KR200255314Y1 - 차량 탈선 감시용 광섬유 센서 시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 탈선 검지용 탄성체 내에 매설된 센서를 통해 차량의 탈선 여부를 감지하는 센서 시스템에 있어서, 상기 탄성체에 매설된 광섬유와, 상기 탄성체 내에서 상기 광섬유에 인접한 위치에 매설되고, 상기 광섬유의 종축 방향을 따라 요철부를 가지는 벤딩 부재 및 상기 광섬유의 일단 및 타단에 각각 연결되는 광원 및 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 탈선 감지용 센서 시스템을 제공한다. 본 고안에 따르면, 하중이 작은 원동기 등에도 적용될 수 있는 고감도의 차량 탈선 감시용 시스템을 저비용으로 제조 가능하다.

Description

차량 탈선 감시용 광섬유 센서 시스템{FIBER OPTICS FOR SENSING VEHICLE RUNNING OFF THE LINE}

본 고안은 광섬유 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게 말하자면 차량의 부하를 감지하여 탈선 여부를 감시할 수 있는 광섬유 센서 시스템에 관한 것이다.

차량 탈선 감지용 센서 시스템이란, 예컨대 운전 면허 코스 시험장의 탈선 검지선 하부에 매설되어 운전 시험 중인 차량의 바퀴가 이 탈선 검지선을 침범하였는지 여부를 판별하여 감점 등을 행하는 데 사용되는 센서 시스템이다. 종래에는 이 센서 시스템으로 압력 센서가 사용되어 왔다. 이 압력 센서는 탈선 검지선 내부의 밀폐 공간에 압축 공기를 주입하고, 차량이 탈선 검지선에 압력을 가하면 밀폐 공간의 압력이 증가하여 압력 센서가 이에 반응하는 식으로 차량의 탈선 여부를 감지한다. 그러나, 압력 센서 시스템의 경우, 차량의 무게에 따라 공기 압력이 변하므로 여러 종류의 차량, 예컨대 오토바이, 소형차, 트럭, 버스 등과 같이 하중이 다른 여러 종류의 차량의 탈선 여부를 감지하는 데는 어려움이 있었다. 또한, 운전 면허 시험이 각 운전 면허 학원에서 시행됨에 따라 각 운전 면허 학원에서 탈선 검지선의 공기 압력을 감소시켜 합격율을 높이는 등 부정의 소지가 제기되어 다른 시스템으로의 전환 필요성이 제기되고 있는 실정이다.

한편, 탈선 감지용 센서 시스템으로 다른 센서 시스템, 예컨대 압전 센서 시스템을 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 그러나, 압전 센서 시스템은 시스템이 복잡하여 제조 비용이 높은 한편, 무엇보다도 압전 센서의 감도로는 하중이 작은 오토바이나 경운기 등의 원동기용 탈선 감지 시스템에 적용될 수 없다는 한계를 지니고 있다. 또한, 압전 물질은 압력이 가해질 때와 압력이 해제될 때에만 전기적 신호를 발생시키고, 압력이 유지되는 기간에는 전기적 신호를 발생할 수 없다는 특성을 가지고 있다.

따라서, 탈선시 5점 감점, 탈선 후 5초 경과시 10점 감점 등과 같은 채점 기준에 맞는 현 운전 면허 채점 기준에 따른 정확한 채점을 실현하기 위해 필요한 지속적인 탈선여부 감지가 곤란하다는 문제점을 가지고 있다.

본 고안이 이루고자 하는 기술적 과제는 저비용으로 제조될 수 있고, 하중이작은 원동기 등에도 적용될 수 있는 고감도의 차량 탈선 감지용 시스템을 제공하는 것이다.

도 1 및 도 2는 본 고안의 원리인 벤딩에 따른 광강도의 손실을 설명하기 위한 개략도이다.

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 차량 탈선 감시용 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4는 본 고안의 실시예에 따라 다른 벤딩 부재를 적용한 차량 탈선용 감시용 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 고안은 탈선 검지용 탄성 부재 내에 매설된 센서를 통해 차량의 탈선 여부를 감지하는 센서 시스템에 있어서, 상기 탄성 부재에 광섬유를 매설하여 상기 탄성 부재의 하중에 따라 상기 광섬유의 벤딩에 따른 광강도를 측정하여 차량의 탈선 여부를 감지하는 시스템을 제공한다. 본 고안은 광섬유의 벤딩을 위해, 광섬유에 인접하여 매설된 벤딩 부재를 포함하는데, 상기 벤딩 부재는 매설된 광섬유의 종축 방향을 따라 요철면을 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 벤딩 부재는 서로 이격된 복수개의 로드로 형성될 수 있다.

이하 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 고안의 원리를 설명하기 위한 개략도이다. 잘 알려진 바와 같이, 광섬유(100)는 빛이 진행하는 코어(110) 및 코어를 둘러싸고 이보다 굴절율이 작은 클래드(120)로 구성된다. 광섬유(100) 내에서 빛(화살표로 표시)이 진행하는 원리는 굴절율이 다른 두 매질 경계에서의 빛의 전반사를 이용한다. 전반사가 일어나기 위해서는 빛이 진행하고 있는 매질의 굴절율이 입사하는 방향에 있는 매질의 굴절율보다 커야 할 뿐만 아니라, 입사각이 임계각 보다 클 것이 요구된다. 따라서, 만약 빛의 입사각이 임계각 보다 작을 경우 입사된 빛의 일부는 코어를 따라 진행하는 것이 아니라 클래드를 투과하게 되며, 결국 빛의 강도 감소를 초래하게 된다.

본 고안은 광섬유 내를 전파하는 빛의 이러한 특성을 이용한 것이다. 보다 상세하게 말하자면, 광섬유의 굽힘 손실(bend induced loss)을 이용한 것이다. 전술한 바와 같이, 전반사가 일어나는 입사각보다 큰 입사각을 가지는 빛의 일부는 광섬유 밖으로 투과하여 손실되는데, 특히 외부적인 요인으로 인해 광섬유(100)가 만곡된 경우, 코어(110) 내를 진행하는 빛은 직선부에서의 입사각(θ)이 임계각 보다 작게 되지만, 만곡부에서의 입사각(Φ)은 임계각 보다 작아지게 될 수 있으며, 여기서 빛의 손실이 발생할 수 있다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 빛의 일부(r)는 경계면에서 반사되어 코어 내를 진행하지만, 다른 일부(t)는 클래드를 투과하여 손실되게 된다. 이러한 굽힘 손실은 소정 길이의 광섬유에서 만곡된 부위가 많아질수록 커지게 된다. 따라서, 도2에 도시된 바와 같이, 광섬유(100)의 만곡을 발생시키기 위해 인위적으로 여러 개의 벤딩 부재(200)를 설치할 경우, 여기에 외력(F)이 가해지면 만곡된 부위를 통과하여 나오는 빛의 강도는 상당히 감소될 것이다.

본 고안은 전술한 광섬유의 굽힘 손실을 이용하여 차량의 탈선 여부를 감지할 수 있는 광섬유 센서 시스템을 제공하고자 하는 데 있다. 도 3은 광섬유(100), 벤딩 부재(200') 및 탄성체(300)를 포함하는 본 고안의 센서 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 광섬유(100) 및 벤딩 부재(200')는 상기 탄성체(300) 내에 매설된 형태로 제공된다. 탄성체(300)의 소정 위치에는 광섬유의 삽입을 위한 원통형의 채널(310)이 존재하며, 광섬유(100)는 이 채널(310)에 삽입된다.

상기 벤딩 부재(200')는 여러 가지 형태로 제공될 수 있으며, 상기광섬유(100)가 벤딩을 일으키도록 하는 역할을 한다. 따라서, 상기 벤딩 부재(200')는 상기 광섬유(100)가 삽입된 채널(310)과 인접하게 배치되어 있다. 또한, 본 고안의 벤딩 부재(200')는 상기 광섬유와 마주 보는 면이 요철부(210)를 가지고 있다. 또한, 상기 요철부(210)는 상기 광섬유(100)의 종방향으로 지속적인 굴곡을 제공할 수 있도록 복수개의 돌출부(212) 및 홈부(214)를 가지고 있다. 본 고안에서 상기 벤딩 부재의 돌출부(212)와 홈부(214)는 일정한 피치를 가질 필요는 없다. 왜냐하면, 본 고안에서는 광섬유(100)의 벤딩에 의한 강도 감소의 절대량만 중요하므로 원하는 강도 감소를 얻을 수 있는 한 돌출부(212)와 홈부(214)가 일정한 피치로 제공될 필요가 없기 때문이다.

상기 벤딩 부재는 탄성체와 동일한 재질로 만들어질 수 도 있다. 즉, 탄성체의 내부에 형성된 채널의 표면을 가공하여 요철을 형성하는 방식으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 채널에 나선형 홈을 형성하여 채널 자체를 벤딩 부재로 사용할 수 도 있다. 이러한 경우, 광섬유는 채널 표면의 굴곡을 따라 벤딩되게 된다.

이와는 달리, 벤딩 부재는 탄성체의 재질과는 상이한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이 본 고안의 벤딩 부재(200')는 복수개의 금속 로드(220)로 구성될 수도 있다. 이 복수개의 로드(220)는 종축 방향이 광섬유(100)의 종축 방향과 교차되도록 일정 간격으로 이격되어 배열될 수 있다. 상기 로드(220)는 바람직하게는 로드(220)의 종축 방향이 광섬유(100)의 종축 방향과 수직 교차하는 것이 좋다. 상기 로드(220)는 원형 또는, 기타 다른 단면 형상을 가질 수 있다. 상기 로드(220)의 재질은 금속 재질인 것이 바람직하나, 차량 하중에 따라 광섬유(100)의 벤딩을 제공할 수 있는 다른 재질의 로드를 사용할 수도 있다. 이러한 로드형의 벤딩 부재는 외력에 의해, 손쉽게 탄성체 내로 삽입할 수 있다는 제조상의 장점을 가진다. 이 로드 형태의 벤딩부재(200')는 광섬유 하부 또는 상부에 위치할 수 있고 하부 및 상부 모두에 위치하는 것도 가능하다.

도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 광섬유, 벤딩 부재 및 탄성체로 이루어진 센서는 외부의 광원 및 광검출기에 연결된다. 광원으로는 LED와 같이 통상 광섬유의 광원으로 사용되는 여러 가지 광원을 사용할 수 있다. 광검출기로는 포토 다이오드(photo diode; PD)와 비교기를 사용할 수 있다. 여기서, 포토 다이오드는 광강도를 전압 신호로 변환하는 기능을 행하며, 비교기는 기준 전압과 포토 다이오드의 출력을 비교하여 비교 결과를 출력하는 역할을 한다.

이하 본 고안의 센서 시스템의 동작에 대해 설명한다. 본 고안의 시스템 중 광섬유, 벤딩 부재 및 탄성체는 일체로 코스 시험장 등의 지면에 매설되어 사용되며, 탄성체의 상부는 지면 상으로 노출되어 코스 시험장의 탈선 검지선을 이루게 된다. 운전시험 중 차량이 탈선 검지선을 침범하게 되면, 즉 본 고안의 탄성체에 하중을 가하게 되면, 광섬유는 벤딩 부재와 접촉하여 벤딩 부재의 굴곡을 따라 벤딩되게 된다. 이 벤딩으로 인해 광원으로부터 입사된 광의 일부가 손실된다. 따라서, 차량이 탈선 검지선을 침범하지 않은 경우에 비해 광강도는 감소하게 된다. 포토 다이오드는 광강도를 전압 신호로 변환하여 출력하고, 비교기가 포토 다이오드에서 변환된 전압 신호를 기준전압과 비교하여 광강도의 감소 여부를 판별할 수 있게 된다. 이 비교기의 출력은 운전 면허 시험장의 중앙 시스템과 접속되어 침범에따른 감점 처리를 행할 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 종래의 압력 센서를 이용한 탈선 감시 시스템의 경우 하중이 다른 차량의 탈선 여부를 감지하는데 어려움이 있었다. 또한, 압전 센서를 이용한 차량 탈선 감지 시스템의 경우에도, 하중에 의해 발생된 전압 신호가 매우 미세하며, 이의 증폭 및 검출을 위해 복잡한 시스템이 요구되며, 하중이 작은 원동기 등의 탈선여부를 감지하는 데 어려움이 있었다. 그러나, 상술한 본 고안은 광원, 포토 다이오드 및 비교기로 된 간단한 시스템으로 광강도의 감소 여부를 판별하므로 제조 비용이 저렴하고, 하중이 작은 원동기 등에도 용이하게 적용될 수 있다. 왜냐하면, 광섬유는 연질 물질로 제조되므로 오토바이나 경운기와 같이 무게가 작은 차량의 하중에도 광강도 감소를 검출하기에 충분한 벤딩이 발생하기 때문이다.

본 고안에 따르면, 저비용으로 제조될 수 있고, 하중이 작은 원동기 등에도 적용될 수 있는 고감도의 차량 탈선 감시용 시스템을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 탈선 검지용 탄성체 내에 매설된 센서를 통해 차량의 탈선 여부를 감지하는 센서 시스템에 있어서,

   상기 탄성체에 매설된 광섬유;

   상기 탄성체 내에서 상기 광섬유에 인접한 위치에 매설되고, 상기 광섬유의 종축 방향을 따라 요철부를 가지는 벤딩 부재; 및

   상기 광섬유의 일단 및 타단에 각각 연결되는 광원 및 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 탈선 감지용 센서 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 벤딩 부재는 복수개의 이격된 로드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 로드는 상기 광섬유의 종축 방향과 실질적으로 수직하게 배열되는 것을 특징으로 하는 시스템.