KR100682510B1

KR100682510B1 - 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정시스템

Info

Publication number: KR100682510B1
Application number: KR1020030093299A
Authority: KR
Inventors: 허현무
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2007-02-15
Also published as: KR20050061817A

Abstract

본 발명은; 철도차량의 주행속도를 측정하고 무선신호로 변환하고 전송하여 객실내에서 확인할 수 있는 무선 송수신 시스템에 관한 것이다.

이와 같은 본 발명은; 철도차량의 차륜이 회전하면 펄스신호를 감지하여 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 송신장치와, 상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치에서 송신된 무선신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하여 주행속도를 표시하는 수신장치;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면; 속도감지부로부터 획득한 철도차량의 주행속도를 무선으로 송수신하여 객실내에서 확인가능하도록 함으로써, 측정한 속도신호 또는 펄스신호를 전송케이블을 이용하여 전송할 필요가 없으므로, 영업용 철도차량에서 철도차량의 주행속도를 시험시 승객에 불편을 주거나 지장을 주지 않고, 신호 전송용 케이블이 설치되지 않으므로 케이블 손상으로 측정오차 등을 예방하는 효과가 있다.

철도차량, 윤축, 차륜, 주행속도

Description

무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템{Rolling stock speed-measurment system applying RF(radio frequency) data commuication method}

도1은 본 발명에 따른 주행속도 측정위치를 설명하기 위해 도시한 제1 실시예를 도시한 도면.

도2는 본 발명에 따른 주행속도 측정위치를 설명하기 위해 도시한 제2 실시예를 도시한 도면.

도3은 본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템의 회로 블럭도.

도4는 본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템의 처리 흐름도.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***

100 : 윤축 110 : 차륜

120 : 차축 130 : 브레이크 디스크

200 : 속도감지부 200a : 광센서

200b : 펄스발생용 기어 200c : 근접스위치

300 : 송신장치 340 : RF 송신부

400 : 수신장치 410 : RF수신부

본 발명은 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 철도차량의 주행속도를 측정하고 무선신호로 변환하고 전송하여 객실내에서 확인할 수 있는 무선 송수신 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 많은 기능을 갖고 있으며, 일부 기능의 경우에는 철도차량의 주행속도에 따라 성능이 평가되어야 하기 때문에 정확한 주행속도의 측정이 필요하다.

그런데 종래에는 철도차량의 주행속도를 측정시에 광센서를 통해 측정되는 펄스신호가 케이블(cable)을 거쳐 최종적으로 객실내의 데이터 저장장치에서 확인하도록 구성되어 있다.

이와 같은 종래의 철도차량의 주행속도 측정 방식은 시험용 철도차량과 같이 승객이 탑승하지 않는 상태에서는 문제가 되지 않지만 승객이 탑승한 영업용 철도차량을 시험시에는 속도센서로부터 객실내 데이터 저장장치까지 속도 신호 전송을 위하여 케이블을 사용하게 된다.

이때, 상기 속도신호 전송용 케이블은 차실 밖의 차륜으로부터 객실문과 통로를 통과하여 객실까지 끌어와야 하므로 탑승한 승객에게 이동상 불편함과 미관상 불쾌감을 초래할 우려가 있다.

또한, 승객이 객실내를 이동중에 밟거나 또는 철도차량의 주행으로 인한 마찰로 인해 케이블 손상이 유발되어 원활한 속도신호 계측이 어려워지는 문제를 초래한다.

아울러, 이러한 종래의 속도측정 시스템은 교류전원을 사용함으로 전원공급이 원활하지 않은 환경에서는 사용하기가 부적합하다.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량의 주행속도를 측정시에 측정된 데이터를 전송케이블 없이 무선으로 전송하여 객실내에서 확인가능한 무선 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 영업용 철도차량에서 철도차량의 주행속도를 시험시 승객에 불편을 주거나 지장을 주지 않으며, 신호 전송용 케이블이 설치되지 않으므로 케이블 손상으로 인한 측정오차 등의 예방이 가능한 무선 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명은 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템에 관한 것으로서, 철도차량의 차륜이 회전하면 펄스신호를 감지하는 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 펄스신호를 아날로그 형태의 펄스신호로 변환하는 F/V변환부(Frequency to Voltage Converter)와, 상기 F/V변환부로부터 상기 아날로그 형태의 펄스신호를 입력받고 디지털 신호 형태의 펄스신호로 변환하는 A/D변환부(Analog to Digital Converter)와, 시스템 운영체계를 저장하고 있는 제1 메모리부와, 상기 A/D변환부로부터 디지털 신호 형태의 펄스신호를 입력받고 이를 외부로 송신하도록 제어하는 제1 제어부와, 상기 디지털 신호 형태의 펄스신호 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 RF 송신부와, 구동전원을 공급하기 위한 제1 전원공급부로 구성되는 송신장치와; 상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치의 RF 송신부에서 송신된 무선신호를 입력받고 전기신호 형태의 펄스신호로 변환하는 RF수신부와, 상기 RF수신부로부터 전기신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하는 제어부와, 상기 제어부에 의해 연산된 주행속도를 표시하는 디스플레이부와, 상기 제2 제어부에 의해 연산된 철도차량의 주행속도를 저장하기 위한 제2 메모리부와, 구동전원을 공급하기 위한 제2 전원공급부로 이루어진 수신장치;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전원공급부 및 제2 전원공급부는 충전이 가능한 밧데리로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 디스플레이부는 LCD로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 제2 제어부에 명령을 입력하기 위한 키입력부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 메모리부는 상기 디지털 신호 형태의 속도신호를 일시 저장하는 것을 특징으로 한다.

상기 속도감지부는 상기 철도차량의 차륜에 광을 조사하고 반사되는 입사광에 따라 반응하여 펄스신호를 발생하는 광센서로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 속도감지부는 상기 철도차량의 윤축의 외부에 설치되어 상기 윤축과 함께 회전하도록 다수의 톱니가 일정 간격을 유지하면서 형성된 원판형의 펄스발생용 기어와, 상기 톱니에 인접하게 설치되어 상기 윤축의 회전시 상기 톱니의 이동으로 인한 펄스신호를 생성하는 근접스위치로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하에 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도1은 본 발명에 따른 주행속도 측정위치를 설명하기 위해 도시한 제1 실시예를 도시한 도면이고, 도2는 본 발명에 따른 주행속도 측정위치를 설명하기 위해 도시한 제2 실시예를 도시한 도면이고, 도3은 본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템의 회로 블럭도이고, 도4는 본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템의 처리 흐름도이다.

도1의 제1 실시예를 참고로 주행속도 측정위치에 대해 설명하면, 철도차량의 대차는 차륜(110)과 차축(120)으로 구성되는 2개의 윤축(100)을 갖고 차체를 지지하고 차륜(110)과 레일에서 발생하는 진동을 감소시키고 철도차량을 정지시키는 등의 다양한 기능을 갖는 장치가 장착되어 있다.

한편, 상기 윤축(100)을 구성하는 차축(120)에는 일정 간격을 유지하며 구비되는 원판형의 제동용 브레이크 디스크(130)가 형성되어 있다.

이때, 본 발명에 따른 철도차량의 주행속도는 광센서(200a)를 이용하여 측정하게 되는데 상기 광센서(200a)에서 상기 차륜(110)에 광을 조사하고 그 조사된 광이 상기 차륜(110)에 반사되어 다시 입사되면 그에 따라 펄스신호를 발생하게 된다. 이와 같이 발생된 펄스신호는 후술하는 F/V변환부와, A/D변환부와 RF 송신부를 거쳐 수신장치로 전송되어 주행속도를 확인가능하게 된다.

한편 다른 실시예인 도2의 제2 실시예를 참고로 주행속도 측정위치에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 철도차량의 주행속도를 측정하기 위해서는 상기 윤축 (120)의 외부에 별도로 펄스발생용 기어(200b)를 설치하게 된다.

상기 펄스발생용 기어(200b)는 외부에 일정 간격을 유지하면서 형성되는 톱니의 수에 따라 주행속도와 이동거리에 대한 정밀도가 결정되기 때문에 주행속도와 이동거리의 정밀도를 높이기 위해서는 가능한 한 많은 수의 톱니를 갖도록 해야한다.

특히, 이동거리의 경우에는 상기 톱니의 수가 적으면 원하는 위치에서 철도차량의 성능을 평가하지 못하게 된다.

예를 들어, 펄스발생용 기어(200b)의 톱니의 수가 10개이고 차륜(110)의 직경이 860(mm)라면, 톱니 한개당 실제 철도차량의 이동거리 간격은 860π/10=86π (mm)로 86(mm) 이하의 이동거리에 대해서는 철도차량의 성능을 확인할 수가 없게 된다.

이와 같은 펄스발생용 기어(200b)의 톱니에는 근접스위치(200c)를 인접하게 설치하여 상기 차륜(110)의 회전으로 함께 회전하는 펄스발생용 기어(200b)의 톱니의 이동에 따라 근접스위치(200c)는 펄스신호를 발생하게 된다.

이때, 상기 근접스위치(200c)에서 발생한 펄스신호는 후술하는 F/V변환부와, A/D변환부와 RF 송신부를 거쳐 수신장치로 전송되어 주행속도를 확인가능하게 된다.

상기 도1 내지 도2의 광센서(200a)와, 펄스발생용 기어(200b) 및 근접스위치 (200c)는 각각 속도감지부(200)를 구성하게 된다.

도3에 따르면, 본 발명에 따른 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템은 측정된 펄스신호를 디지털신호로 변환하여 무선송신하는 송신장치(300)와 상기 무선신호를 수신하여 전기신호로 변환하여 이를 이용하여 차량의 주행속도를 연산하여 표시하는 수신장치(400)로 구성된다.

상기 송신장치(300)는 차륜(110)의 회전시에 차량의 주행속도를 감지하기 위한 펄스신호를 발생하는 속도감지부(200)와, 상기 속도감지부(200)로부터 상기 펄스신호를 입력받고 아날로그 형태의 펄스신호로 변환하는 F/V변환부(Frequency to Voltage Converter)(310)와, 상기 F/V변환부(310)로부터 아날로그 형태의 펄스신호를 입력받고 디지털 신호 형태의 펄스신호로 변환하는 A/D변환부(Analog to Digital Converter)(320)와, 상기 A/D변환부(320)로부터 디지털 신호로 변환된 펄스신호를 외부로 무선송신하기 위해 제어하는 제1 제어부(330)와, 상기 디지털 신호 형태의 속도신호를 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 RF송신부(340)와, 시스템의 운영체계 및 상기 디지털 신호 형태의 펄스신호를 한시적으로 저장하기 위한 제1 메모리부(350)와, 상기 송신장치(300)의 각부의 구동전원을 공급하기 위해 재충전 또는 교체 가능한 밧데리 등으로 이루어진 제1 전원공급부(360)와, 상기 제1 전원공급부(360)의 전원을 온/오프하기 위한 제1 전원스위치부(370)로 구성된다.

이때, 상기 속도감지부(200)는 광센서(200a)만으로 구성하거나, 또는 상기 철도차량의 윤축(100)의 외부에 설치되어 상기 윤축(100)과 함께 회전하도록 다수의 톱니가 일정 간격을 유지하면서 형성된 원판형의 펄스발생용 기어(200b)와, 상기 톱니에 인접하게 설치되어 상기 윤축(100)의 회전시 상기 톱니의 이동으로 인한 펄스신호를 생성하는 근접스위치(200c)로 구성하게 된다.

한편, 상기 수신장치(400)는 상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치(300)의 RF 송신부(340)에서 외부로 송신된 무선신호를 입력받고 전기신호 형태로 변환하는 RF수신부(410)와, 상기 RF수신부(410)로부터 전기신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하는 제2 제어부(420)와, 시스템의 운영체계 및 상기 제2 제어부(420)에 의해 연산된 철도차량의 주행속도를 저장하기 위한 제2 메모리부(430)와, 상기 제2 제어부(420)에 의해 연산된 주행속도를 그래프 형식으로 표시하는 LCD로 이루어진 디스플레이부(440)와, 상기 수신장치(400)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력하는 키입력부(450)와, 상기 수신장치(400)의 각부의 구동전원을 공급하기 위해 재충전 또는 교체 가능한 밧데리 등으로 이루어진 제2 전원공급부(460)와, 상기 제2 전원공급부(460)의 전원을 온/오프하기 위한 제2 전원스위치부(470)로 구성된다.

상기 송신장치(300)의 속도감지부(200)를 통해 발생되는 펄스신호는 수신장치(400)에 입력되어 다음과 같은 식을 이용하여 주행속도를 계산하게 된다.

이때, 주행속도는

또는

와 같은 두가지 공식 중에 어느 하나를 이용하여 구할 수 있다.

이하, 도4를 참고로 철도차량의 주행속도 측정 과정을 설명한다.

먼저 송신장치(300)는 제1 전원스위치부(370)의 작동으로 제1 전원공급부 (360)의 전원이 투입되고 이로 인해 제1 제어부(330)는 운영체계를 구동하여 시스템을 초기화시키고, 수신장치(400)도 제2 전원스위치부(470)의 작동으로 제2 전원공급부(460)의 전원이 투입되고 이로 인해 제2 제어부(420)가 운영체계를 구동하여 시스템을 초기화 시킨다.(S500)

이와 같이 송신장치(300) 및 수신장치(400)가 초기화되고, 철도차량이 운행하게 되면 철도차량의 윤축(100)이 회전하게 되고, 그로 인해 상기 윤축(100)의 외부 일측에 형성되어 있는 속도감지부(200)는 펄스신호를 발생하게 되고(S510), 이는 F/V변환부(310)를 통해 아날로그 형태의 펄스신호로 변환되고 A/D변환부(320)를 거쳐 디지털 신호 형태의 펄스신호 데이터로 변환된 후(S520), 제1 제어부(330)의 제어로 인해 RF송신부(340)를 통해 무선신호로 변환되어 무선 송신된다.(S530)

이와 같이 무선송신된 신호는 수신장치(400)의 RF수신부(410)를 통해 수신되어 전기신호로 변환되어 제2 제어부(420)로 입력된다.(S540)

이와 같이 제2 제어부(420)로 입력된 펄스신호를 이용하여 실제 철도차량의 주행속도를 구하게 된다.(S550)

이와 같이 상기 제2 제어부(420)에서 연산된 철도차량의 주행속도는 디스플레이부(440)를 통해 시간에 따른 주행속도변화 및 이동거리의 형태로 그래프 형식으로 표시를 해주어 확인이 가능하게 된다.(S560)

그리고, 이와 같이 연산된 주행속도에 대한 데이터는 미리설정된 시간이 되거나 키입력부(450)의 명령어 입력을 통해 제2 메모리부(430)에 저장해주게 된다. (S570)

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 속도감지부로부터 획득한 철도차량의 주행속도를 무선으로 송수신하여 객실내에서 확인가능하도록 함으로써, 측정한 속도신호 또는 펄스신호를 전송케이블을 이용하여 전송할 필요가 없으므로, 영업용 철도차량에서 철도차량의 주행속도를 시험시 승객에 불편을 주거나 지장을 주지 않고, 신호 전송용 케이블이 설치되지 않으므로 케이블 손상으로 측정오차 등을 예방하는 효과가 있다.

그리고, 무선데이터 송수신방식으로 약 300m까지 원거리에서도 속도신호 전송이 가능하여 시험을 위한 시스템의 구성이 매우 편리하다.

아울러, 객차나 화차 그리고 전동차 등에 다양한 용도로 사용될 수 있는 것으로서 철도차량의 주행속도 시험시에 유용하게 설치하여 측정 가능하다.

Claims

철도차량의 차륜이 회전하면 펄스신호를 감지하도록 상기 철도차량의 윤축의 외부에 설치되어 상기 윤축과 함께 회전하도록 다수의 톱니가 일정 간격을 유지하면서 형성된 원판형의 펄스발생용 기어와 상기 톱니에 인접하게 설치되어 상기 윤축의 회전시 상기 톱니의 이동으로 인한 펄스신호를 생성하는 근접스위치로 구성되는 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 펄스신호를 아날로그 형태의 펄스신호로 변환하는 F/V변환부(Frequency to Voltage Converter)와, 상기 F/V변환부로부터 상기 아날로그 형태의 펄스신호를 입력받고 디지털 신호 형태의 펄스신호로 변환하는 A/D변환부(Analog to Digital Converter)와, 시스템 운영체계 및 상기 디지털 신호 형태의 속도신호를 저장하는 제1 메모리부와, 상기 A/D변환부로부터 디지털 신호 형태의 펄스신호를 입력받고 이를 외부로 송신하도록 제어하는 제1 제어부와, 상기 디지털 신호 형태의 펄스신호 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 RF 송신부와, 구동전원을 공급하기 위하여 충전이 가능한 밧데리로 이루어진 제1 전원공급부로 구성되는 송신장치와;

상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치의 RF 송신부에서 송신된 무선신호를 입력받고 전기신호 형태의 펄스신호로 변환하는 RF수신부와, 상기 RF수신부로부터 전기신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하는 제2 제어부와, 상기 제어부에 의해 연산된 주행속도를 표시하는 디스플레이부와, 상기 제2 제어부에 명령을 입력하기 위한 키입력부와, 상기 제2 제어부에 의해 연산된 철도차량의 주행속도를 저장하기 위한 제2 메모리부와, 구동전원을 공급하기 위하여 충전이 가능한 밧데리로 이루어진 제2 전원공급부로 구성되는 수신장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템.
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철도차량의 차륜이 회전하면 펄스신호를 감지하도록 상기 철도차량의 윤축의 외부에 설치되어 상기 윤축과 함께 회전하도록 다수의 톱니가 일정 간격을 유지하면서 형성된 원판형의 펄스발생용 기어와 상기 톱니에 인접하게 설치되어 상기 윤축의 회전시 상기 톱니의 이동으로 인한 펄스신호를 생성하는 근접스위치로 구성되는 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 펄스신호를 아날로그 형태의 펄스신호로 변환하는 F/V변환부(Frequency to Voltage Converter)와, 상기 F/V변환부로부터 상기 아날로그 형태의 펄스신호를 입력받고 디지털 신호 형태의 펄스신호로 변환하는 A/D변환부(Analog to Digital Converter)와, 시스템 운영체계 및 상기 디지털 신호 형태의 속도신호를 저장하는 제1 메모리부와, 상기 A/D변환부로부터 디지털 신호 형태의 펄스신호를 입력받고 이를 외부로 송신하도록 제어하는 제1 제어부와, 상기 디지털 신호 형태의 펄스신호 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 RF 송신부와, 구동전원을 공급하기 위한 제1 전원공급부로 구성되는 송신장치와;

상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치의 RF 송신부에서 송신된 무선신호를 입력받고 전기신호 형태의 펄스신호로 변환하는 RF수신부와, 상기 RF수신부로부터 전기신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하는 제2 제어부와, 상기 제어부에 의해 연산된 주행속도를 표시하는 LCD로 이루어진 디스플레이부와, 상기 제2 제어부에 명령을 입력하기 위한 키입력부와, 상기 제2 제어부에 의해 연산된 철도차량의 주행속도를 저장하기 위한 제2 메모리부와, 구동전원을 공급하기 위한 제2 전원공급부로 이루어진 수신장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템.
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철도차량의 차륜에 광을 조사하고 반사되는 입사광에 따라 반응하여 펄스신호를 발생하는 광센서로 이루어진 속도감지부와, 상기 속도감지부에 의해 감지된 펄스신호를 아날로그 형태의 펄스신호로 변환하는 F/V변환부(Frequency to Voltage Converter)와, 상기 F/V변환부로부터 상기 아날로그 형태의 펄스신호를 입력받고 디지털 신호 형태의 펄스신호로 변환하는 A/D변환부(Analog to Digital Converter)와, 시스템 운영체계 및 상기 디지털 신호 형태의 속도신호를 저장하는 제1 메모리부와, 상기 A/D변환부로부터 디지털 신호 형태의 펄스신호를 입력받고 이를 외부로 송신하도록 제어하는 제1 제어부와, 상기 디지털 신호 형태의 펄스신호 무선신호로 변환하여 외부로 무선송신하는 RF 송신부와, 구동전원을 공급하기 위한 제1 전원공급부로 구성되는 송신장치와;

상기 철도차량의 객실내에 설치되어 상기 송신장치의 RF 송신부에서 송신된 무선신호를 입력받고 전기신호 형태의 펄스신호로 변환하는 RF수신부와, 상기 RF수신부로부터 전기신호를 입력받고 내부연산을 통해 실제 주행속도를 연산하는 제2 제어부와, 상기 제어부에 의해 연산된 주행속도를 표시하는 디스플레이부와, 상기 제2 제어부에 명령을 입력하기 위한 키입력부와, 상기 제2 제어부에 의해 연산된 철도차량의 주행속도를 저장하기 위한 제2 메모리부와, 구동전원을 공급하기 위한 제2 전원공급부로 이루어진 수신장치;로 이루어진 것을 특징으로 하는 무선 송수신 방식을 이용한 철도차량의 주행속도 측정 시스템.
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