치에 적용된 적외선 온도센서가 일정한 거리로 이격되어 설치된 것을 보인 것이다.Figure 1 shows that the infrared temperature sensor applied to the brake disk surface temperature measuring apparatus of the railroad vehicle according to the present invention are spaced apart by a certain distance.
도 2는 적외선 온도센서를 통하여 나온 신호를 처리하는 측정장치의 개략적인 구성도를 보인 것이다.Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a measuring device for processing a signal from the infrared temperature sensor.
도 3은 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정방법의 작동 흐름도를 보인 것이다.Figure 3 shows the operation of the braking disk surface temperature measurement method of a railway vehicle according to the present invention.
도 4는 온도정보수집단계의 작동 흐름도이다.4 is an operation flowchart of the temperature information collecting step.
도 5는 디지털온도변환단계에서 마이크로 컨트롤러에 의한 제어 흐름도를 보인 것이다.5 shows a control flowchart by the microcontroller in the digital temperature conversion step.
*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *
10: 온도센서 12: 지지대
20: 제동디스크 22: 표면
30: 신호처리부 32: 증폭기
34: A/D컨버터 40: 마이크로컨트롤러10: temperature sensor 12: support
20: braking disc 22: surface
30: signal processor 32: amplifier
34: A / D converter 40: microcontroller
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50: 데이터처리시스템50: data processing system
본 발명은 브레이크 디스크의 표면온도를 측정하는 장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제동시 발생하는 제동디스크의 열변화를 비접촉식으로 실시간 측정할 수 있는 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a device for measuring the surface temperature of a brake disc and a method of measuring the same, and more particularly, a braking disc surface temperature measuring device of a railway vehicle capable of measuring in real time in a non-contact manner a thermal change of a brake disc generated during braking. And to a method.
일반적으로 차량을 정지시키는 제동 작용은 차륜-제륜자 또는 디스크-라이닝의 마찰력에 의해서 이루어진다.Generally, the braking action to stop the vehicle is caused by the friction of the wheel-wheeler or the disc-lining.
이와 같은 두 상대 마찰재는, 설계된 제동력을 얻기 위하여 접촉하였을 때 적절한 점착계수 및 상대 마찰재에 대한 내마모성과 같은 유지보수성이 양호해야 한다.These two relative friction materials must have good maintainability such as proper adhesion coefficient and wear resistance to the relative friction material when contacted to obtain the designed braking force.
또한 제동 작용시, 다스크의 마찰면에서는 고온의 발열을 동반하므로 디스크의 표면에는 고온의 열반점 또는 크랙으로 인하여 디스크의 내구성이 떨어질 뿐만 아니라, 점착력의 저하로 제동거리가 길어지는 등의 문제점이 발생한다.In addition, when braking, the frictional surface of the disk is accompanied by high temperature heat, so that the surface of the disk has a problem such as not only the durability of the disk due to hot spots or cracks but also a long braking distance due to a decrease in adhesive force. Occurs.
이러한 마찰열을 고려하여 부품에 대한 설계시 금속의 재질 또는 마찰열의 효과적인 방열을 검토해야 한다.Considering these frictional heats, the design of the part should consider the effective heat dissipation of the material or frictional heat of the metal.
그러나, 위와 같은 디스크의 재질과 효과적인 마찰열의 방열을 위해서는 먼저, 제동시 디스크의 표면에 어느 정도의 마찰열이 발생하는가를 파악을 한 후 마 찰열로 인하여 유발되는 문제점을 해결해야 한다.However, in order to dissipate the friction material and the frictional heat of the disk, it is necessary to first determine how much frictional heat is generated on the surface of the disk during braking and then solve the problem caused by frictional heat.
이러한, 문제점을 해결하기 위한 공지의 일 예로, 한국특허출원번호 20010070437호 "브레이크 로터의 회전상태에서의 온도 측정장치"가 개시되어 있다.As a known example for solving such a problem, Korean Patent Application No. 20010070437 discloses a "temperature measuring device in a rotation state of a brake rotor".
이것은, 회전하는 브레이크 로터의 표면온도를 측정하기 위하여 브레이크 로터에 일정한 거리를 두고 온도감지센서인 서모커플(Thermocouple)을 설치하여 제동시 발생하는 브레이크 로터의 열을 감지하여 디지털화한 장치이다.In order to measure the surface temperature of the rotating brake rotor, a thermocouple, which is a temperature sensor, is installed at a certain distance from the brake rotor to detect and digitize the heat of the brake rotor generated during braking.
그러나, 위와 같은 장치는 측정대상과 일정한 거리로 떨어져서 측정해야 하는 측정방법의 특성상 브레이크 로터 표면의 정밀한 온도측정은 불가능하였고, 주의의 온도 환경에 매우 민감한 센서의 온도보상 문제등으로 측정자가 요구하는 측정값의 신뢰도에 커다란 문제를 유발시켰다.However, due to the nature of the measurement method, which is to be measured at a certain distance away from the measurement object, such a device cannot measure the temperature precisely on the surface of the brake rotor. It caused a big problem with the reliability of the value.
또한, 또 하나의 공지 예로, 한국특허출원번호 20010076900호 "브레이크 로터의 온도 측정장치 및 방법"이 개시되어 있다.In addition, as another known example, Korean Patent Application No. 20010076900 discloses an apparatus and method for measuring a temperature of a brake rotor.
이것은, 실험실내에서 디스크 로터에 제동열발생 대비 전압의 변화에 대한 특성을 검출한 후 이를 근거로 온도 대비 전압의 변화를 통해 디스크 로터의 온도 변화를 추정하여 열특성의 해석에 필요한 기준으로 채택하는 것이 출원의 주목적이다.This method detects the characteristics of the change in voltage versus braking heat generation in the disk rotor in the laboratory and estimates the change in temperature of the disk rotor through the change in voltage versus temperature based on this, and adopts it as a criterion for analyzing thermal characteristics. It is the main purpose of the application.
그러나, 위와 같은 측정장치 및 방법은 단지, 실험실에서만 행하여 지는 실험데이타일 뿐 현장에서 적용하기 위한 보정값을 다시 실험해야 하는 문제점이 발생하고, 디스크 로터와 동일한 시험편을 사용한다고는 하나, 실제 주행시 변화하는 디스크 로터의 재질과는 근본적으로 다르므로 이를 열특성의 해석에 적용하는 것에 는 상대한 무리가 있다.However, the measuring device and method as described above are only experimental data performed only in a laboratory, and a problem arises in that the correction value for application in the field needs to be re-examined. Since it is fundamentally different from the material of the disk rotor, it is difficult to apply it to the analysis of thermal characteristics.
따라서, 실제 주행중 제동력에 의하여 발열되는 디스크 표면의 온도를 정밀하게 측정하는 장치 및 방법이 요청된다.Therefore, there is a need for an apparatus and method for precisely measuring the temperature of a disk surface generated by braking force during actual driving.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실제 주행중 발생되는 디스크 표면의 온도 변화를 정밀하게 측정하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for precisely measuring a temperature change of a disk surface generated during actual driving.
하나의 바람직한 실시 양태에 있어서, 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치 및 방법은, 전술한 문제를 모두 해소하고, 비접촉식 온도센서를 이용하여 주행중 제동에 의한 디스크 표면의 온도 변화를 정밀하게 측정한다.In one preferred embodiment, the apparatus and method for measuring the braking disk surface temperature of a railway vehicle according to the present invention solves all of the above-mentioned problems and precisely measures the temperature change of the disk surface due to braking while driving using a non-contact temperature sensor. To measure.
본 발명의 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정방법에 있어서는, 비접촉식 온도센서를 적외선 온도센서로 적용하여, 다양한 실제 실험을 통하여 디스크 온도 변화를 측정하여 열특성 등의 해석에 적용한다.In the method for measuring the surface temperature of a brake disc of a railway vehicle according to the present invention, a non-contact temperature sensor is applied as an infrared temperature sensor, and the disk temperature change is measured through various practical experiments and applied to analysis of thermal characteristics.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 열특성의 해석을 통해 디스크 제품의 충실한 내구성 설계를 도와 주며, 제동시 유발되는 마찰열을 효과적으로 방출할 수 있도록 한다.Accordingly, an object of the present invention is to help design a faithful durability of the disc product through the analysis of such thermal properties, and to effectively release the frictional heat caused during braking.
본 발명의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
Still other objects and effects of the present invention will become apparent from the following detailed description.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 철도차량의 제동디스크 표면의 온도변화를 측정하는 측정장치에 있어서, 상기 제동디스크와 일정한 거리로 이격되어 설치되고, 제동시 발생하는 제동디스크 표면의 마찰열을 측정하여 온도변화를 추적한 후 측정하는 적외선 온도센서와, 상기 적외선 온도센서를 통해 측정된 신호를 증폭하여 전압형태의 신호로 변환하는 증폭기를 포함하고, 상기 전압신호를 디지털화하여 디지털신호로 출력하는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 전송한 디지털신호를 수신하여 신호정보를 저장한 후 다시 송신하여 다른 신호정보를 받는 과정을 반복하며, 저장된 신호정보를 온도데이터로 변환하여 변환된 데이터를 그래픽 또는 텍스트로 출력하는 데이터처리시스템으로 구성되되, 상기 데이터처리시스템은 신호처리부에서 전송한 디지털신호를 수신하여 신호정보를 저장한 후 다시 송신하여 다른 신호정보를 받는 과정을 반복하는 마이크로컨트롤러를 포함하여 구성됨으로써 달성된다.The present invention for achieving the above object, in the measuring device for measuring the temperature change of the surface of the brake disc of the railway vehicle, is provided spaced apart from the brake disc at a certain distance, the frictional heat on the surface of the brake disc generated during braking An infrared temperature sensor for measuring and tracking a temperature change, and an amplifier for amplifying the signal measured by the infrared temperature sensor and converting the signal into a voltage type signal, and digitizing the voltage signal and outputting it as a digital signal. Receives a signal processor and a digital signal transmitted from the signal processor, stores the signal information and transmits it again to receive other signal information, and converts the stored signal information into temperature data to convert the converted data into graphic or text. Comprising a data processing system for outputting the data processing system, the signal processing unit Transmitting a document sent after receiving the digital signal and store the information signal again to be achieved by being configured to include a microcontroller to repeat the process of receiving the other signaling information.
또한, 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면의 온도변화를 측정하는 측정방법은 고속으로 주행하는 열차의 제동시 제동디스크의 마찰열에 의한 온도변화를 측정하는 온도측정단계와; 상기 온도측정단계에서 출력된 아날로그 압력정보 신호를 증폭하는 아날로그 압력정보 신호증폭단계와; 상기 아날로그 압력정보 신호증폭단계에서 아날로그 압력정보 신호를 증폭하였으면, 증폭된 아날로그 압력정보 신호를 디지털 데이터 온도정보로 변환하는 디지털온도변환단계와; 상기 디지털온도변환단계에서 디지털 신호로 변환된 데이터를 수집하고 분석하는 온도정보수집단계와; 상기 온도정보수집단계에 의해서 수집되고 분석된 온도정보를 비교한 후 외부로 출력하여 디스플레이하는 출력단계를 포함하여 이루어지되, 상기 온도정보수집단계는 A/D컨버터로부터 온도데이터를 입력받는 과정, 테이블에서 온도데이터를 찾아서 저장하는 테이블 검색과정, BCD값으로 바꿔서 3자리 수로 각각 저장하는 과정을 포함한다.In addition, the measuring method for measuring the temperature change of the surface of the brake disc of the railroad vehicle according to the present invention includes a temperature measuring step of measuring the temperature change by the frictional heat of the brake disc during braking of the train traveling at high speed; An analog pressure information signal amplifying step of amplifying the analog pressure information signal output in the temperature measuring step; A digital temperature conversion step of converting the amplified analog pressure information signal into digital data temperature information when the analog pressure information signal is amplified in the analog pressure information signal amplifying step; A temperature information collecting step of collecting and analyzing data converted into a digital signal in the digital temperature conversion step; Comprising an output step of comparing the temperature information collected and analyzed by the temperature information collection step and then outputting and displaying to the outside, the temperature information collection step is a process of receiving temperature data from the A / D converter, table The table search process to find and store temperature data in the table, and the process of storing each of the three digits by converting the BCD value.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치에 적용된 적외선 온도센서가 일정한 거리로 이격되어 설치된 것을 보인 것이다.Hereinafter, one preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Figure 1 shows that the infrared temperature sensor applied to the brake disk surface temperature measuring apparatus of the railroad vehicle according to the present invention are spaced apart by a certain distance.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치에 적용된 온도센서(10)가 제동디스크(20)의 표면(22)으로부터 일정한 거리로 이격되어 설치된 다음 제동시 발생하는 마찰열을 측정하여 온도변화를 추적한 후 측정하는 온도센서(10)를 볼 수 있다.Referring to Figure 1, the friction sensor generated when the
온도센서(10)는 측정대상이 되는 물체의 온도를 측정하는 것으로, 본 발명에서는 적외선 온도센서가 적용된다.The
이러한, 온도센서(10)는 제동디스크(20)의 표면(22)으로부터 일정한 거리로 이격된 후 설치되는데, 제동디스크(20)의 표면(22)에 직접 설치하는 것이 아니라 도시된 바와 같이, 지지대(12)를 종방향으로 제동디스크(20)의 앞까지 연장시킨 다음 그 선단에 온도센서(10)를 고정시키는 비접촉식이 적용됨이 바람직하다.Such a
한편, 본 발명에 적용되는 온도센서(10)는 적외선 온도센서가 적용되므로 입사되는 시야각이 크기 때문에 이격된 거리에 따라서 입사광이 달라지기 때문에 제동디스크(20)의 표면(22)과 수직이 되도록 설치되어야 한다.On the other hand, the
여기에서, 적외선 온도센서에 대하여 언급하고 싶다. 일반적으로 물체가 열을 받으면 그 물체에서 복사선이라는 빛이 나오게 되는데, 이 빛은 온도에 따라 달라지기 때문에 이를 이용하여 온도를 측정할 수 있다. Here, I would like to mention the infrared temperature sensor. In general, when an object receives heat, it emits light called radiation, which depends on the temperature, so it can be used to measure temperature.
이것은, 대상 물체에 직접 닿지 않아도 온도를 잴 수 있다는 이점이 때문에 정밀한 온도 측정이나 측정 대상이 회전 등의 작동을 하고 있어서, 센서의 설치가 문제시되는 경우에 대상물의 온도측정에 사용된다.This has the advantage that the temperature can be measured without directly contacting the target object, and thus is used for measuring the temperature of the target object when precise temperature measurement or the measurement target is operating such as rotation, and installation of the sensor is problematic.
따라서, 전술한 접촉식 온도센서의 문제점으로 본 발명에서는 비접촉식인 적외선 온도센서를 사용하게 되고, 그 사양은 측정온도범위 0-500℃, 측정적용범위 φ30-500mm, 검출파장 8-14㎛, 측정정도 ±1℃, 방사율보정 0.10-1.20, 전원 12-24V가 적용된다.Therefore, the present invention uses a non-contact infrared temperature sensor due to the problems of the above-described contact temperature sensor, the specification is the measurement temperature range 0-500 ℃, measurement application range φ 30-500mm, detection wavelength 8-14㎛, measurement ± 1 ° C, emissivity correction 0.10-1.20, power supply 12-24V is applied.
도 2는 적외선 온도센서(10)를 통하여 나온 신호를 처리하는 측정장치의 개략적인 구성도를 보인 것으로, 상기 온도센서를 통해 측정된 신호를 증폭하여 전압형태의 신호로 변환하고, 상기 전압신호를 디지털화하여 디지털신호로 출력하는 신호처리부(30)와, 상기 신호처리부(30)에서 전송한 디지털신호를 수신하여 신호정보를 저장하고, 다시 송신하여 다른 신호정보를 받는 과정을 반복하는 마이크로 컨트롤러(40)와, 상기 마이크로 컨트롤러(40)에 저장된 신호정보를 온도데이터로 변환하고, 변환된 온도데이터를 그래픽 또는 텍스트로 출력하는 데이터처리시스템(50)으로 구성된다.Figure 2 shows a schematic configuration diagram of a measuring device for processing a signal from the
신호처리부(30)는 측정된 신호를 증폭하여 전압형태의 신호로 변환하는 증폭기(32)와, 상기 증폭기에 의해서 증폭된 신호를 디지털신호로 출력하는 A/D컨버터 (34)로 이루어진다.The
증폭기(32)는 적외선 온도센서의 출력이 mV단위의 약한 신호이므로 증폭을 위한 회로의 필요성에 의해 비반전식의 OP엠프를 이용하여 신호를 증폭한다. 본 발 명에 따른 적외선 온도센서는 370mV가량의 직류전압의 출력이 있으므로, 고주파대역필터(High pass filter)의 특성을 가진 증폭기(32)가 적용되고, 커패시터를 써서 설계를 하면 증폭율이 떨어지므로 본 발명에는 이단 증폭기를 적용한다. Since the output of the infrared temperature sensor is a weak signal in mV units, the
한편, 증폭되어 나온 신호는 V단위의 신호이고, 간단한 정류회로로 교류신호를 직류로 바꿔서 후술하는 A/D컨버터(34)가 입력받을 수 있도록 한다.On the other hand, the amplified signal is a signal in V units, and the A /
A/D컨버터(34)는 대상으로부터 얻어지는 신호는 일반적으로 아날로그 신호인데 신호처리방식에 따라 아날로그 신호 그대로 이용하거나 아니면 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.The A /
따라서, 연속적인 양인 아날로그 신호를 불연속적인 양인 디지털 신호로 변환하는 경우에 양자화 기술과 2진수인가 BCD(2진화 10진수)인가, 또는 몇 비트(bit)로 변환하는가, 변환할 때 정밀도를 어느 정도로 하는가, 변환시간과 변환방식에 따라 적용되는 기술이 다르므로 출력신호의 사용 목적에 따라 적절한 기술을 선택한다. Therefore, when converting a continuous analog signal into a discrete digital signal, quantization technique, binary or BCD (binary decimal), or how many bits are converted, to what extent Since the technology applied depends on the conversion time and the conversion method, an appropriate technology is selected according to the purpose of the output signal.
본 발명에서는 위와 같은 조건들을 만족시키기 위하여 적용되는 A/D컨버터 (34)의 사양은 분해능 16비트(bit), 16채널(channel), 채널수(Channel Nomber) 16채널(ch)을 갖는다.In the present invention, the specification of the A /
이것은, A/D컨버터(34)에 온도센서(10)를 최대 16개까지 장착가능케 하는 사양이다. This is a specification that allows up to 16
또한, 분해능(Resolution)은 5V의 전압을 입력했을 경우 16bit의 분해능을 갖는 A/D컨버터(34)로 읽었을 때 5V의 전압신호는 2의 16승값인 65,536개로 쪼개어 판독하며, 1초에 10만번 데이터를 판독해낼 수 있는 능력을 가진다는 것을 의미한다.In addition, when 5V voltage is input, resolution is read by A /
이 65,536이란 디지털값을 전압으로 변환한 후 후술하는 데이터처리시스템 (50)의 디스플레이상에 표시하여 온도값으로 직독할 수 있게 된다.This 65,536 converts a digital value into a voltage and then displays it on a display of a
나아가, 연속적인 아날로그신호를 디지털로 변환할 때 샘플링 처리를 하는데, 전압을 디지털화 하기 위해서는 파형의 진폭값을 주기적으로 추출하여 그 크기를 이진 부호로 바꾸어야 하고, 신호파형의 주파수보다 최소한 2배의 높은(빠른) 주파수로 샘플링 한다.Furthermore, when converting a continuous analog signal to digital, sampling processing is performed. In order to digitize the voltage, the amplitude value of the waveform should be periodically extracted and its magnitude changed to a binary code, and at least twice as high as the frequency of the signal waveform. Sample at (fast) frequency.
이러한 샘플링은 짧은 시간에 많은 데이타를 얻어야 분석이 가능하기 때문에, 이에 부응하기 위하여 본 발명에서는 초당 50,000번 이상으로 샘플을 추출하여 그 샘플링 비율이 높아 당연히 데이터양은 많고, 온도정보값은 더욱 정밀하게 표시될 수 있다.In order to cope with this problem, in the present invention, the sampling rate is extracted more than 50,000 times per second, and the sampling rate is high. Therefore, the amount of data is high and the temperature information is displayed more precisely. Can be.
이렇게, A/D컨버터(30)에 의해서 아날로그 신호를 인식할 수 있는 디지탈 데이터로 변환된 압력정보는 적절한 공식으로 가공한 후 판독 가능한 온도값으로 변환시켜 직독할 수 있는 마이크로 컨트롤러(40)로 전송된다.In this way, the pressure information converted into digital data capable of recognizing analog signals by the A /
마이크로 컨트롤러(40)는 64K바이트 이상의 외부 데이터 메모리, 64K바이트 이상의 외부 프로그램 메모리를 가지고 있으며, 18개 이상의 인터럽트 소스와 벡터를 가지고 8개 이상의 레벨을 가진다.The
또한, 본 발명에 적용되는 마이크로 컨트롤러(40)는 팬레코더(Pan record)로 전체회로의 제어와 온도 환산 및 출력을 위한 작업을 하고, 온도에 대한 정보는 인 터럽트 방식으로 읽어 들인다.In addition, the
나아가, 총 7개 이상의 입출력 포트를 가지고, 후술하는 데이터처리시스템 (50)과 고속으로 데이터를 송수신 한다.Furthermore, it has a total of seven input / output ports, and transmits and receives data at high speed with the
데이터처리스템(50)은 마이크로 컨트롤러(40)로부터 수신한 온도 신호정보를 그래픽, 텍스트화 하고, 내부에 별도의 착탈식 저장장치를 갖는 노트북PC가 적용됨이 바람직하다.The
이러한 데이터처리시스템(50)은, 마이크로 컨트롤러(40)에 의해 디지털 데이터로 변환된 온도정보를 상호 송수신하는 통신장치를 마련하게 되는데, 본 발명에서는 미국의 EIA(미국전기공업협회:Electronic Industries Association)에 의해 규격화된 직렬통신의 세계적인 표준 규격으로 정확하게는 EIA-RS232C 규격이라 부르며, 그 규격내에서는 대체적인 전기적/기계적 특성과 인터페이스 회로의 기능 등이 정의되고 있는 RS232가 적용된다.The
이렇게 전송받은 온도정보는 착탈식 저장장치에 메모리되어 있는 소프트웨어 (C언어로 프로그램된 전압에 대한 온도값을 파일로 생성)를 통하여 그래픽 또는 텍스트화되어 디스플레이 된다.The received temperature information is displayed graphically or textually through software stored in the removable storage device (creating the temperature value of the voltage programmed in C language as a file).
그리고, 위와 같은 스마트한 장치와 고속 처리능력으로 사용자가 측정,제어하고자 하는 어느 현장에나 간단히 취부하여 사용이 가능하며, 노트북PC를 이용한 간단한 소프트웨어로 제동디스크(20)의 표면(22)에 나타나는 온도변화를 데이터로 수집/제어 솔루션을 구축하여 열특성 등의 해석에 곧바로 적용할 수 있도록 한다.In addition, the smart device and the high-speed processing capability as described above can be easily mounted and used at any site that the user wants to measure and control, and the temperature appearing on the
다음에는 이러한 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정방법 및 이에 따른 효과를 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정방법의 작동 흐름도를 보인 것이고, 도 4는 온도정보수집단계의 작동 흐름도이다.Next, the method of measuring the braking disk surface temperature of the railway vehicle and its effects will be described in detail. 3 is a flowchart illustrating a method of measuring a surface temperature of a brake disc of a railway vehicle according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation of collecting temperature information.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정방법은 고속으로 주행하는 열차의 제동시 제동디스크의 마찰열에 의한 온도변화를 측정하는 온도측정단계(S100)와; 상기 온도측정단계(S100)에서 출력된 아날로그 압력정보 신호를 증폭하는 아날로그 압력정보 신호증폭단계(S200)와; 상기 아날로그 압력정보 신호증폭단계(S200)에서 아날로그 압력정보 신호를 증폭하였으면, 증폭된 아날로그 압력정보 신호를 디지탈 데이터 온도정보로 변환하는 디지털온도변환단계(S300)와; 상기 디지탈온도변환단계(S300)에서 디지탈 신호로 변환된 데이터를 수집하고 분석하는 온도정보수집단계(S400)와; 상기 온도정보수집단계(S400)에 의해서 수집되고 분석된 온도정보를 비교한 후 외부로 출력하여 디스플레이하는 출력단계(S500)로 이루어진다.First, referring to Figure 3, the braking disk surface temperature measurement method of a railroad vehicle according to the present invention includes a temperature measuring step (S100) for measuring the temperature change by the frictional heat of the braking disk during braking of a train traveling at high speed; An analog pressure information signal amplifying step (S200) for amplifying the analog pressure information signal output in the temperature measuring step (S100); A digital temperature conversion step (S300) of converting the amplified analog pressure information signal into digital data temperature information when the analog pressure information signal amplification step (S200) is amplified; A temperature information collection step (S400) of collecting and analyzing data converted into a digital signal in the digital temperature conversion step (S300); Comparing the temperature information collected and analyzed by the temperature information collecting step (S400) and then outputs to the outside to output to display (S500).
온도측정단계(S100)에서는 상기 구성에서 설명한 바와 같이 적외선 온도센서에 의해서 제동디스크(20)의 온도변화를 측정한다. 또한, 적외선 온도센서를 통하여 정보를 얻을 때 중요시되는 것은 정보의 질과 양이어서 넓은 온도범위, 신속한 신호처리 능력을 갖아야 함은 물론이다.In the temperature measuring step (S100), as described in the above configuration, the temperature change of the
상기 온도측정단계(S100)에서 입력된 아날로그 온도정보 신호를 증폭하는 아날로그 온도정보 신호증폭단계(S200)는 미약한 온도정보 신호를 증폭하여 미약한 신호를 처리 가능한 전압으로 증폭한다.The analog temperature information signal amplifying step (S200) of amplifying the analog temperature information signal input in the temperature measuring step (S100) amplifies the weak temperature information signal and amplifies the weak signal to a processable voltage.
상기 아날로그 온도정보 신호증폭단계(S200)에서 아날로그 압력정보 신호를 증폭하였으면, 증폭된 아날로그 온도정보 신호를 디지탈 데이터 온도정보로 변환하는 디지털온도변환단계(S300)는 직독이 불가능한 아날로그값을 직독할 수 있도록 변환하는데 필요한 과정으로 아날로그 물리량을 컴퓨터에서 인식할 수 있는 디지탈로 변환하는 방법을 말한다. 즉, 이것은 온도를 측정할 때, 16bit의 분해능을 갖는 A/D 변환을 하면, 1,024단계로 표현 할 수 있다는 의미로 해석된다.When the analog pressure information signal is amplified in the analog temperature information signal amplification step (S200), the digital temperature conversion step (S300) of converting the amplified analog temperature information signal into digital data temperature information may directly read an analog value that cannot be directly read. It is a process to convert analog physical quantity into digital data that can be recognized by computer. In other words, this means that when the temperature is measured, A / D conversion with a resolution of 16 bits can be expressed in 1,024 steps.
온도정보수집단계(S400)는 디지탈 신호로 변환된 온도데이터를 수집하고 분석하며, 이것은 도 4에 도시된 바와 같은 순환을 반복한다.The temperature information collecting step S400 collects and analyzes temperature data converted into a digital signal, which repeats the circulation as shown in FIG. 4.
A/D컨버터(30)로부터 온도데이터를 입력받는 과정(S310), 테이블에서 온도데이터를 찾아서 저장하는 테이블 검색과정(S320), BCD값으로 바꿔서 3자리 수로 각각 저장하는 과정(S330)을 반복한다.The process of receiving temperature data from the A / D converter 30 (S310), the table searching process of finding and storing temperature data in the table (S320), and converting the BCD value into three digits and storing the steps (S330) are repeated. .
나아가, 온도센서(10) 작동등 전체 회로를 제어하는 역할의 기능도 수행하는데, 도 5는 디지털온도변환단계에서 마이크로 컨트롤러(40)에 의한 제어 흐름도를 보인 것이다.Furthermore, the function of controlling the entire circuit such as the operation of the
도 5를 참조하면, 상기 디지털온도변환단계(S300)는 마이크로 컨트롤러(40)의 LCD창에 작동 준비중임을 표시하는 과정(S340), 온도센서(10)를 일정한 시간으로 개폐하는 과정(S350), A/D컨버터 (30)를 제어하여 동작시키는 과정(S360), 온도센서(10)의 작동을 멈추는 과정 (S370), 상기의 과정들(S340, S350, S360, S370)을 반복하는 과정(S380)을 포함한다.Referring to Figure 5, the digital temperature conversion step (S300) is a process (S340) to display that the preparation for the operation on the LCD window of the
출력단계(S400)는 상기 디지털온도변환단계(S300)와 상호 통신하며 온도정보 를 주고 받는다.The output step S400 communicates with the digital temperature conversion step S300 and exchanges temperature information.
이것은 가장 범용적인 시리얼통신인 RS232C통신을 기반으로 데이터 측정/제어가 이루어지게 최적화되어 있고, 독립된 CPU를 내장하여 최상의 처리속도를 수행하고 있으며, 통신속도는 RS232C통신의 최고속도인 115,200bps까지 스위치를 셋팅함에 따라 자유롭게 설정이 가능하다.It is optimized to measure / control data based on RS232C communication, which is the most common serial communication, and performs the best processing speed with a built-in independent CPU.The communication speed is up to 115,200bps, the highest speed of RS232C communication. The setting can be made freely.
따라서, 후술하는 온도정보 데이터를 수집/제어하는 솔루션을 구축할 수 있다.Therefore, a solution for collecting / controlling temperature information data described later can be constructed.
한편, 출력단계(S400)에서 적용되는 노트북PC의 내부에 별도의 착탈식 저장장치에는 전술한 온도정보 데이터를 수집/제어하는 솔루션이 프로그램화 되어 있다.On the other hand, in a separate removable storage device inside the notebook PC applied in the output step (S400) is a solution for collecting / controlling the above-mentioned temperature information data is programmed.
이것은 다음과 같은 동작원리로 작동된다.This works by the following principle of operation.
위의 식으로부터 근사식을 이끌어내면 다음과 같다.If we derive an approximation from the above equation,
실제 프로그램에서는 두 온도에서의 전압 값을 측정하여 A와 n값을 구하고 간단한 C프로그램으로 256가지의 전압에 대한 온도 값을 파일로 생성하여 프로그램에 삽입되어 있다.In the actual program, A and n values are obtained by measuring voltage values at two temperatures, and a simple C program generates temperature values for 256 voltages into a file and is inserted into the program.
위와 같이, 수집되고 분석된 측정값을 외부로 출력하고, 온도정보를 비교한 후 디스플레이하는 전송된 신호의 크기를 음극선관(CRT)이나 액정(LCD)과 같은 디스플레이 장치를 통하여 사용자가 직독할 수 있도록 그래픽화되어 누구든지 쉽게 측정할 수 있다.As described above, the user can directly read through the display device such as cathode ray tube (CRT) or liquid crystal (LCD) to output the collected and analyzed measurement values to the outside, compare the temperature information and display the size of the transmitted signal It is graphic so that anyone can easily measure it.
본 발명은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 특허청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.This invention can be implemented in other various forms, without deviating from the mind or main characteristic. For this reason, the above-described embodiments are merely examples in all respects and should not be interpreted limitedly. The scope of the present invention is shown by the scope of the claims, and is not limited by the specification text. Again, all variations and modifications belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 철도차량의 제동디스크 표면온도 측정장치 및 방법에 의하면, 비접촉식 온도센서를 이용하여 주행중 제동에 의한 디스크 표면의 온도 변화를 다양한 실제 실험을 통하여 디스크 온도 변화를 측정하여 열특성 등의 해석에 적용한다.As described in detail above, according to the apparatus and method for measuring the surface temperature of a braking disk of a railway vehicle according to the present invention, the disk temperature variation of the disk surface by braking during driving using a non-contact temperature sensor is measured through various practical experiments. The measurement is applied to the analysis of thermal properties.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 열특성의 해석을 통해 디스크 제품의 충실한 내구성 설계를 도와 주며, 제동시 유발되는 마찰열을 효과적으로 방출할 수 있는 설계 데이터를 제공해주는 효과가 있다.Therefore, an object of the present invention is to help design a durable product of the disk product through the analysis of such thermal properties, and has the effect of providing design data that can effectively release the frictional heat caused during braking.
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