KR100767431B1 - 결함 검출 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 철도 레일 등의 파단 검출을 간소한 네트워크 구성으로 할 수 있는 결함 검출 시스템에 관한 것이다.
레일(11, 11A, 11B)을 따라서 검출 유닛(20, 50), 중계 유닛(30A, 30B, 60A∼60C)및 종단 유닛(40, 70)을 배치하고, 레일(11, 11A, 11B)을 전송 매체로 하여, 검출 유닛(20, 50)으로부터 송신한 초음파를 중계 유닛(30A, 30B, 60A∼60C)에 중계하여 종단 유닛(40, 70)까지 전송하고, 종단 유닛(40, 70)이 초음파를 수신하였을 때, 종단 유닛(40, 70)으로부터 초음파를 반신하여 중계 유닛(30A, 30B, 60A∼60C)에 중계하여 검출 유닛(20, 50)에 전송하고, 검출 유닛(20, 50)에 있어서 초음파 수신상태에 기초하여 레일(11, 11A, 11B)의 파단 유무를 판정한다.

Description

결함 검출 시스템{FLAW DETECTION SYSTEM}
본 발명은 장거리에 걸쳐 부설되는 레일이나 파이프에서의 파단 등의 결함을 탄성파를 이용하여 검출하는 결함 검출 시스템에 관한 것으로, 특히 시스템의 간소화를 꾀하는 기술에 관한 것이다.
예를 들면, 철도 신호 분야에서는 궤도 회로를 사용하여 열차 검출을 하고 있는데, 이 궤도 회로는 부차적 기능으로서 레일에 파단이 발생했는지 여부를 검출하는 레일 결함 검출 기능을 구비하고 있다.
그런데, 최근 보전의 용이화를 목적으로 무선을 사용한 열차 검출 시스템이 검토되고 있다. 무선에 의한 열차 검출 시스템을 채용하는 경우, 이 시스템은 레일 파단의 검출 기능을 가지고 있지 않아, 별도로 파단 등의 레일 결함을 검출하기 위한 설비를 필요로 한다. 무선에 의한 열차 검출 시스템의 이점은 신호선의 배선이 불필요하다는 점인데, 따라서 무선 열차 검출 시스템과 병용하는 레일 결함 검출 장치는 신호선의 배선을 필요로 하지 않을 것이 요망된다.
이와 같은 레일 결함 검출 장치로서, 초음파를 이용한 것이 공지되어 있다 ( 예를 들면, 국제 공개 WO98/7610이나, 미국 특허 제5743495호 등 참조).
도 1에는 초음파를 이용하여 장거리에 걸쳐 레일 파단을 검출하기 위한 종래의 파단 검출 시스템의 예를 도시하였다.
도 1에서는, 레일(1)을 따라 다수의 단말 장치(21, 22, 23, …) 등을 간격을 두고 설치한다. 각 단말 장치(21, 22, 23, …) 등은 초음파 송수신기(31, 32, 33, …) 등과 통신 장치(41, 42, 43, …) 등을 구비하고, 중앙 처리 장치(5)와 각각 통신 가능하도록 통신 라인(6)을 거쳐 접속된다.
이 종래 시스템에서는, 단말 장치 21은 그 다음 단말 장치22에 초음파를 송신하고, 단말 장치22는 그 다음 단말 장치23에 초음파를 송신하고, 단말 장치23은 그 다음 단말 장치에 초음파를 송신하는 등, 각 단말 장치로부터 인접하는 단말 장치에 대하여 초음파를 송신한다. 각 단말 장치(21, 22, 23, …) 등은 통신 장치(41, 42, 43, …) 등에 의하여 중앙 처리 장치(5)에 대하여 초음파 송수신 유무를 정기적으로 알린다.
예를 들어, 단말 장치 21과 단말 장치 22의 사이에 레일 파단이 발생하면, 단말장치 21로부터 송신된 초음파 신호는 단말 장치 22에 수신되지 않는다. 단말장치 22로부터 중앙 처리장치(5)에 수신된 것이 있다는 통보가 없으면, 중앙 처리 장치(5)는, 단말 장치 21과 단말 장치 22의 사이에 레일이 파단되었다고 판단한다.
또한 도1의 시스템에서 레일 파단 위치를 검출하는 경우, 각 단말 장치 21, 22, 23, …등은 반사파를 수신하면 즉각 중앙 처리 장치(5)에 반사파 수신이 있음을 통보한다. 중앙 처리 장치(5)는 초음파의 송신 시각과 반사파 수신 시각에 기초하여 반사가 발생한 위치, 즉 레일 파단 위치를 산정할 수 있다.
그런데, 초음파의 전송 거리는 초음파 전송 매체의 형상 및 설치 상황에 의존한다. 예를 들면, 파이프의 경우 파이프를 고정하기 위한 부대 설비가 초음파의 감쇠를 증대시킨다. 또한 레일의 경우 침목과 레일의 고정에 의하여 초음파의 감쇠가 증대된다. 일반적으로는, 초음파 반사를 이용하는 파이프 결함 검출의 경우에는 검출 범위가 수십m 정도이고, 레일 파단 검출을 할 경우에는 검출 거리가 1∼2km이다.
이 때문에, 장거리에 걸쳐 부설되는 레일이나 파이프의 파단을 검출하는 경우, 도 1의 종래 시스템에서는, 중앙 처리 장치에 통신 라인을 거쳐 접속되는 단말 장치의 수가 늘면 각 단말 장치, 통신 라인, 중앙 처리 장치로 구성되는 네트워크의 관리가 복잡해진다는 문제가 있다.
또한, 강력한 초음파를 발생시켜 장거리 전송하는 방법도 보고되어 있는데, 초음파 발생 장치가 대규모가 되고 초음파의 전송 매체 자체가 손상될 가능성이 있어 파이프나 레일의 파단 검출에 이용하는 것은 어렵다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여, 네트워크의 통신 라인에 접속하는 단말 수를 줄일 수 있고, 네트워크를 간소화할 수 있는 결함 검출 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 상세한 설명]
삭제
이를 위하여, 본 발명의 결함 검출 시스템은, 검사 대상물을 따라서 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛을 간격을 두고 배치하고, 상기 검사 대상물을 전송매체로 하여, 검출 유닛으로부터 송신한 탄성파를 중계 유닛에 중계하여 종단 유닛까지 전송하고, 그 종단 유닛에서 상기 송신 탄성파를 수신하였을 때, 해당 종단 유닛으로부터 탄성파를 반신하여 상기 중계 유닛에 중계하여 상기 검출 유닛에 전송하고, 상기 검출 유닛에서의 탄성파 수신상태에 기초하여 상기 검사 대상물의 결함 유무를 판정하는 구성으로 하였다.
이러한 구성에 의하면, 검출 유닛에 있어서 탄성파의 수신상태를 감시하면 되고, 장거리에 걸쳐 검사 대상물의 파단 등의 결함을 검사하는 경우에도, 검출 유닛만을 통신 라인을 거쳐 중앙 처리장치 등에 접속하기만 하면 되므로, 통신 네트워크를 간소화할 수 있다.
또한 상기 중계 유닛이, 검출 유닛측의 탄성파 송수신을 실시하는 제1 송수신부와, 종단 유닛측의 탄성파 송수신을 실시하는 제2 송수신부를 구비하고, 상기 제1 송수신부가 검출 유닛측으로부터의 탄성파를 수신하였을 때, 상기 제2 송수신부로부터 종단 유닛측에 탄성파를 송신하고, 상기 제2 송수신부가 종단 유닛측에서 탄성파를 수신하였을 때 상기 제1 송수신부에서 검출 유닛측에 탄성파를 송신하는 구성으로서, 상기 중계 유닛이 상기 검출 유닛측으로부터 탄성파를 수신하였을 때, 제1 송수신부로부터 검출 유닛측에 탄성파를 반신하는 구성으로 하면, 검사 대상물에 결함이 없는 경우, 중계 유닛과 종단 유닛의 설치수에 대응한 수의 수신 신호를 수신하므로, 중계 유닛 및 종단 유닛의 동작 상태를 모니터할 수 있게 된다. 또한 그 결함부로부터의 반사 탄성파를 수신하였을 때, 그 직전의 수신 신호로부터 반사 탄성파에 의한 수신 신호까지의 시간에 기초하여 결함부 위치를 특정할 수 있기 때문에, 중계 유닛에서 수신하고 나서 송신하기까지의 시간 차에 따르는 결함부 위치의 검출 오차를 억제하여 양호한 정밀도로 결함부 위치를 특정할 수 있게 된다. 또한, 검출 유닛에 있어서, 탄성파를 송신하고 나서 해당 탄성파를 수신한 인접하는 중계 유닛에 의하여 검출 유닛 방향으로 송신되는 탄성파를 수신하기까지의 시간에 기초하여, 설치 환경 등의 영향에 의한 탄성파 전파속도의 변화를 보정할 수 있게 되어, 결함부 위치를 보다 고정밀도로 특정할 수 있게 된다.
상기 중계 유닛 및 종단 유닛의 탄성파 송신 레벨을, 이들 각 유닛 자체의 배치 위치 근방에서의 탄성파 반사 레벨과 거의 동일하게 설정하면, 검출 유닛 및 중계 유닛이 반사 탄성파의 수신능력이 유지되고 있는지 여부를 체크할 수 있다.
또한 적어도 상기 중계 유닛은, 상기 검출 유닛측 및 종단 유닛측의 양방향으로 탄성파를 송수신하는 송수신부를 구비하는 구성이어도 무방하다.
이러한 구성에서는 검사 대상물에 대한 송수신부의 설치가 용이하다.
이 경우, 중계 유닛은 탄성파를 수신하고 나서 사전에 설정한 지연시간 경과 후에 탄성파를 송신하는 구성으로, 상기 지연 시간이 제1회째의 신호 수신시와 제2회째 이후의 신호 수신시에 서로 다르도록 하면, 각 중계 유닛의 송신 타이밍을 서로 다르게 할 수 있어, 탄성파 수신의 간섭을 회피할 수 있게 된다.
또한 상기 중계 유닛이, 종단 유닛의 신호를 수신하였을 때, 종단 유닛의 반신 신호와 동일한 신호를 송신하고, 송신한 후에는 신호의 중계 동작을 정지하는 구성으로 하면 된다.
이러한 구성에서는, 필요없는 탄성파 송신 동작을 하지 않도록 할 수 있다.
또한 상기 중계 유닛이, 상기 검사 대상물 결함부로부터의 반사 탄성파를 수신하였을 때 검출 유닛의 송신 신호 및 종단 유닛의 반신 신호 모두 다른 반사 탄성파 수신을 나타내는 신호를 송신하도록 하여도 된다.
또한 상기 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛의 각 송수신부를, 서로 음향적으로 분리된 적어도 한 쌍의 검사 대상물에 각각 설치하고, 상기 검출 유닛으로부터의 송신 신호를 상기 중계 유닛에 상기 한 쌍의 검사 대상물에 번갈아 송신하여 종단 유닛까지 중계하고, 종단 유닛으로부터의 반신 탄성파를 중계 유닛에서 상기 한 쌍의 검사 대상물에 번갈아 송신하여 검출 유닛에 반신하는 동시에, 검출 유닛으로부터 상기 한 쌍의 검사 대상물에 대하여 번갈아 신호를 송신하는 구성으로 하면 된다.
이러한 구성으로는, 한 쌍의 검사 대상물에 번갈아 탄성파를 전파시킴(propagate)으로써, 파단부를 우회시켜 탄성파를 전파하게 할 수 있고, 파단부의 존재 위치에 구애되지 않고 반드시 파단부에서의 반사 탄성파를 수신할 수 있게 되므로, 유닛 간격을 신호 전달 가능한 최대 거리로 하여 각 유닛을 배치한 경우에도 파단 위치를 특정할 수 있게 된다.
도1은 종래의 결함 검출 시스템의 일례를 나타내는 구성도이다.
도2는 본 발명의 제1실시 형태를 나타내는 구성도이다.
도3은 중계 유닛의 구성예를 나타내는 도면이다.
도4는 제1 실시 형태의 정상 동작시의 동작 타임 차트이다.
도5는 제1 실시 형태의 파단 존재시의 동작 타임 차트이다.
도6은 레일에 이음부가 있을 때의 각 유닛의 설치 상태를 도시하는 도면이다.
도7은 2개의 레일의 파단을 동시에 검사할 때의 각 유닛의 설치 상태를 도시하는 도면이다.
도8은 본 발명의 제 2 실시 형태의 정상 동작시의 동작 타임 차트이다.
도9는 제 2 실시 형태의 파단 존재시의 동작 타임 차트이다.
도10은 유닛의 반사파 수신 기능 체크 원리 설명도이다.
도11은 본 발명의 제 3 실시 형태를 나타내고, 탄성파가 양방향 전파되는 경우의 구성도이다.
도12는 제 3 실시 형태의 중계 유닛의 구성예를 나타내는 도면이다.
도13은 제 3 실시 형태의 정상 동작시의 동작 타임 차트이다.
도14는 본 발명의 제 4 실시 형태의 구성도이다.
도15는 제 4 실시 형태의 정상 동작시의 동작 타임 차트이다.
도16은 제 4 실시 형태의 파단 존재시의 동작 타임 차트이다.
도17은 본 발명의 제 5 실시 형태의 파단 존재시의 동작 타임 차트이다.
도18은 유닛 간격을 신호 전달 가능한 최대 거리로 한 경우의 탄성파 전달 거리와 반사파 수신범위와의 관계를 설명하는 도면이다.
도19는 본 발명의 제 6 실시 형태의 구성도이다.
도20a 및 도20b는 제 6 실시 형태의 신호 전파 동작 설명도이다.
도21은 도20a의 신호 전파 동작 시의 타임 차트이다.
도22는 도20b의 신호 전파 동작 시의 타임 차트이다.
도23a 및 도23b는 제 6 실시 형태의 파단 존재시의 신호 전파 동작예를 도시하는 설명도이다.
도24는 도23a의 신호 전파 동작 시의 타임 차트이다.
도25는 도23b의 신호 전파 동작 시의 타임 차트이다.
[실시예]
삭제
이하, 본 발명에 관계되는 결함 검출 시스템의 바람직한 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도2는 본 발명의 제 1 실시 형태를 나타내고, 철도 레일의 파단 검출에 대한 적용례를 나타낸다.
도2에 있어서, 검사 대상물인 레일(11)의 파단 검사 구간을 따라서, 검사 구간의 시단측에 검출 유닛(20)을 배치하고, 종단측에 종단 유닛(40)을 배치한다. 또한 상기 검출 유닛(20)과 종단 유닛(40) 사이의 검사 구간 중간부에, 검사 구간의 길이에 따라 적당 수의 중계 유닛(30A, 30B) (본 실시 형태에서는 2개의 설치예를 나타낸다)을 간격을 두고 배치한다. 또한, 중계 유닛 수는 2개에 한정되는 것은 아니다.
검출 유닛(20)은 중계 유닛(30A) 방향으로 탄성파로서의 초음파를 송신하여 중계 유닛(30A) 방향에서의 초음파를 수신할 수 있도록 전송 매체인 레일(11)에 접촉시킨 초음파 진동자(21)를 구비한다. 또한 검출 유닛(20)은 상기 초음파 진동자(21)와 접속하는 송신기 회로의 송신기 정보에 기초하여 후술하는 바와 같이, 파단의 유무를 판정하거나 파단 위치를 특정하고, 그 결과 등의 정보를 통신 라인을 거쳐 미도시한 중앙 처리 장치 등에 전송한다.
종단 유닛(40)은 중계 유닛(30B) 방향으로 초음파를 송신하여 중계 유닛(30B) 방향에서의 초음파를 수신 가능하도록 레일(11)에 접촉하게 한 초음파 진동자(41)를 구비한다. 초음파 진동자(41)는 미도시한 내부 송수신 회로에 접속하고 있다. 그리고 종단 유닛(40)은 중계 유닛(30B)이 송신한 초음파를 수신하면 중계 유닛(30B)에 그 초음파를 반신하는 구성이다.
중계 유닛(30A, 30B)은 검출 유닛(20)방향으로의 초음파 송신과 검출 유닛(20)방향에서의 초음파 수신이 가능하도록 레일(11)에 접촉시킨 제l 송수신부인 초음파 진동자(31a)와, 중계 유닛(30B)방향 (종단 유닛 방향)으로의 초음파 송신과 중계 유닛(30B)방향 (종단 유닛 방향)으로부터의 초음파 수신이 가능하도록 레일(11)에 접촉시킨 제2 송수신부인 초음파 진동자(31b)를 구비한다. 그리고, 중계 유닛(30A)은 검출 유닛(20)이 송신한 초음파를 초음파 진동자(31a)에서 수신하여, 중계 유닛(30B)에 초음파 진동자(31b)에 의하여 초음파를 송신하고, 중계 유닛(30B)이 송신한 초음파를 초음파 진동자(31b)에서 수신하면 검출 유닛(20)에 초음파 진동자(31a)에 의하여 초음파를 송신하는 구성이다. 중계 유닛(30B)도 마찬가지로 구성되어, 중계 유닛(30A)이 송신한 초음파를 초음파 진동자(31a)에서 수신하면 종단 유닛(40B)에 초음파 진동자(31b)에 의하여 초음파를 송신하고, 종단 유닛(40)이 송신한 초음파를 초음파 진동자(31b)에서 수신하면 중계 유닛(30A)에 초음파 진동자(31a)에 의하여 초음파를 송신한다.
도3은 상기 중계 유닛(30A)의 구성예를 나타낸다. 또한, 중계 유닛(30B)도 같은 구성으로서, 설명은 생략한다.
도3에 있어서, 중계 유닛(30A)은 초음파 진동자(31a)에 전환 스위치(32)를 거쳐 선택적으로 접속 가능한 수신회로(33A) 및 송신회로(33B)와, 초음파 진동자(31b)에 전환 스위치(34)를 매개로 하여 선택적으로 접속 가능한 수신 회로(35A) 및 송신 회로(35B)와, 각 수신 회로(35A, 33A)로부터 각 수신 있음 정보에 의하여 상기 전환 스위치(32, 34)를 각각 전환 제어하는 제어 회로(36, 37)를 구비한다.
다음으로, 도4 및 도5의 타임 차트를 참조하여 제1 실시 형태의 동작을 설명한다. 도4는 레일(11)이 정상인 경우의 타임 차트를, 도5는 중계 유닛(30A)과 중계 유닛(30B)의 사이에 파단을 일으킨 경우의 타임 차트를 나타낸다.
먼저, 레일(11)에 파단이 존재하지 않는 정상 상태시의 동작에 대하여 설명한다.
검출 유닛(20)은 소정 주기로 중계 유닛(30A) 방향으로 초음파를 송신한다. 검출 유닛(20)으로부터 송신되는 신호(S1)는, 중계 유닛(30A)의 초음파 진동자(31a)에 수신되어 수신 신호(R1)가 발생한다. 중계 유닛(30A)은 수신회로(33A)가 신호(R1)를 수신하면 제어 회로(37)에 수신 있음 정보를 출력한다. 제어 회로(37)는 상기 수신 있음 정보에 의하여 전환 스위치(34)를 송신 회로(35B) 측으로 전환 동작한다. 이것에 의하여 초음파 진동자(31b)를 거쳐 중계 유닛(30B)에 초음파를 송신한다. 따라서, 검출 유닛(20)의 송신 신호(Sl)는 중계 유닛(30A)에 신호(S2)로서 중계되어 중계 유닛(30B)방향으로 전송된다. 마찬가지로, 중계 유닛(30A)의 송신 신호(S2)는 중계 유닛(30B)의 초음파 진동자(31a)에서 수신되어 수신 신호(R2)가 발생하고, 중계 유닛(30B)에 송신 신호(S3)으로서 중계되어 종단 유닛(40)에 전송된다. 종단 유닛(40)은 신호(S3)를 수신하여 수신 신호(R3)의 발생에 의하여 송신 신호(S4)를 발생하여 중계 유닛(30B)방향으로 반신한다. 송신 신호(S4)는 중계 유닛(30B)에서 수신되어 수신 신호(R4)의 발생에 의하여 송신 신호(S5)로서 중계된다. 신호(S5)는 중계 유닛(30A)에서 수신되어 수신 신호(R5)의 발생에 의하여 송신 신호(S6)으로서 중계된다. 신호(S6)는 검출 유닛(20)에서 수신되어 수신 신호(R6)가 발생한다.
이와 같이 레일(11)에 파단이 존재하지 않으면, 검출 유닛(20)으로부터 송신된 신호(S1)는 중계 유닛(30A와 30B)을 중계하여 종단 유닛(40)까지 전송되고, 종단 유닛(40)으로부터의 신호 수신을 나타내는 정보로서 반신되는 초음파 신호가 중계 유닛(30A, 30B)을 경유하여 검출 유닛(20)에 전송되어 수신 신호(R6)가 검출 유닛(20)에서 발생한다. 또한, 초음파 신호가 레일(11)을 통하여 검출 유닛(20)과 종단 유닛(40) 사이를 왕복하는 시간은 사전에 계산할 수 있으므로, 레일(11) 정상시의 검출 유닛(20)에 쓰인 수신 신호(R6)의 발생 시각을 사전에 설정할 수 있다. 따라서, 검출 유닛(20)에 있어서 예상되는 발생 시각을 기준으로 미리 시간 범위를 설정하여 그 설정 시간 범위 내에 수신 신호(R6)가 발생 되었는지 아닌지 감시함으로써 파단 유무를 감시할 수 있고, 설정 시간 범위 내에 신호(R6)가 발생하면 레일(11)은 정상이라고 판정할 수 있다.
다음으로, 도5의 타임 차트에 의하여 레일(11)에 파단을 일으키고 있는 경우에 대하여 설명한다.
중계 유닛(30A와 30B) 사이의 레일(11)에 파단이 존재하는 경우, 검출 유닛(20)의 송신 신호(S1)에 기초하는 중계 유닛(30A)의 송신 신호(S2)는 파단부에서 반사한다. 이 때문에, 중계 유닛(30A)에서는, 파단부에서의 반사파가 초음파 진동자(31b)에서 수신되고 도5와 같이 반사 수신 신호(a)가 발생한다. 신호(a)가 발생하면 수신회로(35A), 제어 회로(36), 전환 스위치(32)의 동작에 의하여 초음파 진동자(31a)를 거쳐 신호(b)를 검출 유닛(20)에 송신한다. 검출 유닛(20)에서는 신호(b)를 수신하여 수신 신호(c)가 발생한다. 파단부의 반사에 기초하는 수신 신호(c)는 정상시에 발생한 수신 신호(R6)(도5 중 파선으로 나타냄)의 발생시각보다 이르고, 상기 설정 시간 범위 밖이 되어, 수신 신호(c)는 파단으로부터의 반사파에 의한 것으로 판정할 수 있다.
파단에 의한 수신 신호라고 판단한 경우, 검출 유닛(20)에서는, 신호(S1)의 송신으로부터 신호(c)의 수신까지의 시간(T)과 초음파의 전파속도(C)로부터, 레일 파단 위치(X)를 X=C·T/2에 의하여 산정할 수 있어, 파단 위치를 특정할 수 있다. 또한, 상기 정상 판정이나 파단 위치 정보는, 미도시 하였으나 검출 유닛(20)과 통신 라인에 접속되는 중앙 처리 장치에 전송된다.
이상과 같이, 제1 실시 형태에서는, 종단 유닛(40)으로부터의 반신 신호에 의한 수신 신호(R6)가 발생하는지 여부를 감시하고, 신호(R6)가 발생하면 레일(11)은 정상이라고 판단하고, 수신 신호(c)가 발생하면 파단 있음으로 판정한다. 또한 검출 유닛(20)에 신호가 수신되지 않으면 초음파의 전송계에 어떠한 이상이 발생한 것이 된다.
레일(11)의 검사 구간 중간부에 이음부가 존재하는 경우, 도6에 나타내는 바와 같이, 중계 유닛(30)의 2개의 초음파 진동자를 이음부(11a)를 사이에 걸친 상태로 레일(11)에 설치하면 된다. 검사 구간 내에 이음부(11a)가 있는 경우, 이음부(11a)에서의 반사파가 존재하나, 종단 유닛(40)의 송신에 기초하는 수신 신호(R6)가 발생하면 레일(11)은 정상으로 판단할 수 있다.
또한 쌍을 이루는 2개의 레일(11)의 파단을 동시에 감시하는 경우는, 도7에 도시하는 바와 같이, 레일(11)의 검사 구간의 일단측에, 일방의 레일측에 검출 유닛(20)을 배치하고 타방의 레일측에 종단 유닛(40)을 배치하는 동시에, 검사 구간의 타단측에 중계 유닛(30)을 배치하여, 2개의 초음파 진동자를 양 레일에 걸치도록 설치하면 된다.
또한, 도6 및 도7과 같이 구성한 경우에도 초음파 신호의 전송 동작은 도2의 경우와 같으므로 설명은 생략한다.
상기 제1 실시 형태의 경우, 중계 유닛(30)의 수가 증대하면 각 중계 유닛(30)의 수신부터 송신까지의 시간 지연의 적산 시간이 커지기 때문에, 파단부에서의 반사 신호(c)의 수신시각 오차가 커져, 파단부의 위치 검출 정밀도가 저하될 우려가 있다.
다음으로, 중계 유닛 수에 관계없이 파단부 위치를 양호한 정밀도로 검출할 수 있는 본 발명의 제 2 실시 형태에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 각 중계 유닛은, 검출 유닛 방향으로부터 신호를 수신하였을 때 종단 유닛 방향으로 중계하여 전송하는 동시에, 초음파 진동자(31a)로부터 검출 유닛 방향으로도 돌려보내는 구성이다. 이 경우, 각 중계 유닛은 도3에 점선으로 나타내는 바와 같이 수신회로(33A)로부터의 수신 있음 정보를 제어 회로(36)에도 출력하는 구성으로 하면 된다. 검출 유닛 및 종단 유닛의 구성은 제1실시 형태와 동일하다.
다음으로, 도8 및 도9의 동작 타임 차트를 참조하여 제2 실시 형태의 동작을 설명한다. 또한, 이하에서 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛은 도2에 도시하는 제1 실시 형태와 동일하게 배치되어 있는 것으로 보고 설명한다. 도 중, 도4 및 도5와 동일한 부재는 동일 부호를 사용한다.
도8은 레일(11)에 파단이 없는 정상인 경우의 동작 타임 차트이다. 도8에 있어서, 중계 유닛(30A)은, 신호(S1)를 수신하여 수신 신호(R1)가 발생하면, 제1 실시 형태와 같이 신호(S2)로서 중계 유닛(30B)에 초음파를 송신함과 동시에, 도면에 도시하는 바와 같이 신호(S1')으로서 검출 유닛(20)에도 송신한다. 중계 유닛(30B)에서는, 신호(S2)를 수신하여 수신 신호(R2)가 발생하면, 신호(S3')로서 종단 유닛(40)에 초음파를 송신함과 동시에, 도면에 도시하는 바와 같이 신호(S1")으로서 중계 유닛(30A)에 송신한다. 중계 유닛(30A)은 신호(S1")를 수신하여 신호(Rl")가 발생하면 신호(S2")로서 검출 유닛(20)에 송신한다. 레일(11)이 정상인 경우, 검출 유닛(20)에서는 도면에 도시하는 바와 같이 각 중계 유닛(30A, 30B)의 송신 신호 (Sl', S1")에 기초하는 수신 신호(Rl', R2")와, 제1실시 형태와 같이 종단 유닛(40)의 송신 신호(S4)에 의한 수신 신호(R6)가 발생한다. 따라서, 검출 유닛(20)은 수신 신호(R6)가 설정 시간 범위 내에 발생하면 레일(11)은 정상이라고 판단할 수 있다.
다음으로, 도9의 타임 차트에 의하여 레일(11)에 파단을 일으키고 있는 경우에 대하여 설명한다.
중계 유닛(30A와 30B) 사이의 레일(11)에 파단이 존재하는 경우, 중계 유닛(30A)에서는 수신 신호(Rl)의 발생에 의하여 송신 신호(S2, S1')이 도8과 같이 정상적으로 발생하고, 검출 유닛(20)에서 수신 신호(R1')이 발생한다. 중계 유닛(30A)의 송신 신호(S2)는 파단부에서 반사되고, 반사 수신 신호(a)에 기초하여 중계 유닛(30A)으로부터 신호(b)가 검출 유닛(20)에 송신되고, 검출 유닛(20)에서는 정상시의 수신 신호(R2")의 발생 시점보다 빨리 반사파에 의한 수신 신호(c)가 발생한다. 본 실시 형태에서는, 이 경우, 수신 신호(R1')의 발생 시점을 기준으로 하여 신호(c)의 수신시간(T)을 계측하고, 이 시간(T)과 전파속도(C)로부터 레일 파단 위치를 산정한다. 이로써 각 중계 유닛(30)에 있어서 수신과 송신 사이의 지연 시간의 영향을 배제할 수 있고, 제1 실시 형태와 비교할 때보다 높은 정밀도로 파단 위치를 특정할 수 있다.
또한 제2 실시 형태에서는 중계 유닛(30A)의 송신 신호(Sl')에 의하여 초음파의 전파속도(C)의 보정이 가능하다.
즉, 검출 유닛(20)과 중계 유닛(30A) 간의 거리가 L이라고 하면, 검출 유닛(20)이 신호(S1)를 발생시키고 나서 수신 신호Rl')이 발생하기까지의 시간 to는 to=2L/C+tx로 나타낸다. 이 때, tx는 중계 유닛(30A)이 초음파를 수신하여 송신하기까지의 시간 지연이고, 설계상 정하여지는 고정값이다. 상기 식에 의하여 시간 to를 계측하면 그 때의 전파속도 C를 산출할 수 있다. 이것으로써 실시간으로 초음파 신호의 전파속도 C를 보정할 수 있기 때문에, 파단위치의 검출에 보정한 전파속도 C를 사용하면 파단 위치를 더욱더 정밀하게 특정할 수 있다.
또한, 제 2 실시 형태의 경우, 도8에 나타내는 타임 챠트로부터 알 수 있는 바와 같이, 검출 유닛(20)에서는 검출 유닛―종단 유닛 사이에 개재하는 중계 유닛수에 상당하는 수의 수신 신호가 발생하기 때문에, 발생한 수신 신호수를 계수함으로써 설치되어 있는 중계 유닛 수를 검출 유닛(20)측에서 차례로 모니터할 수 있고, 검출 유닛(20)측에서 수신하여야 하는 신호 갯수와 그 수신시각을 체크함으로써 각 중계 유닛(30)과 종단 유닛(40)의 동작 상황을 모니터할 수 있다.
또한 제2 실시 형태의 구성에서는, 레일(11)에 파단이 있으면, 파단부보다 앞의 중계 유닛 및 종단 유닛의 송신 신호는 검출 유닛에 수신되지 않기 때문에, 검출 유닛(20)의 수신 신호수를 감시함으로써 파단의 유무 및 대강의 파단 위치를 검출할 수 있다.
또한, 최종 중계 유닛과 종단 유닛과의 사이에 파단부가 존재하는 경우에는 수신 신호수로부터는 파단의 유무를 검출할 수 없으며, 이 경우에는 최종 수신 신호의 발생 시간에 기초하여 해당 수신 신호가 파단부에서의 반사파에 의한 것인지 종단 유닛으로부터의 반신신호에 의한 것인지를 판단하면 된다.
또한 본 발명의 구성에 있어서, 각 중계 유닛(30)과 종단 유닛(40)의 검출 유닛 방향의 초음파 송신 레벨을 적절하게 설정함으로써 검출 유닛(20) 및 중계 유닛(30)에 있어서 파단부로부터의 반사파 수신기능이 정상인지 아닌지를 감시할 수 있다.
이러한 감시 기능에 관하여, 검출 유닛(20)과 중계 유닛(30A)간의 송수신 동작을 예로 들어 도10에 의하여 설명한다.
검출 유닛(20)과 중계 유닛(30A)과의 거리를 Lx라 한다. 검출 유닛(20)의 송신 신호는 거리 Lx 떨어진 중계 유닛(30A)의 설치 위치에 도달하기까지 감쇠하고, 도달 후 다시 거리 Lx를 더 전파하면서 감쇠한 후 검출 유닛(20)에 수신된다. 이 때문에, 검출 유닛(20)의 수신 능력은 최대 거리 Lx, 즉, 중계 유닛(30A)의 설치 위치에서 발생하는 반사파를 검출할 수 있도록 설정된다. 검출 유닛(20)이 중계 유닛(30A)의 설치 위치에서 생기는 반사파를 수신하는 능력이 있는지 여부를 체크하려면, 도10에 도시하는 바와 같이, 중계 유닛(30A)으로부터 검출 유닛(20) 측으로 송신하는 레벨을 검출 유닛(20)의 검출 유닛(20)방향의 송신 레벨보다 충분히 작게, 즉 중계 유닛(30A)의 설치 위치에 있어서 반사파와 거의 동등한 레벨로 설정하여도 된다. 또한, 다른 중계 유닛의 반사파 수신기능 체크도 인접하는 중계 유닛 및 종단 유닛에서의 검출 유닛 방향의 송신 레벨을 동일하게 설정하면 된다.
이로써 파단의 검출 동작과 동시에 검출 유닛(20) 및 중계 유닛(30)에서의 반사파 수신기능이 정상인지 아닌지를 감시할 수 있어 결함 검출 시스템의 신뢰성이 향상된다.
상기 각 실시 형태는, 검출 유닛측에서 종단 유닛측으로, 반대로 종단 유닛측에서 검출 유닛측으로, 탄성파가 전송 매체에 대하여 각각 한 방향으로 전파하여 중계되는 구성예를 도시한다. 이하, 탄성파가 전송 매체에 대하여 양방향으로 전파되는 경우의 구성예에 대해서 설명한다.
도11은 탄성파가 전송 매체에 대하여 양방향 전파되는 본 발명의 제3실시 형태를 도시한다.
도11에 있어서, 전송 매체인 레일(11)의 파단 검사 구간을 따라서 설치된 각 검출 유닛(50), 중계 유닛(60A, 60B) 및 종단 유닛(70)은 각각 송수신부로서 하나의 초음파 진동자(51, 61, 71)를 가진다. 각 유닛(50, 60, 70)의 각 초음파 진동자(5l, 61, 71)는 그 초음파 송수면을 전송 매체인 레일(11)의 전파방향에 대하여 거의 직각이 되도록 설치한다. 이것에 의하여 각 초음파 진동자(5l, 61, 71)로부터 송신되는 탄성파로서의 초음파는 레일(11)의 도 중 좌우 양방향으로 전파하게 된다.
검출 유닛(50)은, 검출 유닛(20)과 동일한 구성이고, 초음파의 송수신 정보에 기초하여 파단의 유무를 판정하거나 파단 위치의 특정 등을 행하고, 그 결과 등의 정보를 미도시한 중앙 처리 장치 등에 통신 라인을 거쳐 전송한다.
종단 유닛(70)은 중계 유닛(60B)의 송신 신호를 수신하면 검출 유닛(50)의 송신 신호와 구별하기 위하여 검출 유닛(50)의 송신 신호와 다른 초음파 신호를 송신하는 구성이다. 다른 신호란 예를 들면 펄스 수를 다르게 하여 신호 발생 시간을 다르게 한 신호 등이다. 또한 종단 유닛(70)은 송신 후에는 중계 동작을 정지한다. 즉, 신호를 수신하고 나면 송신하는 동작을 하지 않는다.
중계 유닛(60A, 60B)은, 동일한 구성이며, 도12에 도시하는 바와 같이 초음파 진동자(61)에 전환 스위치(62)를 통하여 선택적으로 접속 가능한 수신회로(63) 및 송신 회로(64)와 수신회로(63)의 수신 있음 및 수신 신호 형태의 각 정보에 의하여 상기 전환 스위치(62)를 전환 제어하는 동시에 송신 회로(64)의 송신 형태를 제어하는 제어 회로(65)를 구비한다.
즉, 중계 유닛(60A, 60B)은, 신호를 수신하면 제어 회로(65)에 의하여 전환 스위치(62)가 송신 회로(64) 측으로 전환신호를 송신하고, 송신 후는 전환 스위치(62)를 수신회로(63) 측으로 돌린다. 또한, 수신한 신호가 검출 유닛(50)의 신호인 때에는 검출 유닛(50)과 동일한 신호를, 종단 유닛(70)의 신호인 때에는 종단 유닛(70)과 동일한 신호를 송신하고, 종단 유닛(70)과 동일한 신호의 송신 후에는 중계 동작을 정지하여 신호를 수신하여도 송신 동작을 하지 않는다.
제3실시 형태의 신호 중계 동작을 도13의 타임 차트를 참조하여 설명한다. 또한, 도 중, 백 사각은 검출 유닛(50)과 동일한 신호를 나타내고, 흑 사각은 종단 유닛(70)과 동일한 신호를 나타낸다.
검출 유닛(50)은 소정의 주기로 초음파 신호(S1)를 송신한다. 신호(S1)에 의하여 중계 유닛(60A)에서 수신 신호(R1)가 발생하고, 중계 유닛(60A)은 신호(S1)와 같은 신호(S2)를 송신한다. 신호(S2)는 레일(11)의 양방향으로 전파하기 때문에, 도시한 바와 같이 검출 유닛(50)과 중계 유닛(60B)에서 각각 수신 신호(R', R2)가 발생한다. 중계 유닛(60B)은 수신 신호 R2의 발생에 의하여 송신 신호(S3)를 송신하고, 중계 유닛(60A) 및 종단 유닛(70)에서 수신 신호(R2', R3)가 각각 발생한다. 중계 유닛(60A)에서는, 수신 신호(R2')의 발생에 의하여 송신 신호(S2')를 송신하기 때문에, 검출 유닛(50)에서 수신 신호(R2")가 발생하고, 중계 유닛(60B)에서 수신 신호(R3')가 발생한다. 또한 종단 유닛(70)은, 수신 신호(R3)의 발생에 의하여 검출 유닛(50)의 신호(S1)와 예를 들면 펄스수가 다른 신호(S4)를 송신하고, 이 신호(S4)에 의하여 중계 유닛(60B)에서 수신 신호(R4)가 발생한다. 중계 유닛(60B)은 수신 신호(R4)의 발생으로 신호(S5)를 송신한다. 중계 유닛(60A)은, 신호(S5)에 의한 수신 신호(R5)의 발생으로 신호(S6)를 송신하고, 검출 유닛(50)에서 수신 신호(R6)가 발생한다.
또한, 종단 유닛(70)은, 신호(S4)의 송신 후에는 중계 동작을 정지하기 때문에, 중계 유닛(60B)의 신호(S5)에 기초하는 수신 신호(R4')가 발생하여도 송신 동작은 하지 않는다. 마찬가지로, 중계 유닛(60B)도 종단 유닛(70)으로부터의 신호(S4)에 기초하는 신호(S5)의 송신 후에는 중계 동작을 정지하기 때문에, 신호(S6)의 수신으로 수신 신호(R5')가 발생하여도 송신 동작은 하지 않는다.
이러한 제3실시 형태에 의하면, 검출 유닛(50)은 수신 신호(R6)가 소정 시간 범위 내에 발생하면 레일(11)은 정상이라고 판단한다. 레일(11)에 파단이 존재하는 경우에는 도9에 설명한 바와 같이 제2실시 형태와 마찬가지로 파단을 검출할 수 있다. 또한 제2 실시 형태와 같이, 검출 유닛(50)에 있어서 검출 유닛―종단 유닛 사이에 개재하는 중계 유닛수와 동수의 수신 신호가 발생하기 때문에, 발생한 수신 신호수를 계수함으로써, 설치되어 있는 중계 유닛수를 검출 유닛측에서 하나하나 모니터할 수 있고, 수신 신호의 개수와 그 수신 시각을 체크함으로써 각 중계 유닛(60A, 60B)과 종단 유닛(70)의 동작 상황을 모니터할 수 있다. 또한, 전송 매체의 단일 방향으로 초음파를 전파하여 중계하는 구성에 비교할 때, 전송 매체에 대한 초음파 진동자의 설치가 용이하고, 설치의 제약이 없다는 이점이 있다.
그런데, 제3실시 형태의 경우, 도13에 도시하는 바와 같이, 종단 유닛(70)의 신호(S4)와 중계 유닛(60A)의 신호(S2')의 송신 타이밍이 겹치고, 중계 유닛(60B)에 있어서 수신 신호(R4와 R3')가 간섭할 우려가 있다.
다음으로, 상기의 수신 신호의 간섭 문제를 회피한 본 발명의 제4실시 형태에 대하여 설명한다.
제4 실시 형태는, 중계 유닛의 중계 동작에 있어서, 신호 수신 후의 송신 동작을 지연시키고 또한 지연 시간을 변화시키도록 하였다. 구체적으로는, 중계 유닛에서 신호를 수신하고 나서 송신하기까지의 지연 시간을 제 1회의 신호 수신시와 2번째 이후의 신호 수신시에 다른 구성으로 하였다. 또한 중계 유닛은 파단부에서의 반사파 수신시는 종단 유닛과 동일한 신호를 송신하는 구성이다.
제4실시 형태의 신호 전파 동작을 도14에 도시하는 3개의 중계 유닛(60A, 60B, 60C)을 구비하는 경우에 대해서 도15의 타임 챠트를 참조하여 설명한다. 도15 중, T2는 각 중계 유닛(60A∼60C)의 제 1회 신호 수신시의 지연 시간을, T3은 2번째 이후의 신호 수신시의 지연 시간을 각각 가리킨다. T1은 유닛간의 신호 전파시간이다.
도15에 도시하는 바와 같이, 각 중계 유닛(60A∼60C)은, 최초의 수신 신호에 대하여 시간 T2의 경과 후에 신호를 송신하고, 2번째 이후의 수신 신호에 대하여는 시간 T3의 경과 후에 신호를 송신한다. 또한 종단 유닛(70)은 중계 유닛(60C)으로부터 신호를 수신하였을 때 시간 T2의 경과 후에 신호를 송신한다. 송신 타이밍을 변화시키는 이외의 중계 동작은 제3 실시 형태의 경우와 동일하다.
이러한 구성에 의하면, 도15의 A, C에 도시하는 바와 같이, 중계 유닛(60B)에 있어서 중계 유닛(60A)으로부터의 신호와 중계 유닛(60C)으로부터의 신호를 수신할 때, 그리고 도15의 B에 도시하는 바와 같이 중계 유닛(60C)에 있어서 중계 유닛(60B)으로부터의 신호와 종단 유닛(70)으로부터의 신호의 수신시에, 수신 신호의 수신 타이밍이 서로 어긋나기 때문에, 초음파가 양방향으로 전파하는 경우에도 수신의 간섭을 방지할 수 있다.
다음으로, 제4 실시 형태에 있어서, 중계 유닛 60B와 60C와의 사이에 파단이 생긴 경우의 신호 중계 동작을 도16의 타임 차트에 기초하여 설명한다.
도14의 점선으로 도시하는 바와 같이, 중계 유닛(60B와 60C) 사이의 레일(11)에 파단부가 존재하는 경우, 중계 유닛(60B)의 송신 신호(a)는 파단부에서 반사되고, 반사파에 의한 수신 신호(b)가 발생한다. 중계 유닛(60B)은, 상기 수신 신호(b)의 발생으로부터 시간 T3 경과 후에 종단 유닛(70)과 동일한 신호(c)를 송신한다. 이 신호(c)의 발생에 의하여 중계 유닛(60A)을 중계하여 검출 유닛(50)에 반사파에 기초하는 수신 신호(d)가 발생한다. 검출 유닛(50)에서는 중계 유닛(60B)의 송신 신호(a)에 기초하는 반신 신호(a')가 발생한 후에 신호(d)가 시간 (Tr+T3) 지연되어 발생한다. 또한, 상기 시간 Tr은 중계 유닛(60B)의 송신 신호(a)의 발생 후에 반사파에 의한 수신 신호(b)가 발생하기까지의 시간을 나타낸다.
따라서, 검출 유닛(50)에서는, 이 경우, 수신 신호(a')의 발생 시점을 기준으로 하여 반사파에 의한 신호(d)의 수신시간(Tr+T3)을 계측함으로써 중계 유닛(60B와 60C) 사이에, 또한, 중계 유닛(60B)의 전방의 전파시간 Tr/2에 상당하는 위치에 파단이 존재하는 것을 검출할 수 있다.
제4실시 형태에서는 반사파를 수신하였을 때 중계 유닛(60A∼60C)이 종단 유닛(70)과 동일한 신호를 송신하는 구성으로 하였으나, 검출 유닛(50) 및 종단 유닛(70)의 각 송신 신호와는 다른 별도의 신호를 송신하는 구성이어도 된다.
이러한 구성의 본 발명의 제5실시 형태의 신호 중계 동작 타임 차트를 도17에 도시한다. 파단부의 위치는 도14와 동일한 위치로 한다. 또한, 제5실시 형태는 반사파 수신 후에는 즉각 신호를 송신하는 구성이다.
도17에 있어서, 중계 유닛(60B)은, 송신 신호(a)에 기초하는 반사파 수신 신호(b)가 발생하고, 수신하고 나서 시간 T3 경과 후에 종단 유닛(70)과는 다른 종류의 신호(e)를 송신한다. 이 송신 신호 e를 수신한 중계 유닛(60A)은 지연 없이 즉각 신호(f)를 송신한다. 따라서, 검출 유닛(50)에서는, 중계 유닛(60B)의 송신 신호(a)에 기초하는 반신 신호(a')가 발생한 후에, 상기 신호(f)의 발생에 기초하는 신호(g)가 시간 Tr 지연되어 발생한다.
이러한 구성에서는, 검출 유닛(50)은, 수신 신호(a')의 발생 시점을 기준으로 하여 반사파에 의한 신호(g)의 수신시간Tr을 계측함으로써 시스템 파단 위치를 특정할 수 있다. 이 때문에 도16의 제4 실시 형태의 경우와 비교하여 시간 T3를 사용할 필요가 없고, 파단 위치 특정 처리 동작이 용이하게 된다.
그런데, 유닛 간격을 신호 전달 가능한 최대 거리로 하여 각 유닛을 배치하면 중계 유닛의 수를 최대한 줄일 수 있다. 즉, 신호 전달 가능한 최대 거리를 L로 하고, 도18과 같이 각 유닛(SA, SB, SC)을 배치한다. 그러나, 초음파가 레일의 양방향으로 전파되는 경우, 신호(초음파)의 반사율을 100%로 가정하여도 각 유닛(SA, SB, SC)이 반사파를 수신할 수 있는 범위는 유닛 간 거리 L의 약 절반, 즉 유닛 자신의 위치에서 L/2의 거리 범위이다. 따라서, 예를 들면 도에서 파선으로 나타내는 위치에 파단부가 존재하고, 유닛(SB)은 파단부에서의 반사파를 수신할 수 없어 검출 유닛에서는 종단 유닛으로부터 반신 신호가 수신되지 않기 때문에, 파단 발생 여부는 검출할 수 있지만 파단 위치는 특정할 수가 없다.
도19에, 도18과 같은 유닛 배치 구성에 있어서, 파단부의 위치에 관계없이 파단위치를 특정할 수 있는 본 발명의 제6실시 형태를 나타낸다.
제6 실시 형태는, 도19에 나타내는 바와 같이, 적어도 한 쌍의 전송 매체, 예를 들면 한 쌍의 레일(11A, 11B)을 이용하여 탄성파를 송신하는 전송 매체를 번갈아 바꿈으로서 파단부로부터 반사파를 수신할 수 있는 유닛에 신호를 송신하여 파단부 위치를 특정할 수 있는 구성이다.
도19에 있어서, 본 실시 형태의 검출 유닛(50), 중계 유닛(60A∼60C) 및 종단 유닛(70)은 각각 2개의 초음파 진동자(51A, 51B; 61A, 61B; 71A, 71B)를 가진다. 일방의 초음파 진동자(51A, 61A, 71A)는 레일(11A)측에 설치하고, 다른 측의 초음파 진동자(51B, 61B, 71B)는 레일(11B)측에 설치한다. 또한 본 실시 형태의 중계 유닛(60A∼60C) 및 종단 유닛(70)은 도3의 실선으로 나타내는 구성과 동일하다. 또한, 일방의 초음파 진동자에서 신호를 수신하였을 때 타방의 초음파 진동자로부터 초음파를 송신한다. 또한, 각 유닛의 신호 발생 형태 및 중계 동작은, 제 4 실시 형태와 같이, 검출 유닛과 종단 유닛이 발생하는 신호는 다르고, 제 1회 신호 수신시는 시간 T2 경과 후에 송신하고, 2번째 이후의 신호 수신시는 시간 T3 경과 후에 송신한다. 또한, 중계 유닛은 파단부로부터의 반사파 수신시는 반사파 수신을 나타내는 신호를 송신하는 것으로 한다.
도20에 기초하여 파단이 없는 경우의 본 실시 형태의 신호 중계 동작을 설명한다. 제 6 실시 형태에서는 도20a와 도20b의 송신 동작을 번갈아 실행한다. 즉, 도20a의 검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51A)로부터의 신호 송신 동작을 실행하고, 다음으로 도20b의 초음파 진동자(51B)로부터의 신호 송신 동작을 실행한다.
도20a에서는, 초음파 진동자(51A)측으로부터의 송신 신호가 도 중의 실선 화살표인 A∼D의 순서로 종단 유닛(70)까지 전파한 후, 점선 화살표 E∼H의 순서로 종단 유닛(70)으로부터의 신호가 검출 유닛(50)까지 전파하여 반신된다.
즉, 초음파 진동자(51A)로부터의 송신 신호가 화살표(A)와 같이 레일(11A)을 전파하여 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61A)에 수신되고, 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61B)로부터 화살표(B)와 같이 타방의 레일(11B)에 신호가 송신되어, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61B)에서 수신된다. 이어서, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61A)로부터 화살표(C)와 같이 레일(11A)에 신호가 송신되어, 중계 유닛(60C)의 초음파 진동자(61A)에서 수신되고, 중계 유닛(60C)의 초음파 진동자(61B)로부터 화살표(D)와 같이 레일(11B)에 신호가 송신되고, 종단 유닛(70)의 초음파 진동자(71B)에 수신된다. 종단 유닛(70)은, 신호를 수신하면 초음파 진동자(71B)로부터 화살표(E)와 같이 레일(11B)에 검출 유닛(50)의 신호와는 다른 신호를 송신하고, 중계 유닛(60C)의 초음파 진동자(61B)에서 수신되어, 초음파 진동자(61A)부터 화살표(F)와 같이 레일(11A)에 신호가 송신되고, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61A)에 수신된다. 이어서, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61B)로부터 화살표(G)와 같이 레일(11B)에 신호가 송신되고, 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61B)에서 수신되고, 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61A)로부터 화살표H와 같이 레일(11A)에 신호가 송신되고, 검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51A)에서 수신되고, 종단 유닛(70)으로부터의 신호가 검출 유닛(50)에 반신된다. 도21는 도20a 경우의 각 유닛의 송수신 동작의 상세한 타임 차트를 도시한다.
도20a의 동작이 종료되면, 도20b의 신호 송신 동작을 실행한다. 도20b에서는, 검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51B)측에서의 송신 신호가 도중의 실선 화살표 A'∼D'의 순서로 종단 유닛(70)까지 전파한 후, 점선 화살표 E'∼H'의 순서로 종단 유닛(70)으로부터의 신호가 검출 유닛(50)으로 전파하여 반신된다.
도20b와 도20a의 송신 동작은 각 유닛의 상호 초음파 진동자의 송수신 순서가 역으로 될 뿐 기타 동작은 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 도22에, 도20b의 경우에서의 각 유닛의 송신 동작의 상세한 타임 차트를 도시한다.
다음으로, 예를 들면 중계 유닛(60B)과 중계 유닛(60C)과의 사이에, 레일(11A)측의 중계 유닛(60C) 근방에 파단부가 존재하는 경우의 송신 동작을, 도23∼ 도25를 참조하여 설명한다.
도23a는 도20a의 초음파 진동자(51A)로부터의 신호 송신시의 송신 동작을 나타내고, 도24는 이 경우에 있어서 각 유닛의 송수신 동작의 상세한 타임 차트를 나타낸다. 도23b는 도20b의 초음파 진동자(51B)로부터의 신호 송신시의 송신 동작을 나타내고, 도25는 이 경우에서의 각 유닛의 송수신 동작의 상세한 타임 차트를 나타낸다.
도23a에 도시하는 초음파 진동자(51A)로부터의 신호 송신시의 송신 동작에 대하여 설명한다.
검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51A)로부터의 송신 신호는, 도23a의 실선 화살표 A, B의 순서로 중계되어 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61B)에 수신되고, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61A)로부터 실선 화살표(C)와 같이 레일(11A)의 양방향으로 신호가 송신될 때까지는 도20a의 경우와 같다. 그러나, 파단부가 존재하면, 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61A)로부터 송신된 화살표(C)의 신호는 파단부에서 반사되어 중계 유닛(60C)까지 전파되지 않는다. 이 때문에, 도24에 나타내는 바와 같이, 중계 유닛(60C) 및 종단 유닛(70)은 초음파를 수신할 수 없다.
한편, 중계 유닛(60B)으로부터 도23의 좌방향으로 전파한 화살표C의 신호는 파단부가 존재하지 않는 경우와 같이 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61A)에서 수신되고, 실선 화살표D와 같이 중계 유닛(60A)의 초음파 진동자(61B)로부터 다시 레일(11B)에 송신되며, 검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51B) 및 중계 유닛(60B)의 초음파 진동자(61B)에서 다시 수신된다. 파단부가 없는 경우에는, 중계 유닛(60B)은, 화살표(D)의 신호 수신 후에 도21에 도시하는 바와 같이 중계 유닛(60C)으로부터의 신호를 수신하기 때문에, 이 신호의 수신 후 시간 T3이 경과하고 나서 신호를 송신하고 있다. 그러나, 파단부가 존재하는 경우는 중계 유닛(60C)으로부터의 송신이 없기 때문에, 도24에 나타내는 바와 같이 화살표(D)의 신호를 수신한 후 시간 T3이 경과하면 도면의 실선 화살표 E와 같이 레일(11A)에 신호를 송신한다. 따라서, 파단부가 존재하는 경우는 파단부가 존재하지 않는 경우에 비하여 중계 유닛(60B)의 2회째의 송신 타이밍이 빨라진다. 화살표(D)의 송신 신호는, 중계 유닛(60A)에서 수신되고, 중계 유닛(60A)으로부터 실선 화살표 F와 같이 레일(11B)에 송신되어 검출 유닛(50)에서 수신된다. 이 때문에, 검출 유닛(50)에 있어서 중계 유닛(60B)의 2회째의 송신 동작에 기초하는 수신 신호의 수신 타이밍이, 파단부가 존재하지 않을 때와 비교하여 빠르기 때문에, 검출 유닛(50)은 이 빠른 수신 타이밍을 검출하여 파단이 있다고 판단한다.
검출 유닛(50)은, 파단이 있다고 판정하면, 중계 동작 정지를 중계 유닛에 대하여 통보하기 위한 제어 신호(도24 중의 흑 사각으로 도시)를 송신한다. 제어 신호는 도23a의 점선 화살표(G, H, I)의 순서로 중계 유닛(60A, 60B)에 전달된다. 각 중계 유닛(60A, 60B)은 제어 신호를 수신하면 동일한 신호를 송신한 후 중계 동작을 정지한다. 그 후, 검출 유닛(50)은, 초음파가 종단 유닛(70)까지 전파 가능한지 어떤지 중계 동작 정상 확인을 위하여, 도23b에 도시하는 초음파 진동자(51B)로부터의 송신 동작을 실행한다.
검출 유닛(50)의 초음파 진동자(51B)로부터의 송신 신호는, 도23b의 실선 화살표A'∼D'의 순서로 중계 유닛(60A)과, 중계 유닛(60B)을 경유하여 중계 유닛(60C)까지 중계되고, 중계 유닛(60C)의 초음파 진동자(61A)로부터 도중의 실선 화살표(D')와 같이 레일(11A)의 양방향으로 신호가 송신될 때까지는, 도20b와 동일하다.
중계 유닛(60C)으로부터 송신되어 도중의 좌방향으로 전파한 실선 화살표(D')의 신호는 파단부에서 반사되어 반사파가 중계 유닛(60C)의 초음파 진동자(61A)에서 수신된다. 반사파를 수신한 중계 유닛(60C)은, 즉각 반사파 수신을 나타내는 반사파 수신 신호(도중, 부호 A로 나타낸다)를 초음파 진동자(6lB)로부터 도중의 점선 화살표(F')와 같이 레일(11B)에 송신하고, 이것을 수신한 중계 유닛(60B)은, 동일한 반사파 수신 신호(a)를 즉각 초음파 진동자(61A)로부터 점선 화살표 G'와 같이 타방의 레일(A)에 송신하며, 이것을 수신한 중계 유닛(60A)은, 동일한 반사파 수신 신호(A)를 즉각 초음파 진동자(61B)로부터 점선 화살표(H')와 같이 레일(B)에 송신하고, 검출 유닛(50)이 수신한다. 검출 유닛(50)은, 이것보다 전의 신호 수신 시점으로부터 반사파 수신 신호를 수신하기까지의 시간(=T2-T3+2T1+Tr)을 계측하고, 파단부의 위치를 특정한다.
또한, 중계 유닛(60C)으로부터 도중의 우방향으로 전파한 신호는, 종단 유닛(70)에 수신되고, 종단 유닛(70)으로부터의 송신 신호가, 도22에 도시하는 파단부가 없는 경우와 동일한 점선 화살표 E'∼H'의 순서로 검출 유닛(50)까지 전파하고, 검출 유닛(50) 및 각 중계 유닛(60A∼60C)의 중계 동작이 정지한다. 또한 검출 유닛(50)은 종단 유닛(70)으로부터의 신호를 수신함으로써 각 유닛의 동작은 정상이라고 판단한다.
이상 설명한 바와 같이, 검출 유닛과 종단 유닛의 사이에 중계 유닛을 개재시키고, 결함 검사 대상부를 전송 매체로 하여 검출 유닛으로부터 송신한 초음파를 중계 유닛으로 중계하여 종단 유닛에 전송하고, 종단 유닛으로부터의 신호를 중계 유닛을 거쳐 검출 유닛에 반신하는 구성으로 하면, 검출 유닛만을 중앙처리장치에 통신 라인으로 접속하면 되므로 결함 검출 시스템의 네트워크 간소화를 꾀할 수 있다. 또한, 초음파를 양방향으로 전파하도록 초음파 진동자를 장치하는 구성에서는 초음파 진동자의 초음파 송수면을 단순히 전송 매체에 직각이 되도록 설치하면 되고, 설치 환경의 제약이 완화되어 초음파 진동자의 설치 작업이 용이하게 된다.
또한 예를 들면, 기지국을 다수 설치하는 와이어리스 통신 네트워크에서는 기지국에 전원과 네트워크의 접속을 위한 통신 장치가 설치되므로, 검출 유닛을 상기 기지국 가까이에 설치하면, 다른 목적을 위하여 존재하는 기존 네트워크를 이용할 수 있는 동시에, 통신 라인의 배선 길이가 짧아도 된다. 따라서, 전술한 무선 열차 검출 시스템 네트워크의 이용도 가능하고, 무선 열차 검출 시스템과의 병용에도 적합하다.
또한 도1의 종래 시스템과 같이, 도2의 구성에 있어서 중계 유닛과 종단 유닛 각각도 네트워크에 접속시킨 경우, 종래 시스템과 같은 네트워크를 사용한 결함 검출 시스템과 본 발명의 구성에 의한 검사 대상물을 정보의 전파 매체로 하는 결함 검출 시스템의 양방에서 결함을 모니터할 수 있다. 이와 같은 시스템 구성은 물리적으로 다른 수단을 사용한 다양성 용장계이며, 2개의 시스템에 발생하는 고장에 대한 안전성이 향상된다.
또한, 본 발명의 결함 검출 시스템의 적용은 철도 레일에 한정되는 것은 아니며, 파이프 라인 등의 유체 이송용 파이프 등 장거리에 걸쳐 부설되는 초음파의 전파가 가능한 구조물이면 적용 가능하다.
본 발명은 장거리에 걸쳐 부설되는 철도 레일이나 파이프 라인 등의 결함 검출 시스템을 간소한 구성으로 할 수 있어 산업상 이용 가능성이 크다.

Claims (19)

  1. 검사 대상물을 따라 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛을 간격을 두고 배치하고, 상기 검사 대상물을 전송 매체로 하여 검출 유닛으로부터 송신한 탄성파를 중계 유닛으로 중계하여 종단 유닛까지 전송하고, 상기 종단 유닛에서 상기 송신 탄성파를 수신하였을 때 당해 종단 유닛으로부터 탄성파를 반신하여 상기 중계 유닛으로 중계하여 상기 검출 유닛에 전송하고, 상기 검출 유닛에 있어서 탄성파를 송신하고나서 반신 탄성파를 수신할 때까지의 시간이 소정 시간 범위 외일 때에는 상기 검사 대상물에 결함이 있다고 판정하는 구성으로 하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 중계 유닛은, 검출 유닛측의 탄성파 송수신을 행하는 제1 송수신부와, 종단 유닛측의 탄성파 송수신을 행하는 제2 송수신부를 구비하고, 상기 제1 송수신부가 검출 유닛측으로부터 탄성파를 수신한 때에는 상기 제2 송수신부로부터 종단 유닛측에 탄성파를 송신하고, 상기 제2 송수신부가 종단 유닛측으로부터 탄성파를 수신한 때에는 상기 제1 송수신부로부터 검출 유닛측에 탄성파를 송신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 검사 대상물 결함부로부터의 반사 탄성파를 수신한 때에는 탄성파를 송신하고 나서부터 상기 반사 탄성파를 수신하기까지의 시간에 기초하여 상기 결함부의 위치를 특정하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 중계 유닛은, 상기 검출 유닛측에서 탄성파를 수신한 때에는 상기 제1 송수신부로부터 검출 유닛측에 탄성파를 반신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 탄성파를 송신하고 나서부터 인접하는 중계 유닛의 상기 제1 송수신부로부터의 반신 탄성파를 수신하기까지의 시간에 기초하여 탄성파의 전파 속도를 보정하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 중계 유닛 및 종단 유닛의 탄성파 송신 레벨은, 이들 각 유닛 자체의 배치 위치 근방에서의 탄성파 반사 레벨과 거의 동등하게 설정되는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛 중에서 적어도 상기 중계 유닛은 양방향으로 탄성파의 송수신을 행하는 송수신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    중계 유닛은, 탄성파를 수신하고 나서 사전에 설정한 지연 시간 경과 후에 탄성파를 송신하며, 상기 지연 시간은 제 1회 신호 수신시와 제 2회 이후의 신호 수신시에 있어 그 지연 시간이 서로 다른 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 종단 유닛은, 검출 유닛의 송신 신호와 다른 신호를 반신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 중계 유닛은, 수신 신호가 상기 종단 유닛의 반신 신호일 때에는 종단 유닛의 반신 신호와 동일한 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 중계 유닛은, 상기 종단 유닛의 반신 신호와 동일한 신호를 송신한 후에는 신호 중계 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 중계 유닛은, 상기 검사 대상물의 결함부로부터의 반사 탄성파를 수신한 때에는 반사 탄성파의 수신을 나타내는 신호를 중계하여 검출 유닛에 통지하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 반사 탄성파의 수신을 나타내는 신호는, 검출 유닛의 송신 신호 및 종단 유닛의 반신 신호 모두와 다른 신호인 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 검출 유닛, 중계 유닛 및 종단 유닛의 각 송수신부를 서로 음향적으로 분리된 한 쌍의 검사 대상물에 각각 설치하고, 상기 검출 유닛으로부터의 송신 신호를 상기 중계 유닛에서 상기 한 쌍의 검사 대상물에 번갈아 송신하여 종단 유닛까지 중계하고, 종단 유닛으로부터의 반신 탄성파를 중계 유닛에서 상기 한 쌍의 검사 대상물에 번갈아 송신하여 검출 유닛에 반신하는 동시에, 검출 유닛으로부터 상기 한 쌍의 검사 대상물에 대하여 번갈아 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 탄성파를 송신하고 나서 반신 탄성파를 수신할 때까지의 시간이 소정 시간 범위 외일 때에는 탄성파 전달 상태에 이상이 있다고 판정하며, 중계 유닛 및 종단 유닛에 대하여 중계 동작 정지를 통지하기 위한 제어 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 검출 유닛은, 상기 제어 신호의 송신 후에, 중계 유닛 및 종단 유닛의 중계 동작 정상 확인을 위한 신호 전송을 실행하는 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 검사 대상물은 철도 레일인 것을 특징으로 하는 결함 검출 시스템.
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