KR102357725B1 - 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치 및 이를 이용한 감지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 검사하기 위하여 탄성파를 이용한 검사 장비를 제공한다. 탄성파는 그 특성상 절손 또는 부분 절손 부위에서 반송파가 발생하는 것이어서 이러한 반송파의 크기를 측정함으로써 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 검사할 수 있다. 이를 위하여 절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및 상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부와 상기 탄성파측정부에서 생성된 탄성파를 이격된 지점에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분절손을 감지하기 위한 탄성파이격감지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
상기와 같은 구성에 의하여 탄성파의 전달과 반송신호를 측정함으로써 철도레일의 비파괴적인 절손 또는 부분 절손을 검사할 수 있는 수단을 제공한다. 또한, 측정되는 거리는 탄성파 발생부를 기준으로 양쪽에 탄성파이격감지부를 설치하는 경우 2배로 측정 거리를 늘릴 수 있는 효과도 있다.
상기와 같은 구성에 의하여 탄성파의 전달과 반송신호를 측정함으로써 철도레일의 비파괴적인 절손 또는 부분 절손을 검사할 수 있는 수단을 제공한다. 또한, 측정되는 거리는 탄성파 발생부를 기준으로 양쪽에 탄성파이격감지부를 설치하는 경우 2배로 측정 거리를 늘릴 수 있는 효과도 있다.
Description
본 발명은 철도레일의 변형에 의하여 발생하는 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 감지하는 기술에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 탄성파를 이용한 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 감지하기 위한 기술에 관한 것이다.
본 출원발명 이전의 선행기술로는 하방 전단력에 취약한 광케이블을 레일의 하부에 부착하고, 그 광케이블을 통해 기계실의 연동논리장치를 중심으로 각 장비간의 주파수 송수신을 행하여, 절손여부를 판단하고 광케이블의 반사 특성을 이용하여 절손 위치를 파악할 수 있도록 한 광케이블을 이용한 레일 절손 감지장치에 관한기술이 개시되어 있다.
또 다른 선행기술로는 주파수 비교를 통한 레일 절손 검출시스템에 관한 기술이 있다. 이 기술은 각 랙장치에 구비된 수신기 및 송신기와 연동되어 주파수를 감지하는 다수의 주파수 감지유닛을 감지 여부 및 주파수 강도를 통해 폐색 구간내의 레일 절손 상태를 알 수 있는 기술이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 상기 광섬유 또는 주파수를 이용한 기술들은 그 설치가 까다롭고, 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한 설치 후 유지 보수가 어려운 점도 상기 광섬유를 이용한 방법의 실용화가 어려운 단점이며, 주파수를 이용한 방법은 그 효과 면에서 인정할만하지만 장비의 설치와 운용에 많은 어려움이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여여 하기의 구성을 제공한다.
절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및
상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부와
상기 탄성파측정부에서 생성된 탄성파를 이격된 지점에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분절손을 감지하기 위한 탄성파이격감지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부는 상기 철도레일의 측면에 구비되며, 상기 철도레일을 통하여 전해지는 탄성파를 측정하기위하여 피에조센서, 마이크로폰 및 가속도센서 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부는 솔레노이드, 스피커 또는 피에조방식을 이용하여 탄성파를 발생하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부의 구동 및 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부의 신호 크기와 검출 시간을 측정하고, 절손 및 부분 절손을 판단하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 철도레일 절손감지장치를 이용한 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법에 있어서,
상기 탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 탄성파 발생단계(S1); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 탄성파의 크기와 상기 탄성파의 검출 시간 측정을 시작하는 초기탄성파측정단계(S2); 및
상기 탄성파를 상기 탄성파 발생부와 이격된 거리에 설치된 상기 탄성파이격감지부에서 감지하는 단계(S3); 및
상기 탄성파이격감지부에서 감지된 탄성파의 크기와 감지 시간을 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호전송단계(S4); 및
상기 탄성파이격감지부에서 설정된 시간 후에도 탄성파 감지가 없는 경우 이를 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호없음전송단계(S5); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 설정된 시간의 2배 시간 동안 탄성파를 감지하는 반송신호탐지단계(S6); 및
상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호가 있는 경우 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호를 분모로 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 비율을 계산하고, 상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호의 탐지시간이 상기 초기탄성파측정단계로부터 얼마의 시간이 걸렸는지 계산하는 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 원격탐지신호전송단계에서 측정된 신호의 크기와 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 크기를 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호의 크기로 나누어 그 비율을 비교함으로써 부분절손을 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계에서 측정된 반송신호시간을 이용하여 절손 및 부분 절손위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 원격탐지신호없음전송단계에서 신호 없음 신호를 상기 제어부에 전송하는 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부의 탄성파 신호가 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 탄성파의 90% 이상인 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또 다른 과제해결방법으로,
절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및
상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부; 및
한 쌍의 상기 탄성파측정부을 이격된 거리에 설치하는 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 탄성파측정부 중 하나를 주탄성파측정부로 하고, 다른 하나를 부탄성파 측정부로 설정하는 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 주탄성파측정부와 부탄성파측정부는 GPS 신호, 또는 리얼타임클럭을 내장하여 서로 동기화된 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부는 상기 철도레일의 측면에 구비되며, 상기 철도레일을 통하여 전해지는 탄성파를 측정하기위하여 피에조센서, 마이크로폰 및 가속도센서 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부는 솔레노이드, 스피커 또는 피에조방식을 이용하여 탄성파를 발생하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 주탄성파측정부에는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 철도레일 절손감지장치를 이용한 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법에 있어서,
상기 주탄성파측정부와 상기 부탄성파측정부는 서로 통신에 의하여 연결되지 않더라도, 상기 주탄성파측정부가 설정된 시간 간격으로 철도레일의 절손 또는 부분절손을 측정하기 위하여 상기 부탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 시점을 동기화하는 동기화단계(SA0); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파 발생부에서 탄성파를 발생하는 탄성파 발생단계(SA1); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 탄성파의 크기와 상기 탄성파의 검출 시간 측정을 시작하는 초기탄성파측정단계(SA2); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손에 의하여 상기 탄성파가 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파를 측정하는 반송파측정단계(SA3); 및
상기 탄성파를 상기 탄성파 발생부와 이격된 거리에 설치된 상기 부탄성파측정부감지부에서 감지하는 원격감지단계(SA4); 및
상기 부탄성파측정부 탄성파감지부에서 상기 주탄성파측정부에서 발생한 탄성파가 감지되면, 상기 부탄성파측정부에 구비된 탄성파 발생부에서 회신탄성파를 발생하는 회신탄성파발생단계(SA5); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파 또는 상기 부탄성파발생단계에서 발생된 회신탄성파가 측정되는 경우, 상기 초기탄성파측정단계로부터의 시간과 비교하여 부탄성파에서 발생된 회신탄성파인지 또는 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파인지 구분하는 신호구분단계(SA6); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 측정된 신호가 반송파이면, 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호의 크기와 비교하여 절손 또는 부분절손을 계산하고, 이후 도달하는 상기 부탄성파측정부에서 발생한 회신탄성파를 무시하는 부분절손계산단계(SA7); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 반송파의 측정 없이, 측정된 신호가 회신탄성파이면 상기 철도레일에 절손이 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 신호구분단계에서는 탄성파감지부에서 신호가 감지된 시간이 상기 주탄성파측정부와 부탄성파측정부 시간의 2배 이하이면 반송파로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
삭제
또한, 상기 동기화된 부탄성파측정부에서 3회 이상 상기 주탄성파측정부에서 상기 탄성파가 발생되어 측정되어야 함에도 신호측정이 없는 경우 철도레일 절손 경고를 위하여, 상기 부탄성파측정부에 구비된 탄성파 발생부를 1초 간격으로 연속동작하거나, 경보음 발생부를 더 구비하여 경보하거나, 경고등을 더 구비하여 경고등을 깜박이거나, 통신 모듈을 더 구비하여 통신을 통하여 경고하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여 탄성파의 전달과 반송신호를 측정함으로써 철도레일의 비파괴적인 절손 또는 부분 절손을 검출할 수 있는 수단을 제공한다. 또한, 측정되는 거리는 탄성파 발생부를 기준으로 양쪽에 탄성파이격감지부를 설치하는 경우 2배로 측정 거리를 늘릴 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 탄성파를 이용한 철도레일 절손 및 부분 절손 측정 개념도
도 2는 본 발명의 철도레일 절손 및 부분 절손 실험 구성도
도 3은 본 발명의 철도레일 탄성파특정 실험 결과
도 4는 본 발명의 철도레일 절손 실험 결과
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 구성도
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 구성도
도 7은 본 발명의 탄성파감지부 고정 마운트 도면
도 8은 본 발명의 탄성파 발생부 도면
도 9는 본 발명의 탄성파 감지부 도면
도 2는 본 발명의 철도레일 절손 및 부분 절손 실험 구성도
도 3은 본 발명의 철도레일 탄성파특정 실험 결과
도 4는 본 발명의 철도레일 절손 실험 결과
도 5는 본 발명의 제1 실시예의 구성도
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 구성도
도 7은 본 발명의 탄성파감지부 고정 마운트 도면
도 8은 본 발명의 탄성파 발생부 도면
도 9는 본 발명의 탄성파 감지부 도면
본 발명의 작용 효과를 도면을 이용하여 설명하면, 하기와 같다.
도1은 본 발명의 탄성파를 이용한 철도레일 절손 또는 부분 절손 개념도로, 탄성파를 발생하는 탄성파 발생부, 이격된 거리에서 상기 탄성파를 측정하는 탄성파이격감지부로 기본 구성된다. 상기 철도레일의 중간에 절손 또는 부분 절손이 있는 경우 이 부분을 중심으로 반송파가 발생하게 되고, 이를 탄성파감지부에서 감지하며, 절손의 경우 상기 탄성파이격감지부에서 탄성파를 측정할 수 없으며, 부분 절손의 경우 이격된 위치에 설치된 상기 탄성파이격감지부에서 탄성파가 감지된다.
이는 절손위치에서는 더 이상 탄성파가 철도레일을 통하여 전달될 수 없으며, 부분절손의 경우 탄성파가 부분적으로 반송되고, 또 일부 탄성파는 직진하여 상기 탄성파이격감지부에서 감지되는 특성이 있기 때문이다.
삭제
도1(A)는 철도레일에 절손과 부분절손이 없는 경우로 상대적으로 큰 신호의 탄성파가 상기 철도레일을 따라 탄성파이격감지부에 절단되는 것을 확인할 수 있으며, 도1(B)는 상기 철도레일 중간에 부분절손이 있는 형상으로 부분절손위치에서 반송파가 발생하고, 일부?z 상기 탄성파이격감지부에서 감지되는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 상기 탄성파감지부에서 측정된 신호의 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 탄성파발생부와 동기화된 상기 탄성파이격감지부에서 상기 탄성파가 도달하는 시간과 상기 탄성파의 크기를 이용하여 철도레일의 절손과 부분절손을 감지할 수 있다. 즉, 탄성파가 도달하는 시간이 설정된 시간보다 더 큰 경우 탄성파가 도달하지 않는 절손으로 파악할 수 있고, 탄성파가 감지되지만 그 크기가 작은 경우 상기 철도레일이 부분적으로 절손된 것으로 판단한다.
이때 트리거 신호는 탄성파발생부 및/ 또는 탄성파이격감지부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 반송파가 있는 경우 상기 탄성파발생부의 철도레일 이면에 탄성파감지부를 더 구비하여 상기 탄성파발생부에서 탄성파를 발생한 시기부터 상기 반송파가 돌아오는 신간을 계산하여 상기 절손 또는 부분 절손 위치를 찾아낼 수 있다.
도2는 본 발명의 실험 장치를 도시하고 있다. 탄성파 검출은 0Hz ~ 2MHz 사이의 검출수단을 사용하면 가능하다. 본 발명에서는 0~299khz 사이의 탄성파를 검출하는 초음파센서를 사용하였으나, 피에조센서, 가속도센서, 마이크로폰 등 탄성파를 측정할 수 있는 수단이면 어느 것이든 가능하다.
솔레노이드를 이용한 탄성파 충격발생장치를 이용하여 실험한 결과 도3의 하단에 도시된 바와 같이 0~12khz 사이의 신호가 주파수 분선결과 주로 측정되었다.
이점을 고려하여 상기 탄성파 검출센서를 선택하여 사용할 수 있다.
도3의 상부 도면은 1.6m 거리에서 솔레노이드 방식의 충격기를 사용하여 탄성파를 측정한 결과이다. 탄성파가 없는 경우와 있는 경우가 확연히 구분되어 측정되는 것을 알 수 있다.
도4는 철도레일의 연결부위를 본 발명의 탄성파가 전달될 수 있는지 실험한 결과이다. 연결부위가 접촉되어 있는 경우 탄성파가 잘 전달되어 측정되는 것을 확인할 수 있었다(상부 도면) 그러나, 철도레일의 연결부위가 분리된 경우에는 신호를 측정할 수 없었다(하부 도면) 이러한 경우 추가적인 탄성파 전달을 위하여 상기 철도레일의 측면에 금속판을 덧붙여 탄성파가 전달될 수 있도록 구성도 가능할 것이다.
도5는 본 발명의 제1실시 예에 해당하는 청구항 1항에 대한 구성이다.
철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부(110)가 구비되고, 상기 철도레일의 타측면에 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부(120)가 구성되어 있다. 또한 이와 이격된 위치에 상기 탄성 발생부에서 생성된 탄성파를 이격된 지점에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분절손을 감지하기 위한 탄성파이격감지부(130)가 구비되어 있다.
이러한 구성에 의하여 초기 탄성파의 크기, 반송된 탄성파의 크기와 도달 시간 등을 계산하여 절손 또는 부분 절손 또는 정상을 판단하는 수단을 제공한다.
즉, 상기 이격된 거리를 탄성파가 이동하는 시간의 2배에 해당하는 시간 내에 반송파가 상기 탄성파감지부(120)에서 감지되면 절손 또는 부분 절손이 있는 것이고, 절손과 부분 절손의 판단은 상기 반송파의 크기를 상기 초기 탄성파의 크기와 비교하여 판단한다. 상기 이격된 거리에 따라 차이가 있을 수 있으나, 초기 탄성파 크기의 50% 이상의 신호가 돌아오면 절손으로 보는 것이 타당하다. 이는 50% 이상의 신호가 들어온다면 부분 절손의 경우도 많은 부분이 절손된 것이기 때문이다.
도5의 측정방법은 상기 탄성파이격감지부(130)와 상기 탄성파감지부(120)사이에 통신이 연결되어 상기 탄성파이격감지부(130)에서 측정된 탄성파의 크기만을 이용하여 절손과 부분 절손을 감지할 수도 있다. 즉, 상기 탄성파이격감지부에서 측정되는 탄성파의 크기는 거리에 따라 감소할 수 있으나, 중간에 절손 또는 부분 절손이 있는 경우 신호의 크기가 급격히 작아지거나, 측정되지 않을 수 있는 것이어서, 상기 탄성파이격감지부(130)에서 측정된 신호를 계속 모니터링 함으로써 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 감지할 수 있다.
즉, 탄성파 발생부를 철도레일에 설치하고, 이격된 거리에 탄성파이격감지부만을 구비하여 탄성파이격감지부에서 측정되는 탄성파의 크기를 연속 측정함으로써 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 찾아낼 수도 있다.
도6은 본 발명의 제2 실시 예에 해당하는 발명으로, 탄성파발생부와 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부를 한 쌍으로 구비하여 철도레일에 일정 거리를 두고 설치함으로써 서로 탄성파를 주고받는 방법으로 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 검사하고, 모니터링 하는 방법을 제공한다.
이는 상기 한 쌍의 탄성파측정부 중 하나를 주탄성파측정부로 다른 하나는 부탄성파측정부로 설정한다. 상기 설정된 주탄성파측정부와 부탄성파측정부는 상기 주판성파측정부와 부탄성파측정부가 전기적으로 연결되어 있지 않아도, 상기 주탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 시점을 알 수 있도록 동기화되어 있다.
상기 동기화는 동작 시작 시간을 동기화하는 것으로 시간은 리얼타임클럭 또는 GPS 인공위성의 시간을 이용할 수 있다.
동기화된 주탄성파측정부와 부탄성파측정부는 다음과 같이 동작한다.
상기 주탄성파측정부에서 탄성파를 발생시키면, 상기 부탄성파측정부는 상기 탄성파가 발생한 시점으로부터 시간을 계산하여 탄성파가 도달할 시간을 예측한다.
만약, 상기 철도레일에 절손 또는 부분 절손된 손상이 없으면, 상기 주탄성파측정부에서 탄성파는 상기 주탄성파측정부로 반송되지 않는다. 이러한 경우 상기 주탄성파측정부에서는 반송파가 없으므로 절손이 없는 것으로 판단할 수 있으나, 확실한 절손이 없음을 확인하기 위하여 상기 부탄성파측정부에서는 상기 탄성파가 검출되면, 상기 부탄성파측정부의 탄성파 발생부을 이용하여 회신 탄성파를 발생한다.
동기화된 시간에 의하여 상기 주탄성파측정부는 상기 회신 탄성파가 도달할 시간을 계산하여 이 신호 이전에 신호가 특정되면 절손 및 부분 절손에 의한 반송파로 판단하고, 이 시간이 지나서 신호가 검출되면 회신 탄성파로 확인하여 철도레일이 이상 없다고 판단하다.
즉, 탄성파발생부와 탄성파감지부를 일측에 구비하는 것만으로도 일정 구간 내에서의 철도레일의 절손 또는 부분 절손을 감지할 수 있으나, 본 발명과 같이 한 쌍으로 구비된 탄성파발생부와 탄성파감지부를 구비한다면 한 쌍의 장치 사이에 별도의 통신연결 없이 회신신호를 받을 수 있는 모니터링 시스템 구성이 가능한 장점이 있다.
당연히, 주탄성파측정부와 부탄성파측정부의 구분 없이, 서로 동기화하여 한 번씩 교번하여 탄성파를 발생하고, 이를 상대측에서 측정하고, 이를 확인해 주는 신호를 사용하는 것도 가능하다. 동기화되어 있어, 탄성파 신호가 일정시간 또는 일정 횟수동안 감지되지 않는 경우 절손으로 판단하여, 경고하고, 알리고, 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 기능을 위하여 경고음, 경고등, 통신장치 등을 부가하는 것은 통상의 기술자에게는 자명하다.
부언하자면, 본 발명은 탄성파를 발생하고 이 탄성파가 반송되는 반송파를 이용하여 철도레일의 절손과 부분 절손을 측정하고자하는 것으로, 좀 더 확실한 측정을 위하여 상기의 구성이외에 반송파가 아닌 직접 전달되는 탄성파를 이용하는 구성과 탄성파 발생부와 이격된 위치에 설치된 탄성파감지부를 통신 연결 없이 탄성파를 이용하여 작동을 확인하는 수단을 제공하는 것이다.
상기 회신 신호는 모스 부호와 같이 부호 신호를 사용할 수도 있고, 연속적인 경고신호를 발생할 수도 있다.
상기 탄성파측정부와 상기 철도레일의 결합을 용이하게 하고, 측정신호를 더 정확하게 받기 위하여 상기 탄성파감지부와 상기 철도레일 사이에 단단한 탄성고무판을 더 구비하여 신호를 더 정확하게 전달받으면서 전동에 의한 마찰 또는 충격으로 탄성파감지부가 파손되는 충격을 완충하였다.
또한, 상기 탄성파감지부 후면에 상기 철도레일과 접촉력을 강화시키는 탄성고정장치를 지면과의 사이에 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기 탄성고정장치는 탄성이 있는 강철판으로 구성할 우 있으며, 고정을 위하여 지면 또는 받침목에 못 또는 나사등을 이용하여 고정할 수 있다. 이렇게 함으로써 기차와 같은 운송수단이 상기 철도레일을 통과하는 진동에 의하여 철도레일과의 접촉면의 불안정에 의한 신호의 측정오류를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 상기 탄성파감지부에 중력측정 센서를 더 구비하여 상기 탄성파 감지부가 상기 철도레일에서 떨어지는 경우 중력측정 방향이 바뀌는 것을 감지하여 상기 탄성파감지부가 설치위치에서 분리된 것을 감지하여 무선, 유선 또는 경고등 점멸 등의 방법으로 관리자 또는 사용자에 알림으로써 센서의 이탈에 의한 부정확한 동작을 확인하는 수단으로 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 탄성파 감지부가 철도레일에 잘 결합되어 신호 측정이 잘되도록 하는 결합 볼트를 구비한 탄성파 지지부의 도면이다.
도 8은 본 발명의 탄성파 발생부의 상세도로 솔레노이드 타격기와 상기 솔레노이드를 상기 철도레일에 부착하여 탄생파를 발생시키기위한 솔레노이드레일부착자석을 도시하고 있다. 상기 솔레노이드를 고정하기위한 마운트 좌우에 상기 솔레노이드레일부착자석을 구비하여 철도 레일에 영향을 주지않고 탄성파 발생부를 고정하는 특징이 있다.
도 9는 탄성파감지부를 상기 철도레일에 고정한 도면으로 탄성파센서를 고정하는 마운트 좌우에 탄성파센서레일부착자석을 구비하여 상기 탄성파감지부를 상기 철도레일이 고정하고 있다. 이러한 구성에 의하여 별도의 구성없이 탄성파감지부를 측정하고자하는 철도레일 상의 위치에 탄성파감지부를 고정할 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 작용효과를 나타내기 위한 본 발명의 구성은 하기와 같다.
절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및
상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부와
상기 탄성파측정부에서 생성된 탄성파를 이격된 지점에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분절손을 감지하기 위한 탄성파이격감지부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부는 상기 철도레일의 측면에 구비되며, 상기 철도레일을 통하여 전해지는 탄성파를 측정하기위하여 피에조센서, 마이크로폰 및 가속도센서 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부는 솔레노이드, 스피커 또는 피에조방식을 이용하여 탄성파를 발생하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부의 구동 및 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부의 신호 크기와 검출 시간을 측정하고, 절손 및 부분 절손을 판단하는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 철도레일 절손감지장치를 이용한 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법에 있어서,
상기 탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 탄성파 발생단계(S1); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 탄성파의 크기와 상기 탄성파의 검출 시간 측정을 시작하는 초기탄성파측정단계(S2); 및
상기 탄성파를 상기 탄성파 발생부와 이격된 거리에 설치된 상기 탄성파이격감지부에서 감지하는 단계(S3); 및
상기 탄성파이격감지부에서 감지된 탄성파의 크기와 감지 시간을 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호전송단계(S4); 및
상기 탄성파이격감지부에서 설정된 시간 후에도 탄성파 감지가 없는 경우 이를 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호없음전송단계(S5); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 설정된 시간의 2배 시간 동안 탄성파를 감지하는 반송신호탐지단계(S6); 및
상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호가 있는 경우 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호를 분모로 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 비율을 계산하고, 상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호의 탐지시간이 상기 초기탄성파측정단계로부터 얼마의 시간이 걸렸는지 계산하는 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 원격탐지신호전송단계에서 측정된 신호의 크기와 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 크기를 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호의 크기로 나누어 그 비율을 비교함으로써 부분절손을 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계에서 측정된 반송신호시간을 이용하여 절손 및 부분 절손위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 원격탐지신호없음전송단계에서 신호 없음 신호를 상기 제어부에 전송하는 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부의 탄성파 신호가 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 탄성파의 90% 이상인 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또 다른 과제해결방법으로,
절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및
상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부; 및
한 쌍의 상기 탄성파측정부을 이격된 거리에 설치하는 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 탄성파측정부 중 하나를 주탄성파측정부로 하고, 다른 하나를 부탄성파 측정부로 설정하는 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 주탄성파측정부와 부탄성파측정부는 GPS 신호, 또는 리얼타임클럭을 내장하여 서로 동기화된 것을 특징으로 하는 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부는 상기 철도레일의 측면에 구비되며, 상기 철도레일을 통하여 전해지는 탄성파를 측정하기위하여 피에조센서, 마이크로폰 및 가속도센서 중 어느 하나 이상을 사용하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 탄성파 발생부는 솔레노이드, 스피커 또는 피에조방식을 이용하여 탄성파를 발생하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 주탄성파측정부에는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치를 제공한다.
또한, 상기 철도레일 절손감지장치를 이용한 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법에 있어서,
상기 주탄성파측정부와 상기 부탄성파측정부는 서로 통신에 의하여 연결되지 않더라도, 상기 주탄성파측정부가 설정된 시간 간격으로 철도레일의 절손 또는 부분절손을 측정하기 위하여 상기 부탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 시점을 동기화하는 동기화단계(SA0); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파 발생부에서 탄성파를 발생하는 탄성파 발생단계(SA1); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 탄성파의 크기와 상기 탄성파의 검출 시간 측정을 시작하는 초기탄성파측정단계(SA2); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손에 의하여 상기 탄성파가 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파를 측정하는 반송파측정단계(SA3); 및
상기 탄성파를 상기 탄성파 발생부와 이격된 거리에 설치된 상기 부탄성파측정부감지부에서 감지하는 원격감지단계(SA4); 및
상기 부탄성파측정부 탄성파감지부에서 상기 주탄성파측정부에서 발생한 탄성파가 감지되면, 상기 부탄성파측정부에 구비된 탄성파 발생부에서 회신탄성파를 발생하는 회신탄성파발생단계(SA5); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파 또는 상기 부탄성파발생단계에서 발생된 회신탄성파가 측정되는 경우, 상기 초기탄성파측정단계로부터의 시간과 비교하여 부탄성파에서 발생된 회신탄성파인지 또는 상기 철도레일의 절손 또는 부분 절손 부위에서 반사되어 돌아오는 반송파인지 구분하는 신호구분단계(SA6); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 측정된 신호가 반송파이면, 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호의 크기와 비교하여 절손 또는 부분절손을 계산하고, 이후 도달하는 상기 부탄성파측정부에서 발생한 회신탄성파를 무시하는 부분절손계산단계(SA7); 및
상기 주탄성파측정부의 탄성파감지부에서 반송파의 측정 없이, 측정된 신호가 회신탄성파이면 상기 철도레일에 절손이 없는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 신호구분단계에서는 탄성파감지부에서 신호가 감지된 시간이 상기 주탄성파측정부와 부탄성파측정부 시간의 2배 이하이면 반송파로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
또한, 상기 동기화된 부탄성파측정부에서 3회 이상 상기 주탄성파측정부에서 상기 탄성파가 발생되어 측정되어야 함에도 신호측정이 없는 경우 철도레일 절손 경고를 위하여, 상기 부탄성파측정부에 구비된 탄성파 발생부를 1초 간격으로 연속동작하거나, 경보음 발생부를 더 구비하여 경보하거나, 경고등을 더 구비하여 경고등을 깜박이거나, 통신 모듈을 더 구비하여 통신을 통하여 경고하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법을 제공한다.
100 : 탄성파측정부
110 : 탄성파발생부
111 : 솔레노이드타격기
112 : 솔레노이드레일부착자석
120 : 탄성파감지부
121 : 탄성파센서
122 : 탄성파센서레일부착자석
130 : 탄성파이격감지부
200 : 주탄성파측정부
300 : 부탄성파측정부
400 : 철도레일
410 : 부분절손
500 : 탄성파감지부 마운트
510 : 결합볼트
110 : 탄성파발생부
111 : 솔레노이드타격기
112 : 솔레노이드레일부착자석
120 : 탄성파감지부
121 : 탄성파센서
122 : 탄성파센서레일부착자석
130 : 탄성파이격감지부
200 : 주탄성파측정부
300 : 부탄성파측정부
400 : 철도레일
410 : 부분절손
500 : 탄성파감지부 마운트
510 : 결합볼트
Claims (18)
- 절손 또는 부분절손 검사를 위하여 철도레일의 일측면에 고정하는 탄성파 발생부; 및
상기 탄성파 발생부가 고정된 철도레일의 반대쪽 측면에 구비되어 절손 또는 부분 절손에 의하여 되돌아오는 탄성파를 감지하기 위한 탄성파감지부로 구성되는 탄성파측정부와
상기 탄성파측정부에서 생성된 탄성파를 이격된 지점에서 상기 철도레일의 절손 또는 부분절손을 감지하기 위한 탄성파이격감지부; 및
상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부는 상기 철도레일의 측면에 구비되며, 상기 철도레일을 통하여 전해지는 탄성파를 측정하기위하여 피에조센서, 마이크로폰 및 가속도센서 중 어느 하나 이상을 사용하며,
상기 탄성파 발생부는 솔레노이드, 스피커 또는 피에조방식을 이용하여 탄성파를 발생하고,
상기 탄성파 발생부의 구동 및 상기 탄성파감지부 및 탄성파이격감지부의 신호 크기와 검출 시간을 측정하고, 절손 및 부분 절손을 판단하는 제어부를 구비한 철도레일 절손감지장치를 이용한 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법에 있어서,
상기 탄성파측정부에서 탄성파를 발생하는 탄성파 발생단계(S1); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 탄성파의 크기와 상기 탄성파의 검출 시간 측정을 시작하는 초기탄성파측정단계(S2); 및
상기 탄성파를 상기 탄성파 발생부와 이격된 거리에 설치된 상기 탄성파이격감지부에서 감지하는 단계(S3); 및
상기 탄성파이격감지부에서 감지된 탄성파의 크기와 감지 시간을 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호전송단계(S4); 및
상기 탄성파이격감지부에서 설정된 시간 후에도 탄성파 감지가 없는 경우 이를 상기 제어부에 전송하는 원격탐지신호없음전송단계(S5); 및
상기 탄성파감지부에서 상기 설정된 시간의 2배 시간 동안 탄성파를 감지하는 반송신호탐지단계(S6); 및
상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호가 있는 경우 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호를 분모로 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 비율을 계산하고, 상기 반송신호탐지단계에서 탐지된 신호의 탐지시간이 상기 초기탄성파측정단계로부터 얼마의 시간이 걸렸는지 계산하는 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계(S7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법. - 제1항에 있어서,
상기 원격탐지신호전송단계에서 측정된 신호의 크기와 상기 반송신호탐지단계에서 측정된 신호의 크기를 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 신호의 크기로 나누어 그 비율을 비교함으로써 부분절손을 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법. - 제2항에 있어서,
상기 반송신호 비율 및 반송신호시간 측정단계에서 측정된 반송신호시간을 이용하여 절손 및 부분 절손위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법. - 제3항에 있어서,
상기 원격탐지신호없음전송단계에서 신호 없음 신호를 상기 제어부에 전송하는 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 확인하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법. - 제4항에 있어서,
상기 탄성파감지부의 탄성파 신호가 상기 초기탄성파측정단계에서 측정된 탄성파의 90% 이상인 경우 상기 철도레일이 절손된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 철도 레일 절손 및 부분절손 감지방법. - 삭제
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| KR1020200006353A KR102357725B1 (ko) | 2020-01-17 | 2020-01-17 | 탄성파를 이용한 철도레일 절손감지장치 및 이를 이용한 감지방법 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101936001B1 (ko) * | 2017-09-27 | 2019-01-07 | 한국표준과학연구원 | 철도레일 결함 탐상을 위한 레일 위상배열 초음파 탐촉자 |
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