KR101734376B1 - 철도 레일 균열 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일(R) 상을 직선운동하면서 바퀴를 통해 자동으로 균열을 감지하여 외부로 통신 장치를 통해 알려주는 철도 레일 균열 감지 장치에 관한 것이다
본 발명은 모터를 구동하는 모터제어부와, 전륜에 형성된 제1 전극에 전기신호를 인가하는 신호인가부와, 후륜에 형성된 제2 전극으로부터 상기 전기신호를 수신하는 신호수신부와, 상기 신호수신부가 수신한 전기신호를 분석하는 분석부와, 상기 분석부의 분석 결과를 무선안테나를 통해 외부로 송신하는 무선통신부, 및 상기 모터제어부, 신호인가부, 신호수신부, 분석부 및 무선통신부에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 몸체와; 상기 몸체의 전방 및 후방에 각각 구비되어 상기 모터에 의해 회전력을 얻으며, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각기 형성된 한 쌍의 전륜 및 한 쌍의 후륜과; 상기 전륜의 회전축에 고정되어 끼워지고 상기 전륜의 좌측 또는 우측과 몸체의 사이에 위치하며, 상기 전륜의 직경보다 작은 직경을 가진 전륜스프라켓과; 상기 후륜의 회전축에 고정되어 끼워지고 후륜의 좌측 또는 우측과 몸체의 사이에 위치하며, 상기 후륜의 직경보다 작은 직경을 가진 후륜스프라켓; 및 상기 전륜스프라켓 및 후륜스프라켓을 잇는 체인을 포함하며; 상기 전륜 및 후륜의 직경은 동일하고, 상기 전륜에 형성된 제1 전극이 상기 전류의 최하단에 위치할 시에 상기 후륜에 형성된 제2 전극도 상기 후륜의 최하단에 위치하며, 상기 전륜 또는 후륜의 원주는 상기 전륜의 회전축과 후륜의 회전축 간의 길이(L)와 동일한 것을 특징으로 한다.

Description

철도 레일 균열 감지 장치{DEVICE FOR DETECTING OF CRACK ON RAIL}

본 발명은 레일의 균열을 자동으로 감지하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레일(R) 상을 직선운동하면서 바퀴를 통해 자동으로 균열을 감지하여 외부로 통신 장치를 통해 알려주는 철도 레일 균열 감지 장치에 관한 것이다.

철로 이루어진 철도 레일은 장시간 철도 차량의 하중이나 외부 충격, 기온 변화 등에 의하여 균열이나 단선이 발생하면 자칫 열차의 탈선을 초래하여 대형 사고가 유발될 수 있다.

따라서 레일의 균열 여부를 조기에 발견하고 레일을 수리 내지 대체하는 예방 작업이 필수적이다.

이에 따라 공개실용신안공보 제96-38292호의 "철도 레일의 균열 검출 장치"에서는 제어수단과 철도 레일의 양단 간의 저항값을 측정하는 측정수단과, 저항값에 따라 제어수단으로부터 표시신호를 받아서 균열 유무를 표시하는 표시수단으로 이루어진 검출 장치를 개시하고 있다.

그러나 상기 검출 장치는 저항측정수단을 가지고 작업자가 수동으로 레일의 일정간격을 하나하나 측정해야 하는 불편함이 있었다. 또한, 측정하는 간격이 균일하지 않은 경우, 저항값의 오차가 커져서 균열 여부를 정확하고 확실하게 판독할 수 없는 문제점도 가지고 있다.

공개실용신안공보 제96-38292호의 "철도 레일의 균열 검출 장치"

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 레일(R) 상에서 직선 운동하면서 연속적으로 끊김없이 일정간격으로 레일의 균열 여부를 측정할 수 있는 철도 레일 균열 감지 장치를 얻고자 한다.

또한 본 발명의 목적은 직선 운동하면서 레일(R)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 철도 레일 균열 감지 장치를 얻고자 한다.

또한 본 발명에 의하면 외부에서 균열여부를 즉각적으로 알 수 있도록 하는 철도 레일 균열 감지 장치를 얻고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 모터를 구동하는 모터제어부와, 전륜에 형성된 제1 전극에 전기신호를 인가하는 신호인가부와, 후륜에 형성된 제2 전극으로부터 상기 전기신호를 수신하는 신호수신부와, 상기 신호수신부가 수신한 전기신호를 분석하는 분석부와, 상기 분석부의 분석 결과를 무선안테나를 통해 외부로 송신하는 무선통신부, 및 상기 모터제어부, 신호인가부, 신호수신부, 분석부 및 무선통신부에 전원을 공급하는 전원공급부를 포함하는 몸체와;

상기 몸체의 전방 및 후방에 각각 구비되어 상기 모터에 의해 회전력을 얻으며, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 각기 형성된 한 쌍의 전륜 및 한 쌍의 후륜과;

상기 전륜의 회전축에 고정되어 끼워지고 상기 전륜의 좌측 또는 우측과 몸체의 사이에 위치하며, 상기 전륜의 직경보다 작은 직경을 가진 전륜스프라켓과;

상기 후륜의 회전축에 고정되어 끼워지고 후륜의 좌측 또는 우측과 몸체의 사이에 위치하며, 상기 후륜의 직경보다 작은 직경을 가진 후륜스프라켓; 및

상기 전륜스프라켓 및 후륜스프라켓을 잇는 체인을 포함하며;

상기 전륜 및 후륜의 직경은 동일하고, 상기 전륜에 형성된 제1 전극이 상기 전류의 최하단에 위치할 시에 상기 후륜에 형성된 제2 전극도 상기 후륜의 최하단에 위치하며, 상기 전륜 또는 후륜의 원주는 상기 전륜의 회전축과 후륜의 회전축 간의 길이(L)와 동일한 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 신호인가부의 전기신호는 임펄스 신호이고 상기 신호수신부가 수신하는 전기신호는 임펄스 응답인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신호인가부의 전기신호는 직류신호이고 상기 신호수신부가 수신하는 전기신호도 직류신호이며, 상기 분석부에 의한 저항값의 연산을 통하여 레일의 균열여부가 감지될 수도 있다.

한편, 상기 몸체의 저면에는 양 단부가 하방으로 꺽이고 각 단부의 중앙에는 보조바퀴가 구비된 보조윙이 더 구비될 수 있다.

나아가 상기 몸체의 상면에는 상기 분석부에 의하여 분석을 통해 균열이 감지된 경우, 경고를 알리는 엘이디 램프가 구비될 수도 있다.

본 발명에 의하면 레일(R)상에서 직선운동하면서 연속적으로 끊김없이 일정간격으로 레일의 균열 여부를 측정할 수 있는 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 의하면 직선운동하면서 레일(R)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면 경고를 알리는 엘이디 램프가 구비되어 외부에서 균열여부를 즉각적으로 알 수 있도록 하는 유리한 효과가 있다.

도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 철도 레일 균열 감지 장치의 측면도, 평면도 및 정면도이다.
도 4는 본 발명의 철도 레일 균열 감지 장치의 몸체를 구성하는 구성도이다.
도 5a는 레일(R)에 균열이 없는 경우의 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.
도 5b는 레일(R)에 균열이 있는 경우의 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1, 도 2 및 도 3은 본 발명의 철도 레일 균열 감지 장치의 측면도, 평면도 및 정면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 레일(R)의 균열 여부를 감지하기 위한 몸체(100)가 레일(R) 상에 놓인다. 상기 몸체(100)가 레일 상을 직선 운동하면서 레일의 균열 여부를 측정한다. 상기 레일의 균열 여부에 관한 측정 방법에 대해서는 자세히 후술한다.

한편, 한 쌍의 전륜(112)과 한 쌍의 후륜(113)이 상기 몸체(100)의 전방 및 후방에 각각 구비되어 모터(미도시)에 의해 회전력을 얻으며, 상기 한 쌍의 전륜(112)과 한 쌍의 후륜(113)에는 제1 전극(112a) 및 제2 전극(113a)이 각기 형성되어 있다. 상기 제1 전극(112a) 및 제2 전극(113a) 외의 바퀴의 재질은 비전도체인 것이 바람직하다.

나아가 전륜(112)의 직경보다 작은 직경을 가진 전륜스프라켓(116)이 상기 전륜(112)의 회전축에 고정되어 끼워지고, 상기 전륜(112)의 좌측 또는 우측과 몸체(100)의 사이에 위치하며, 후륜(113)의 직경보다 작은 직경을 가진 후륜스프라켓(115)이 상기 후륜(113)의 회전축에 고정되어 끼워지고, 상기 후륜(113)의 좌측 또는 우측과 몸체(100)의 사이에 위치한다.

여기서 체인(114)이 상기 전륜스프라켓(116)켓 및 후륜스프라켓(115)을 잇고 있다.

특히 본 발명에서는 전륜(112) 및 후륜(113)의 직경은 동일하게 형성되고, 상기 전륜(112)에 형성된 제1 전극(112a)이 상기 전륜(112)의 최하단에 위치할 시에, 상기 후륜(113)에 형성된 제2 전극(113a)도 상기 후륜(113)의 최하단에 위치하게 하며, 상기 전륜(112) 또는 후륜(113)의 원주는 상기 전륜(112)의 회전축과 상기 후륜(113)의 회전축 간의 길이(L)와 동일하게 형성된다.

따라서, 상기 전륜(112)의 최하단에 위치한 제1 전극(112a)에서 발생한 전기신호는 전도체인 레일(R)을 따라 상기 후륜(113)의 최하단에 위치한 상기 제2 전극(113a)에 전달된다. 그러나 상기 제1 전극(112a) 및 제2 전극(113a)이 동시에 상기 상기 전륜(112) 및 상기 후륜(113)의 최하단에 위치하지 않는 경우에는, 전기신호의 단절이 발생하므로 레일의 균열 측정이 되지 않는다.

나아가 상기 전륜(112) 또는 후륜(113)의 원주는 상기 전륜(112)의 회전축과 후륜(113)의 회전축 간의 길이(L)와 동일하므로, 레일(R) 상에서 직선운동하면서 연속적으로 끊김없이 전륜(112) 또는 후륜(113)의 원주 길이에 상응하는 간격으로 균열 여부를 측정할 수 있다.

한편, 상기 몸체(100)의 저면에는 양 단부가 하방으로 꺽이고 각 단부의 중앙에는 보조바퀴(121)가 구비된 보조윙(120)이 더 구비될 수 있다.

상기 보조윙(120)은 몸체(100)가 직선운동하면서 레일(R)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다. 보조바퀴(121)는 마찰에 의하여 자연스럽게 회전하는 무동력의 바퀴로서 레일(R)의 측면에 닿아 회전한다.

바람직하게는 상기 몸체(100)의 상면에는 분석부에 의한 분석을 통하여 균열이 감지된 경우, 경고를 알리는 엘이디 램프가 구비되어 외부에서 균열여부를 즉각적으로 알 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명의 철도 레일 균열 감지 장치의 몸체(100)를 구성하는 전체 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(100)의 내부는 모터를 구동하는 모터제어부(101)와, 전륜(112)에 형성된 제1 전극(112a)에 전기신호를 인가하는 신호인가부(104)와, 후륜(113)에 형성된 제2 전극(113a)으로부터 상기 전기신호를 수신하는 신호수신부(106)와, 상기 신호수신부(106)가 수신한 전기신호를 분석하는 분석부(105)와; 상기 분석부(105)의 분석 결과를 무선안테나(110)를 통해 외부로 송신하는 무선통신부(103), 및 상기 모터제어부(101), 신호인가부(104), 신호수신부(106), 분석부(105) 및 무선통신부(103)에 전원을 공급하는 전원공급부(102)를 포함한다.

여기서 상기 신호인가부(104)의 전기신호는 임펄스 신호 δ(t)이고 상기 신호수신부(106)가 수신하는 전기신호는 임펄스 응답 h(t)인 것이 바람직하다.

또한, 상기 신호인가부(104)에는 임펄스 발생 기능이 있어, 임펄스가 인가되면 상기 신호수신부(106)가 임펄스 응답을 분석하게 된다.

이러한 구조의 본 발명에 따른 철도 레일 균열 감지 장치는 몸체(100)의 신호인가부(104)에 임펄스 신호 δ(t)가 인가되면, 상기 신호 인가부(104)가 임펄스를 발생시켜, 전륜(112)에 형성된 제1 전극(112a)을 거쳐 레일(R)을 통해 후륜(113)에 형성된 제2 전극(113a)으로 전달되고, 상기 제2 전극(113a)을 통해 전달된 임펄스가 신호수신부(104)로 수신된다. 이때, 상기 신호수신부(104)가 수신한 임펄스는 레일(R)을 통해 전달된 임펄스이기에 레일(R)을 통한 임펄스 응답이다.

이후, 상기 신호수신부(104)가 수신한 임펄스 응답이 분석부(105)를 통해 분석되어지고, 무선통신부(103)의 무선안테나(110)를 통해 외부로 송신되어져 레일의 균열 여부가 판단된다.

도 5a는 레일(R)에 균열이 없는 경우 신호인가부(104)의 임펄스 신호에 따른 신호수신부(106)의 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 임펄스 신호 δ(t)에 대한 임펄스 응답 h(t)은 전형적으로 완만하게 감소하는 지수함수형 그래프가 된다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며 레일의 재질에 따라 임펄스 응답 h(t)의 형태는 달라질 수 있으나 이는 균열이 없는 레일(R)의 표본을 수집하여 이를 기준으로 삼은 것이다.

도 5b는 레일(R)에 균열이 있는 경우 신호인가부(104)의 임펄스 신호에 따른 신호수신부(106)의 임펄스 응답을 나타내는 그래프이다.

도 5b의 임펄스 응답은 도 5a의 임펄스 응답 h(t)을 기준으로 할 때, 도 5a의 그래프와는 상이한 임펄스 응답 h(t)를 보여주고 있다. 따라서 이 경우는 레일(R)의 균열로 판단할 수 있으며 그래프의 차이는 윤곽선 검출방법을 사용할 수 있다.

이와 달리 단순히 신호인가부(104)의 전기신호는 직류신호이고 상기 신호수신부(106)가 수신하는 전기신호도 직류신호이며, 상기 분석부(105)가 저항값을 연산하여 균열여부를 감지하는 방식도 있다. 즉 균열이 발생한 경우 레일(R)의 저항값이 달라지므로 이를 분석부(105)가 분석하고 이 분석결과를 토대로 균열 여부가 탐지될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100: 몸체 101: 모터제어부
102: 전원공급부 103: 무선통신부
104: 신호인가부 105: 분석부
106: 신호수신부 111: 엘이디 램프
112: 전륜 112a: 제1 전극
113: 후륜 113a: 제2 전극
114: 체인 115: 후륜스프라켓
116: 전륜스프라켓 120: 보조윙
121: 보조바퀴

Claims (5)

1. 모터를 구동하는 모터제어부(101)와, 전륜(112)에 형성된 제1 전극(112a)에 전기신호를 인가하는 신호인가부(104)와, 후륜(113)에 형성된 제2 전극(113a)으로부터 상기 전기신호를 수신하는 신호수신부(106)와, 상기 신호수신부(106)가 수신한 전기신호를 분석하는 분석부(105)와, 상기 분석부(105)의 분석 결과를 무선안테나(110)를 통해 외부로 송신하는 무선통신부(103), 및 상기 모터제어부(101), 신호인가부(104), 신호수신부(106), 분석부(105) 및 무선통신부(103)에 전원을 공급하는 전원공급부(102)를 포함하는 몸체(100)와;
   상기 몸체(100)의 전방 및 후방에 각각 구비되어 상기 모터에 의해 회전력을 얻으며, 상기 제1 전극(112a) 및 제2 전극(113a)이 각기 형성된 한 쌍의 전륜(112)과 한 쌍의 후륜(113)과;
   상기 전륜(112)의 회전축에 고정되어 끼워지고, 전륜(112)의 좌측 또는 우측과 몸체(100)의 사이에 위치하며, 전륜(112)의 직경보다 작은 직경을 가진 전륜스프라켓(116)과;
   상기 후륜(113)의 회전축에 고정되어 끼워지고, 후륜(113)의 좌측 또는 우측과 몸체(100)의 사이에 위치하며, 후륜(113)의 직경보다 작은 직경을 가진 후륜스프라켓(115); 및
   상기 전륜스프라켓(116) 및 후륜스프라켓(115)을 잇는 체인(114)을 포함하며;
   상기 전륜(112) 및 후륜(113)의 직경은 상호 동일하고 상기 전륜(112)에 형성된 상기 제1 전극(112a)이 상기 전륜(112)의 최하단에 위치할 시에 상기 후륜(113)에 형성된 제2 전극(113a)도 상기 후륜(113)의 최하단에 위치하며, 상기 전륜(112) 또는 후륜(113)의 원주는 상기 전륜(112)의 회전축과 후륜(113)의 회전축 간의 길이(L)와 동일한 것을 특징으로 하는 철도 레일 균열 감지 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 신호인가부(104)의 전기신호는 임펄스 신호이고 상기 신호수신부(106)가 수신하는 전기신호는 임펄스 응답인 것을 특징으로 하는 철도 레일 균열 감지 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 신호인가부(104)의 전기신호는 직류신호이고 상기 신호수신부(106)가 수신하는 전기신호도 직류신호이며, 상기 분석부(105)에 의한 저항값의 연산을 통하여 균열여부가 레일의 균열여부가 감지되는 것을 특징으로 하는 철도 레일 균열 감지 장치.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체(100)의 저면에는 양 단부가 하방으로 꺽이고 각 단부의 중앙에는 보조바퀴(121)가 구비된 보조윙(120)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 철도 레일 균열 감지 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 몸체(100)의 상면에는 상기 분석부(105)에 의한 분석에 의하여 균열이 감지된 경우 경고를 알리는 엘이디 램프(111)가 구비된 것을 특징으로 하는 철도 레일 균열 감지 장치.

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