KR101197334B1 - Measurement Apparatus Of Arc Light Between Contact Wire And Pantograph Using Photomultiplier - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치에 관한 것으로,The present invention relates to an arc light detecting device between a catenary and a pantograph using a photomultiplier tube,
보다 상세하게는 철도차량의 팬터그래프와 전차선간의 기계적 비접촉에 의한 이선현상이 발생하는 경우에 팬터그래프내 집전판과 전차선사이에서 발생하는 아크방전에 의해 발생하는 광(이하 아크광이라 한다)을 보다 정확하고 효과적으로 검측하도록 미소량이나 짧은 시간의 아크광에도 빠르게 반응하여 검측하는 광전증배관(Photomultiplier tube, PMT) 센서를 사용하는 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치에 관한 것이다.More specifically, the light generated by the arc discharge generated between the current collector plate and the tramline in the pantograph when the two-line phenomenon occurs due to the mechanical non-contact between the pantograph and the tramline of the railway vehicle (hereinafter referred to as arc light) is more accurate. The present invention relates to an arc light detection device between a catenary and a pantograph using a photomultiplier tube using a photomultiplier tube (PMT) sensor that reacts quickly to a small amount or a short time of arc light so as to detect effectively.
일반적으로 전기철도차량의 상부에 설치된 전차선으로부터 열차운행에 필요한 전력을 공급받기 위하여 전기철도차량의 상측에는 전차선으로부터 공급되는 전력을 집전하는 집전판을 포함하는 팬터그래프가 설치된다.In general, a pantograph including a current collector plate for collecting power supplied from an electric vehicle line is installed on the upper side of the electric vehicle so as to receive electric power required for train operation from an electric vehicle line installed on an upper portion of the electric railway vehicle.
전기철도차량은 고속으로 이동하면서 전기에너지를 전차선으로부터 공급받아야 하므로 운행 중에 안정적으로 전기에너지 집전을 수행하기 위해서 팬터그래프의 집전판은 상기 전차선과 양호한 접촉 상태를 유지하여야 한다. Since the electric railway vehicle must be supplied with electric energy from the tank line while moving at a high speed, the current collector plate of the pantograph should maintain good contact with the tank line in order to stably carry out electric energy collection during operation.
그러나 속도 증가 또는 속도의 변화에 따라 팬터그래프와 전차선 사이에는 기계적인 비접촉 상태가 이루어지는 이선현상이 발생되게 됨으로써, 전차선과 팬터그래프의 집전판 사이에 전기가 순간적으로 끊어져 전기철도차량에 공급되는 전기에너지 품질이 저하될 뿐만 아니라 아크 방전이 발생하여 전차선 또는 집전판에 직접적으로 기계적 손상을 가져오게 된다. 따라서 이러한 이선현상이 발생하지 않도록 전차선과 팬터그래프 집전판의 접촉상태를 항상 유지하는 것은 매우 중요하다.However, due to the increase in speed or the change in speed, a line phenomenon occurs in which there is a mechanical non-contact state between the pantograph and the electric line, so that the electric energy is instantaneously cut off between the electric line of the electric line and the pantograph, But also an arc discharge is generated, which directly causes mechanical damage to the electric wire or the collecting plate. Therefore, it is very important to always maintain the state of contact between the catenary and the pantograph collector plate so that this phenomenon does not occur.
이러한 이선현상이 발생되는 원인은 팬터그래프의 전차선 추종성능에도 영향을 받지만 전차선의 상태 또는 선로의 상태에 따라서도 영향을 받는다. 따라서 이선현상을 정확히 감지하고, 이선현상이 발생된 정확한 위치를 파악하여 전차선 또는 궤도선로의 상태를 점검, 보수하는 것이 필요하다.The cause of this line phenomenon is also affected by the chariot line performance of the pantograph, but also depending on the state of the tramline or the line. Therefore, it is necessary to accurately detect the two-line phenomenon and to identify the exact location where the two-line phenomenon occurred, and to check and repair the state of the tram line or the track line.
이러한 전차선의 이선 아크를 검측하기 위하여 공개발명인 “전동차 전차선의 아크발생 위치 추적시스템”(공개특허 제10-2007-0050701호)은 전차선에서 발생되는 아크의 발생량, 아크 지속시간 등을 실시간으로 측정 분석하여 영상으로 파악할 수 있도록 아크감지기와 카메라를 포함하여 구성하였다.In order to detect two-line arc of such a tank line, the present invention, "Arc generating position tracking system of a train tank line" (Publication Patent No. 10-2007-0050701) is measured and analyzed in real time the amount of arc generated in the tank line, arc duration, etc. It was configured to include an arc detector and a camera so that the image can be understood.
하지만 아크의 발생위치를 파악하기 위하여 설치하여야 할 영상장치는 철도차량의 운행에 따른 진동에 의해 비교적 높은 내구성을 요구하는 영상장치로 인한 비용의 상승과 미소량의 아크가 짧은 시간 발생하는 경우에 이를 정확하게 측정하지 못하는 문제점이 있다.However, the imaging device to be installed in order to find out the location of the arc is the case of the increase of the cost due to the imaging device requiring relatively high durability due to the vibration caused by the operation of the railway vehicle and the occurrence of a small amount of arc in a short time. There is a problem that cannot be measured accurately.
그리고 아크감지기는 특정 파장대역을 측정하지 않으므로 구리 또는 구리합금계에서 발생하는 아크의 파장대역을 포함한 모든 영역의 빛을 측정하게 되며, 태양빛이 강할 때 측정할 경우 모든 파장대역을 측정하거나 200 ~ 300 nm or 300 ~ 500 nm 와 같이 넓은 영역에서 광량을 측정할 경우 정확한 측정이 부정확 하다.In addition, since the arc detector does not measure a specific wavelength band, it measures light in all areas including the wavelength band of the arc generated in copper or copper alloy system. Accurate measurements are inaccurate when measuring the amount of light in large areas such as 300 nm or 300 to 500 nm.
보다 정확한 측정을 위하여 공개발명인 “전차선 이선현상 검출 장치”(공개특허 제10-2010-0136225호)는 아크광의 파장대역 중에서 가시광선영역의 광을 제거하고 일정파장범위를 가지는 자외선 영역의 광만을 통과시키는 자외선 필터와 상기 자외선 필터를 통과한 자외선 영역의 광을 수광하여 대응되는 이선 검출신호를 발생하는 자외선 수광센서를 구비하여 이선현상을 감지한다.For more accurate measurement, the publicly disclosed “Train line phenomenon detection device” (Patent No. 10-2010-0136225) removes light in the visible light region from the wavelength band of arc light and passes only light in the ultraviolet region having a certain wavelength range. And an ultraviolet light receiving sensor which receives the light in the ultraviolet region passing through the ultraviolet filter and generates a corresponding two-line detection signal, thereby detecting the two-line phenomenon.
하지만 낮, 특히 태양빛이 강렬한 시간대에 측정할 경우 태양에 의해 아크광이외의 파장대역으로 인한 에러를 발생하게 되고, 이선현상에 의해 발생하는 아크광의 경우 일반적으로 100us이상의 응답속도를 추종하지 못하는 문제점이 있다.However, when measuring in the daytime, especially when the sunlight is intense, the sun generates errors due to the wavelength band other than arc light, and in the case of arc light caused by the two-line phenomenon, the response speed of 100us or more is not generally followed. There is this.
본 발명은 상기 종래 기술의 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,The present invention has been made to solve the problems of the prior art,
철도차량의 팬터그래프와 전차선간의 기계적 비접촉 상태에 의해 발생되는 이선 현상에서의 아크방전에 의해 일어나는 광을 측정하기 위하여 특정파장대역을 검출할 수 있도록 자외선대역필터(Ultra Violet Band Pass Filter, UV-BPF)를 이용하여 필터링한 후 미소량의 광이나 짧은 순간의 아크광을 측정할 수 있는 광전증배관을 이용하여 태양빛에 관계없이 보다 효과적이고 정확하게 아크광을 측정하는 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.Ultra Violet Band Pass Filter (UV-BPF) to detect specific wavelength bands in order to measure light generated by arc discharge in the two-line phenomenon caused by the mechanical non-contact state between the pantograph and the railway line of a railway vehicle After filtering by using a photomultiplier tube that can measure a small amount of light or a short time arc light between the line and the pantograph using the photomultiplier tube to measure the arc light more effectively and accurately regardless of sunlight It is an object to provide an arc light detecting device.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프 이선 아크광 검측장치는, In order to achieve the above technical problem, a catenary and pantograph two-line arc light detecting apparatus using a photomultiplier tube,
전차선과 집전판간에 발생하는 아크광의 파장대역으로부터 자외선 파장대역만을 통과시키는 자외선대역필터; 상기 자외선대역필터의 후단에 설치되어 상기 자외선대역필터로부터 통과된 아크광을 검측하는 광전증배관; 상기 광전증배관으로부터 검지된 아크발생에 대하여 측정된 출력전압을 증폭하는 DC 앰프; 상기 DC 앰프로부터 증폭된 출력전압에서 발생하는 낮은 대역폭의 출력값을 제거하는 저역통과필터(Low Pass Filter, LPF); 상기 저역통과필터로부터 전송된 아날로그의 출력값을 디지털값으로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터; 상기 아날로그/디지털 컨버터로부터 발생한 측정결과를 중앙 모니터링장치로 전송하는 통신부; 및 상기 통신부로부터 전송된 전차선과 팬터그래프간 아크 측정결과를 관리자에게 출력하는 모니터링부;로 이루어진다.An ultraviolet bandpass filter that passes only the ultraviolet wavelength band from the wavelength band of the arc light generated between the electric cable line and the current collector plate; A photomultiplier tube installed at a rear end of the ultraviolet band pass filter for detecting arc light passed from the ultraviolet band pass filter; A DC amplifier for amplifying the output voltage measured for arc generation detected from the photomultiplier tube; A low pass filter (LPF) for removing a low bandwidth output value generated at the output voltage amplified from the DC amplifier; An analog / digital converter for converting an analog output value transmitted from the low pass filter into a digital value; Communication unit for transmitting the measurement result generated from the analog / digital converter to the central monitoring device; And a monitoring unit outputting an arc measurement result between the tramline and the pantograph transmitted from the communication unit to the manager.
본 발명은 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치를 제공함으로써, 전차선과 팬터그래프사이에서 발생하는 아크광에 대하여 일정한 파장대역에 대하여 광전증배관을 이용하여 측정함으로써, 태양광의 영향을 거의 받지 않으면서 미소량이나 순간적으로 발생하는 아크광에 대하여도 보다 정확하고, 정밀하게 반응하여 측정함으로써, 전기철도차량의 운행에 있어 아크광에 의한 전차선 및 팬터그래프의 마모를 줄이고, 보다 안전한 운행을 보장하는 효과가 있다.The present invention provides an arc light detecting device between a tank line and a pantograph using a photomultiplier tube, and measures the arc light generated between the tank line and the pantograph using a photomultiplier tube for a certain wavelength band, thereby substantially reducing the influence of sunlight. By accurately and precisely responding and measuring even minute amount or momentary arc light without receiving, it reduces the abrasion of the catenary and pantograph caused by arc light and guarantees safer operation in the operation of electric railway vehicles. It is effective.
도 1은 본 발명에 따른 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 배치도,
도 2는 본 발명에 따른 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 내부 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 광전증배관내에서 발생하는 빛의 세기에 따른 전기적 신호의 그래프.1 is a layout view of the arc light detection device between the tank line and the pantograph according to the present invention,
Figure 2 is an internal configuration of the arc light detection device between the catenary and the pantograph according to the present invention,
Figure 3 is a graph of the electrical signal according to the intensity of the light generated in the photomultiplier tube according to the present invention.
이하, 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 일실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of an arc light detecting device between a catenary and a pantograph using a photomultiplier tube according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 배치도이다.1 is a layout view of an arc light detecting device between a catenary and a pantograph using a photomultiplier tube according to the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치(30)는 전기열차의 운행에 필요한 전력을 공급하도록 선로를 따라 열차보다 높은 곳에 설치된 고압의 전압이 흐르는 전차선(10)과 전기열차의 상측에 장치한 마름모꼴로 접을 수 있게 짠 틀 위에 상기 전차선(10)과 접촉하는 집전판(21)을 스프링 또는 압축공기의 힘으로 상기 전차선(10)에 밀착하도록 하는 팬터그래프(20)와 상기 전차선(10)과 상기 팬터그래프(20)의 집전판(21)간에 발생하는 아크를 검측하도록 상기 전차선(10)과 집전판(21)의 접촉위치를 초점으로 하여 전기철도의 상측에 설치된다.As shown in FIG. 1, the arc
그리고 상기 아크검측장치(30)는 전차선의 높이에 따라 변경되는 팬터그래프의 높이를 맞게 조절이 가능하도록 철도차량의 상부에 고정된 회전자(50)에 장착한다.And the
도 2는 본 발명에 따른 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 내부 구성도이다.2 is an internal configuration diagram of the arc light detection device between the tank line and the pantograph according to the present invention.
상기 아크광 검측장치(30)는 아크광의 파장대역으로부터 자외선 파장대역만을 통과시키는 자외선대역필터(31)와 상기 자외선대역필터(31)를 통과한 미소량의 아크광 또는 짧은 시간에 발생하는 아크광를 검지하는 광전증배관(32)과 상기 광전증배관(32)으로부터 검측된 출력값을 증폭하는 DC 앰프(33)와 상기 DC 앰프(33)로부터 증폭된 출력값으로부터 노이즈를 제거하는 저역통과필터(34)와 상기 저역통과필터(34)를 통과한 아날로그의 결과값을 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터(35)와 아날로그/디지털 컨버터(35)로부터 변환된 디지털 결과값을 중앙 모니터링장치로 전송하는 통신부(36)를 포함한다.The arc
상기 아크검측장치(30)는 전차선의 높이에 따라 팬터그래프의 높이가 변경될 수 있으므로 팬터그래프의 최고 또는 최저 높이에서 검측이 가능하도록 충분한 거리에서 설치하여 최고 또는 최소 높이에서의 측정이 가능하여야 한다.Since the height of the pantograph may be changed according to the height of the tramline, the
상기 자외선대역필터(31)는 종래 아크광에서 발생하는 모든 파장에 대하여 측정함에 따른 측정의 부정확성을 극복하기 위하여 아크광의 전체 파장 중에서 자외선 파장대역인 10nm ~ 380nm을 필터링한다.The
바람직하게는 전차선을 구성하는 구리 또는 구리합금계에서 발생하는 아크의 파장대역인 220 nm ~ 225 nm 또는 323 nm ~ 329 nm의 파장을 필터링한다.Preferably, the wavelength of 220 nm to 225 nm or 323 nm to 329 nm, which is the wavelength band of the arc generated in the copper or copper alloy system constituting the electric line, is filtered.
상기 광전증배관(32)은 광전효과를 이용하여 방출되는 형광신호를 전기적 신호로 변환하는 센서로서 광범위한 영역의 빛의 측정이 가능하고, 미소한 빛의 발생 여부 및 짧은 시간의 발생의 측정에 용이하며, 빛의 발생에 대하여 응답속도가 빠르다.The
따라서 상기 자외선대역필터(31)를 통하여 필터링된 아크광의 파장대역을 검측하여 그 발생된 형광신호를 전기적 신호로 변환하여 아크발생여부를 검측한다.Therefore, the wavelength band of the arc light filtered through the
도 3은 본 발명에 따른 광전증배관내에서 발생하는 빛의 세기에 따른 전기적 신호의 그래프이다.3 is a graph of an electrical signal according to the intensity of light generated in the photomultiplier tube according to the present invention.
도 3에 도시된 바와 같이, 빛의 세기가 큰 경우에는 전기적인 신호가 크게 발생하고 빛의 세기가 작은 경우에는 전기적인 신호가 미세하게 변함으로써 빛의 세기를 구분할 수 있다.As shown in FIG. 3, when the light intensity is large, an electrical signal is generated greatly, and when the light intensity is small, the electrical signal is minutely changed to distinguish light intensity.
상기 DC 앰프(33)는 상기 광전증배관(32)에서 발생하는 전기적 신호의 변화를 용이하게 파악할 수 있도록 상기 전기적 신호를 증폭한다.The
상기 저역통과필터(34)는 상기 DC 앰프(33)에서 증폭한 전기적 신호에 혼합되는 회로상의 미세한 노이즈로 발생하는 높은 주파수의 전기적 신호를 제거하기 위하여 낮은 주파수를 전기적 신호를 통과시킨다.The
상기 아날로그/디지털 컨버터(35)는 저역통과필터를 통과한 노이즈를 제거한 증폭된 아날로그의 전기적 출력신호를 컴퓨터 등의 디지털 장치에서 활용할 수 있도록 디지털신호로 변환한다.The analog /
상기 아나로그의 결과값을 디지털 결과값으로 변환하는데 있어 샘플링의 주기를 짧게 하면 할수록 보다 정확한 아날로그의 결과값에 가까워진다.The shorter the sampling period in converting the analog result to the digital result, the closer to the analog result.
상기 통신부(36)는 상기 아날로그/디지털 컨버터(25)로부터 변환된 빛의 세기에 따른 전기적 신호에 대한 디지털값을 중앙 모니터링부(40)로 전송한다.The
상기 모니터링부(40)는 상기 통신부(36)로부터 전송된 전차선과 팬터그래프내 집전판(21)사이에서 발생한 아크광의 세기를 관리자에게 출력한다.The
본 명세서에는 본 발명에 따른 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프간의 아크광 검측장치의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 특허청구범위 및 첨부도면의 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.In the present specification, a preferred embodiment of an arc light detecting device between a catenary and a pantograph using a photomultiplier tube according to the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto. The invention may be practiced in various ways within the scope of the claims and the accompanying drawings, which also belong to the scope of the invention.
10 전차선 20 팬터그래프
21 집전판 30 아크광 검측장치
31 자외선대역필터 32 광전증배관
33 DC 앰프 34 저역대역필터
35 아날로그/디지털 변환기 36 통신부
40 모니터링부 50 회전자10 Catenary 20 Pantograph
21
31
33
35 Analog-to-
40
Claims (3)
상기 전차선과 집전판간에 발생하는 아크광의 파장대역으로부터 자외선 파장대역만을 통과시키는 자외선대역필터;
상기 자외선대역필터의 후단에 설치되어 상기 자외선대역필터로부터 통과된 아크광를 검측하는 광전증배관;
상기 광전증배관으로부터 검지된 아크발생에 대하여 측정된 출력전압을 증폭하는 DC 앰프;
상기 DC 앰프로부터 증폭된 출력전압에서 발생하는 낮은 대역폭의 출력값을 제거하는 저역통과필터;
상기 저역통과필터로부터 전송된 아날로그의 출력값을 디지털값으로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터;
상기 아날로그/디지털 컨버터로부터 발생한 측정결과를 중앙 모니터링장치로 전송하는 통신부;
상기 통신부로부터 전송된 전차선과 팬터그래프간 아크 측정결과를 관리자에게 출력하는 모니터링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프 이선 아크검측장치.In the arc light detection device between the railway line of the railway vehicle and the current collector plate in the pantograph,
An ultraviolet band pass filter that passes only an ultraviolet wavelength band from the wavelength band of the arc light generated between the electric cable line and the current collector plate;
A photomultiplier tube installed at a rear end of the ultraviolet band pass filter for detecting arc light passed from the ultraviolet band pass filter;
A DC amplifier for amplifying the output voltage measured for arc generation detected from the photomultiplier tube;
A low pass filter for removing a low bandwidth output value generated at the output voltage amplified from the DC amplifier;
An analog / digital converter for converting an analog output value transmitted from the low pass filter into a digital value;
Communication unit for transmitting the measurement result generated from the analog / digital converter to the central monitoring device;
And a monitoring unit for outputting an arc measurement result between the catenary and the pantograph transmitted from the communication unit to a manager. 2. The catenary and pantograph two-wire arc detecting device using a photomultiplier tube.
상기 자외선대역필터는 전차선과 팬터그래프간에 발생하는 아크 파장대역으로부터 220 nm ~ 225 nm 또는 323 nm ~ 329 nm의 파장대역만을 통과시키는 것을 특징으로 하는 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프 이선 아크검측장치.The method of claim 1,
The ultraviolet band pass filter and the pantograph two-line arc detection device using a photomultiplier, characterized in that passing only the wavelength band of 220 nm ~ 225 nm or 323 nm ~ 329 nm from the arc wavelength band generated between the tank line and the pantograph.
상기 아크검측장치는 전차선의 높이 변화에 대응하여 팬터그래프의 높이를 조절하는 회전자에 장착된 것을 특징으로 하는 광전증배관을 이용한 전차선과 팬터그래프 이선 아크검측장치.
The method according to claim 1 or 2,
The arc detection device is a tank line and pantograph two-wire arc detection device using a photomultiplier, characterized in that mounted on the rotor to adjust the height of the pantograph in response to the change in the height of the tank.
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