KR20130060820A - Monitoring system and method for railroad rail - Google Patents

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KR20130060820A
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박정준
김정석
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Abstract

PURPOSE: A railway continuous monitoring system and a method thereof using an optical fiber Brillouin scattering sensor are provided to prevent derailment of a train by detecting deformation of a railway occurred in an arbitrary location of a monitoring target section. CONSTITUTION: A rail monitoring unit(100) includes a Brillouin scattering measurement logger(110) and a first remote communication device(120). The Brillouin scattering measurement logger calculates temperature and deformation information of a railway(1) from a Brillouin frequency. The first remote communication device transmits the temperature and deformation information of the railway to an information analysis unit(200). The information analysis unit includes a second remote communication device(210) and a remote monitoring computer(220). The remote monitoring computer analyzes the temperature and deformation information received from the first remote communication device.

Description

광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템 및 방법 { Monitoring system and method for railroad rail }Monitoring system and method for railway rail always using optical fiber Brillouin scattering sensor {Monitoring system and method for railroad rail}

본 발명은 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시구간 내에 있는 철도 레일의 변형을 실시간으로 진단해 철도를 좀더 안전하게 운행할 수 있게 하는 철도 레일 상시 감시 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a system and method for constantly monitoring railroad rails using an optical fiber Brillouin scattering sensor. More particularly, the present invention relates to a railroad safer by diagnosing deformation of a railroad rail within a monitoring section in real time using an optical fiber Brillouin scattering sensor. The present invention relates to a railway rail always-on monitoring system and a method thereof for enabling operation.

일반적으로 철도 선로는 온도차, 강수량 등 기후 변화를 반영해 건설되지만, 여름철의 폭염 및 폭우와 겨울철의 혹한 및 폭설이 잦아지고 있는 등 이상기후 및 지진 등에 의한 자연재해로 인하여 노반 유실과 레일의 변형을 가져와, 심하면 열차 탈선 사고까지 일으킬 수 있다. In general, railway tracks are constructed to reflect climate change such as temperature difference and precipitation, but due to natural disasters caused by abnormal weather and earthquakes, such as heat waves and heavy rains in winter and cold and heavy snows in winter, it is necessary to deform roadbeds and deform rails. Bring it, and even worse, it could cause a train derailment.

이에 대해 최근까지 특정 지점에 센서를 설치하여 해당 지점의 레일 감시만을 수행하였으나, 최근 지속되고 있는 국지적 폭우 등의 이상기후로 인하여 취약개소가 증가하고 있어 감시 구간을 정하여 해당 구간 내의 레일을 상시 감시하여야 할 필요성이 제기되었다. Until recently, the sensor was installed at a specific point until recently, but only the rail was monitored at that point. However, the vulnerable places are increasing due to abnormal weather such as local heavy rain. The need was raised.

한편, 레일에 변형율 게이지(strain gauge)나 가속도계 등과 같은 센서를 부착하여 변형률, 하중, 변위, 진동 등을 측정하여 레일을 상시 감시하는 기술이 부분적으로 시행되고 있으나, 전자기적 간섭이나 부식 등으로 인한 열악한 측정 환경, 고가의 측정 장비 등의 어려움으로 인해 현실적인 문제를 안고 있으며, 특정 지점을 감시하기 위한 포인트 센서로서 특정 구간 전체를 감시하기는 어렵다는 단점이 있다. On the other hand, the technology that monitors the rail at all times by measuring strain, load, displacement, vibration, etc. by attaching sensors such as strain gauge or accelerometer to the rail, but due to electromagnetic interference or corrosion Due to the difficulty of poor measurement environment, expensive measurement equipment, etc., there is a real problem, and as a point sensor for monitoring a specific point, it is difficult to monitor the entire specific section.

이와 같은 점에 착안하여 공개특허 제10-2006-0113574호가 제시된 바 있다. 이는 철도 구조물의 안전 진단을 위한 레일 계측과 모니터링시스템에 관한 것으로, FBG 센서를 이용하여 온도에 따른 철도 레일 축력을 자동 측정하는 모니터링 시스템에 관한 것으로, 특히 레일의 길이 방향에 대해 레일 내부/외부 온도에 대한 레일의 변형을 FBG 센서(변형률계, 온도계)와 측정 로거(FBG Interrogator)를 이용하여 자동 측정 가능하고, FBG 센서(변형률계)의 설치 초기 위치에 발광체를 부착하고 카메라로 촬영된 영상으로부터 발광체의 초기 위치로부터 레일의 전체 변위를 구하여 FBG 변형률계의 측정값을 보정할 수 있도록 고안되었다. In view of this, it has been disclosed in the Patent Publication No. 10-2006-0113574. The present invention relates to a rail measurement and monitoring system for the safety diagnosis of railway structures. The present invention relates to a monitoring system that automatically measures railway rail axial force according to temperature using an FBG sensor. The deformation of the rails can be measured automatically using FBG sensors (strain gauges and thermometers) and measuring loggers (FBG Interrogator), and the illuminant is attached to the initial position of the FBG sensors (strain gauges). It is designed to calibrate the measured value of the FBG strain gauge by obtaining the total displacement of the rail from the initial position of the illuminant.

이에 따라 FBG 변형률계의 초기 설치 위치에 부착된 발광체의 위치 변화를 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 인식하여 FBG 변형률계 측정값들을 자동 보정하고, 또한 FBG 온도계를 설치하여 레일의 온도에 따른 레일의 변형을 측정이 가능하다.Accordingly, the position change of the light emitting body attached to the initial installation position of the FBG strain gauge is recognized from the image taken by the camera to automatically correct the FBG strain gauge measurement values, and an FBG thermometer is installed to fix the rail deformation according to the temperature of the rail. Measurement is possible.

그런데, 상기 공개특허의 경우에는 특정 지점에서의 레일 온도에 따른 변형 측정은 가능하므로, 특정 지점의 상시 감시에는 사용될 수 있지만, 측정 구간을 정하고 이 구간 전체를 상시 감시하기 위해서는 그 구간 내에 센서 및 시스템을 무수히 부착하여야 하는 문제점이 있다. By the way, in the case of the published patent, deformation measurement according to the rail temperature at a specific point is possible, but it can be used for constant monitoring of a specific point, but in order to determine the measurement interval and always monitor the entire time interval, the sensor and the system within the interval. There is a problem to attach a myriad.

또한, 측정 구간의 길이가 늘어남에 따라서 부착하여야 하는 센서와 시스템의 갯수도 증가하는 단점이 있다.
In addition, as the length of the measurement section increases, the number of sensors and systems to be attached also increases.

특허문헌 1: 한국 공개특허 제10-2006-0113574호Patent Document 1: Korean Patent Publication No. 10-2006-0113574

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 광섬유의 길이에 따른 온도와 변형률을 측정할 수 있는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시구간 내에 있는 철도 레일의 변형을 실시간으로 진단할 수 있는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템 및 그 감시 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, the present invention is to solve these problems, the present invention is to use the optical fiber Brillouin scattering sensor that can measure the temperature and strain along the length of the optical fiber in real time to diagnose the deformation of the railway rail in the monitoring section It is an object of the present invention to provide a railway rail always-on monitoring system using the optical fiber Brillouin scattering sensor and its monitoring method.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은; In order to solve such a technical problem,

철도 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 온도 및 변형 정보를 산출하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서로 이루어지는 레일감시수단과, 상기 레일감지수단에서 측정된 온도 및 변형 정보를 분석하는 정보분석수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템을 제공한다.Rail monitoring means comprising an optical fiber Brillouin scattering sensor for acquiring Brillouin scattered light along the length of an optical fiber attached to a railroad rail and calculating temperature and strain information from its Brillouin frequency, and measured by the rail sensing means. Provides a railway rail always-on monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that consisting of information analysis means for analyzing the temperature and deformation information.

이때, 상기 레일감시수단은, 감시구간 내의 좌우측 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거와, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단으로 전송하는 제1원격 통신 장치로 구성되는 것을 특징으로 한다.At this time, the rail monitoring means is a Brillouin scattering measurement logger which acquires Brillouin scattered light according to the length of the optical fiber attached to the left and right rails in the monitoring section and calculates temperature and deformation information of the railroad rail from its Brillouin frequency, which is its center frequency. And a first remote communication device for transmitting the temperature and deformation information of the railway rail calculated by the Brillouin scattering measurement logger to the information analyzing means located at a remote location.

또한, 상기 광섬유는 제1 및 제2광섬유로 이루어져 표면 보호 필름에 덮혀 레일의 측면부 표면에 부착되되, 상기 제1광섬유는 레일의 온도와 변형에 동시에 영향을 받도록 레일의 측면부 표면에 직접 밀착되어 표면 보호 필름으로 부착되고, 제2광섬유는 온도에 의해서만 영향을 받도록 외부 피복으로 헐겁게 감싼 상태로 레일의 측면부 표면에 표면 보호 필름으로 부착되는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical fiber is composed of the first and second optical fibers are covered with a surface protection film and attached to the side surface of the rail, the first optical fiber is directly adhered to the surface of the side surface of the rail so as to be simultaneously affected by the temperature and deformation of the rail surface The second optical fiber is attached to the protective film, and the second optical fiber is attached to the surface of the side surface of the rail with the surface protective film in a state of being loosely wrapped with the outer coating so as to be affected only by the temperature.

그리고, 상기 레일감시수단에서 실시간으로 취득한 철도 레일의 온도 및 변형 정보는 3G, 와이브로, CDMA 망 중에 어느 하나의 방식으로 상기 정보분석수단에 전송하는 것을 특징으로 한다.The temperature and deformation information of the railroad rail obtained in real time by the rail monitoring means is transmitted to the information analyzing means by any one of 3G, WiBro, and CDMA networks.

또한, 상기 레일의 선로변에는 GPS 송수신기가 설치되어 절대 위치 정보를 상기 정보분석수단으로 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, a GPS transceiver is installed on the rail side of the rail to transmit absolute position information to the information analyzing means.

그리고, 상기 정보분석수단은; 상기 레일감시수단의 제1원격 통신 장치에서 송신된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 수신하는 제2원격 통신 장치와, 상기 제1원격 통신 장치에서 수신된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 분석하는 원격 모니터링 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 한다.And, the information analysis means; A second remote communication device for receiving temperature and deformation information of the railroad rail transmitted from the first remote communication device of the rail monitoring means, and a remote for analyzing temperature and deformation information of the railroad rail received from the first remote communication device; It is characterized by consisting of a monitoring computer.

이때, 상기 정보분석수단은 선로변에 설치되는 GPS 송수신기의 위치정보와 레일감시수단의 제1 원격 통신장치에서 전송되는 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 분류하기 위한 신호추출수단이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.At this time, the information analysis means further comprises a signal extraction means for classifying the position information of the GPS transceiver installed on the line side and the temperature and deformation information of the railway rail transmitted from the first remote communication device of the rail monitoring means It is done.

그리고, 상기 신호추출수단은 GPS 송수신기가 위치한 곳의 절대 위치 정보를 수집하는 GPS 신호 추출부와, 레일감시수단의 제1 원격 통신장치에서 전송되는 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 수집하는 브릴루앙 산란 측정 신호 추출부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
The signal extracting means includes a GPS signal extracting unit for collecting absolute position information of a location where a GPS transceiver is located, and a Brillouin scattering unit for collecting temperature and deformation information of a railway rail transmitted from a first remote communication device of the rail monitoring unit. Characterized in that it comprises a measurement signal extraction unit.

또한, 본 발명은;The present invention also provides

브릴루앙 산란 측정 로거에서 감시구간 내의 좌우측 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 산출하는 단계; 원격 모니터링 컴퓨터는 상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 철도 레일의 온도 및 변형 정보와 선로변에 설치되는 GPS 송수신기에서 절대 위치 정보가 수신되면 절대위치를 이용하여 위치 정보를 보정하여 보정된 레일의 위치에 따른 온도 및 변형을 감시하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 방법도 제공한다.
Calculating temperature and deformation information of a railroad rail from a Brillouin frequency, which is a center frequency of Brillouin scattered light according to a length of an optical fiber attached to left and right rails in a monitoring section, in a Brillouin scattering measurement logger; The remote monitoring computer corrects the position information using the absolute position when the temperature and deformation information of the railway rail calculated by the Brillouin scattering measurement logger and the absolute position information are received from the GPS transceiver installed on the track side. Monitoring the temperature and deformation according to the; provides a railway rail always monitoring method using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that consisting of.

본 발명에 따르면, 철도 레일의 특정 지점이 아닌 감시 대상 구간의 임의의 위치에서 발생한 변형을 감지할 수 있게 하므로, 철도 레일의 상시 감시에 사용되어 발생할 수 있는 열차 탈선과 같은 사고를 미연에 예방할 수 있다. According to the present invention, it is possible to detect the deformation occurring at any position of the monitored section, not a specific point of the railway rail, it is possible to prevent accidents such as train derailment that can be used for the constant monitoring of the railway rail. have.

또한, 광섬유 브릴루앙 산란 센서는 온도와 변형에 동시에 의존하지만 2개의 광섬유로 분리하여 측정할 수 있으며, GPS 수신기로 측정한 절대위치를 이용하여 브릴루앙 산란 측정 로거에서 측정한 상대위치를 보정하고, 변형 등이 발생한 레일의 정확한 위치정보를 확인할 수 있다.In addition, the optical fiber Brillouin scattering sensor is dependent on temperature and strain at the same time, but can be separated and measured by two optical fibers, and the relative position measured by the Brillouin scattering measurement logger is corrected using the absolute position measured by the GPS receiver. You can check the exact location information of the rail where the deformation occurred.

아울러, 현장에서 측정한 정보를 무선 원격 접속을 통해 원격지로 전송하여, 관리자가 철도 선로의 상태를 실시간으로 파악할 수 있어 즉각적인 철도 선로의 유지 보수에 사용할 수 있는 장점도 있다.
In addition, by transmitting the information measured in the field to a remote location via wireless remote access, the manager can grasp the status of the railway track in real time, there is an advantage that can be used for the maintenance of the railway track immediately.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광섬유의 설치 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 레일감시수단을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 데이터분석수단을 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a railway rail always monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor according to the present invention.
2 is a view showing an installation state of the optical fiber according to the present invention.
3 is a view showing a rail monitoring means according to the present invention.
4 is a view showing a data analysis means according to the present invention.

본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템 및 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.
With reference to the accompanying drawings, the railway rail always monitoring system and method using an optical fiber Brillouin scattering sensor according to the present invention will be understood by the embodiments described in detail below.

도 1 내지 도 4에 의하면, 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템은 광섬유를 온도와 변형률의 변화량 측정에 이용하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용하여 감시구간 내에 있는 철도 레일(1)의 변형을 실시간으로 진단한다.1 to 4, the railway rail always monitoring system using the optical fiber Brillouin scattering sensor according to the present invention is a railway rail in the monitoring section using the optical fiber Brillouin scattering sensor that uses the optical fiber to measure changes in temperature and strain ( Diagnose the deformation of 1) in real time.

통상적으로 광섬유 센서는 전자기파에 영향을 받지 않고 열악한 측정환경에서 장기간 사용할 수 있으며, 크기가 작아 침목(2)에 고정 설치되는 레일(1)에 부착이 용이한 광섬유 센서가 상시 감시에는 유리하다.In general, the optical fiber sensor can be used for a long time in a poor measuring environment without being affected by electromagnetic waves, and the optical fiber sensor that is small in size and easily attached to the rail 1 fixed to the sleeper 2 is advantageous for constant monitoring.

특히, 본 발명에서 적용하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서는 광섬유(101) 내에 입사된 빛이 광섬유(101) 내를 통과할 때 발생하는 산란광 중에서 브릴루앙 산란광의 중심 주파수가 광섬유(101)에 작용하는 온도나 변형율의 변화에 대해 선형적으로 변화한다는 것을 이용하여 광섬유를 온도와 변형률의 변화량 측정에 이용하는 센서이다. In particular, the optical fiber Brillouin scattering sensor applied in the present invention is a temperature at which the center frequency of the Brillouin scattered light acts on the optical fiber 101 among the scattered light generated when light incident on the optical fiber 101 passes through the optical fiber 101. B) It is a sensor that uses an optical fiber to measure the change in temperature and strain by changing linearly with changes in strain.

이때, 광 시간 영역 분석법 또는 상관영역 분석법 등의 방법을 이용하여 광섬유의 길이에 따른 온도와 변형률을 측정할 수 있다.In this case, the temperature and the strain according to the length of the optical fiber may be measured using a method such as an optical time domain analysis method or a correlation domain analysis method.

이와 같은 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템은 철도 레일(1)에 부착된 광섬유(101)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 온도 및 변형 정보를 산출하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서로 이루어지는 레일감시수단(100)과, 상기 레일감지수단(100)에서 측정된 온도 및 변형 정보를 분석하는 정보분석수단(200)으로 구성된다.
The railway rail always monitoring system using the optical fiber Brillouin scattering sensor according to the present invention obtains the Brillouin scattered light according to the length of the optical fiber 101 attached to the railway rail (1) temperature from the Brillouin frequency which is its center frequency And rail monitoring means (100) comprising an optical fiber Brillouin scattering sensor for calculating deformation information, and information analysis means (200) for analyzing the temperature and deformation information measured by the rail detection means (100).

이하, 본 발명의 각부 구성을 이하 상세히 설명한다.Hereinafter, the structure of each part of this invention is demonstrated in detail below.

먼저, 상기 레일감시수단(100)은 감시구간 내의 좌우측 레일(1)에 부착된 광섬유(101)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거(110)와, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(110)에서 산출된 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단(200)으로 전송하는 제1원격 통신 장치(120)로 구성된다.First, the rail monitoring means 100 acquires Brillouin scattered light along the length of the optical fiber 101 attached to the left and right rails 1 in the monitoring section, and the temperature of the railroad rail 1 from the Brillouin frequency, which is its center frequency. And a Brillouin scattering measurement logger 110 for calculating deformation information, and temperature and deformation information of the railway rail 1 calculated by the Brillouin scattering measurement logger 110 to the information analysis means 200 located at a remote location. The first remote communication device 120 is configured to transmit.

한편, 레일(1)의 선로변에는 GPS 송수신기(130)가 설치되어 해당 GPS 송수신기(130)가 설치된 절대 위치 정보를 위성으로부터 수신하여 원격지에 위치한 정보분석수단(200)으로 송신한다. On the other hand, the track side of the rail (1) GPS transceiver 130 is installed to receive the absolute position information, the GPS transceiver 130 is installed from the satellite and transmits to the information analysis means 200 located at a remote location.

이때, 상기 정보분석수단(200)은 상기 레일감시수단(100)의 제1원격 통신 장치(120)에서 송신된 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 수신하는 제2원격 통신 장치(210)와, 상기 제1원격 통신 장치(120)에서 수신된 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 분석하는 원격 모니터링 컴퓨터(220)로 구성된다.At this time, the information analysis means 200 is a second remote communication device 210 for receiving the temperature and deformation information of the railway rail (1) transmitted from the first remote communication device 120 of the rail monitoring means (100) And a remote monitoring computer 220 for analyzing temperature and deformation information of the railroad rail 1 received by the first remote communication device 120.

이때, 상기 제1 및 제2원격 통신 장치(120,210)는 3G, 와이브로, CDMA 망을 이용해 계측 현장의 정보를 송수신하고, 원격으로 제어한다.
In this case, the first and second remote communication devices 120 and 210 transmit and receive information on the measurement site using 3G, WiBro, and CDMA networks, and control them remotely.

한편, 레일(1)에는 브릴루앙 산란광을 취득하기 위해 광섬유(101)가 부착된다. 이때, 상기 광섬유(101)는 온도와 변형에 동시에 영향을 받는 제1광섬유(101a)와, 온도에 의해서만 영향을 받는 제2광섬유(101b)로 이루어진다.On the other hand, the optical fiber 101 is attached to the rail 1 in order to acquire Brillouin scattered light. At this time, the optical fiber 101 is composed of a first optical fiber 101a which is simultaneously affected by temperature and deformation, and a second optical fiber 101b which is affected only by the temperature.

상기 제1 및 제2광섬유(101a,101b)는 표면 보호 필름(102)에 덮혀 레일(1)의 측면부 표면에 부착되는데, 제1광섬유(101a)는 레일(1)의 온도와 변형에 동시에 영향을 받도록 레일(1)의 측면부 표면에 직접 밀착되어 표면 보호 필름(102)으로 부착 고정되고, 제2광섬유(101b)는 외부 피복(103)으로 감싸게 된다. The first and second optical fibers 101a and 101b are covered by the surface protection film 102 and attached to the side surface of the rail 1, which simultaneously affects the temperature and deformation of the rail 1. It is in close contact with the surface of the side of the rail (1) so as to receive a fixed with a surface protection film 102, the second optical fiber 101b is wrapped with an outer coating (103).

이때, 제2광섬유(101b)의 외경에 비해 외부 피복(103)의 내경을 크게 한다. 즉 제2광섬유(101b)를 둘러싼 외부 피복(103)은 제2광섬유(101b)에 비해서 충분히 크고 헐겁게 감싸고 있어서 제2광섬유(101b)가 외부 피복(103) 안에서 자유롭게 움직일 수 있도록 하므로, 제2광섬유(101b)는 외부 피복(103)이 부착된 레일(1)의 변형에 영향을 받지 않고 온도에 의해서만 영향을 받는다. At this time, the inner diameter of the outer cover 103 is made larger than the outer diameter of the second optical fiber 101b. That is, the outer sheath 103 surrounding the second optical fiber 101b is sufficiently large and loosely wrapped than the second optical fiber 101b so that the second optical fiber 101b can move freely in the outer sheath 103, so that the second optical fiber 101b is not affected by the deformation of the rail 1 to which the outer sheath 103 is attached and is only affected by temperature.

그리고, 상기 표면 보호 필름(102)은 제1 및 제2광섬유(101a,101b)를 외부 충격 및 환경으로부터 장기간 보호하고 레일(1)에 잘 고정될 수 있도록 한다.
In addition, the surface protection film 102 protects the first and second optical fibers 101a and 101b from external impact and the environment for a long time and can be secured to the rail 1.

그리고, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(110)는 제1광섬유(101a)와 제2광섬유(101b)에 연결되어, 제1 및 제2광섬유(101a,101b)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 각각 취득하고 이로부터 각각의 브릴루앙 주파수를 측정한다. The Brillouin scattering measurement logger 110 is connected to the first optical fiber 101a and the second optical fiber 101b to acquire Brillouin scattered light along the lengths of the first and second optical fibers 101a and 101b, respectively. From this, each Brillouin frequency is measured.

이때, 상기 제1광섬유(101a)는 레일(1)의 온도와 변형에 모두 의존하고, 제2광섬유(101b)는 레일(1)의 온도에만 영향을 받으므로, 제2광섬유(101b)로부터 취득한 브릴루앙 주파수를 온도로 환산하고, 이를 이용하여 제1광섬유(101a)의 브릴루앙 주파수에서 온도에 의한 양을 제거하여 레일(1)의 변형을 취득한다. At this time, since the first optical fiber 101a depends on both the temperature and deformation of the rail 1, and the second optical fiber 101b is only affected by the temperature of the rail 1, the first optical fiber 101a is obtained from the second optical fiber 101b. The Brillouin frequency is converted into temperature, and by using this, the amount of temperature is removed from the Brillouin frequency of the first optical fiber 101a to obtain a deformation of the rail 1.

한편, 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(110)에서 취득된 레일(1)의 길이에 따른 온도 및 변형 데이터는 제1 원격 통신장치(120)를 이용하여 원격지에 위치한 정보분석수단(200)으로 수신된다.On the other hand, the temperature and deformation data according to the length of the rail (1) obtained from the Brillouin scattering measurement logger 110 is received by the information analysis means 200 located at a remote location using the first remote communication device 120. .

즉, 상기 정보분석수단(200)은 제2 원격 통신장치(210)의 안테나(212)를 통해 계측 현장의 레일감시수단(100)의 제1 원격 통신장치(120)에서 무선으로 전송되는 정보를 원격으로 수신하여 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 분석하는 원격 모니터링 컴퓨터(220)에 입력되어 분석된다.That is, the information analyzing means 200 is a wireless communication information transmitted from the first remote communication device 120 of the rail monitoring means 100 of the measurement site through the antenna 212 of the second remote communication device 210. It is input to the remote monitoring computer 220 for remotely receiving and analyzing the temperature and deformation information of the railroad rail 1 is analyzed.

이때, 상기 정보분석수단(200)은 선로변에 설치되는 GPS 송수신기(130)의 위치정보와 레일감시수단(100)의 제1 원격 통신장치(120)에서 전송되는 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 분류하기 위한 신호추출수단(230)이 더 포함된다.At this time, the information analysis means 200 is the position information of the GPS transceiver 130 is installed on the track side and the temperature of the rail rail (1) transmitted from the first remote communication device 120 of the rail monitoring means 100 and Signal extraction means 230 for classifying the deformation information is further included.

상기 신호추출수단(230)은 GPS 송수신기(130)가 위치한 곳의 절대 위치 정보를 수집하는 GPS 신호 추출부(232)와, 레일감시수단(100)의 제1 원격 통신장치(120)에서 전송되는 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 수집하는 브릴루앙 산란 측정 신호 추출부(234)로 구성된다.The signal extraction unit 230 is a GPS signal extraction unit 232 for collecting absolute position information of the location where the GPS transceiver 130 is located, and is transmitted from the first remote communication device 120 of the rail monitoring means 100 It is composed of a Brillouin scattering measurement signal extraction unit 234 for collecting the temperature and deformation information of the railway rail (1).

이때, 브릴루앙 산란 신호를 취득한 위치는 광섬유(101)가 부착된 구간의 초기 위치에 따른 상대위치를 나타내므로, 광섬유(101)가 레일(1)의 측면에 수평으로 균일하게 부착되지 않았거나 굴곡이 발생할 경우 위치 오차가 발생하며, 이 오차는 누적된다. At this time, since the position where the Brillouin scattering signal is acquired indicates the relative position according to the initial position of the section where the optical fiber 101 is attached, the optical fiber 101 is not evenly or horizontally attached to the side of the rail 1 or is bent. If this occurs, a position error occurs, and this error is accumulated.

따라서, 측정 구간내에 위치한 GPS 송수신기(130)로 측정한 절대위치를 이용하여 위치 정보를 보정하고, 상대 위치의 오차가 누적되는 것을 방지하여 정확한 위치 정보를 획득할 수 있게 한다. Therefore, the position information is corrected using the absolute position measured by the GPS transceiver 130 located in the measurement section, and the error of the relative position is prevented from accumulating, thereby obtaining accurate position information.

이와 같은 구성에 의하면 원격 모니터링 컴퓨터(220)는 보정된 레일(1)의 위치에 따른 온도 및 변형을 상시 감시한다.
According to this configuration, the remote monitoring computer 220 constantly monitors the temperature and deformation according to the corrected position of the rail 1.

이하, 본 발명에 따른 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 과정을 설명한다.Hereinafter, a process of constantly monitoring railroad rails using an optical fiber Brillouin scattering sensor according to the present invention will be described.

광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 감시는, 브릴루앙 산란 측정 로거(110)에서 감시구간 내의 좌우측 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 산출하는 단계와, 원격 모니터링 컴퓨터(220)는 상기 브릴루앙 산란 측정 로거(110)에서 산출된 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보와 선로변에 설치되는 GPS 송수신기에서 절대 위치 정보가 수신되면 절대위치를 이용하여 위치 정보를 보정하여 보정된 레일의 위치에 따른 온도 및 변형을 감시하는 단계로 구성되게 된다.The railroad rail monitoring using the optical fiber Brillouin scattering sensor is performed by the Brillouin scattering measurement logger 110 from the Brillouin frequency which is the center frequency of the Brillouin scattered light along the length of the optical fiber attached to the left and right rails in the monitoring section. Calculating the temperature and deformation information of the vehicle; and the remote monitoring computer 220 displays the temperature and deformation information of the railway rail 1 calculated by the Brillouin scattering measurement logger 110 and the absolute information in the GPS transceiver installed on the line side. When the position information is received, the position information is corrected using the absolute position, and the temperature and deformation according to the position of the corrected rail are monitored.

보다 구체적으로는 감시구간 내의 좌우측 레일(1)에 부착된 광섬유(101)의 길이에 따른 브릴루앙 산란광의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 브릴루앙 산란 측정 로거(110)는 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보를 산출한다.More specifically, from the Brillouin frequency, which is the center frequency of the Brillouin scattered light along the length of the optical fiber 101 attached to the left and right rails 1 in the monitoring section, the Brillouin scattering measurement logger 110 measures the temperature of the railroad rail 1. And deformation information.

이와 같이 브릴루앙 산란 측정 로거(110)에서 산출된 철도 레일(1)의 온도 및 변형 정보는 제1원격 통신 장치(120)를 통해 정보분석수단(200)의 제2원격 통신 장치(210)로 수신되어 원격 모니터링 컴퓨터(220)에서 철도 레일(1)의 온도 및 변형에 대한 분석이 이루어진다.As such, the temperature and deformation information of the railroad rail 1 calculated by the Brillouin scattering measurement logger 110 are transferred to the second remote communication device 210 of the information analyzing means 200 through the first remote communication device 120. Received, the remote monitoring computer 220 analyzes the temperature and deformation of the railway rail 1.

이 경우 레일(1)의 선로변에 설치되는 GPS 송수신기(130)에서 절대 위치 정보도 정보분석수단(200)으로 수신되며, 이는 원격 모니터링 컴퓨터(220)에서 철도 레일(1)의 온도 및 변형에 발생하는 경우 GPS 송수신기(130)로 측정한 절대위치를 이용하여 위치 정보를 보정하고, 상대 위치의 오차가 누적되는 것을 방지하여 정확한 위치 정보를 획득하여 보정된 레일(1)의 위치에 따른 온도 및 변형을 상시 감시한다.In this case, the absolute position information is also received by the information analyzing means 200 from the GPS transceiver 130 installed on the track side of the rail 1, which is affected by the temperature and deformation of the railroad rail 1 in the remote monitoring computer 220. In case of occurrence, the position information is corrected using the absolute position measured by the GPS transceiver 130, and the error according to the position of the corrected rail 1 is obtained by correcting the position information by preventing the error of the relative position from accumulating. Always monitor deformation.

즉, 이상의 과정을 통해 철도 레일(1)의 특정 지점이 아닌 감시 대상 구간의 임의의 위치에서 발생한 변형을 감지할 수 있게 하므로, 철도 레일(1)의 상시 감시에 사용되어 발생할 수 있는 열차 탈선과 같은 사고를 미연에 예방할 수 있다.
That is, through the above process it is possible to detect the deformation occurred at any position of the monitoring target section, not a specific point of the railway rail (1), and the train derailment that may be used for the constant monitoring of the railway rail (1) and The same accident can be prevented beforehand.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be preferred embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1: 레일 2: 침목
100: 레일감시수단 101: 광섬유
101a: 제1광섬유 101b: 제2광섬유
102: 표면 보호 필름 103: 외부 피복
110: 브릴루앙 산란 측정 로거 120: 제1원격 통신 장치
130: GPS 송수신기 200: 정보분석수단
210: 제2원격 통신 장치 220: 원격 모니터링 컴퓨터
230: 신호추출수단 232: GPS 신호 추출부
234: 브릴루앙 산란 측정 신호 추출부1: rail 2: sleeper
100: rail monitoring means 101: optical fiber
101a: first optical fiber 101b: second optical fiber
102: surface protection film 103: outer coating
110: Brillouin scattering measurement logger 120: first remote communication device
130: GPS transceiver 200: information analysis means
210: second remote communication device 220: remote monitoring computer
230: signal extraction means 232: GPS signal extraction unit
234: Brillouin scattering measurement signal extraction unit

Claims (9)

철도 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 온도 및 변형 정보를 산출하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서로 이루어지는 레일감시수단과;
상기 레일감지수단에서 측정된 온도 및 변형 정보를 분석하는 정보분석수단;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
Rail monitoring means comprising an optical fiber Brillouin scattering sensor for acquiring Brillouin scattered light along the length of the optical fiber attached to the railroad rail and calculating temperature and strain information from the Brillouin frequency as its center frequency;
Information analysis means for analyzing the temperature and deformation information measured by the rail detection means; Railway rails constantly monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that consisting of.
제 1항에 있어서, 상기 레일감시수단은;
감시구간 내의 좌우측 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광을 취득하여 이의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 산출하는 브릴루앙 산란 측정 로거와,
상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 원격지에 위치한 상기 정보분석수단으로 전송하는 제1원격 통신 장치;로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
According to claim 1, The rail monitoring means;
Brillouin scattering measurement logger which acquires Brillouin scattered light along the length of the optical fiber attached to the left and right rails in the monitoring section and calculates the temperature and deformation information of the railroad rail from its Brillouin frequency;
The first remote communication device for transmitting the temperature and deformation information of the railroad rail calculated by the Brillouin scattering measurement logger to the information analysis means located at a remote location; railway rails using the optical fiber Brillouin scattering sensor Surveillance system.
제 1항에 있어서,
상기 광섬유는 제1 및 제2광섬유로 이루어져 표면 보호 필름에 덮혀 레일의 측면부 표면에 부착되되,
상기 제1광섬유는 레일의 온도와 변형에 동시에 영향을 받도록 레일의 측면부 표면에 직접 밀착되어 표면 보호 필름으로 부착되고, 제2광섬유는 온도에 의해서만 영향받도록 외부 피복으로 헐겁게 감싼 상태로 레일의 측면부 표면에 표면 보호 필름으로 부착되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
The method of claim 1,
The optical fiber is composed of the first and second optical fibers are covered with a surface protection film and attached to the side surface of the rail,
The first optical fiber is directly adhered to the surface of the side of the rail so as to be simultaneously affected by the temperature and deformation of the rail and attached to the surface protection film, and the second optical fiber is loosely wrapped by the outer coating so as to be affected only by the temperature. Railway rail always monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that attached to the surface protection film.
제 1항에 있어서,
상기 레일감시수단에서 실시간으로 취득한 철도 레일의 온도 및 변형 정보는 3G, 와이브로, CDMA 망 중에 어느 하나의 방식으로 상기 정보분석수단에 전송하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
The method of claim 1,
Temperature and deformation information of the railway rail obtained in real time from the rail monitoring means is constantly monitored by the optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that for transmitting to the information analysis means by any one of 3G, WiBro, CDMA network. system.
제 1항에 있어서,
상기 레일의 선로변에는 GPS 송수신기가 설치되어 절대 위치 정보를 상기 정보분석수단으로 전송하는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
The method of claim 1,
GPS rail transceiver is installed on the rail side of the rail is constantly monitoring railway rail system using the optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that for transmitting the absolute position information to the information analysis means.
제 1항에 있어서, 상기 정보분석수단은;
상기 레일감시수단의 제1원격 통신 장치에서 송신된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 수신하는 제2원격 통신 장치와, 상기 제1원격 통신 장치에서 수신된 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 분석하는 원격 모니터링 컴퓨터로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
The method of claim 1, wherein the information analysis means;
A second remote communication device for receiving temperature and deformation information of the railroad rail transmitted from the first remote communication device of the rail monitoring means, and a remote for analyzing temperature and deformation information of the railroad rail received from the first remote communication device; Railway rail always-on monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that the monitoring computer.
제 6항에 있어서,
상기 정보분석수단은 선로변에 설치되는 GPS 송수신기의 위치정보와 레일감시수단의 제1 원격 통신장치에서 전송되는 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 분류하기 위한 신호추출수단이 더 포함되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
The method according to claim 6,
The information analyzing means further comprises a signal extracting means for classifying the position information of the GPS transceiver installed on the side of the rail and the temperature and deformation information of the railway rail transmitted from the first remote communication device of the rail monitoring means. Railway rail monitoring system using optical fiber Brillouin scattering sensor.
제 7항에 있어서,
상기 신호추출수단은 GPS 송수신기가 위치한 곳의 절대 위치 정보를 수집하는 GPS 신호 추출부와, 레일감시수단의 제1 원격 통신장치에서 전송되는 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 수집하는 브릴루앙 산란 측정 신호 추출부로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 시스템.
8. The method of claim 7,
The signal extraction means is a GPS signal extraction unit for collecting absolute position information of the location where the GPS transceiver is located, and Brillouin scattering measurement signal for collecting the temperature and deformation information of the railway rail transmitted from the first remote communication device of the rail monitoring means Railway rail always monitoring system using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that the extraction unit.
브릴루앙 산란 측정 로거에서 감시구간 내의 좌우측 레일에 부착된 광섬유의 길이에 따른 브릴루앙 산란광의 중심 주파수인 브릴루앙 주파수로부터 철도 레일의 온도 및 변형 정보를 산출하는 단계;
원격 모니터링 컴퓨터는 상기 브릴루앙 산란 측정 로거에서 산출된 철도 레일의 온도 및 변형 정보와 선로변에 설치되는 GPS 송수신기에서 절대 위치 정보가 수신되면 절대위치를 이용하여 위치 정보를 보정하여 보정된 레일의 위치에 따른 온도 및 변형을 감시하는 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 광섬유 브릴루앙 산란 센서를 이용한 철도 레일 상시 감시 방법.Calculating temperature and deformation information of a railroad rail from a Brillouin frequency, which is a center frequency of Brillouin scattered light according to a length of an optical fiber attached to left and right rails in a monitoring section, in a Brillouin scattering measurement logger;
The remote monitoring computer corrects the position information using the absolute position when the temperature and deformation information of the railway rail calculated by the Brillouin scattering measurement logger and the absolute position information are received from the GPS transceiver installed on the track side. Monitoring the temperature and deformation according to the; railway rail always monitoring method using an optical fiber Brillouin scattering sensor, characterized in that consisting of.
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