KR102351875B1 - 광학스펙클을 이용한 철도 윤중 측정시스템 - Google Patents

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Abstract

광학스펙클을 이용한 철도 윤중 측정시스템은 광학측정 유닛 및 부착부를 포함한다. 상기 광학측정 유닛은 광을 이용하여 레일의 윤중을 측정하고, 상기 부착부는 상기 광측정 유닛을 상기 레일의 측면에 탈부착시킨다. 이 경우, 상기 광측정 유닛은, 외부로부터 제공되는 광을 확장 및 분리하는 확장부, 상기 확장부로부터 제공받은 광을 상기 레일의 적어도 2개 이상의 측정위치들로 제공하는 반사부, 및 상기 측정위치들에서 반사된 광을 수광하는 측정부를 포함한다.

Description

광학스펙클을 이용한 철도 윤중 측정시스템{WHEEL LOAD MEASURING SYSTEM FOR A RAILWAY VEHICLE}
본 발명은 철도 윤중 측정시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 윤중의 측정을 위해 광학 측정 방식을 적용함으로써, 중립축을 보다 용이하게 찾을 수 있고, 윤중과 반력을 선택적으로 측정할 수 있으며, 탈부착이 가능하여 선택적으로 임의의 위치에서 측정을 수행할 수 있는 광학스펙클을 이용한 철도 윤중 측정시스템에 관한 것이다.
윤중(wheel load)이란, 철도차량의 차륜에 의해 궤도에 인가되는 수직방향의 힘으로 정의되는데, 특히 고속철도차량이 통과하거나 곡선 궤도 등의 경우, 원심력이나 차량의 관성력 또는 차량의 높은 속도 등의 이유로 윤중의 변동이 매우 크게 나타나며, 이러한 윤중의 변동은 결국 선로의 설계에 있어 중요한 변수이므로 이에 대한 정확한 측정이 필요하다.
이러한, 윤중 또는 레일의 변형 등을 측정하는 기술로, 대한민국 등록특허 제10-1992275호의 경우, 주행 열차의 윤중 분포를 측정장치에 관한 기술을 개시하지만, 개시된 기술은, 윤중 측정을 위해 레일에 일체화되어 형성되는 구조를 개시하는 것으로, 레일의 설치와 동시에 설치되어, 교환이나 수리 등의 작업이 필요한 경우 레일의 해체와 함께 수행되어야 하는 등의 문제가 있으며, 특정 위치에 국한되어 측정이 수행되어야 한다는 한계가 있다.
한편, 최근에는, 도 1에 도시된 바와 같이 광학을 이용하여 시험편(12)의 변형(strain)을 측정하는 측정시스템이 개발되고 있는데, 이러한 기술에서는 상기 시험편(12)을 고정시키면서 수직 또는 수평방향으로 상기 시험편(12)에 힘을 인가하여 변형시키는 고정유닛(10)과, 상기 고정유닛(10)에 의해 변형되는 시험편(12)을 영상 촬영하는 촬영부(20)를 포함하여, 상기 촬영된 이미지 등을 바탕으로 상기 시험편(12)의 변형을 측정하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 상기 광학을 이용한 변형 측정의 경우, 측정의 대상이 되는 시험편(12)이 별도로 분리될 수 있는 형태로 제한되고 있어, 레일이나 궤도 등에서와 같이 고정된 구조에는 이러한 광학을 이용한 변형 측정 기술이 아직까지는 도입되고 있지 않은 상황이다.
대한민국 등록특허 제10-1992275호
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 철도 윤중의 측정을 위해 광학 측정 방식을 적용함으로써, 중립축을 보다 용이하게 찾을 수 있고, 윤중과 반력을 선택적으로 측정할 수 있으며, 탈부착이 가능하여 선택적으로 임의의 위치에서 측정을 수행할 수 있는 광학스펙클을 이용한 철도 윤중 측정시스템을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 윤중 측정시스템은 광학측정 유닛 및 부착부를 포함한다. 상기 광학측정 유닛은 광을 이용하여 레일의 윤중을 측정하고, 상기 부착부는 상기 광측정 유닛을 상기 레일의 측면에 탈부착시킨다. 이 경우, 상기 광측정 유닛은, 외부로부터 제공되는 광을 확장 및 분리하는 확장부, 상기 확장부로부터 제공받은 광을 상기 레일의 적어도 2개 이상의 측정위치들로 제공하는 반사부, 및 상기 측정위치들에서 반사된 광을 수광하는 측정부를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 부착부는, 전류의 인가에 따라 자력이 형성되어 상기 레일에 부착되는 유도자석을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부착부는, 상기 광측정 유닛의 측면에 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 광측정 유닛은, 상기 광측정 유닛의 외부로부터 상기 확장부까지 연장되어, 상기 확장부로 광을 제공하는 광섬유를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정위치들 각각은 소정의 영역으로 형성되고, 상기 측정부는 상기 소정의 영역에서의 변형(stain) 분포를 측정할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사부는, 제1 측정위치로 광을 제공하는 제1 반사부, 및 상기 제1 측정위치와 소정거리 이격된 제2 측정위치로 광을 제공하는 제2 반사부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측정부는, 상기 제1 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제1 측정위치에서의 레일의 변형(strain)을 측정하는 제1 측정부, 및 상기 제2 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제2 측정위치에서의 레일의 변형(stain)을 측정하는 제2 측정부를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 반사부는 상기 제1 및 제2 측정위치들과 다른 제3 측정위치로 광을 제공하는 제3 반사부를 더 포함하며, 상기 측정부는 상기 제3 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제3 측정위치에서의 레일의 변형(stain)을 측정하는 제3 측정부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제3 측정위치는 상기 제1 및 제2 측정위치들의 사이에 위치하며, 상기 레일 하부에 위치하는 침목은, 상기 제1 측정위치와 상기 제3 측정위치의 사이에 위치할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 측정위치와 상기 제3 측정위치에서 측정된 레일의 변형(stain)을 바탕으로 윤중을 측정하고, 상기 제1 측정위치와 상기 제3 측정위치에서 측정된 레일의 변형(stain)을 바탕으로 상기 침목에 의한 반력을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 광측정 유닛을 이용하여 레일의 변형을 소위, 스펙클이미지(speckle image)를 활용하여 확인할 수 있으므로, 측정되는 영역 내에서의 변형성분을 분석할 수 있어, 레일의 중립축의 위치를 보다 정확하게 도출할 수 있다.
즉, 레일의 윤중을 측정하는 경우, 레일의 중립축의 위치를 정확하게 도출하는 것이 중요한데, 종래의 경우 고정된 형태의 측정유닛이 사용되고, 나아가 측정유닛이 측정할 수 있는 범위도 스트레인 게이지가 위치하는 매우 좁은 영역에 불과하였는바, 중립축의 위치를 도출하기 위해 많은 시행착오가 필요하였다.
반면, 본 실시예의 경우, 레일 상의 측정위치들은 소정의 영역을 형성하며, 상기 소정의 영역에서의 변형성분을 모두 도출할 수 있으므로, 전체적으로 보다 넓은 레일 영역에 대하여 변형상태를 측정할 수 있어, 상대적으로 용이하게 레일의 중립축의 위치 및 윤중을 도출할 수 있다.
나아가, 상기 광학측정 유닛은 부착부에 의해 레일에 탈부착이 용이하게 수행되므로, 보다 쉽게 레일의 보다 넓은 영역에서의 변형도를 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 부착부는 유도자석으로 전류의 인가에 따라 탈부착이 유도되며, 이러한 부착부 및 레일에의 전류의 인가가, 광을 이용한 측정의 경우 측정 신호에 전혀 영향을 미치지 않으므로, 종래 단순히 스트레인 게이지를 이용하는 경우의 전류 신호로 인한 측정 오류를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 측정위치들을 2개로 설정하는 경우, 서로 이격된 2개의 위치에서, 소정 면적으로 레일의 변형 상태를 측정할 수 있으므로, 측정 결과의 보정 및 정확도 향상이 가능하며, 나아가, 측정위치들을 3개로 설정하되, 침목과 레일이 교차하는 부분을 사이에 두고 2개를 위치시키는 경우, 레일 내부에서의 윤중을 측정할 수 있는 것은 물론이며, 침목과 레일 사이의 반력도 선택적으로 측정이 가능하여, 레일에 인가되는 다양한 힘 및 이에 의한 변형도의 효과적인 측정이 가능하다.
도 1은 종래기술에 의한 촬영 영상을 이용한 시험편의 변형을 측정하는 기술을 설명한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 윤중 측정시스템이 레일 상에 부착된 상태를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 윤중 측정시스템을 상세히 설명하기 위한 내부 구조도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 윤중 측정시스템을 상세히 설명하기 위한 내부 구조도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 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. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 윤중 측정시스템이 레일 상에 부착된 상태를 도시한 사시도이다. 도 3은 도 2의 윤중 측정시스템을 상세히 설명하기 위한 내부 구조도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 윤중 측정시스템(200)은 레일(100)의 측면에 부착되는 것으로, 모듈 형태로 형성되어, 상기 레일(100)의 측면이라면, 다양한 위치에 부착되어 부착된 위치에서의 상기 레일(100)의 윤중을 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 레일(100)의 측면이므로, 안측면 또는 바깥측면 모두에 부착이 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 윤중 측정시스템(200)은, 광학측정유닛(300) 및 부착부(400)를 포함한다.
상기 광학측정유닛(300)은 광을 이용하여 상기 레일(100)의 윤중을 측정하는 모듈로서, 내부에 소정의 내부 공간(305)을 형성하며, 외형은 케이스 형상으로 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 광학측정유닛(300)의 외형의 케이스의 형상은 육면체 형상일 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 내부에 구비되는 부품들의 형상이나 구조 등을 고려하여 다양한 형상으로 설계될 수 있다.
상기 광학측정유닛(300)은, 광섬유(310), 확장부(320), 반사부(330) 및 측정부(340)를 포함한다.
상기 광섬유(310)는 외부로부터 제공되는 광을 상기 광학측정유닛(300)의 내부로 제공하는 것으로, 외부로부터 상기 내부공간(305)으로 인입되어, 상기 확장부(320)에 마주하도록 연장된다.
그리하여, 상기 광섬유(310)를 따라 전달된 광은 상기 확장부(320)로 제공된다.
상기 확장부(320)는 상기 광섬유(310)에 마주하도록 배치되어, 상기 광섬유(310)를 통해 전달된 광을 확장하거나 분리하여 상기 반사부(330)로 제공한다.
즉, 상기 확장부(320)는 광을 확대하여 상기 반사부(330)로 제공함에 따라 후술되는 측정부(340)에서 충분한 광량으로 레일의 상태에 대한 측정이 가능하도록 하며, 나아가, 상기 반사부(330)에서 필요로 하는 반사광의 개수에 맞도록 상기 광을 분리하여 상기 반사부(330)로 공급할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 반사부(330)는 제1 반사부(331) 및 제2 반사부(332)의 2개의 반사부를 포함하므로, 상기 확장부(320)는 상기 입사된 광을 확대한 후, 2개의 서로 다른 광으로 분리하여 각각 상기 제1 반사부(331) 및 상기 제2 반사부(332)로 제공한다.
그리하여, 상기 제1 반사부(331)로는 제1 광(321)이 입사되며, 상기 제2 반사부(332)로는 제2 광(322)이 입사된다.
상기 제1 반사부(331)는 입사되는 상기 제1 광(321)을 반사시켜, 제1 측정위치(101)로 제공하고, 상기 제2 반사부(332)는 입사되는 상기 제2 광(322)을 반사시켜, 제2 측정위치(102)로 제공한다.
이 경우, 도 3에서는 상기 제1 및 제2 반사부들(331, 332)은 상기 입사되는 광들(321, 322) 각각을 수직으로 반사시켜 제공하는 것을 예시하였으나, 상기 광학측정 유닛(300) 내부의 설계, 상기 측정위치들의 위치 등을 고려하여 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 상기 제1 측정위치(101) 및 상기 제2 측정위치(102)는 상기 레일(100)의 측면상의 소정의 위치들에 각각 해당되는 것으로, 각각은 서로 소정 거리 이격되며, 이 때 상기 이격되는 거리는 상기 제1 및 제2 반사부들(331, 332) 사이의 이격거리 또는 상기 제1 및 제2 반사부들(331, 332)에서 반사되는 광의 반사각 등을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상기 제1 측정위치(101)는 소정의 면적을 가지는 것으로, 상기 제1 측정위치(101)에 입사되는 광의 면적의 크기에 따라 상기 제1 측정위치(101)의 영역이 결정된다.
마찬가지로, 상기 제2 측정위치(102) 역시, 소정의 면적을 가지는 것으로 입사되는 광의 면적의 크기에 따라 그 영역이 결정된다.
즉, 상기 제1 및 제2 측정위치들(101, 102) 각각은, 상기 레일(100) 상의 특정의 점(point)에 해당되지 않으며, 상기 레일(100) 상의 소정의 면적에 해당되는 것으로, 상기 레일(100)로 입사되는 광이 커버하는 면적에 따라 그 면적의 크기가 결정될 수 있다.
따라서, 본 실시예의 경우, 상기 레일(100) 상의 특정 점(point)에서의 변형만을 국부적으로 측정할 수 있는 한계를 넘어, 상기 레일(100) 상의 특정 영역에서의 전체적인 변형 분포를 측정할 수 있는 것으로, 이러한 소정의 면적에서의 변형 분포를 측정할 수 있으며, 나아가 서로 이격되는 두 면적들 각각에서의 변형 분포를 측정할 수 있으므로, 전체적인 상기 레일(100)의 변형 분포를 쉽게 획득할 수 있어, 상기 레일(100)의 중립축의 위치를 보다 쉽게 도출할 수 있으며, 보다 정확하고 용이하게 레일(100)의 변형도를 분석할 수 있게 된다.
본 실시예에서, 상기 측정부(340)는 제1 측정부(341) 및 제2 측정부(342)를 포함하여, 상기 제1 측정부(341)로는 상기 제1 측정위치(101)에서 반사되는 광이 입력되고, 상기 제2 측정부(342)로는 상기 제2 측정위치(102)에서 반사되는 광이 입력된다.
그리하여, 상기 제1 측정부(341)는, 상기 제1 측정위치(101)에서 반사되는 광을 바탕으로, 상기 제1 측정위치(101)에 해당되는 면적에서의 레일(100)의 스펙클이미지를 도출하고, 상기 제2 측정부(342)는, 상기 제2 측정위치(102)에서 반사되는 광을 바탕으로, 상기 제2 측정위치(102)에 해당되는 면적에서의 레일(100)의 스펙클이미지를 도출한다.
이 경우, 상기 제1 및 제2 측정위치들(101, 102)에서의 상기 스펙클이미지를 바탕으로 상기 레일(100)의 각 측정위치 및 각 측정위치 사이에서의 변형도 분포를 도출할 수 있으며, 이 경우, 상세한 스펙클이미지(speckle image)의 분석 방법에 관련한 상세한 설명은 생략한다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 윤중 측정시스템(200)을 통해서는, 상기 각 측정위치에서의 스페클이미지를 바탕으로 상기 레일(100)의 서로 이격된 두 영역에서의 변형도 분포를 도출할 수 있으며, 상기 도출된 변형도 분포를 처리하여, 상기 레일(100)의 중립축의 위치 및 윤중을 쉽게 도출할 수 있게 된다.
상기 부착부(400)는 상기 광측정 유닛(300)을 상기 레일(100)의 측면에 부착시키는 것으로, 상기 광측저 유닛(300)이 형성하는 케이스의 외측 또는 내측의 모서리에 위치하여, 상기 레일(100)과 접촉하도록 위치할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 윤중 측정시스템(200)이 상기 레일(100)의 임의의 위치에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 바, 상기 부착부(400)는 상기 레일(100)과의 탈부착을 최대한 용이하고 빠르게 수행되는 것이 필요하다.
이에, 상기 부착부(400)는, 예를 들어, 유도자석을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 상기 부착부(400)로 전류가 인가되면 상기 부착부(400)는 자력이 발생하여 상기 광측정 유닛(300)을 상기 레일(100)에 고정시키고, 상기 부착부(400)로 인가된 전류를 제거하면 상기 광측정 유닛(300)은 상기 레일(100)로부터 탈착된다.
이 경우, 도시하지는 않았으나, 상기 부착부(400)로의 전류의 흐름을 제어하기 위한 제어부가 구비될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 윤중 측정시스템을 상세히 설명하기 위한 내부 구조도이다.
본 실시예에 의한 윤중 측정시스템(201)은 광학측정유닛(301)이 포함하는 반사부(350) 및 측정부(360)의 개수 및 이에 따른 측정위치의 개수 및 위치가 달라지는 것을 제외하고는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 윤중 측정시스템(200)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 이를 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서의 상기 윤중 측정시스템(201)에서는, 상기 반사부(350)는 제1 내지 제3 반사부들(351, 352, 353)을 포함하고, 상기 측정부(360)는 제1 내지 제3 측정부들(361, 362, 363)을 포함한다.
즉, 상기 확장부(320)는 상기 광섬유(310)로부터 제공되는 광을 확대하여 상기 반사부(350)로 제공하는데, 이 경우, 상기 반사부(350)가 3개의 반사부들(351, 352, 353)을 포함하므로, 상기 광을 3개의 광들로 분리하여 상기 제1 내지 제3 반사부들(351, 352, 353)로 제공한다.
즉, 상기 확장부(320)는 제1 광(321)을 상기 제1 반사부(351)로 제공하고, 제2 광(322)을 상기 제2 반사부(352)로 제공하며, 제3 광(323)을 상기 제3 반사부(353)로 제공한다.
이 경우, 상기 확장부(320)로부터, 상기 제1 반사부(351), 제3 반사부(353) 및 제2 반사부(352)가 위치하는 것, 즉 상기 제3 반사부(353)가 상기 제1 및 제2 반사부들(351, 352)의 사이에 위치하는 것을 예시하여 설명한다.
이에 따라, 제3 측정위치(111)가 제1 측정위치(101) 및 제2 측정위치(102)의 사이에 배치되는 것을 예시하여 설명한다.
이 경우, 상기 제3 측정위치(111)가 상기 제1 및 제2 측정위치들(101, 102)의 사이에 배치된다고 하여, 상기 제1 및 제3 측정위치들(101, 111) 사이의 간격이나 상기 제2 및 제3 측정위치들(102, 111) 사이의 간격이, 도 3에서 설명한 상기 제1 및 제2 측정위치들(101, 102) 사이의 간격보다 작은 것은 아니다.
즉, 본 실시예에서, 상기 제1 및 제3 측정위치들(101, 111) 사이의 간격이나 상기 제2 및 제3 측정위치들(102, 111) 사이의 간격이, 도 3에서 설명한 상기 제1 및 제2 측정위치들(101, 102) 사이의 간격과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제1 반사부(351)에서 반사된 제1 광(321)은 상기 제1 측정위치(101)로 제공되고, 이에 따라 상기 제1 측정위치(101)에서 반사된 광은 제1 측정부(361)로 제공된다.
마찬가지로, 상기 제2 반사부(352)에서 반사된 제2 광(322)은 상기 제2 측정위치(102)로 제공되고, 이에 따라 상기 제2 측정위치(102)에서 반사된 광은 제2 측정부(362)로 제공된다.
또한, 상기 제3 반사부(353)에서 반사된 제3 광(323)은 상기 제3 측정위치(111)로 제공되고, 이에 따라 상기 제3 측정위치(111)에서 반사된 광은 제3 측정부(363)로 제공된다.
그리하여, 상기 제1 측정부(361)는, 상기 제1 측정위치(101)에서 반사되는 광을 바탕으로, 상기 제1 측정위치(101)에 해당되는 면적에서의 레일(100)의 스펙클이미지를 도출하고, 상기 제2 측정부(362)는, 상기 제2 측정위치(102)에서 반사되는 광을 바탕으로, 상기 제2 측정위치(102)에 해당되는 면적에서의 레일(100)의 스펙클이미지를 도출하며, 상기 제3 측정부(363)는, 상기 제3 측정위치(111)에서 반사되는 광을 바탕으로, 상기 제3 측정위치(111)에 해당되는 면적에서의 레일(100)의 스펙클이미지를 도출한다.
또한, 상기 각각의 위치에서의 스펙클이미지를 분석하여, 상기 레일(100)의 서로 이격된 세 영역을 포함한 상기 레일(100)에서의 변형도를 도출할 수 있다. 나아가, 상기 도출된 변형도를 처리하여, 앞서 설명한 바와 같이 상기 레일(100)의 중립축의 위치 및 윤중을 도출할 수 있게 된다.
이 경우, 상기 제1 내지 제3 측정위치들(101, 102, 111)은 모두, 앞서 설명한 바와 같이, 소정의 면적을 가지는 것으로 입사되는 광의 면적의 크기에 따라 그 영역이 결정된다.
즉, 본 실시예의 경우, 상기 측정위치들이 1개가 추가되므로, 그만큼 상기 레일(100) 상에서 측정되는 영역은 증가하게 된다.
한편, 본 실시예의 경우, 상기 제1 측정위치(101)와 제3 측정위치(111)의 사이에, 상기 레일(100)과 침목(110)이 서로 교차하는 교차부가 위치할 수 있다.
즉, 상기 침목(110)이 상기 제1 측정위치(101)와 상기 제3 측정위치(111)의 사이에 위치할 수 있다. 물론, 상기 침목(110)은 상기 제2 측정위치(102)와 상기 제3 측정위치(111)의 사이에 위치할 수도 있으나, 이하에서는 상기 제1 측정위치(101)와 상기 제3 측정위치(111)의 사이에 위치하는 것을 예시하여 설명한다.
이 경우, 인접하는 침목(120)은 상기 제2 측정위치(102)의 외측(도 4에서는 상측)에 위치하게 된다.
일반적으로 침목은 상기 레일(100)과 수직인 방향으로, 상기 레일(100)의 하부에 복수개가 서로 평행하게 설비된다. 따라서, 상기 레일(100)과 상기 침목(110)은 서로 교차하는 부분이 형성되며, 본 실시예에서는, 상기 레일(100)과 상기 침목(110)이 서로 교차하는 경우, 상기 교차점의 상부는 상기 제1 측정위치(101)와 상기 제3 측정위치(111)의 사이에 위치하게 된다.
이상과 같이, 상기 레일(100)과 상기 침목(110)의 교차부가 위치함에 따라, 단순히 레일(100)의 윤중만을 측정하는 것 외에, 상기 침목(110)에 의해 레일(100)에 인가되는 반력도 동시에 측정할 수 있다.
즉, 상기 제2 측정위치(102)와 상기 제3 측정위치(111)를 선택하여, 상기 레일(100)의 변형도를 도출함으로써, 상기 레일(100)의 중립축의 위치 및 윤중을 도출하는 것 외에, 상기 제1 측정위치(101)와 상기 제3 측정위치(111)를 선택하여, 상기 레일(100)의 변형도를 도출함으로써, 상기 침목(110)에 의해 상기 레일(100)로 인가되는 반력을 측정할 수 있다.
즉, 상기 제1 측정위치(101) 및 상기 제3 측정위치(111)의 사이에, 상기 침목(110)이 위치하므로, 상기 제1 및 제3 측정위치들(101, 111)로부터 도출되는 상기 레일(110)의 변형도는 상기 침목(110)에 의해 상기 레일(100)로 인가되는 반력이 포함된 것으로, 이를 바탕으로 상기 레일(100)로 인가되는 반력의 측정이 가능하게 된다.
이상과 같이, 상기 측정위치들을 위치시킴으로써, 레일의 윤중은 물론 침목에 의한 반력까지 모두 측정할 수 있게 된다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 광측정 유닛을 이용하여 레일의 변형을 소위, 스펙클이미지(speckle image)를 활용하여 확인할 수 있으므로, 측정되는 영역 내에서의 변형성분을 분석할 수 있어, 레일의 중립축의 위치를 보다 정확하게 도출할 수 있다.
즉, 레일의 윤중을 측정하는 경우, 레일의 중립축의 위치를 정확하게 도출하는 것이 중요한데, 종래의 경우 고정된 형태의 측정유닛이 사용되고, 나아가 측정유닛이 측정할 수 있는 범위도 스트레인 게이지가 위치하는 매우 좁은 영역에 불과하였는바, 중립축의 위치를 도출하기 위해 많은 시행착오가 필요하였다.
반면, 본 실시예의 경우, 레일 상의 측정위치들은 소정의 영역을 형성하며, 상기 소정의 영역에서의 변형성분을 모두 도출할 수 있으므로, 전체적으로 보다 넓은 레일 영역에 대하여 변형상태를 측정할 수 있어, 상대적으로 용이하게 레일의 중립축의 위치 및 윤중을 도출할 수 있다.
나아가, 상기 광학측정 유닛은 부착부에 의해 레일에 탈부착이 용이하게 수행되므로, 보다 쉽게 레일의 보다 넓은 영역에서의 변형도를 측정할 수 있다.
이 경우, 상기 부착부는 유도자석으로 전류의 인가에 따라 탈부착이 유도되며, 이러한 부착부 및 레일에의 전류의 인가가, 광을 이용한 측정의 경우 측정 신호에 전혀 영향을 미치지 않으므로, 종래 단순히 스트레인 게이지를 이용하는 경우의 전류 신호로 인한 측정 오류를 미연에 방지할 수 있다.
또한, 상기 측정위치들을 2개로 설정하는 경우, 서로 이격된 2개의 위치에서, 소정 면적으로 레일의 변형 상태를 측정할 수 있으므로, 측정 결과의 보정 및 정확도 향상이 가능하며, 나아가, 측정위치들을 3개로 설정하되, 침목과 레일이 교차하는 부분을 사이에 두고 2개를 위치시키는 경우, 레일 내부에서의 윤중을 측정할 수 있는 것은 물론이며, 침목과 레일 사이의 반력도 선택적으로 측정이 가능하여, 레일에 인가되는 다양한 힘 및 이에 의한 변형도의 효과적인 측정이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 레일 110 : 침목
200, 201 : 윤중 측정시스템 300, 301 : 광학측정유닛
310 : 광섬유 320 : 확장부
330, 350 : 반사부 340, 360 : 측정부
101, 102, 111 : 측정위치 400 : 부착부

Claims (10)

  1. 광을 이용하여 레일의 윤중을 측정하는 광학측정 유닛; 및
    상기 광학측정 유닛을 상기 레일의 측면에 탈부착시키는 부착부를 포함하고,
    상기 광학측정 유닛은,
    외부로부터 제공되는 광을 확장 및 분리하는 확장부;
    상기 광학측정 유닛의 외부로부터 상기 확장부까지 연장되어, 상기 확장부로만 광을 제공하는 광섬유;
    상기 확장부로부터 제공받은 광을 서로 다른 광으로 분리하여 상기 레일의 적어도 2개 이상의 서로 다른 측정위치들로 상기 분리된 광을 각각 제공하는 반사부들; 및
    상기 서로 다른 측정위치들 각각에 인접하여 위치하며, 상기 서로 다른 측정위치들에서 반사된 서로 다른 광을 서로 분리하여 수광하는 측정부들을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부착부는,
    전류의 인가에 따라 자력이 형성되어 상기 레일에 부착되는 유도자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 부착부는,
    상기 광학측정 유닛의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정위치들 각각은 소정의 영역으로 형성되고,
    상기 측정부는 상기 소정의 영역에서의 변형(stain) 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 반사부는,
    제1 측정위치로 광을 제공하는 제1 반사부; 및
    상기 제1 측정위치와 소정거리 이격된 제2 측정위치로 광을 제공하는 제2 반사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 측정부는,
    상기 제1 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제1 측정위치에서의 레일의 변형(strain)을 측정하는 제1 측정부; 및
    상기 제2 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제2 측정위치에서의 레일의 변형(stain)을 측정하는 제2 측정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반사부는 상기 제1 및 제2 측정위치들과 다른 제3 측정위치로 광을 제공하는 제3 반사부를 더 포함하며,
    상기 측정부는 상기 제3 측정위치에서 반사된 광을 수광하여 상기 제3 측정위치에서의 레일의 변형(stain)을 측정하는 제3 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 측정위치는 상기 제1 및 제2 측정위치들의 사이에 위치하며,
    상기 레일 하부에 위치하는 침목은, 상기 제1 측정위치와 상기 제3 측정위치의 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 측정위치와 상기 제3 측정위치에서 측정된 레일의 변형(stain)을 바탕으로 윤중을 측정하고,
    상기 제1 측정위치와 상기 제3 측정위치에서 측정된 레일의 변형(stain)을 바탕으로 상기 침목에 의한 반력을 측정하는 것을 특징으로 하는 철도 윤중 측정시스템.
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