KR102087687B1 - railway defomation detection apparatus - Google Patents

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    • G01N21/8806—Specially adapted optical and illumination features

Abstract

본 발명은 철도 레일 변형측정 장치에 관한 것으로서, 파장을 가변하여 출사하는 광원과, 열차의 바퀴가 접촉되는 헤드부분의 중앙에서 헤드부분보다 좁은 폭으로 바닥부분까지 하방으로 연장된 몸통부분의 중심을 기준으로 좌측 상부영역과, 좌측 하부영역, 우측 상부영역과, 우측 하부영역 중 적어도 하나 이상의 영역에서 길이방향을 따라 연장되게 설치된 센싱광섬유와, 광원의 구동을 제어하고, 광원에서 출사된 광을 센싱광섬유에 전송되게 하고, 센싱광섬유에서 반사된 광으로부터 센싱광섬유가 설치된 철도레일의 변형을 측정하는 측정유닛을 구비한다. 이러한 철도 레일 변형측정 장치에 의하면, 철도레일의 압축 또는 인장에 따른 형상 변형정보를 정밀하게 측정할 수 있으며, 분포형 센싱광섬유를 적용함으로써 운영 및 유지보수가 용이한 장점을 제공한다. The present invention relates to a railway rail deformation measuring apparatus, comprising: a light source for varying wavelengths and a center of a body portion extending downward from the center of the head portion to which the wheels of the train are in contact with the floor portion with a narrower width than the head portion; Sensing optical fiber installed to extend in the longitudinal direction in at least one of the upper left region, the lower left region, the upper right region, and the lower right region as a reference, controlling the driving of the light source, and sensing the light emitted from the light source. It is provided with a measuring unit for transmitting to the optical fiber, and measuring the deformation of the railway rail in which the sensing optical fiber is installed from the light reflected from the sensing optical fiber. According to the railway rail deformation measuring apparatus, it is possible to precisely measure the shape deformation information according to the compression or tension of the railway rail, and provides the advantages of easy operation and maintenance by applying a distributed sensing optical fiber.

Figure R1020170167958
Figure R1020170167958

Description

철도 레일 변형측정 장치{railway defomation detection apparatus}Railway defomation detection apparatus

본 발명은 철도 레일 변형측정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 철도레일의 변형을 광섬유를 이용하여 측정할 수 있도록 된 철도 레일 변형측정 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a railway rail deformation measuring apparatus, and more particularly, to a railway rail deformation measuring apparatus capable of measuring deformation of a railway rail using an optical fiber.

운송, 수송을 위한 철도 의존도가 높아지면서 철도 인프라 구축에 대한 관심과 노력이 세계적으로 증가하고 있다.Increasing dependence on railroads for transportation and transportation has resulted in a growing interest and effort in the construction of rail infrastructure around the world.

그런데, 열차가 고속화되고, 운행 빈도가 늘어남에 따라 철도 사고 발생 위험과 사고 시 피해 규모 또한 급증하고 있다. 특히 철도레일의 노후화와 반복적 스트레스, 일교차, 계절변화 등에 의한 뒤틀림, 휨, 변형 및 손상이 심해질 경우 열차 탈선과 같은 대형 사고를 불러일으킬 수 있다.However, as the train speeds up and the frequency of operation increases, the risk of railway accidents and the damages in case of accidents also increase rapidly. In particular, if the railroad rail is deteriorated, warped, deformed and damaged due to aging stress, repetitive stress, crossover, and seasonal changes, it may cause large accidents such as train derailment.

이러한 철도레일 관련 사고 방지를 위해 비파괴 초음파 탐지 기술이 적용된 레일 탐상차, 인력 탐사기가 철도레일 크랙 진단에 활용되고 있다. In order to prevent such railway rail accidents, rail flaw detectors and manpower probes using non-destructive ultrasonic detection technology are used to diagnose railway rail cracks.

국내 공개특허 제10-2011-0065866호에는 철도차량 차륜내부 크랙을 초음파로 진단하는 탐상장치가 게시되어 있다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2011-0065866 discloses a flaw detection device for diagnosing the cracks inside the wheels of a railway vehicle.

그런데, 기존의 철도 크랙 진단용 레일 탐상차 및 인력 탐지기의 경우 초음파를 이용한 정밀 측정이 가능하나, 고가로 인해 보유 개수가 한정적이고 현장 투입 인력이 필요하며 측정 시에 열차 운행이 불가하기 때문에 현재 분기별 측정이 이루어지고 있는 실정이다.By the way, the conventional rail crack detector and manpower detector for the railway crack diagnosis can be precisely measured using ultrasonic waves, but due to the high price, the number of possessions is limited, field input manpower is required, and the train cannot be operated during measurement. Measurements are being made.

한편, 국내 공개특허 제10-2009-0132187호에는 FBG온도센서를 적용하여 철도레일의 변형을 감지하는 시스템이 게시되어 있다.Meanwhile, Korean Patent Publication No. 10-2009-0132187 discloses a system for detecting deformation of a railroad rail by applying an FBG temperature sensor.

상기 변형 감지 시스템은 검사 위치별로 온도 감지부를 독립적으로 설치해야하기 때문에 운영 및 유지보수가 힘들고, 온도를 감지하여 변형을 유추하는 수준으로서 정확한 형상 변형 정보를 추출할 수 없는 단점이 있다. 즉, 철도레일이 좌측으로 휘어지게 변형됐는지, 우측으로 휘어지게 변형됐는지, 상하방향을 따라 휘어졌는지 등에 대한 변형정보를 정밀하게 추출할 수 없는 단점이 있다.The deformation detection system has a disadvantage in that it is difficult to operate and maintain the temperature detection unit independently for each inspection position, and it is impossible to extract accurate shape deformation information as a level of inferring deformation by sensing temperature. That is, there is a disadvantage in that the deformation information on whether the rail is bent to the left, to the right, or bent along the vertical direction cannot be accurately extracted.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 분포형 센싱 광섬유를 적용하여 철도레일의 형상 변형을 정밀하게 측정할 수 있는 철도 레일 변형측정 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object thereof is to provide a railway rail deformation measuring apparatus capable of precisely measuring the shape deformation of a railway rail by applying a distributed sensing optical fiber.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철도 레일 변형측정 장치는 파장을 가변하여 출사하는 광원과; 열차의 바퀴가 접촉되는 헤드부분과, 상기 헤드부분의 중앙에서 상기 헤드부분보다 좁은 폭으로 하방으로 연장된 몸통부분과, 상기 몸통부분의 하단에서 상기 몸통부분보다 확장되게 연장된 바닥부분을 갖는 철도 레일의 상기 몸통부분에 상기 몸통부분의 중심을 기준으로 좌측 상부영역과, 좌측 하부영역, 우측 상부영역과, 우측 하부영역 중 적어도 하나 이상의 영역에서 길이방향을 따라 연장되게 설치된 센싱광섬유와; 상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 광원에서 출사된 광을 상기 센싱광섬유에 전송되게 하고, 상기 센싱광섬유에서 반사된 광으로부터 상기 센싱광섬유가 설치된 철도레일의 변형을 측정하는 측정유닛;을 구비한다.In order to achieve the above object, a railroad rail strain measuring apparatus according to the present invention comprises a light source for varying the wavelength; A railway having a head portion in which the wheels of the train are in contact, a body portion extending downward from the center of the head portion with a narrower width than the head portion, and a bottom portion extending from the bottom of the body portion to extend from the body portion. Sensing optical fibers installed on the trunk portion of the rail and extending in a length direction from at least one of an upper left region, a lower left region, an upper right region, and a lower right region with respect to a center of the trunk portion; And a measuring unit which controls the driving of the light source, transmits the light emitted from the light source to the sensing optical fiber, and measures the deformation of the railroad rail on which the sensing optical fiber is installed from the light reflected by the sensing optical fiber.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 센싱광섬유는 상기 철도레일의 몸통부분의 중심을 기준으로 단면상에서의 우측상부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측 상부센싱부분과 우측하부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측 하부센싱부분을 갖되 상기 우측 상부 센싱부분과 직렬상으로 연결된다.According to an aspect of the present invention, the sensing optical fiber extends along the longitudinal direction to the right upper sensing portion and the lower right region extending along the longitudinal direction to the upper right region on the cross section with respect to the center of the body portion of the railway rails. It has a lower right sensing portion is connected in series with the right upper sensing portion.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 철도레일의 몸통부분의 중심을 기준으로 단면상에서의 좌측상부영역에 길이방향을 따라 연장된 좌측 상부센싱부분과, 좌측하부영역에 길이방향을 따라 연장된 좌측 하부센싱부분과, 우측 상부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측상부센싱부분과, 우측하부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측 하부센싱부분을 갖되 상기 좌측 상부 센싱부분과 상기 좌측하부 센싱부분과, 상기 우측 상부센싱부분과, 상기 우측 하부센싱부분은 상호 직렬상으로 연결된다.According to another aspect of the invention, the left upper sensing portion extending in the longitudinal direction in the upper left region on the cross section with respect to the center of the body portion of the railway rail, and the left extending in the longitudinal direction in the lower left region A lower sensing portion, an upper right sensing portion extending in the longitudinal direction in the upper right region, and a lower right sensing portion extending in the longitudinal direction in the lower right region, the upper left sensing portion and the lower left sensing portion; The right upper sensing portion and the right lower sensing portion are connected in series with each other.

또한, 상기 측정유닛은 상기 광원에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분배하는 제1광분배기와; 상기 제1광분배기에서 출력되는 측정광을 제1측정광과 제2측정광으로 분배하는 제2광분배기와; 상기 제2광분배기에서 출력되어 입력단을 통해 입력되는 제1측정광을 출력단을 통해 상기 센싱광섬유로 전송하고, 상기 센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 검출광을 검출단을 통해 출력하는 광서큘레이터와; 상기 광서큘레이터의 검출단에서 출력되는 검출광과 상기 제2광분배기에서 출력되는 제2측정광을 상호 합파하는 광합파기와; 상기 초기광으로부터 파장을 모니터링하기 위한 모니터링 간섭광을 생성하는 파장모니터링 간섭계와; 상기 파장모니터링 간섭계에서 출사되는 모니터링 간섭광을 검출하는 제1광검출부와; 상기 광합파기에서 출력되는 광을 검출하는 제2광검출부와; 상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 제1광검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 철도레일의 변형을 측정하는 신호처리부;를 구비한다.The measuring unit may further include: a first light splitter configured to distribute light emitted from the light source into initial light and measured light; A second optical splitter for distributing the measurement light output from the first optical splitter into a first measuring light and a second measuring light; The optical circulator outputs the first measurement light output from the second optical splitter and input through the input terminal to the sensing optical fiber through the output terminal, and outputs the detection light reflected from the sensing optical fiber and proceeds in reverse. Wow; An optical combiner for mutually combining the detection light output from the detection stage of the optical circulator and the second measurement light output from the second optical splitter; A wavelength monitoring interferometer for generating monitoring interference light for monitoring the wavelength from the initial light; A first light detector for detecting monitoring interference light emitted from the wavelength monitoring interferometer; A second light detector for detecting light output from the light combiner; And a signal processor for controlling the driving of the light source and measuring deformation of the railroad rail from a signal output from the first light detector and a signal output from the second light detector.

본 발명에 따른 철도 레일 변형측정 장치에 의하면, 철도레일의 압축 또는 인장에 따른 형상 변형정보를 정밀하게 측정할 수 있으며, 분포형 센싱광섬유를 적용함으로써 운영 및 유지보수가 용이한 장점을 제공한다.According to the railway rail deformation measuring apparatus according to the present invention, it is possible to precisely measure the shape deformation information according to the compression or tension of the railway rail, and provides an advantage of easy operation and maintenance by applying a distributed sensing optical fiber.

도 1은 본 발명에 따른 철도 레일 변형측정 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 철도레일에 센싱광섬유가 장착된 상태를 개략적으로 나타내 보인 사시도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 센싱광섬유가 철도레일에 장착된 예를 나타내 보인 단면도이고,
도 4는 센싱광섬유의 압축과 인장에 의한 주파수 변동에 대한 측정 결과를 나타내 보인 그래프이다.1 is a view showing a railway rail deformation measuring apparatus according to the present invention,
Figure 2 is a perspective view schematically showing a state in which the sensing optical fiber is mounted on the railway rail of Figure 1,
3 is a cross-sectional view showing an example in which the sensing optical fiber is mounted on a railway rail according to another embodiment of the present invention,
Figure 4 is a graph showing the measurement results for the frequency variation by the compression and tension of the sensing optical fiber.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 철도 레일 변형측정 장치를 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, the railway rail deformation measuring apparatus according to a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings will be described in more detail.

도 1은 본 발명에 따른 철도 레일 변형측정 장치를 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 철도레일에 센싱광섬유가 장착된 상태를 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.1 is a view showing a railway rail deformation measuring apparatus according to the present invention, Figure 2 is a perspective view schematically showing a state in which the sensing optical fiber is mounted on the railway rail of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 철도 레일 변형측정 장치(100)는 광원(110), 센싱광섬유(150) 및 측정유닛을 구비한다.1 and 2, the railroad rail deformation measuring apparatus 100 according to the present invention includes a light source 110, a sensing optical fiber 150, and a measuring unit.

광원(110)은 신호처리부(190)에 구동이 제어되며, 파장가변 광원이 적용된다.The light source 110 is controlled to drive the signal processor 190, and a wavelength variable light source is applied.

광원(110)은 신호처리부(190)에 의해 파장이 가변된 광을 출사한다.The light source 110 emits light having a variable wavelength by the signal processor 190.

센싱광섬유(150)는 철도레일(10)의 길이방향을 따라 연장되게 설치되어 있다.The sensing optical fiber 150 is installed to extend along the longitudinal direction of the railway rail 10.

여기서, 센싱 광섬유(150)의 철도레일(10)에서의 설치 위치에 대한 설명의 편의를 위해 철도레일(10)을 구분하면, 헤드부분(10a), 몸통부분(10b) 및 바닥부분(10c)으로 구분할 수 있다.Here, when the railroad rail 10 is divided for the convenience of the installation position of the rail 10 in the sensing optical fiber 150, the head portion (10a), the body portion (10b) and the bottom portion (10c) It can be divided into

헤드부분(10a)은 열차의 바퀴가 접촉되는 부분으며, 몸통부분(10b)은 헤드부분의 중앙에서 헤드부분(10a)보다 좁은 폭으로 하방으로 연장된 부분이며, 바닥부분(10c)은 몸통부분(10b)의 하단에서 몸통부분(10b)보다 확장되게 연장된 부분이다.The head portion 10a is a portion where the wheels of the train are in contact, and the body portion 10b is a portion extending downward from the center of the head portion with a narrower width than the head portion 10a, and the bottom portion 10c is the portion of the body portion. At the bottom of (10b) is a portion extending to extend than the body portion (10b).

이러한 철도레일(10)에 대해 센싱광섬유(150)는 도 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 철도 레일(10)의 몸통부분(10b)에 몸통부분(10b)의 수직상의 길이를 이등분하는 중심(C)을 기준으로 단면상에서의 우측 상부영역에 수평하게 길이방향을 따라 직선상으로 연장된 우측 상부센싱부분(150a)과, 우측 하부영역에 수평하게 길이방향을 따라 직선상으로 연장된 우측 하부센싱부분(150b)과, 우측 상부센싱부분(150a)의 종단과 우측 하부센싱부분(150b)의 선단을 상호 직렬상으로 연결하도록 우측 상부에서 우측 하부로 연장된 중계부분(152)을 갖는 구조로 설치되어 있다.Sensing optical fiber 150 for such a railroad rail 10 is the center (C) bisecting the vertical length of the trunk portion (10b) to the trunk portion (10b) of the railroad rail 10 as shown in FIG. The upper right sensing part 150a extending linearly along the longitudinal direction horizontally to the upper right area on the cross-section, and the lower right sensing part extending linearly along the longitudinal direction horizontally to the right lower area 150b and a relay portion 152 extending from the upper right side to the lower right side so as to connect the end of the upper right sensing portion 150a and the tip of the lower right sensing portion 150b in series with each other. have.

이와는 다르게, 도 3에 도시된 바와 같이 센싱광섬유(150)는 철도레일(10)의 우측상부영역과 우측하부영역 뿐만아니라, 좌측 상부영역에서 길이방향을 따라 직선상으로 연장된 좌측 상부센싱부분(150c)과, 좌측하부영역에 길이방향을 따라 직선상으로 연장된 좌측 하부센싱부분(150d)이 더 연장되게 설치될 수 있다. 이 경우 좌측 상부센싱부분(150c)과 좌측하부센싱부분(150c)은 상호 중계부분에 의해 직렬상으로 연장되고, 어느 하나가 우측 하부센싱부분(150b) 또는 우측 상부센싱부분(150a)과 직렬상으로 연결되면 된다.Unlike this, as illustrated in FIG. 3, the sensing optical fiber 150 includes a left upper sensing portion extending in a straight line along the length direction in the upper left region and the lower right region of the railway rail 10. 150c) and the left lower sensing portion 150d extending in a straight line along the longitudinal direction in the lower left region may be further extended. In this case, the left upper sensing part 150c and the left lower sensing part 150c extend in series by the mutual relay part, and either one is in series with the right lower sensing part 150b or the right upper sensing part 150a. Just connect

또 다르게는 센싱광섬유(150)는 우측상부센싱부분(150a), 우측 하부센싱부분(150b), 좌측 상부 센싱부분(150c), 좌측하부 센싱부분(150d) 중 어느 하나만 적용되거나, 3개만 적용될 수 있다.Alternatively, the sensing optical fiber 150 may be applied to only one of the upper right sensing part 150a, the lower right sensing part 150b, the upper left sensing part 150c, and the lower left sensing part 150d, or only three of them. have.

또 다르게는 센싱광섬유(150)는 좌측 상부 센싱부분(150c)와 좌측하부 센싱부분(150d)만 적용될 수 있다.Alternatively, the sensing optical fiber 150 may be applied to only the upper left sensing part 150c and the lower left sensing part 150d.

또 다르게는, 센싱광섬유(150)는 우측 상부 센싱부분(150a) 및 좌측 상부 센싱부분(150c)만 적용되거나, 우측 하부 센싱부분(150b) 및 좌측하부 센싱부분(150d)만 적용될 수 있다.Alternatively, the sensing optical fiber 150 may be applied to only the right upper sensing portion 150a and the left upper sensing portion 150c, or only the right lower sensing portion 150b and the left lower sensing portion 150d.

센싱광섬유(150)는 접착제(155)로 철도레일(10)에 접합되게 처리하면 된다.The sensing optical fiber 150 may be treated to be bonded to the railroad rail 10 with an adhesive 155.

측정유닛은 파장이 가변되게 광원(110)의 구동을 제어하고, 광원(110)에서 출사된 광을 센싱광섬유(150)에 전송되게 하고, 센싱광섬유(150)에서 반사된 광으로부터 센싱광섬유(150)가 설치된 철도레일의 변형을 측정한다.The measuring unit controls the driving of the light source 110 so that the wavelength is variable, transmits the light emitted from the light source 110 to the sensing optical fiber 150, and senses the optical fiber 150 from the light reflected by the sensing optical fiber 150. Measure the deformation of railway rails with).

측정유닛은 광 주파수영역 반사측정(OFDR) 방식으로 변형을 측정하도록 구축되어 있다.The measuring unit is constructed to measure the deformation by the optical frequency domain reflectometry (OFDR) method.

측정유닛은 제1광분배기(121), 제2광분배기(131), 광서큘레이터(140), 광합파기(160), 파장모니터링 간섭계(170), 제1광검출부(181), 제2광검출부(182) 및 신호처리부(190)를 구비한다.The measuring unit includes a first optical splitter 121, a second optical splitter 131, an optical circulator 140, an optical combiner 160, a wavelength monitoring interferometer 170, a first light detector 181, and a second light beam. The detector 182 and the signal processor 190 are provided.

제1광분배기(121)는 광원(110)에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분배한다.The first light splitter 121 distributes the light emitted from the light source 110 into the initial light and the measurement light.

제2광분배기(131)는 제1광분배기(121)에서 출력되는 측정광을 제1측정광과 제2측정광으로 분배한다.The second optical splitter 131 distributes the measurement light output from the first optical splitter 121 into the first measurement light and the second measurement light.

광서큘레이터(140)는 제2광분배기(131)에서 출력되어 입력단(140a)을 통해 입력되는 제1측정광을 출력단(140b)을 통해 센싱광섬유(150)로 전송하고, 센싱광섬유(150)에서 반사되어 역으로 진행되는 검출광을 검출단(140c)을 통해 출력한다.The optical circulator 140 transmits the first measurement light output from the second optical splitter 131 and input through the input terminal 140a to the sensing optical fiber 150 through the output terminal 140b, and the sensing optical fiber 150. Is output through the detection stage 140c, which is reflected by and proceeds in the reverse direction.

광합파기(160)는 광서큘레이터(140)의 검출단(140c)에서 출력되는 검출광과 제2광분배기에서 출력되는 제2측정광을 상호 합파하여 출력한다.The optical combiner 160 combines and outputs the detection light output from the detection terminal 140c of the optical circulator 140 and the second measurement light output from the second optical splitter.

파장모니터링 간섭계(170)는 제1광분배기(121)에서 출력된 초기광으로부터 광원(110)에서 출사되는 광의 파장을 모니터링하기 위한 모니터링 간섭광을 생성한다.The wavelength monitoring interferometer 170 generates monitoring interference light for monitoring the wavelength of the light emitted from the light source 110 from the initial light output from the first light splitter 121.

파장모니터링 간섭계(170)는 제3광분배기(171), 상호 경로차이를 갖게 분기된 제1 및 제2분기경로(172a)(172b), 제1 및 제2미러(173)(174)를 구비한다.The wavelength monitoring interferometer 170 includes a third optical splitter 171, first and second branch paths 172a and 172b branched with mutual path differences, and first and second mirrors 173 and 174. do.

제3광분배기(171)는 초기광 입력단(170a)을 통해 입력된 광을 상호 경로차이를 갖게 분기된 제1 및 제2분기경로(172a)(172b)로 분배되게 처리하고, 제1 및 제2분기경로(172a)(172b)로부터 역으로 진행된 광을 모니터링 출력단(170b)을 통해 출력한다.The third optical splitter 171 processes the light input through the initial optical input terminal 170a to be distributed to the first and second branch paths 172a and 172b branched with mutual path differences, and the first and second The light traveling backward from the second branch paths 172a and 172b is output through the monitoring output terminal 170b.

모니터링 출력단(170b)에서 출력되는 광이 모니터링 간섭광이다.The light output from the monitoring output terminal 170b is monitoring interference light.

제1 및 제2분기경로(172a)(172b)는 상호 경로차이를 갖게 형성되어 있다.The first and second branch paths 172a and 172b are formed to have mutual path differences.

제1 및 제2미러(173)(174)는 제1 및 제2분기경로(172a)(172b)의 종단에서 출력되는 광을 반사시켜 역으로 진행되게 설치되어 있다.The first and second mirrors 173 and 174 are installed to reflect the light output from the ends of the first and second branch paths 172a and 172b to be reversed.

제1광검출부(181)는 파장모니터링 간섭계(170)에서 출사되는 모니터링 간섭광을 검출하여 신호처리부(190)에 제공한다.The first light detector 181 detects the monitoring interference light emitted from the wavelength monitoring interferometer 170 and provides it to the signal processor 190.

제2광검출부(182)는 광합파기(160)에서 출력되는 광을 검출하여 신호처리부(190)에 제공한다.The second light detector 182 detects the light output from the light combiner 160 and provides it to the signal processor 190.

신호처리부(190)는 파장이 가변되게 광원(110)의 구동을 제어하고, 제1광검출부(181)에서 출력되는 신호로부터 광원(110)에서 출사되는 광의 파장변화에 대한 비선형 특성을 파악하고, 이로부터 제2광검출부(182)에서 출력되는 신호를 보상한다.The signal processor 190 controls the driving of the light source 110 so that the wavelength is variable, and detects the nonlinear characteristics of the wavelength change of the light emitted from the light source 110 from the signal output from the first light detector 181, From this, the signal output from the second photodetector 182 is compensated.

또한, 신호처리부(190)는 보상된 제2광검출부(182)의 신호를 주파수 영역에서 퓨리에 변환한 후 센싱광섬유(150)의 센싱 영역들에 대한 인장 또는 압축에 대응한 주파수 이동을 파악하고 이로부터 형상 변형을 측정한다.In addition, the signal processor 190 converts the compensated signal of the second photodetector 182 in the frequency domain, and then grasps the frequency shift corresponding to the tension or compression with respect to the sensing regions of the sensing optical fiber 150. Measure the shape deformation from.

신호처리부(190)는 철도레일(10)이 정상상태일 때 주파수 영역에서 검출되는 기준주파수 정보가 기록되어 있다.The signal processor 190 records reference frequency information detected in the frequency domain when the railway rail 10 is in a normal state.

한편, 철도레일(10)이 수직상으로 돌출되는 방향으로 휘어지는 경우 좌측상부 센싱부분(150c)과 우측상부센싱부분(150a)은 인장되며, 좌측하부센싱부분(150d)과 우측 하부센싱부분(150b)는 압축된다.On the other hand, when the railway rail 10 is bent in a vertically projecting direction, the upper left sensing part 150c and the upper right sensing part 150a are tensioned, and the lower left sensing part 150d and the right lower sensing part 150b are ) Is compressed.

또한, 철도레일(10)이 좌측 방향으로 휘어지는 경우 좌측상부 센싱부분(150c)과 좌측하부센싱부분(150d)은 인장되며, 우측 상부센싱부분(150a)과 우측 하부센싱부분(150b)는 압축된다. In addition, when the rail 10 is bent in the left direction, the upper left sensing part 150c and the lower left sensing part 150d are tensioned, and the right upper sensing part 150a and the right lower sensing part 150b are compressed. .

이와 같이 철도레일(10)이 상하 및 좌우 방향에 대한 변형 여부에 따라 좌측상부 센싱부분(150c)과 좌측하부센싱부분(150d), 우측상부센싱부분(150a)과 우측 하부센싱부분(150b)이 각각 변형에 대응되게 인장 또는 압축되며 그에 대응되게 주파수영역에서 검출되는 주파수가 이동된다.Thus, the upper left sensing part 150c, the left lower sensing part 150d, the right upper sensing part 150a, and the right lower sensing part 150b are formed depending on whether the rail 10 is deformed in the up, down, left and right directions. Respectively, the tension or compression corresponding to the deformation and the frequency detected in the frequency domain is shifted correspondingly.

즉, 인장변형의 경우 주파수가 증가하는 방향으로 이동하고, 압축변형의 경우 주파수가 감소하는 방향으로 이동한다.That is, in the case of tensile strain, the frequency moves in the direction of increasing, in the case of compression strain, the frequency moves in the direction of decreasing.

일 예로서, 수평방향에 대해 변형을 인가하여 도 4와 같은 측정결과가 얻어진 경우 변형이전의 기준주파수에 비해 양(+)의 방향으로 이동된 위치는 인장변형이 발생된 부분이고, 음(-)의 방향으로 이동된 위치는 압축변형이 발생된 부분이다. As an example, when the measurement result as shown in FIG. 4 is obtained by applying the deformation in the horizontal direction, the position moved in the positive direction with respect to the reference frequency before the deformation is the portion where the tensile deformation is generated and negative (−). The position moved in the direction of) is the portion where the compression deformation occurred.

이상에서 설명된 철도 레일 변형측정 장치에 의하면, 철도레일의 압축 또는 인장에 따른 형상 변형정보를 정밀하게 측정할 수 있으며, 분포형 센싱광섬유를 적용함으로써 운영 및 유지보수가 용이한 장점을 제공한다.According to the railway rail deformation measuring apparatus described above, it is possible to precisely measure the shape deformation information according to the compression or tension of the railway rail, and provides the advantages of easy operation and maintenance by applying a distributed sensing optical fiber.

110: 광원 121: 제1광분배기
131: 제2광분배기 140: 광서큘레이터
160: 광합파기 170: 파장모니터링 간섭계
181: 제1광검출부 182: 제2광검출부
190: 신호처리부110: light source 121: first light splitter
131: second optical splitter 140: optical circulator
160: optical combiner 170: wavelength monitoring interferometer
181: first photodetector 182: second photodetector
190: signal processing unit

Claims (4)

삭제delete 삭제delete 파장을 가변하여 출사하는 광원과;
열차의 바퀴가 접촉되는 헤드부분과, 상기 헤드부분의 중앙에서 상기 헤드부분보다 좁은 폭으로 하방으로 연장된 몸통부분과, 상기 몸통부분의 하단에서 상기 몸통부분보다 확장되게 연장된 바닥부분을 갖는 철도 레일의 상기 몸통부분에 상기 몸통부분의 중심을 기준으로 좌측 상부영역과, 좌측 하부영역, 우측 상부영역과, 우측 하부영역 중 적어도 하나 이상의 영역에서 길이방향을 따라 연장되게 설치된 센싱광섬유와;
상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 광원에서 출사된 광을 상기 센싱광섬유에 전송되게 하고, 상기 센싱광섬유에서 반사된 광으로부터 상기 센싱광섬유가 설치된 철도레일의 변형을 측정하는 측정유닛;을 구비하고,
상기 센싱광섬유는 상기 철도레일의 몸통부분의 중심을 기준으로 단면상에서의 좌측상부영역에 길이방향을 따라 연장된 좌측 상부센싱부분과, 좌측하부영역에 길이방향을 따라 연장된 좌측 하부센싱부분과, 우측 상부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측상부센싱부분과, 우측하부영역에 길이방향을 따라 연장된 우측 하부센싱부분을 갖되 상기 좌측 상부 센싱부분과 상기 좌측하부 센싱부분과, 상기 우측 상부센싱부분과, 상기 우측 하부센싱부분은 상호 직렬상으로 연결되어 있고,
상기 측정유닛은
상기 광원에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분배하는 제1광분배기와;
상기 제1광분배기에서 출력되는 측정광을 제1측정광과 제2측정광으로 분배하는 제2광분배기와;
상기 제2광분배기에서 출력되어 입력단을 통해 입력되는 제1측정광을 출력단을 통해 상기 센싱광섬유로 전송하고, 상기 센싱광섬유에서 반사되어 역으로 진행되는 검출광을 검출단을 통해 출력하는 광서큘레이터와;
상기 광서큘레이터의 검출단에서 출력되는 검출광과 상기 제2광분배기에서 출력되는 제2측정광을 상호 합파하는 광합파기와;
상기 초기광으로부터 파장을 모니터링하기 위한 모니터링 간섭광을 생성하는 파장모니터링 간섭계와;
상기 파장모니터링 간섭계에서 출사되는 모니터링 간섭광을 검출하는 제1광검출부와;
상기 광합파기에서 출력되는 광을 검출하는 제2광검출부와;
상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 제1광검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 철도레일의 변형을 측정하는 신호처리부;를 구비하고,
상기 신호처리부는 파장이 가변되게 상기 광원의 구동을 제어하고, 상기 제1광검출부에서 출력되는 신호로부터 상기 광원에서 출사되는 광의 파장변화에 대한 비선형 특성을 파악하고, 이로부터 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호를 보상하며, 보상된 상기 제2광검출부의 신호를 주파수 영역에서 퓨리에 변환한 후 상기 센싱광섬유의 센싱 영역들에 대한 인장 또는 압축에 대응한 주파수 이동을 파악하고 이로부터 형상 변형을 측정하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 변형측정 장치.A light source that emits a variable wavelength;
A railway having a head portion in which the wheels of the train are in contact, a body portion extending downward from the center of the head portion with a narrower width than the head portion, and a bottom portion extending from the bottom of the body portion to extend from the body portion. Sensing optical fibers installed on the trunk portion of the rail and extending in a length direction from at least one of an upper left region, a lower left region, an upper right region, and a lower right region with respect to a center of the trunk portion;
And a measuring unit which controls the driving of the light source, transmits the light emitted from the light source to the sensing optical fiber, and measures the deformation of the railroad rail on which the sensing optical fiber is installed from the light reflected from the sensing optical fiber.
The sensing optical fiber has a left upper sensing portion extending in a longitudinal direction in the upper left region on a cross section with respect to a center of the trunk portion of the railway rail, a left lower sensing portion extending in a longitudinal direction in a lower left region, The upper right sensing portion extending in the longitudinal direction in the upper right region, and the lower right sensing portion extending in the longitudinal direction in the lower right region, the upper left sensing portion and the lower left sensing portion, the right upper sensing portion And, the lower right sensing portion is connected in series with each other,
The measuring unit
A first light splitter configured to distribute the light emitted from the light source into initial light and measured light;
A second optical splitter for distributing the measurement light output from the first optical splitter into a first measuring light and a second measuring light;
The optical circulator outputs the first measurement light output from the second optical splitter and input through the input terminal to the sensing optical fiber through the output terminal, and outputs the detection light reflected from the sensing optical fiber and proceeds in reverse. Wow;
An optical combiner for mutually combining the detection light output from the detection stage of the optical circulator and the second measurement light output from the second optical splitter;
A wavelength monitoring interferometer for generating monitoring interference light for monitoring the wavelength from the initial light;
A first light detector for detecting monitoring interference light emitted from the wavelength monitoring interferometer;
A second light detector for detecting light output from the light combiner;
And a signal processor controlling the driving of the light source and measuring deformation of the railroad rail from a signal output from the first light detector and a signal output from the second light detector.
The signal processor controls the driving of the light source so that the wavelength is variable, grasps the nonlinear characteristic of the wavelength change of the light emitted from the light source from the signal output from the first light detector, and from the second light detector Compensating the output signal, Fourier transform the compensated signal of the second photodetector in the frequency domain, and then grasp the frequency shift corresponding to the tension or compression of the sensing optical fibers and measure the shape deformation therefrom. Railway rail strain measurement device, characterized in that. 삭제delete
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