KR101881320B1 - 레일 절손 검지 장치 - Google Patents

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안치형
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한국철도기술연구원
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Abstract

레일 절손 검지 장치가 개시된다. 본 발명의 레일 절손 검지 장치는 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 LC 공진회로, 나란하게 배치되는 두 개의 레일을 전기적으로 연결하는 레일 단락부, LC 공진회로와 상기 레일 단락부 사이에서 레일의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기, 및 임피던스 측정기에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

레일 절손 검지 장치{APPARATUS FOR DETECTING RAIL DAMAGE}
본 발명은 레일 절손 검지 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레일의 임피던스를 이용하여 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레일은 기온의 변화에 따라 팽창과 수축을 반복하므로 일정 간격을 두고 배치된다. 이렇게 설치된 레일은 겨울철 기온 강하에 따른 레일의 수축으로 레일 사이의 간격이 증가하게 되어, 열차의 운행시 덜커덩거리는 소음의 발생과 함께 승차감이 떨어지는 문제점이 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위해 레일을 후레쉬 버트 용접(Flash Butt Welding)이나, 테르미트 용접(Thermit Welding) 등의 방법으로 레일을 연결함으로써 열차의 운행시 덜커덩거리는 소음을 줄이고 승차감을 향상시킬 수 있다. 또한, 레일을 팽창이나 수축이 적은 합금을 사용하고, 상황에 맞게 늘었다 줄었다 하는 신축 이음매를 설치하며, 레일을 침목에 단단히 고정하여 레일의 변형을 최소화할 수 있다.
그러나, 겨울철 새벽과 같이 기온이 급격히 낮아지는 때에는 기온의 변화에 따라 레일의 수축도 급격하게 진행되면서 용접부위에 절손이 발생하게 된다.
이에, 레일 절손을 검지할 필요성이 제기되었다. 레일절손을 검지하는 방식으로는 열차 미운행시 육안으로 절손을 확인하고 레일 파상장치를 이용하는 방식, 및 궤도회로를 이용하여 궤도회로 내 레일 절손을 검지하는 방식이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0961899호(2010.05.31)의 '레일의 절손 검지 장치 및 그 방법'에 개시되어 있다.
종래에는 관리자 등이 육안으로 레일 절손을 직접 확인하거나 레일 파상장치를 이용하여 레일 절손을 검지하였다. 그러나 이러한 방식은 인력과 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
게다가, 궤도회로를 이용하여 레일절손을 검지하는 방식은 궤도회로의 가격이 비싸고 궤도회로 내에서 절손을 검지할 수는 있지만 절손 부위를 정확히 파악하기가 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 CBTC(Communication Based Train Control; 무선통신기반 열차제어) 적용구간에서 레일의 절손을 실시간으로 검지하는 레일 절손 검지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 궤도회로를 이용하지 않고 임피던스를 이용하여 레일 절손을 검지함으로써 레일 절손 검지 비용을 감소시키고, 레일 절손 위치를 정확하게 추정할 수 있도록 한 레일 절손 검지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 레일 절손 검지 장치는 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 LC 공진회로; 나란하게 배치되는 두 개의 레일을 전기적으로 연결하는 레일 단락부; 상기 LC 공진회로와 상기 레일 단락부 사이에서 레일의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기; 및 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로와 상기 레일 단락부 간의 레일의 길이는 측정 주파수의 파장/4 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 레일 절손 검지부는 상기 임피던스 측정기에 의해 캐패시턴스가 측정되는지 여부에 따라 레일 절손을 검지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 레일의 임피던스 측정값에 따라 절손 위치를 추정하는 절손 위치 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로는 제1 인덕터부; 및 제1 캐패시터부를 포함하되, 상기 제1 인덕터부와 상기 제1 캐패시터부는 서로 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로는 임피던스 측정을 위한 측정 주파수에서는 오픈 회로를 형성하고, 인근 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로는 제1 인턱터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로는 제1 캐패시터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 LC 공진회로는 제1 인덕터부; 제1 캐패시터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부와 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터 및 상기 제2 인덕터부에 각각 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 레일 절손 검지 장치는 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 제1 LC 공진회로; 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 제2 LC 공진회로; 상기 LC 공진회로와 상기 제2 LC 공진회로 사이에서 레일의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기; 및 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 레일 절손 검지부는 상기 임피던스 측정기에 의해 캐패시턴스가 측정되는지 여부에 따라 레일 절손을 검지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 레일의 임피던스 측정값에 따라 절손 위치를 추정하는 절손 위치 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1 LC 공진회로와 상기 제2 LC 공진회로 간의 레일의 길이는 측정 주파수의 파장/4 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1 LC 공진회로는 인근 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하고 검지 주파수에서는 오픈 회로를 형성하며, 상기 제2 LC 공진회로는 인근 주파수에서는 오픈 회로를 형성하고 검지 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는 제1 인턱터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는 제1 캐패시터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는 제1 인덕터부; 제1 캐패시터부; 제2 캐패시터부; 및 제2 인덕터부를 포함하되, 상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부와 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터 및 상기 제2 인덕터부에 병렬 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 레일 절손 검지 장치는 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 CBTC(Communication Based Train Control; 무선통신기반 열차제어) 적용구간에서 레일의 절손을 실시간으로 검지할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 레일 절손 검지 장치는 궤도회로를 이용하지 않고 임피던스를 이용하여 레일 절손을 검지함으로써 레일 절손 검지 비용을 감소시키고, 레일 절손 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손이 없을 경우의 등가회로 모델을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손이 있을 경우의 등가회로 모델을 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절손 위치 추정을 위한 레일 절손 검지 장치의 개념도이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절손 위치 추정을 위한 레일 절손 검지 장치의 등가회로 모델을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 등가회로 모델을 이용한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 일 예를 도시한 도면이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 주파수를 사용할 경우의 레일 절손 검지 장치의 블럭 구성도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손이 없을 경우의 등가회로 모델을 도시한 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손이 있을 경우의 등가회로 모델을 도시한 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절손 위치 추정을 위한 레일 절손 검지 장치의 개념도이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 절손 위치 추정을 위한 레일 절손 검지 장치의 등가회로 모델을 도시한 도면이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 등가회로 모델을 이용한 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치는 LC 공진회로(20), 레일 단락부(30), 임피던스 측정기(40), 레일 절손 검지부(50) 및 절손 위치 추정부(60)를 포함한다.
LC 공진회로(20)는 레일(10) 사이에 설치되어 레일(10) 간의 전기적 절연을 형성한다. LC 공진회로(20)는 병렬 공진회로로써 제1 캐패시터부(C1)와 제1 인덕터부(L1)를 포함하며, 제1 캐패시터부(C1)와 제1 인덕터부(L1)는 병렬로 연결된다. 제1 인덕터부(L1)는 통상의 인덕터가 채용될 수 있으나 이외에도 레일(10) 간을 전기적으로 연결하는 단락선이 채용될 수도 있다.
레일 단락부(30)는 나란하게 배치되는 두 개의 레일(10)을 전기적으로 연결한다. 레일 단락부(30)로는 레일(10)을 연결하는 단락선이 채용될 수 있다.
LC 공진회로(20)는 병렬 공진회로인 바, 이 LC 공진회로(20)를 중심으로 좌측의 레일(10)은 전기적으로 끊어진 것으로 인식될 수 있으며, 우측의 레일(10)은 레일 단락부(30)를 통해 레일(10)이 연결된다.
임피던스 측정기(40)는 LC 공진회로(20)와 레일 단락부(30) 사이에 연결되어 LC 공진회로(20)의 인근의 임피던스 측정 지점에서 레일(10)의 임피던스를 측정한다.
임피던스 측정기(40)에 의해 측정되는 임피던스는 레일 절손이 발생되었는지 여부에 따라 인덕턴스 또는 캐패시턴스가 측정될 수 있다.
레일 절손이 발생되지 않은 경우에는 인덕턴스가 측정되고, 레일 절손이 발생된 경우에는 캐패시턴스가 측정된다. 따라서, 캐패시턴스가 측정되는지 여부에 따라 LC 공진회로(20)와 레일 단락부(30) 사이에 발생된 레일 절손을 검지할 수 있게 된다.
즉, 레일 절손이 발생되지 않으면, 도 2 에 도시된 바와 같이 레일(10)의 길이에 의해 발생되는 인덕턴스가 임피던스 측정기(40)에 의해 측정된다.
반면에, 레일 절손이 발생하면 해당 절손 지점에서 레일(10)이 끊어진 상태이므로, 해당 레일(10)은 전기적으로 캐패시터가 연결된 것과 유사하게 된다. 이에 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기한 레일 절손에 의한 캐패시턴스가 임피던스 측정기(40)에 의해 측정된다.
이에, 레일 절손 검지부(50)는 임피던스 측정기(40)에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손 유무를 판단한다.
레일 절손 검지부(50)는 임피던스 측정기(40)에 의해 레일(10)의 인덕턴스가 측정되면 해당 레일(10)에는 절손이 없는 것으로 판단하고, 반면에 레일(10)의 캐패시턴스가 측정되면 해당 레일(10)에는 레일 절손이 발생된 것으로 판단한다.
즉, 레일 절손 검지부(50)는 캐패시턴스 측정을 통해 구간 내 레일 절손 유무를 판단할 수 있다.
절손 위치 추정부(60)는 임피던스 측정기(40)에 의해 측정된 임피던스 측정값에 따라 레일(10)의 절손 위치를 추정한다.
도 5 및 도 6 을 참조하면, 임피던스 측정 지점을 기준으로 좌측은 병렬공진회로로 모델링이 가능하고, 우측은 전송선로로 모델링이 가능하다.
레일(10)이 절손된 경우 절손 위치는 전기적으로 캐패시터가 연결된 것과 유사하게 되는 바, 이 절손 위치를 중심으로 양측 방향으로 전송선로가 존재하는 것과 같다.
이 경우, 임피던스 측정기(40)의 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이를 x라 하고, 레일의 최대 길이를 l이라 하면, 절손 위치를 중심으로 우측 레일의 길이는 l-x가 된다.
이 경우, 레일이 자체 공진하지 않도록 레일의 최대 길이 l은 측정 주파수의 파장/4 이하가 된다.
한편, 병렬 공진회로의 경우 공진할 때 오픈 회로를 형성하기 때문에 레일(10)이 끊어진 것과 동일한 효과를 가진다.
전송선로에서, 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x는 실제 절손이 발생된 지점에 따라 변화하게 되며, 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x가 변화함에 따라 그 임피던스도 변화하게 된다.
즉 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x에 따라 임피던스가 변화하게 되는 바, 절손 위치 추정부(60)는 임피던스 측정값을 토대로 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x를 추정할 수 있다.
도 6 에 도시된 등가 모델을 참고로, 절손 위치가 임피던스 측정 지점으로부터 멀어짐에 다른 임피던스 변화를 시뮬레이션하면 도 7 과 같다. 참고로, 전송선로의 최대 길이 l을 0.167 파장으로 선정하였다.
도 7 을 참조하면, 등가회로 모델의 예에서 측정 주파수를 60kHz를 사용하고 왼쪽의 LC 공진회로(20)의 인덕턴스를 3.51uH으로 하고 캐패시턴스를 2uF으로 설정한 경우(60kHz에서 공진이 발생하도록 설정), 레일(10)의 최대 길이 l을 0.167파장(파장/4 보다 작게 설정)이라고 가정을 한다면, 검지할 수 있는 실제 선로의 길이는 835m가 되며, 레일(10)의 절손 위치에 따라 임피던스 측정값이 바뀌게 되어 절손 위치를 임피던스 측정값으로 알 수 있다.
한편, 상기한 실시예에서 LC 공진회로(20)는 다양한 형태로 제작될 수 있다.
실제 장거리 레일(수km)의 경우, 하나의 레일 절손 검지 장치로 절손을 검지하기는 어려움이 있으며, 구간 내 다수개의 레일 절손 검지 장치가 필요하다.
다수개의 레일 절손 검지 장치를 사용하는 경우, 레일 절손 검지 장치마다 측정하는 주파수를 다르게 설정하여야 한다. 이는 인근의 레일 절손 검지 장치 간에 간섭을 일으켜 부정확한 결과를 초래할 수 있기 때문이다.
이에, LC 공진회로(20)는 인근 주파수에서는 쇼트(short)로 보이며, 측정 주파수에서는 오픈(open)으로 보이도록 형성되어야 하며, 이를 토대로 레일 절손 검지 장치 간의 간섭을 최소화한다.
이를 도 7 내지 도 10 을 참조하여 설명한다. 이하 도 7 내지 도 10 에서 상기한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하며, 동일한 도면 부호를 부여한다.
레일 절손 검지 장치가 복수 개가 구비될 경우, 각각의 LC 공진회로(20)는 인근 주파수(f2)에서는 쇼트(short)로 보이며, 측정 주파수(f1)에서는 오픈(open)으로 보이도록 형성되어야 한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 일 예를 도시한 도면이다.
복수 개의 레일 절손 검지 장치들 중 현재 레일 절손을 검지 중인 레일 절손 검지 장치의 측정 주파수보다 인근 주파수가 높을 경우에 대비하여, LC 공진회로(20)는 도 7 에 도시된 바와 같이, 제1 인덕터부(L1), 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 캐패시터부(C2)와 제2 인덕터부(L2)는 직렬 연결되며, 제1 인덕터부(L1)는 양단이 레일(10)에 각각 연결되며, 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)와 병렬 연결된다.
이러한 LC 공진회로(20)에서, 제2 캐패시터와 제2 인덕터부(L2)에 의한 공진은 쇼트를 결정하며, 공진은 인근 주파수(f2)에 맞추어야 한다. 그리고, 제1 인덕터부(L1), 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)가 오픈 공진 주파수를 결정한다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 다른 예를 도시한 도면이다.
복수 개의 레일 절손 검지 장치 중 현재 레일 절손을 검지 중인 레일 절손 검지 장치의 측정 주파수보다 인근 주파수가 낮을 경우에 대비하여, LC 공진회로(20)는 도 8 에 도시된 바와 같이 제1 캐패시터부(C1), 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)를 포함한다.
여기서, 제2 캐패시터와 제2 인덕터부(L2)는 직렬 연결되며, 제1 캐패시터부(C1)는 양단이 레일(10)에 각각 연결되며, 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)와 병렬 연결된다.
이러한 LC 공진회로(20)에서, 제2 캐패시터부(C2)와 제2 인덕터부(L2)에 의한 공진은 쇼트를 결정하며, 공진은 인근주파수(f2)에 맞추어야 한다. 그리고 제1 캐패시터부(C1), 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)가 쇼트 공진주파수보다 높은 오픈 공진주파수를 결정한다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LC 공진회로의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 9 에 도시된 LC 공진회로(20)는 상기한 도 7 과 도 8 에 도시된 LC 공진회로(20)를 결합한 것이다.
도 9 를 참조하면, LC 공진회로(20)는 제1 인덕터부(L1), 제1 캐패시터부(C1), 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)를 포함한다.
여기서, 제2 캐패시터부(C2)와 제2 인덕터부(L2)는 직렬 연결된다. 제1 인덕터부(L1)와 제1 캐패시터부(C1)는 양단이 레일(10)에 각각 연결되며, 제2 캐패시터부(C2) 및 제2 인덕터부(L2)에 각각 병렬 연결된다.
제2 인덕터부(L2)와 제2 캐패시터부(C2)는 직렬 연결되며, 제2 인덕터부(L2)와 제2 캐패시터부(C2)에 의한 공진 주파수(f2)는 쇼트를 결정하며, 제1 캐패시터부(C1)와 제1 인덕터부(L1)의 영향으로 쇼트 보다 높은 공진과 낮은 공진에서 오픈 특성을 갖는 공진을 형성한다.
여기서, 상기한 제2 인덕터부(L2)는 통상의 인덕터가 채용될 수 있으나, 이외에도 레일(10)을 연결하는 단락선이 채용될 수 있다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 주파수를 사용할 경우의 레일 절손 검지 장치의 블럭 구성도이다.
여기서, 상기한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 10 을 참조하면, 레일 절손 검지 장치는 제1 LC 공진회로(70), 제2 LC 공진회로(80), 임피던스 측정기(40), 레일 절손 검지부(50) 및 절손 위치 추정부(60)를 포함한다.
제1 LC 공진회로(70)와 제2 LC 공진회로(80)는 레일(10) 간의 전기적 절연을 형성한다. 설명의 편의를 위해, 제1 LC 공진회로(70)와 제2 LC 공진회로(80)로 구분하고 상기한 LC 공진회로(20)와 서로 다른 도면 부호를 부여한다.
임피던스 측정기(40)는 제1 LC 공진회로(70)와 제2 LC 공진회로(80) 사이에서 레일(10)의 임피던스를 측정한다.
레일 절손 검지부(50)는 임피던스 측정기(40)에 의해 레일(10)의 인덕턴스가 측정되면 해당 레일(10)에는 절손이 없는 것으로 판단하고, 반면에 레일(10)의 캐패시턴스가 측정되면 해당 레일(10)에는 레일 절손이 발생된 것으로 판단한다. 즉, 레일 절손 검지부(50)는 캐패시턴스 측정을 통해 구간 내 레일 절손 유무를 판단할 수 있다.
절손 위치 추정부(60)는 임피던스 측정기(40)에 의해 측정된 임피던스 측정값에 따라 레일(10)의 절손 위치를 추정한다. 즉, 절손 위치 추정부(60)는 임피던스 측정기(40)에 의해 임피던스 측정값을 토대로 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x를 검지할 수 있는 바, 이 임피던스 측정 지점으로부터 절손 위치까지의 길이 x를 토대로 레일(10)의 절손 위치를 추정한다.
한편, 상기한 바와 같이 복수 개의 주파수가 사용될 경우, 제1 LC 공진회로(70)는 인근주파수(f3)에서는 쇼트가 되고 측정 주파수(f1)에서는 오픈된다.
즉, 제2 LC 공진회로(80)는 인근 주파수(f2)에서는 오픈이 되고 측정 주파수 (f1)에서는 쇼트가 되어야 한다.
이를 위해, 상기한 제1 LC 공진회로(70) 및 제2 LC 공진회로(80) 중 적어도 하나는 상기한 도 7 내지 도 9 에 도시된 바와 같이 형성될 수 있다. 이러한 제1 LC 공진회로(70) 또는 제2 LC 공진회로(80)는 상기한 도 7 내지 도 9 와 같으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치는 CBTC(Communication Based Train Control; 무선통신기반 열차제어) 적용구간에서 레일(10)의 절손을 실시간으로 검지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레일 절손 검지 장치는 궤도회로를 이용하지 않고 임피던스를 이용하여 레일 절손을 검지함으로써 레일 절손 검지 비용을 감소시키고, 레일 절손 위치를 정확하게 추정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 레일
20: LC 공진회로
30: 레일 단락부
40: 임피던스 측정기
50: 레일 절손 검지부
60: 절손 위치 추정부
70: 제1 LC 공진회로
80: 제2 LC 공진회로

Claims (17)

  1. 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 LC 공진회로;
    나란하게 배치되는 두 개의 레일을 전기적으로 연결하는 레일 단락부;
    상기 LC 공진회로와 상기 레일 단락부 사이에서 레일의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기; 및
    상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지부를 포함하되,
    상기 레일 절손 검지부는 상기 임피던스 측정기에 의해 캐패시턴스가 측정되는지 여부에 따라 레일 절손을 검지하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치. 레일 절손 검지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 LC 공진회로와 상기 레일 단락부 간의 레일의 길이는 측정 주파수의 파장/4 이하인 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 레일의 임피던스 측정값에 따라 절손 위치를 추정하는 절손 위치 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 LC 공진회로는
    제1 인덕터부; 및
    제1 캐패시터부를 포함하되,
    상기 제1 인덕터부와 상기 제1 캐패시터부는 서로 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 LC 공진회로는
    임피던스 측정을 위한 측정 주파수에서는 오픈 회로를 형성하고, 인근 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 LC 공진회로는
    제1 인턱터부;
    제2 캐패시터부; 및
    제2 인덕터부를 포함하되,
    상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 LC 공진회로는
    제1 캐패시터부;
    제2 캐패시터부; 및
    제2 인덕터부를 포함하되,
    상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 LC 공진회로는
    제1 인덕터부;
    제1 캐패시터부;
    제2 캐패시터부; 및
    제2 인덕터부를 포함하되,
    상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부와 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터 및 상기 제2 인덕터부에 각각 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  10. 레일 간의 전기적 절연을 형성하는 제1 LC 공진회로;
    레일 간의 전기적 절연을 형성하는 제2 LC 공진회로;
    상기 제1 LC 공진회로와 상기 제2 LC 공진회로 사이에서 레일의 임피던스를 측정하는 임피던스 측정기; 및
    상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 임피던스를 토대로 레일 절손을 검지하는 레일 절손 검지부를 포함하되,
    상기 레일 절손 검지부는 상기 임피던스 측정기에 의해 캐패시턴스가 측정되는지 여부에 따라 레일 절손을 검지하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 임피던스 측정기에 의해 측정된 레일의 임피던스 측정값에 따라 절손 위치를 추정하는 절손 위치 추정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 LC 공진회로와 상기 제2 LC 공진회로 간의 레일의 길이는 측정 주파수의 파장/4 이하인 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 제1 LC 공진회로는 인근 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하고 검지 주파수에서는 오픈 회로를 형성하며, 상기 제2 LC 공진회로는 인근 주파수에서는 오픈 회로를 형성하고 검지 주파수에서는 쇼트 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는
    제1 인턱터부;
    제2 캐패시터부; 및
    제2 인덕터부를 포함하되,
    상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 인덕터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는
    제1 캐패시터부;
    제2 캐패시터부; 및
    제2 인덕터부를 포함하되,
    상기 제2 캐패시터와 상기 제2 인덕터부는 직렬 연결되고, 상기 제1 캐패시터부는 양단이 레일에 각각 연결되어 상기 제2 캐패시터부 및 상기 제2 인덕터부와 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 레일 절손 검지 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 제1 LC 공진회로 및 상기 제2 LC 공진회로 중 적어도 하나는
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