KR100948960B1 - Measuring system of catenary contact and impect force - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템에 관한 것으로서, 판토그라프와 전차선의 접촉력 및 가속도 정보를 계측하여 계측데이터로 변환하는 센서측정장치와, 상기 센서측정장치로부터 계측데이터를 전송받고 상기 판토그라프와 전차선 사이의 접촉력 및 충격가속도를 분석하는 데이터분석장치;로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a contact force and an impact acceleration detection system of a tramline, and a sensor measuring device for measuring the contact force and acceleration information of the pantograph and the tramline and converting the measurement data into measurement data, and receiving the measurement data from the sensor measuring device and receiving the pantograph. And a data analysis device for analyzing the contact force and the impact acceleration between the and the tramline.
본 발명에 따르면 전차선과 판토그라프의 접촉력과 충격가속도를 측정하고 이를 이용하여 평균 접촉력, 표준편차 등에 대한 통계처리 기능을 통해 이를 근거로 집전품질을 분석하고 기계적인 충격을 분석하여 전차선과 판토그라프가 최상의 집전 상태를 지속적이고 안정적으로 유지될 수 있게 하는 효과가 있다. According to the present invention, the contact force and the impact acceleration of the tramline and the pantograph are measured, and using the statistical processing functions for the average contact force and standard deviation, the current collection quality is analyzed based on this, and the mechanical shock is analyzed to analyze the electric shock and the pantograph. It is effective to maintain the best current collecting state continuously and stably.
전차선, 판토그라프, 접촉력, 충격가속도 Catenary, Pantograph, Contact Force, Impact Acceleration
Description
도 1은 전차선과 판토그라프의 접촉력을 설명하기 위해 도시한 원리도이고, 1 is a principle diagram shown to explain the contact force between the tram line and the pantograph,
도 2는 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측을 위한 시스템 개념도이고, 2 is a conceptual diagram of a system for detecting contact force and impact acceleration of a vehicle lane according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 센서부의 설치위치를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 3 is a view showing for explaining the installation position of the sensor unit according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측을 위한 시스템 구성도이고, 4 is a system configuration diagram for detecting contact force and impact acceleration of a catenary according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 센서측정부의 상세 구성도이고, 5 is a detailed configuration of the sensor measuring unit according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 센서측정부의 설치 단면도이고,6 is a cross-sectional view of the installation of the sensor measuring unit according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 제2광송수신부의 상세 구성도이고, 7 is a detailed configuration diagram of a second light transmission and reception unit according to the present invention;
도 8은 본 발명에 따른 데이터수집장치부의 상세 구성도이고, 8 is a detailed configuration diagram of a data collecting device unit according to the present invention;
도 9은 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 데이터화면의 일예를 도시한 도면이다. 9 is a view showing an example of the contact force and the impact acceleration detection data screen of the tank line according to the present invention.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***
1: 판토그라프 2: 전차선1: pantograph 2: tramline
3: 열차 100: 센서측정장치3: train 100: sensor measuring device
110: 센서부 112: 스트레인 게이지110: sensor portion 112: strain gauge
114: 가속도센서 120: 센서측정부114: acceleration sensor 120: sensor measurement unit
122: 시그널컨디셔너 124: A/D 컨버터122: signal conditioner 124: A / D converter
126: 데이터수집/계측제어 컴퓨터 130: 제1광송수신부126: data acquisition / measurement control computer 130: first optical transceiver
132: 제1광무선랜 140: 밧데리132: first optical wireless LAN 140: battery
160: 무선 리모콘 200: 데이터분석장치160: wireless remote control 200: data analysis device
210: 제2광송수신부 212: 제2광무선랜210: second optical transceiver 212: second optical LAN
214: 제1광변환장치 218: 제2광변환장치214: first optical conversion device 218: second optical conversion device
220: 데이터수집장치부 222: 산업용컴퓨터220: data collection unit 222: industrial computer
230: 전원공급부 240: 전원변환부230: power supply unit 240: power conversion unit
300: 모니터링 시스템300: monitoring system
본 발명은 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 열차의 계측데이터를 분석하여 선로 조건 및 운전 패턴에 따 른 판토그라프의 집전 품질과 동적 특성을 주기적으로 모니터링하고 그 성능을 계량화하여 전차선과 판토그라프가 최상의 집전 상태를 지속적으로 유지될 수 있도록 하기 위해 전차선의 접촉력과 충격가속도를 측정하는 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a system for detecting contact force and impact acceleration of a tramline, and more specifically, analyzing measurement data of a train to periodically monitor current collection quality and dynamic characteristics of a pantograph according to track conditions and driving patterns. It relates to a system that measures the contact force and impact acceleration of a tramline in order to quantify its performance so that the tramline and pantograph can maintain the best state of current collection.
일반적으로, 상업 운전되고 있는 열차 특히 고속열차는 전차선에서 받은 전기에너지를 동원력으로 이용하여 주행하기 때문에 열차에 설치된 판토그라프(pantograph)가 전차선과 접촉할 때 얼마나 안정적으로 전차선을 추종하면서 집전하는가에 따라 열차의 견인이나 제동 등의 주행 성능이 좌우된다.In general, trains in commercial operation, especially high-speed trains, operate using electric energy received from a tank line as a motive force, depending on how stably the pantograph installed on the train follows the tank line and collects them. The driving performance such as towing or braking of the train depends on it.
이와 같은 전차선과 판토그라프의 접촉력은 열차가 정지해 있거나 주행하는 모든 경우에 전차선과 판토그라프의 집전판이 접촉하는 점에서 힘의 평형으로 이루어지며, 이러한 힘의 평형상태와 상하 방향의 접촉력은 도 1에 도시한 바와 같이, 판토그라프(1)의 주 스프링이 집전판을 밀어 올리는 힘인 정적압상력과 열차가 고속으로 주행할 때 나타나는 양력이 합해져 전차선과 접촉할 때 평형을 이룬 힘의 시간적 평균을 “평균접촉력”이라고 정의할 때, 각 힘 사이의 평형상태는 아래의 식(1)과 같다.Such a contact force between the tramline and the pantograph is an equilibrium of force at the point where the tramline and the pantograph current collector contact each other when the train is stationary or while driving, and the equilibrium state of the force and the contact force in the vertical direction are shown in FIG. As shown in Fig. 2, the static spring force, which is the force that the main spring of the
Fi = -Fc + Fa+ Fs -------------- 식(1)Fi = -Fc + Fa + Fs -------------- Formula (1)
이때, 상기 'Fc'는 접촉력(contact force, 전차선과 집전판의 접촉력)이고, 'Fi'는 관성력(inertia force, 판토그라프 상하운동의 관성력)이고, 'Fs'는 압상 력(spring force, 스프링에 의한 정적압상력)이며, 'Fa'는 양력(aerodynamic uplifting force, 전차선과 집전판의 양력)이다.At this time, the 'Fc' is the contact force (contact force, contact between the tank line and the current collector plate), 'Fi' is the inertia force (inertia force, pantograph vertical movement), 'Fs' is the spring force (spring force, spring) Static pressure), and 'Fa' is the aerodynamic uplifting force.
그런데, 주행 중인 열차의 상하 진동과 전차선의 현 운동을 따라 접촉할 때 판토그라프가 상하 방향의 가속도 거동을 함으로써 생기는 관성력(Fi)은 정지 상태의 평형 높이를 중심으로 상하(+,-)방향으로 작용방향이 변화하는 교번 운동을 하므로 시간 평균값은 상쇄되어 ‘0’이 되므로 전차선과 판토그라프의 평균접촉력(Fc)은 아래의 식(2)와 같다.However, the inertial force (Fi) caused by the pantograph's acceleration in the up and down direction when contacted along the up and down vibration of the running train and the current movement of the tramline is in the up and down (+,-) direction based on the equilibrium height of the stationary state. Since the alternating movement of the action direction changes, the average time value is offset to '0', so the average contact force (Fc) between the tramline and the pantograph is given by Equation (2) below.
Fc = Fa + Fs -------------- 식(2)Fc = Fa + Fs -------------- Formula (2)
상기 식(2)를 통해 알수 있는 바와 같이 평균접촉력(Fc)은 주 스프링의 정적압상력(Fs)과 고속대역에서의 공기 양력(Fa)을 측정하면 그 합으로 구할 수 있게 된다.As can be seen from Equation (2), the average contact force Fc can be obtained by the sum of the static compressive force Fs of the main spring and the air lift Fa in the high-speed band.
이와 같은 집전 품질을 평가하는 대표적인 기준은 EN규격과 UIC Code가 있으며 고속철도 집전시스템에서 계측되는 평균접촉력에 대한 이러한 규격과 비교 검토에 의해 집전 품질을 평가하고 개선 방안을 모색한다면 열차 중 특히 고속열차의 속도 향상 및 안전성 확보 측면에서 큰 성과를 기대할 수 있게 된다.Typical standards for evaluating current collection quality include the EN standard and the UIC code, and the evaluation and evaluation of the current collection quality by looking at these standards and comparisons on the average contact force measured in the high-speed railway current collector system, especially for high-speed trains, Big results can be expected in terms of speed and safety.
한편, 판토그라프(1) 사고의 대부분은 이상이 발생한 전차선(2) 설비와의 충돌에 의한 것이므로 충돌이 발생했을 때 즉시 검지할 수 있다면 사고의 확대를 막아 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.On the other hand, most of the pantograph (1) accidents are due to a collision with the tram line (2) equipment that has an abnormality, so that if the collision can be detected immediately, the damage can be minimized by preventing the expansion of the accident.
따라서, 본 발명은 이러한 점에 착안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 전차선과 판토그라프의 접촉력과 충격가속도를 측정하여 전차선과 판토그라프가 최상의 집전 상태를 지속적으로 유지될 수 있도록 하기 위한 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of this point, the object of the present invention is to measure the contact force and impact acceleration of the tank line and pantograph to ensure that the tank line and pantograph continuously maintain the best state of current collection and The present invention provides an impact acceleration detection system.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은; The present invention for achieving the above object;
판토그라프와 전차선의 접촉력 및 가속도 정보를 계측하여 계측데이터로 변환하는 센서측정장치와; 상기 센서측정장치로부터 계측데이터를 전송받고 상기 판토그라프와 전차선 사이의 접촉력 및 충격가속도를 분석하는 데이터분석장치;로 구성되는 것을 그 기본 특징으로 한다.A sensor measuring device for measuring contact force and acceleration information between the pantograph and the tramline and converting the measured information into measurement data; And a data analysis device for receiving measurement data from the sensor measuring device and analyzing contact force and impact acceleration between the pantograph and the vehicle line.
여기서, 상기 센서측정장치는, 상기 판토그라프와 전차선 사이의 접촉력 및 가속도 정보를 계측하는 센서부와, 상기 센서부에서 계측된 접촉력 및 가속도 정보를 디지털화하여 계측데이터로 변환하는 센서측정부와, 상기 센서측정부의 계측데이터를 광신호로변환하여 전송하는 제1광송수신부와, 전원을 공급하는 밧데리와, 상기 밧데리의 전원을 일정한 전압으로 변환하여 상기 센서측정부로 공급하는 DC-DC컨버터로 구성되는 것을 특징으로 한다.The sensor measuring device may include a sensor unit for measuring contact force and acceleration information between the pantograph and the tramline, a sensor measurer for digitalizing the contact force and acceleration information measured by the sensor unit and converting the measured contact force and acceleration information into measurement data; And a first optical transmitter / receiver for converting the measurement data of the sensor measurement unit into an optical signal and transmitting it, a battery for supplying power, and a DC-DC converter for converting the battery power to a constant voltage and supplying the measured voltage to the sensor measurement unit. It features.
그리고, 상기 데이터분석장치는, 상기 제1광송수신부로부터 전송된 계측데이 터를 수신받는 제2광송수신부와, 상기 제2광송수신부를 통해 수신된 계측데이터를 이용하여 평균접촉력을 분석하여 저장관리하는 데이터수집장치부와, 구동전원을 공급하는 전원공급부로 구성되는 것을 특징으로 한다.The data analyzing apparatus analyzes and stores an average contact force by using a second optical transmission receiver that receives measurement data transmitted from the first optical transmitter and a measurement data received through the second optical transmitter and receiver. And a power supply unit for supplying driving power.
또한, 상기 센서부는 판토그라프의 보우연결프레임 양단에 설치되어 접촉력을 계측하는 스트레인게이지와, 보우연결프레임과 1차스프링 간에 설치되어 가속도를 계측하는 가속도센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the sensor unit is characterized by consisting of a strain gauge is installed on both ends of the bow connection frame of the pantograph to measure the contact force, and an acceleration sensor installed between the bow connection frame and the primary spring to measure the acceleration.
그리고, 상기 센서측정부는; 상기 센서부에서 계측된 접촉력과 가속도 신호를 일정비율로 증폭하는 시그널컨디셔너와, 상기 시그널컨디셔너에서 중폭된 접촉력과 가속도 신호를 디지털형식의 계측데이터로 변환하는 A/D 컨버터와, 그 A/D 컨버터로부터 입력되는 계측데이터를 연산처리하는 데이터수집/계측제어 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.And, the sensor measuring unit; A signal conditioner for amplifying the contact force and the acceleration signal measured by the sensor unit at a constant ratio, an A / D converter for converting the contact force and the acceleration signal amplified by the signal conditioner into digital measurement data, and an A / D converter thereof And a data collection / measurement control computer for calculating and processing the measurement data input from the data.
또한, 상기 제1광송수신부는 상기 센서측정부의 계측데이터를 무선의 광신호로 변환하여 송수신하는 제1광무선랜으로 구성되는 것을 특징으로 한다.The first optical transmitter / receiver may include a first optical wireless LAN configured to convert measured data of the sensor measuring unit into a wireless optical signal and transmit and receive the wireless optical signal.
그리고, 상기 센서측정부 및 제1광송수신부의 전원공급을 온/오프시키기 위한 무선 리모콘이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.The wireless sensor further includes a wireless remote controller for turning on / off the power supply of the sensor measuring unit and the first optical transmitting and receiving unit.
또한, 상기 제2광송수신부는; 상기 제1광송수신부의 제1광무선랜으로부터 무선 광신호를 수신받는 제2광무선랜과, 그 제2광무선랜으로 수신된 무선 광신호를 광데이터로 변환하는 제1광변환장치와, 그 제1광변환장치의 광데이터가 전송되는 광케이블과, 그 광케이블을 통해 전송된 광데이터를 전기신호로 변환하여 상기 데이터수집장치부로 출력하는 제2광변환장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second optical transmission receiver; A second optical wireless LAN for receiving a wireless optical signal from the first optical wireless LAN of the first optical transmitting and receiving unit, a first optical conversion device for converting the wireless optical signal received by the second optical wireless LAN into optical data; And an optical cable for transmitting the optical data of the first optical conversion device, and a second optical conversion device for converting the optical data transmitted through the optical cable into an electrical signal and outputting the electrical signal to the data collection device.
그리고, 상기 데이터수집장치부는 모니터링 시스템으로부터 열차속도 데이터, 영상 데이터, GPS 시간 데이터를 전송받는 것을 특징으로 한다.The data collection device unit may receive train speed data, image data, and GPS time data from a monitoring system.
또한, 상기 데이터수집장치부는; 상기 계측데이터로 평균접촉력 및 표준편차를 분석하고 평균접촉력 및 표준편차에 대한 통계처리를 수행하여 검측데이터를 생성하는 산업용컴퓨터와, 조건을 입력하기 위한 키보드/마우스와, 검측데이터를 디스플레이하는 모니터와, 전원의 공급을 위한 UPS로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the data collecting device unit; An industrial computer for generating measurement data by analyzing average contact force and standard deviation with the measurement data and performing statistical processing on average contact force and standard deviation, a keyboard / mouse for inputting conditions, a monitor for displaying the detection data, It is characterized by consisting of a UPS for supplying power.
이하, 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.Hereinafter, the characteristics will be understood by the embodiments described in detail with reference to the accompanying drawings, the contact force and the impact acceleration detection system of the tank according to the present invention.
이때, 도 1은 전차선과 판토그라프의 접촉력을 설명하기 위해 도시한 원리도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측을 위한 시스템 개념도이고, 도 3은 본 발명에 따른 센서부의 설치위치를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측을 위한 시스템 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 센서측정부의 상세 구성도이고, 도 6은 본 발명에 따른 센서측정부의 설치 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 제2광송수신부의 상세 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 데이터수집장치부의 상세 구성도이고, 도 9은 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 데이터화면의 일예를 도시한 도면이다. At this time, Figure 1 is a schematic diagram illustrating the contact force between the tramline and the pantograph, Figure 2 is a conceptual diagram for detecting the contact force and impact acceleration of the tramline according to the present invention, Figure 3 is a sensor unit according to the present invention Figure 4 is a view showing the installation position, Figure 4 is a system configuration for detecting the contact force and the impact acceleration of the vehicle lane according to the invention, Figure 5 is a detailed configuration of the sensor measuring unit according to the invention, Figure 6 7 is a detailed configuration diagram of a second light transmission and reception unit according to the present invention, FIG. 8 is a detailed configuration diagram of a data collection device unit according to the present invention, and FIG. FIG. 1 shows an example of a contact force and an impact acceleration detection data screen of a catenary.
도 2 내지 도 4에 의하면, 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템은 판토그라프(1)와 전차선(2)의 접촉력 및 가속도를 계측하여 디지털 형식의 계측데이터로 변환하는 센서측정장치(100)와, 상기 센서측정장치(100)를 통해 전송된 계측데이터를 이용하여 판토그라프(1)와 전차선(2) 사이의 접촉력 및 충격가속도를 분석하는 데이터분석장치(200)로 구성된다.2 to 4, the contact force and the impact acceleration detection system of the tank line according to the present invention is a sensor measuring device for measuring the contact force and acceleration of the pantograph (1) and the tank line (2) and converts it into measurement data in a digital format ( 100 and a
이때, 열차는 우수한 집전시스템이 필수적인 바, 안정적으로 전차선을 추종하면서 얼마나 잘 집전하는지에 따라 열차의 주행성능, 즉 견인 성능과 제동 성능이 좌우되며, 특히 고속으로 운행되면서 2조의 집전시스템 중 1조만 전차선과 접촉하며 동력을 공급하는 고속(高速) 열차의 집전장치는 더 높은 신뢰도와 추종성이 요구되므로 전차선(2)과 판토그라프(1)간의 접촉력과 가속도를 계측하여 열차(3)의 판토그라프(1) 집전 품질과 동적 특성을 주기적으로 모니터링(monitoring)하고 그 성능을 계량화함으로써 지속적인 유지보수 및 개선 노력이 필요하다. At this time, the train is required to have a good current collection system, the driving performance of the train, that is, the traction performance and braking performance depends on how well the vehicle is stable while following the tramline, in particular, only one trillion of two sets of current collection system at high speed The current collector of a high-speed train that contacts and supplies power to the tramline requires higher reliability and followability, so the contact force and acceleration between the tramline (2) and the pantograph (1) are measured to measure the pantograph (3) of the train (3). 1) Continuous maintenance and improvement efforts are needed by periodically monitoring current collection quality and dynamic characteristics and quantifying their performance.
따라서, 본 발명에서는 센서측정장치(100)와 데이터분석장치(200)를 이용하여 전차선(2)과 판토그라프(1)간의 접촉력과 충격가속도를 분석하게 된다. Therefore, in the present invention, the contact force and the impact acceleration between the
이때, 상기 센서측정장치(100)는 열차(3)의 PC1 차량 차탑에 설치되며, 상기 데이터분석장치(200)는 열차의 TMC 차량 내부에 설치되어 고속주행중인 열차(3)의 판토그라프(1)와 전차선(2)과의 집선 성능을 분석하게 된다. At this time, the
한편, 상기 데이터분석장치(200)는 특정 측정위치에서의 전차선(2) 추종성을 확인할 수 있도록 하기 위해 기존의 모니터링 시스템(300)과 GPS, 차륜 정보와 연동되며, 그 측정된 테이터를 옮겨 분석함도 가능하다. On the other hand, the
이때, 상기 모니터링 시스템(300)은 속도거리측정기로부터 전송받은 속도 및 거리코드 정보와 GPS수신기를 통해 전송받은 동일 시간 코드 정보 등을 수신하게 된다.At this time, the
이하, 좀 더 구체적으로 각각의 구성들을 상세히 설명한다.Hereinafter, the respective components will be described in detail.
먼저 상기 센서측정장치(100)는 판토그라프(1)와 전차선(2) 사이의 접촉력 및 가속도 정보를 계측하는 센서부(110)와, 상기 센서부(110)에서 계측된 접촉력 및 가속도 정보를 디지털화하여 계측데이터로 연산하는 센서측정부(120)와, 그 계측데이터를 광신호로 전송하는 제1광송수신부(130)와 일정전원을 공급하는 밧데리(140)와, 상기 밧데리(140)의 전원을 일정한 전압으로 변환하여 상기 센서측정부(120) 및 제1광송수신부(130)의 광무선랜(132)으로 공급하는 DC-DC컨버터(150)와, 차탑의 센서측정부(120) 및 제1광송수신부(130)의 전원공급을 온/오프(On/Off)시키기 위한 무선 리모콘(160)으로 이루어진다.First, the sensor measuring
이때, 상기 무선 리모콘(160)은 지상에서 사용할 수 있으며, 이를 통해 접촉력과 가속도 신호를 계측하기 위해서는 계측 시작전에 무선 리모콘(160)을 이용하여 전원이 센서측정부(120)에 공급되도록 전원 스위치(미도시됨)를 온(On)시키게 되면, 센서측정부(120)는 자동 부팅되어 계측을 시작하게 된다. 한편, 계측이 끝나면 센서측정부(120)를 셧다운(Shutdown)시키는 경우에는 무선 리모콘(160)을 이용하여 전원을 오프(Off)시키게 된다. 무선 리모콘(160)의 전원 스위치가 오프(Off)되면 센서측정부(120)는 자동 셧다운된다.In this case, the wireless
한편, 상기 밧데리(140)는 적어도 9시간 이상 운용될 수 있는 용량을 가지며, 밧데리(140)는 센서측정부(120)에 통합된 형태로 제작하고, 밧데리(140)의 충전을 위해 충전장치를 별도로 더 구비함이 바람직하다. 또한, 밧데리(140)는 휴대용으로 탈부착이 가능한 구조이며, 부착한 후 열차의 이동시 진동에 견디도록 구성함이 바람직하다. On the other hand, the
상기 센서부(110)는 보우연결프레임(1a) 양단에 설치되어 접촉력을 계측하는 스트레인 게이지(Strain Gauge)(112)와, 가속도를 계측하기 위한 가속도센서(114)로 구성되는데, 상기 가속도센서(114)는 보우연결프레임(1a)에 1차 충격을 측정하는 제1가속도측정센서(114a)가 설치되고, 상기 제1가속도센서(114a)가 설치되는 보우연결프레임(1a)의 하부의 평행판에 제2가속도센서(114b)가 설치되며, 상기 제2가속도센서(114b)가 설치되는 평행판 하부의 상승암부에 제3가속도센서(114c)가 설치되어, 이 가속도센서(114)들로부터 측정되는 가속도를 각각 또는 평균하여 정확한 충격가속도를 측정하게 된다.The
좀 더 구체적으로는 상기 보우연결프레임(1a)의 중앙으로부터 양단부로 각각 9Cm 지점에 4개의 스트레인 게이지(112)를 순간접착제인 시아노아크릴레이트(CYANOACRYLATE)로 부착하고, 노이즈에 영향을 받지 않도록 자기융착 테이프로 주변을 감싸고, 알루미늄 테이프로 실드처리하게 된다.More specifically, the four
그리고, 상기 가속도센서(114)는 시아노아크릴레이트(CYANOACRYLATE)로 1차로 부착하고, 2차로 우레탄 접착제를 이용하여 가속도센서(114) 주변에 발라 고정한다.In addition, the
이때, 상기 스트레인게이지(112)는 방수 및 절연 그리고 스트레인게이지(114)의 변형률에 영향을 미치지 않게 하기 위하여, 폴리우레탄(POLYURETHANE)코팅제를 발라주고, 2차로 알루미늄 테이프로 마감처리를 해줌으로써 실드(Shield) 효과를 내며, 상기 가속도 센서(114) 역시 상기 스트레인게이지(112)와 같이 폴리우레탄 코팅제 및 알루미늄 테이프로 마감처리한다.At this time, the
이와 같은 센서부(110)의 스트레인 게이지(112) 및 가속도센서(114)에서 센싱되는 접촉력과 가속도 정보는 센서측정부(120)에서 디지탈 형식의 계측데이터로 변환된다.The contact force and acceleration information sensed by the
한편, 상기 센서부(110)에서 계측되는 접촉력과 가속도 정보는 아날로그(analog) 신호이며, 레벨(level)이 미약하므로 데이터를 분석하기 쉽지 않다.On the other hand, the contact force and the acceleration information measured by the
따라서, 상기 센서측정부(120)는 도 5에 도시한 바와 같이 상기 센서부(110)에서 계측된 접촉력과 가속도 신호를 일정비율로 증폭한 하이(High) 레벨의 신호로 변환하는 시그널컨디셔너(122)와, 그 시그널컨디셔너(122)에서 증폭된 접촉력과 가속도 신호를 디지털형식의 계측데이터로 변환하는 A/D 컨버터(124)와, 그 A/D 컨버터(124)를 거친 디지털데이터를 연산처리하는 데이터수집/계측제어 컴퓨터(126)로 구성된다. Accordingly, the
이때, 상기 데이터수집/계측제어 컴퓨터(126)는 센서부(110)로부터 계측되는 데이터를 수집하고 계측하기 위하여 시그널컨디셔너(122) 및 A/D 컨버터(124)를 제어하고, 계측된 데이터를 데이터분석장치(200)로 전송하기 위하여 제1광송수신부(130)를 제어한다.At this time, the data collection /
한편, 상기 센서측정부(120)에서 디지털데이터로 변환된 접촉력 및 가속도에 대한 계측데이터는 제1광송수신부(130)를 통해 송신된다.On the other hand, the measurement data on the contact force and the acceleration converted into digital data in the
이때, 상기 센서측정장치(100)의 제1광송수신부(130)는 데이터분석장치(200)와의 데이터 송수신을 위하여 광통신을 하게 되는데, 이와 같은 제1광송수신부(130)는 계측데이터를 무선의 광신호로 변환하여 송수신하는 제1광무선랜(132)으로 구성된다.In this case, the first optical transmitter /
한편, 상기 차탑과 차상간의 통신경로 절연에 대한 안전성은 운행중 발생될 수 있는 전기적인 영향을 충분히 고려하여 검증된 시스템으로 선정하여야 한다. On the other hand, the safety of the communication path insulation between the vehicle tower and the vehicle phase should be selected as a proven system considering the electrical effects that may occur during operation.
따라서, 상기 제1광송수신부(130)를 통해 송신되는 정보를 수신하는 데이터분석장치(200)는 상기 센서측정장치(100)와 25KV의 고전압 환경에서 운용되는 데이터 계측의 전기적인 졀연을 위해 광케이블을 사용한다. Therefore, the
그리고, 상기 차상에 설치되는 데이터분석장치(200)는 상기 제1광송수신부(130)로부터 전송된 계측데이터를 수신받는 제2광송수신부(210)와, 상기 제2광송수신부(210)를 통해 수신된 계측데이터를 수집하는 데이터수집장치부(220)와 전원을 공급하는 전원공급부(230)와, 상기 제1광송수신부(210)에 구동을 위한 직류 전압을 공급하는 전원변환부(240)로 구성된다.In addition, the
이와 같은 데이터분석장치(200)의 제2광송수신부(210)는 도 7에 도시한 바와 같이 제1광송수신부(130)의 제1광무선랜(132)으로부터 무선 광신호를 수신받는 제2 광무선랜(212)과, 그 제2광무선랜(212)으로 수신된 무선 광신호를 광데이터로 변환하는 제1광변환장치(214)와, 그 광데이터가 전송되는 광케이블(216)과, 그 광케이블(216)을 통해 전송된 광데이터를 전기신호로 변환하는 제2광변환장치(218)로 구성된다.As shown in FIG. 7, the second
이때, 상기 센서측정장치(100)에 설치되어 있는 제1광송수신부(130)의 광무선랜(132)과 일정거리 이격되어 마주보는 곳에 제2광송수신부(210)의 제2광무선랜(212)을 설치함으로써 절연시키게 된다.In this case, the second optical wireless LAN of the second optical transmission and
이때, 상기 제1광무선랜(132)과 제2광무선랜(212)의 투광부 및 수광부는 서로 마주보도록 각도를 조정하여 설치함은 당연하다.At this time, the light transmitting portion and the light receiving portion of the first
한편, 상기 제2광무선랜(212)으로 수신된 무선 광신호는 제1광변환장치(214)를 통해 광데이터로 변환되어 광케이블(216)을 거쳐 제2광변환장치(218)를 통해 전기적인 계측데이터로 변환된다.Meanwhile, the wireless optical signal received by the second
이때, 모든 장비 및 기기는 교류 25KV 고압의 직접적인 영향을 받는 환경에서도 안전하고 작동에 이상이 없고 노이즈 유입이 없도록 하기 위해 유도전압 및 EMI(전자기유도)에 대한 방호가 되어 있는 신뢰성 있는 시스템을 구축함이 바람직하다.At this time, all the equipments and devices are built in a reliable system that is protected against induced voltage and EMI (Electromagnetic Induction) in order to be safe in the environment directly affected by AC 25KV high voltage, to prevent abnormal operation and noise inflow. desirable.
한편, 상기 데이터수집장치부(220)는 계측데이터와 연동되는 열차속도 데이터, 영상 데이터, GPS 시간 데이터를 기존 모니터링 시스템(300)과 공유하게 된다.On the other hand, the
따라서, 차상의 데이터분석장치(200)는 센서측정장치(100)로부터 수신한 계 측데이터에 열차속도 데이터, 영상 데이터, GPS 시간 데이터를 연동시켜 저장하여 측정 조건 및 환경에 따라 평균접촉력 및 표준편차에 대한 통계처리를 하고, 집전품질을 분석하게 되며, 세분화 또는 통합적인 분석이 가능토록 한다. Accordingly, the on-vehicle
이를 위해 상기 데이터수집장치부(220)는 상기 기존의 모니터링 시스템(300)과 동일한 시간 코드, 동일한 속도 코드, 동일한 거리정보, 동일한 모니터링 영상정보를 공유하기 위하여 하드웨어 및 소프트웨어적인 연계가 이루어져야 한다.To this end, the data
이와 같은 데이터수집장치부(220)는 센서측정장치(100)에서 전송받은 계측데이터를 이용하여 차상에서 수집, 제어, 분석하기 위하여 차상 내부에 설치되며 별도의 랙에 수용하여야 하며, 기존 RFID를 함께 통합 설치한다.Such a
따라서, 상기 데이터수집장치부(220)는 도 8에 도시한 바와 같이 센서 감지시간 단위로 계측데이터를 저장하고 이를 이용하여 평균접촉력 및 표준편차를 분석하고 평균접촉력 및 표준편차에 대한 통계처리를 수행하여 검측데이터를 생성하는 산업용컴퓨터(222)와, 키보드/마우스(224), 그리고 모니터(226)가 구비되며 안정적인 전원의 공급을 위한 UPS(228)가 구비되어 검측데이터는 모니터(226)를 통하여 실시간(real time)으로 확인할 수 잇게 되며, 검측데이터의 저장은 센서의 감지시간 단위로 저장 및 분석된다.Therefore, the
이때, 상기 검측 데이터는 시스템 운용중에도 모니터(226)를 통해 실시간으로 확인이 가능하도록 디스플레이하고, 계측 데이터의 저장은 데이터가 계측된 시간단위(예를들면, 0.67ms간격)로 저장한다. In this case, the detection data is displayed to be confirmed in real time through the
이와 같은 계측정보를 이용하여 평균 접촉력, 최대 접촉력, 최소 접촉력 및 기계적인 충격을 분석하게 된다.The measurement information is used to analyze average contact force, maximum contact force, minimum contact force, and mechanical impact.
이때, 고속 철도 집전시스템에서 전차선에 대한 판토그라프의 집전품질을 평가하는 기준은 유럽의 EN규격과 UIC code 가 있으며 평가 방법으로 2가지 방법이 제시되어 있는바, 접촉력 측정이 어려운 경우 아크를 측정하는 방법과 실제 접촉력을 측정하여 측정 접촉력의 평균 접촉력과 표준편차의 3배의 차를 구하여 평가하는 방법이 있으나, 본 발명에서는 실제 접촉력을 계측하는 방법으로 전차선에 대한 판토그라프의 집전품질을 평가할 수 있도록 접촉력을 계측하고, 이를 토대로 평균 접촉력, 표준편차 등에 대한 통계처리 기능을 통해 이를 근거로 집전품질을 분석하게 된다. 따라서, 센서부(110)의 계측 데이터를 이용하여 접촉력을 구하고, 이에 대한 평균 접촉력, 최대 접촉력, 최소 접촉력을 산업용컴퓨터(222)에서 연산처리하여 기계적인 충격을 분석한다.At this time, the criteria for evaluating the current quality of pantograph for the railway line in the high-speed railway current collecting system are European EN standard and UIC code, and two methods are proposed as an evaluation method. There is a method and a method of measuring the difference between the average contact force and the standard deviation of the measured contact force by measuring the actual contact force, but in the present invention to evaluate the current quality of the pantograph for the tramline by measuring the actual contact force. The contact force is measured and based on this, the quality of current collection is analyzed based on the statistical processing functions for average contact force and standard deviation. Therefore, the contact force is obtained using the measurement data of the
이때, 판토그라프(1)의 접촉력은 전차선과 집전장치간 이선 특성 및 집전품질(평균접촉력과 표준편차의 3배에 대한 차이가 0보다 크면 집전품질이 양호하다고 판단)을 기준으로 판단한다.At this time, the contact force of the pantograph (1) is determined based on the two-wire characteristics and the current collection quality (if the difference between the average contact force and three times the standard deviation is greater than zero, the current collector quality is good).
판토그라프(1) 사고시 전차선 설비와의 충돌을 검지하는 방안으로는 판토그라프(1)에 가속도계를 설치하여 감지하는 것이 고려되어 지고 있지만, 판토그라프(1)의 손상 정도와 충격 가속도, 혹은 센서 부착 위치와 가속도의 관계는 부정확하므로 전차선 이상 상태와 판토그라프(1)의 각 부분이 받는 가속도와의 관계를 정량적으로 명확히 하여 기계적인 충격을 검지하기 위하여 집전판 하부와 중앙스프링박스 상부에 가속도 센서를 부착한다. 따라서 이상이 발생한 전차선이나 전차선 설 비와의 충돌시 충격가속도는 지속시간이 0.0012초 정도이고 정상 상태에 대해 집전판에서 20~120배, 중앙스프링박스에서 5~50배정도가 되므로 집전판과 중앙스프링박스의 가속도 계측에 의해 이상 여부를 판단한다.Pantograph (1) In order to detect collision with the catenary system in the event of an accident, it is considered to install an accelerometer on the pantograph (1) and detect it.However, the degree of damage and impact acceleration of the pantograph (1), or with a sensor Since the relationship between position and acceleration is inaccurate, the acceleration sensor is installed on the lower part of the current collector plate and the upper part of the central spring box to quantitatively clarify the relationship between the abnormal state of the lane and the acceleration received by each part of the pantograph (1). Attach. Therefore, the impact acceleration in the event of a collision with a tanker or a tanker that has an abnormality is about 0.0012 seconds in duration, and it is about 20 ~ 120 times in the current collector plate and 5-50 times in the central spring box in the normal state. It is judged whether abnormality is detected by acceleration measurement of the box.
이때, 도 9의 그래프에서 알 수 있는 바와 같이 충돌시 중앙스프링박스의 가속도가 통상시에 비해 200 이상 커지고 있음을 확인할 수 있게 된다. At this time, as can be seen in the graph of Figure 9 it can be confirmed that the acceleration of the central spring box at the time of collision is increased by more than 200 than usual.
한편, 이와 같은 분석은 시간별, 구간별, 지역별 등 다양한 분석 단위별로 데이터베이스를 구축하고 해당 분석단위별로 데이터를 저장관리함이 바람직하며, 사용자의 원하는 검색조건에 따라 모든 계측 데이터가 필터링되어 조건에 맞는 데이터만 표시하도록 구성함도 바람직하다.On the other hand, such an analysis is preferably to build a database by various analysis units such as time, section, region, etc., and to store and manage the data for each analysis unit, all the measurement data is filtered according to the user's desired search conditions to meet the data It is also preferable to configure only to display.
이하, 도 1 내지 도 9을 참고로 본 발명에 따른 전차선의 접촉력 및 충격가속도 검측 시스템의 검측과정을 설명한다.Hereinafter, a detection process of a contact force and an impact acceleration detection system of a vehicle lane according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
차탑의 판토그라프(1)에 설치되는 스트레인게이지(112) 및 가속도센서(114)로부터 계측된 접촉력 및 가속도 정보가 감지되면 이는 센서측정부(120)로 입력된다.When the contact force and acceleration information measured from the
상기 센서측정부(120)는 접촉력 및 가속도 정보를 시그널컨디셔너(122)에서 증폭시키고 이를 A/D 컨버터(124)를 거치면서 디지털형식의 계측데이터로 변환한다.The
이와 같은 계측데이터는 데이터수집/계측제어 컴퓨터(126)에서 연산처리되어 제1광송수신부(130)를 통해 전송하게 된다.Such measurement data is computed by the data collection /
상기 제1광송수신부(130)를 통해 송신된 계측데이터는 데이터분석장치(200)의 제2광송수신부(210)로 수신된다. 즉, 제2광송수신부(210)의 제2광무선랜(212)으로 무선 광신호가 수신되고 이는 광데이터로 변환하는 제1광변환장치(214)를 거치면서 광데이터로 광케이블(216)을 통해 전송되어 제2광변환장치(218)를 거쳐 데이터수집장치부(220)로 수신된다.The measurement data transmitted through the first optical transmitter /
이때, 상기 데이터수집장치부(220)는 상기 센서측정장치(100)를 통해 수신된 접촉력 및 가속도 계측데이터와 기존의 모니터링 시스템(300)이 속도거리측정기(310)로부터 모니터링한 속도 및 거리코드 정보와 GPS(312)를 통해 모니터링한 동일 시간 코드 정보 등을 수신하게 된다.At this time, the
이와 같이 수집된 정보는 전차선과 판토그라프(1)의 평균 접촉력, 최대 접촉력, 최소 접촉력 및 기계적인 충격 등을 분석하여 모니터(226)로 디스플레이하게 된다.The collected information is analyzed and displayed on the
또한, 상기 데이터수집장치부(220)는 사용자가 키보드/마우스(224)를 이용하여 조건을 설정하여 특정시간별 또는 조건별 분석 정보를 확인할 수 있다.In addition, the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention extends to the scope of the present invention to be substantially equivalent to the embodiment of the present invention. Various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 전차선과 판토그라프의 접촉력과 충격가속도를 측정하고 이를 이용하여 평균 접촉력, 표준편차 등에 대한 통계처리 기능을 통해 이를 근거로 집전품질을 분석하여 기계적인 충격을 분석하여 전차선과 판토그라프가 최상의 집전 상태를 지속적이고 안정적으로 유지될 수 있게 하는 효과가 있다.As can be seen from the above description, according to the present invention by measuring the contact force and the impact acceleration of the tramline and pantograph using the statistical processing function for the average contact force, standard deviation, etc. based on this to analyze the current collection quality mechanical By analyzing the impact, the tramline and pantograph have the effect of maintaining the best current collecting state continuously and stably.
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