KR102136947B1

KR102136947B1 - 인덕턴스 특성을 이용한 횡변위 검출 방법

Info

Publication number: KR102136947B1
Application number: KR1020190006288A
Authority: KR
Inventors: 이형우; 오예준; 원준희; 장형관; 이주
Original assignee: 한국교통대학교산학협력단; 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-07-22

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 (A) 제어부가 고정부의 하면에 장착된 적어도 하나의 인덕턴스 센서를 이용하여 횡변위 검출을 시동하는 단계; (B) 상기 제어부는 상기 인덕턴스 센서를 이용하여 인덕턴스 변동값을 실시간으로 감지하는 단계; (C) 상기 제어부는 상기 인덕턴스 변동값이 탈선위험을 나타내기 위해 설정된 임계치보다 낮은지를 판단하는 단계; 및 (D) 상기 인덕턴스 변동값이 상기 임계치보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 제어부는 탈선위험정보를 전달하는 단계;를 포함한다.

Description

인덕턴스 특성을 이용한 횡변위 검출 방법{Method of sensing lateral displacement using inductance characteristics}

본 발명은 횡변위 검출 방법에 관한 것으로, 특히 철도 차량의 고정부에 장착된 인덕티브 센서의 인덕턴스 특성을 이용하여 횡변위를 검출하는 횡변위 검출 방법에 관한 것이다.

일반적으로 변위센서는 대상물의 물리 변화량을 다양한 소자로 감지하는 장치로서, 직선 변위센서와 회전 변위센서가 널리 사용된다. 변위센서는 변위를 전기량으로 변환하여 감지하기 위하여, 정전용량 변화, 인덕턴스 변화, 전기 저항 변화 및 발생 기전력 변화 등을 이용하는 다양한 방식으로 구성된다.

이때, 인덕턴스 방식의 변위센서는 여자코일 위에 수신코일을 배치하고, 그 위에 커플러를 배치하여 구성된다. 이러한 구성에서 여자코일에는 소정의 주파수로 발진전압을 인가하기 위한 발진회로가 연결 설치되고, 수신코일에는 변화되는 인덕턴스값을 감지하여 이로부터 커플러의 회전각이나 이동거리를 연산하여 출력하는 신호처리회로가 연결 설치된다.

또한, 인덕턴스방식의 변위센서는 커플러가 회전 또는 이동에 따라 수신코일의 인덕턴스값에 변화가 발생하고, 이를 이용하여 회전체의 회전각이나 직선이동거리를 측정하게 된다.

그러나 이러한 변위센서를 철도차량의 탈선을 감지하기 위해 사용하는데 있어 마찰로 인한 손상이 발생할 수 있고, 센싱 방식이 이미 철도 차량이 움직이고 난 뒤에 측정하는 방식이므로 고속운행 영역에서 요구하는 응답성을 만족시키기 어렵다.

이로 인하여 횡변위를 복원하는 제어 응답이 늦어짐으로 인해, 철도 차량의 횡변위를 복원하기가 어려워져 탈선 사고를 방지하기 어려운 문제점이 있다.

특허문헌 : 공개특허공보 제10-2018-0084484호

본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도 차량의 고정부에 장착된 인덕티브 센서의 인덕턴스 특성을 이용하여 철도 차량의 횡변위를 검출하는 횡변위 검출 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법에서 상기 고정부는 철도 레일의 상부면에 마주하여 철도차량의 일측에 구비된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법에서 상기 인덕턴스 센서는 상기 고정부의 하면 좌측에 구비된 제 1 인덕턴스 센서 및 상기 고정부의 하면 우측에 구비된 제 2 인덕턴스 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 상기 (B) 단계에서 상기 제어부는 좌측 횡변위에 따라 상기 제 1 인덕턴스 센서의 인덕턴스 값(A)은 감소하고, 우측 횡변위에 따라 상기 제 2 인덕턴스 센서의 인덕턴스 값(B)이 감소하는 것을 감지하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 상기 (C)단계에서 상기 설정된 임계치는 상기 인덕턴스 센서를 이용하여 검출된 인덕턴스 초기값보다 작은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법에서 상기 인덕턴스 변동값은 상기 철도 레일의 상부면과 상기 인덕턴스 센서 사이의 이격거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 고정부의 하면에 구비된 적어도 하나의 인덕턴스 센서를 이용하여 철도차량의 탈선 위험을 예방하고, 제어를 통해 중앙으로 복원할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 철도차량의 중앙 복원을 통해 철도차량의 휠 마모와 레일의 마모를 줄여 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법을 설명하기 위한 이미지.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 횡변위에 따른 1개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도.
도 4는 도 3의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 좌측 횡변위에 따른 2개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도.
도 6은 도 5의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 우측 횡변위에 따른 2개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도.
도 8은 도 7의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법을 설명하기 위한 이미지이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 횡변위에 따른 1개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도이며, 도 4는 도 3의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 좌측 횡변위에 따른 2개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도이며, 도 6은 도 5의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프이며, 도 7은 본 발명의 실시예에 따라 우측 횡변위에 따른 2개의 횡변위 검출 센서의 자속의 변동을 나타낸 예시도이며, 도 8은 도 7의 횡변위에 따른 인덕턴스의 변동을 나타낸 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법이 적용되는 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 철도 레일(102)을 운행하는 철도차량의 일측에 철도 레일(102)에 근접하고 대응하여 구비된 고정부(101), 고정부(101)의 하면에 철도 레일(102)에 대응하여 구비된 적어도 하나의 인덕턴스 센서 및 인덕턴스 센서와 개별적으로 연결되고 철도차량에 구비된 제어부(도시하지 않음)를 포함한다.

고정부(101)는 철도 레일(102)에 근접하고 철도 레일(102)의 상부면에 마주하여 철도차량의 일측에 별도로 구비되거나, 또는 철도차량의 하부에서 철도 레일(102)의 상부면에 마주하여 구비된 다른 장치, 예컨대 살사장치(sanding device)의 일측을 이용할 수도 있다.

인덕턴스 센서는 도 3에 도시된 바와 같이 고정부(101)의 하면의 중앙에 1개의 인덕턴스 센서(110)로 구비되거나, 또는 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이 고정부(101)의 하면 양측에 각각 제 1 인덕턴스 센서(111)와 제 2 인덕턴스 센서(112)로 구비될 수 있다.

이러한 인덕턴스 센서는 철도 레일(102)의 상부면에 마주하여 소정의 이격거리를 갖고 고정부(101)의 하면에 구비되므로, 철도차량이 횡방향으로 변위되면 이에 따라 인덕턴스 센서(110,111,112)도 동시에 횡방향으로 변위된다. 이때, 철도 레일(102)과 인덕턴스 센서(110,111,112) 사이의 이격거리가 증가함에 따라, 아래의 [수학식 1]에서 자기저항(R)이 증가하고, 인덕턴스 센서(110,111,112)에서 검출되는 인덕턴스값(L)이 감소한다.

(L= 인덕턴스값, R= 자기저항, N= 턴수)

제어부는 이러한 횡변위에 따른 인덕턴스 센서(110,111,112)의 인덕턴스값(L)을 수신하여 철도차량의 탈선위험 여부를 판단하고, 예컨대 스피커 장치 또는 디스플레이 장치를 통해 탈선위험에 대한 정보를 철도차량의 운전자에게 알릴 수 있다.

이와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 철도차량이 철도 레일(102)을 따라 운행을 시작함에 따라, 제어부는 인덕턴스 센서(110,111,112)를 이용한 횡변위 검출을 시동한다(S110).

즉, 제어부는 도 3의 ①에 도시된 바와 같이 고정부(101)의 하면 중앙에 구비된 1개의 인덕턴스 센서(110)를 이용하여 철도 레일(102)의 중심부에 대응하여 인덕턴스 초기값을 먼저 검출한다.

또한, 제어부는 도 5a와 도 7a에 도시된 바와 같이 고정부(101)의 하면 양측에 각각 구비된 제 1 인덕턴스 센서(111)와 제 2 인덕턴스 센서(112)를 이용하여 철도 레일(102)의 중심부에 대응하여 인덕턴스 초기값을 먼저 검출한다.

인덕턴스 초기값을 먼저 검출한 후, 제어부는 인덕턴스 센서(110,111,112)를 이용한 인덕턴스 변동값을 실시간으로 감지한다(S120).

즉, 제어부는 도 3의 ②와 ③에서처럼 철도차량이 철도 레일(102)을 따라 운행하던 중에 우측으로 횡변위가 발생하면, 최대의 인덕턴스 초기값이 감소하기 시작하여 우측으로 횡 변위가 더욱 증가함에 따라 도 4와 같이 대부분의 자속이 누설되고 일부 자속만 쇄교하여 낮은 인덕턴스 값을 검출하게 된다. 물론, 철도차량이 철도 레일(102)을 따라 운행하던 중에 좌측으로 횡변위가 발생하면, 도 4에서 우측횡변위 대신 좌측 횡변위로 바뀌는 것 이외에 나머지는 동일하게 적용된다.

또한, 제어부는 도 5b와 도 7b에 도시된 바와 같이 철도차량이 철도 레일(102)을 따라 운행하던 중에 좌측 또는 우측으로 횡변위가 발생하면, 도 6과 도 8에서처럼 제 1 인덕턴스 센서(111)와 제 2 인덕턴스 센서(112) 각각에서 인덕턴스 변동값을 실시간으로 검출한다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 좌측 횡변위가 증가함에 따라 제 1 인덕턴스 센서(111)의 인덕턴스 값(A)은 감소하지만, 제 2 인덕턴스 센서(112)의 인덕턴스 값(B)은 증가한다.

반면에, 도 8에 도시된 바와 같이 우측 횡변위가 증가함에 따라 제 1 인덕턴스 센서(111)의 인덕턴스 값(A)은 증가하지만, 제 2 인덕턴스 센서(112)의 인덕턴스 값(B)은 감소한다.

즉, 좌측 횡변위가 발생할 경우에 제 1 인덕턴스 센서(111)의 인덕턴스 값(A)은 감소하고, 우측 횡변위가 발생할 경우에 제 2 인덕턴스 센서(112)의 인덕턴스 값(B)이 감소하는 현상을 알 수 있다.

이때, 제어부는 탈선위험을 나타내기 위해 설정된 임계치를 기준으로 실시간으로 감지한 인덕턴스 변동값이 이러한 임계치 이하인지를 판단한다(S130).

예를 들어, 제어부는 도 4, 도 6 및 도 8의 그래프에서 임계치로 설정된 10H의 인덕턴스값을 기준으로, 인덕턴스 센서(110,111,112)를 통해 실시간으로 감지한 인덕턴스 변동값이 10H 이하이면 탈선 위험을 인식할 수도 있다.

물론, 탈선위험을 나타내기 위해 설정된 임계치는 철도차량의 종류, 철도 레일(102)의 상태 및 철도차량의 탈선복원장치 등에 따라 임의로 설정될 수 있다.

실시간으로 감지한 인덕턴스 변동값이 임계치 이하인 것으로 판단되면, 제어부는 탈선위험정보를 철도차량의 운전자 또는 관리서버에게 알려 경고한다(S140).

예컨대, 제어부는 별도로 연결된 스피커 장치 또는 디스플레이 장치를 통해 탈선위험에 대한 정보를 소리 또는 영상으로 철도차량의 운전자에게 알리거나, 또는 무인 철도차량의 경우에 무인 철도차량의 관리서버로 탈선위험에 대한 정보를 유,무선으로 전달할 수도 있다.

이러한 탈선위험에 대한 정보를 수신함에 따라, 운전자 또는 관리서버는 철도차량의 탈선복원장치 등을 이용하여 철도 레일(102)의 중앙으로 복원시키거나 탈선예방조치를 수행할 수 있다.

이와 같이 수행되는 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법에서 고정부(101)의 하면 중앙에 1개의 인덕턴스 센서(110)를 이용하는 방법은 횡변위의 발생과 탈선위험 만을 알 수 있고, 좌측 또는 우측의 변위방향을 감지하지 못하는 문제가 있다.

이에 따라 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 고정부(101)의 하면 양측에 각각 구비된 제 1 인덕턴스 센서(111)와 제 2 인덕턴스 센서(112)를 이용하여 좌측 횡변위인지 또는 우측 횡변위인지를 더욱 확실하게 감지하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 횡변위 검출 방법은 고정부(101)의 하면에 구비된 적어도 하나의 인덕턴스 센서를 이용하여 철도차량의 탈선 위험을 예방하고, 제어를 통해 중앙으로 복원하는 것이 가능하다.

또한, 이러한 중앙 복원을 통해 철도차량의 휠 마모와 레일의 마모를 줄여 유지비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.

또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

101: 고정부 102: 철도 레일
110: 인덕턴스 센스 111: 제 1 인덕턴스 센스
112: 제 2 인덕턴스 센스

Claims

(A) 제어부가 고정부의 하면에 장착된 적어도 하나의 인덕턴스 센서를 이용하여 횡변위 검출을 시동하는 단계;
(B) 상기 제어부는 상기 인덕턴스 센서를 이용하여 운행되는 철도차량의 인덕턴스 변동값을 실시간으로 감지하는 단계;
(C) 상기 제어부는 운행되는 상기 철도차량의 상기 인덕턴스 변동값이 탈선위험을 나타내기 위해 설정된 임계치보다 낮은지를 판단하는 단계; 및
(D) 운행되는 상기 철도차량의 상기 인덕턴스 변동값이 상기 임계치보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 제어부는 좌측 또는 우측 횡변위에 대한 탈선위험정보를 전달하는 단계;를 포함하고,
상기 인덕턴스 센서는 상기 고정부의 하면 좌측에 구비된 제 1 인덕턴스 센서 및 상기 고정부의 하면 우측에 구비된 제 2 인덕턴스 센서를 포함하고,
상기 (B) 단계에서 상기 제어부는 좌측 횡변위에 따라 상기 제 1 인덕턴스 센서의 인덕턴스 값(A)은 감소하고, 우측 횡변위에 따라 상기 제 2 인덕턴스 센서의 인덕턴스 값(B)이 감소하는 것을 감지하는 것을 특징으로 하는 횡변위 검출 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 고정부는 철도 레일의 상부면에 마주하여 철도차량의 일측에 구비된 것을 특징으로 하는 횡변위 검출 방법.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 (C)단계에서 상기 설정된 임계치는 상기 인덕턴스 센서를 이용하여 검출된 인덕턴스 초기값보다 작은 것을 특징으로 하는 횡변위 검출 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 인덕턴스 변동값은 상기 철도 레일의 상부면과 상기 인덕턴스 센서 사이의 이격거리가 증가함에 따라 감소하는 것을 특징으로 하는 횡변위 검출 방법.