KR20160032750A - 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서는 도로의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로를 주행하는 차량을 측정하는 검지장치와, 상기 검지장치에 의하여 측정되는 상기 차량의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치와, 상기 제어장치에 구비되어 상기 제어장치에 전력을 공급하는 전원장치와, 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치를 포함할 수 있다.

Description

무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법{Piezo Axle Sensor and Method Using Transmitting Wireless Signal}

본 발명은 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 의하여 측정된 수직하중에 대한 전단력을 무선 신호로 전송할 수 있는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법에 관한 것이다.

현재 국도 및 과적검문소에는 WIM 시스템과 함께 축검지 센서가 설치 되어 있다. WIM시스템에서 가장 중요한 부분은 중량을 측정하는 센서이며 그 물리적 특성상 도로에 설치되면 현장의 설치환경, 매설방법에 따라 센서특성(감도, 신호의 신뢰성, 재현성, 에러, 노이즈 등)이 제조과정에서 교정된 결과에서 변하게 된다.

WIM시스템의 센서 중 압전의 원리를 이용하여 차량의 하중을 측정하는 WIM 센서는 사용되는 압전 재료에 따라 크게 수정(Quartz)또는 세라믹(Ceramic) 피에조 센서와 PVDF 피에조 센서로 나누어지고 운용되는 형태에 따라서는 피에조 케이블 센서와 주로 PVDF 필름이 내장되어 있는 피에조 스트립 센서로 나눌 수 있다. 이중 축검지 센서로 가장많이 사용되는 PVDF 피에조 센서는 설치 시 도로를 절개하고 센서를 매설한 후 레진을 이용하여 봉합 후 사용하고 있다. 이러한 과정은 센서 매설을 위한 공사시간과 이로 인한 도로차단시간이 많이 소요되어 교통혼잡과 유지관리비용의 부담이 있으며 센서를 이용한 활용가치는 매우 좋으나 설치, 복구, 유지관리를 위한 부가요소가 너무 비효율적이라는 문제점을 가지고 있다.

또한, 일반적인 축 검지 센서는 센서와 신호 리드선을 도로포장체에 매설하여 사용하는 방식으로 외부로부터의 강한 충격, 주변 공사, 제설작업, 포장 균열 등으로 인한 파손 발생 시 재설치를 위한 보수비용이 최초 설치비용만큼 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차량의 수직하중에 대해 전단력을 측정하므로 횡방향 장력, 비틀림에 대한 방해 요소를 차단할 수 있는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 도로의 파손에 의하여 신호 리드선이 파손되지 않고 차량 데이터를 측정할 수 있는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서는 도로의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로를 주행하는 차량을 측정하는 검지장치와, 상기 검지장치에 의하여 측정되는 상기 차량의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치와, 상기 제어장치에 구비되어 상기 제어장치에 전력을 공급하는 전원장치와, 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치를 포함할 수 있다.

상기 검지장치는 상기 도로를 주행하는 상기 차량에 의하여 발생하는 전단력을 측정하는 적어도 하나 이상의 축 검지 센서와, 상기 축 검지 센서와 같은 방향으로 설치되며 상기 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서를 구비할 수 있다.

상기 축 검지 센서는 상기 도로의 기준선에 대하여 수직으로 매설되어 수평력 또는 회전력에 저항하는 반력을 가지는 고정자와, 상기 고정자의 상부에서 위치하며 수직으로 작용하는 하중에 의하여 하부로 이동하는 운동자와, 상기 고정자와 상기 운동자 사이에 위치하여 상기 운동자의 수직이동에 따른 전단력을 측정하는 압전소자를 구비할 수 있다.

상기 고정자는 상기 케이스 바닥에 고정되는 고정지지판과, 상기 지지판의 상부에서 상기 도로의 기준선으로 연장되어 상기 압전소자를 측면에 구비하는 고정전단판을 구비할 수 있다.

상기 운동자는 상기 도로의 기준선과 동일한 위치에 형성되며 상기 차량과 접촉하는 운동고정판과, 상기 운동고정판의 적어도 한 측면에서 수직으로 하락하며 상기 압전소자와 접하는 운동전단판을 구비할 수 있다.

상기 축 검지 센서는 상기 고정전단판과 상기 운동전단판을 다수 구비하여 한번 시공으로 다수의 압전소자를 매설할 수 있다.

상기 제어장치는 상기 검지장치를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부와, 상기 검지장치에서 측정한 상기 차량의 정보를 수집하는 수집부와, 상기 수집부에서 수집한 상기 차량의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치로 송신하는 통신부를 구비할 수 있다.

상기 전원장치는 상기 제어장치에 전력을 공급하기 위하여 상기 제어장치에 내부에 구비되는 배터리와 압전신호에서 발생된 전압을 이용할 수 있다.

상기 수신장치는 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 수신받는 수신부와, 상기 수신부에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 전송부를 구비할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법은 (a) 도로의 기준선에 대하여 도로 폭 방면으로 고정자를 수직으로 매설하는 단계; (b) 상기 고정자의 고정전단판 측면에 압전소자를 설치하는 단계; (c) 상기 고정자의 상부에 운동자를 설치하는 단계; (d) 상기 고정자와 동일한 방향으로 루프 센서를 설치하는 단계; (e) 상기 압전소자와 상기 루프 센서에 연결된 제어장치를 상기 도로에 매립하는 단계; (f) 차량의 하중에 의하여 상기 운동자가 수직으로 하락하는 단계; (g) 상기 압전소자가 상기 운동자가 하락하는 힘과 고정되어 있는 고정자 사이에 발생하는 전단력을 측정하여 제어장치로 전달하는 단계; (h) 상기 차량이 통과하면서 상기 루프 센서에 구비된 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 측정하여 상기 제어장치로 전달하는 단계; (i) 상기 제어장치에서 상기 압전소자가 측정한 전단력과 상기 루프 센서의 공진 주파수의 변화를 도로변에 구비되는 수신장치로 송신하는 단계; (j) 상기 수신장치에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 도로의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로를 주행하는 차량을 측정하는 검지장치와, 상기 검지장치에 의하여 측정되는 상기 차량의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치와, 상기 제어장치에 구비되어 상기 제어장치에 전력을 공급하는 전원장치와, 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치를 포함할 수 있다.

상기 검지장치는 상기 도로를 주행하는 상기 차량에 의하여 발생하는 전단력을 측정하는 적어도 하나 이상의 축 검지 센서와, 상기 축 검지 센서와 같은 방향으로 설치되며 상기 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서를 구비할 수 있다.

상기 축 검지 센서는 상기 고정전단판과 상기 운동전단판을 다수 구비하여 한번 시공으로 다수의 압전소자를 매설할 수 있다.

상기 제어장치는 상기 검지장치를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부와, 상기 검지장치에서 측정한 상기 차량의 정보를 수집하는 수집부와, 상기 수집부에서 수집한 상기 차량의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치로 송신하는 통신부를 구비할 수 있다.

상기 전원장치는 상기 제어장치에 전력을 공급하기 위하여 상기 제어장치에 내부에 구비되는 배터리와 압전신호에서 발생된 전압을 이용할 수 있다.

상기 수신장치는 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 수신받는 수신부와, 상기 수신부에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 전송부를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법에 의하면, 압전소자가 운동자와 고정자의 전단력을 측정하므로 횡방향 장력, 비틀림 등의 방해 요소를 차단할 수 있는 것이다.

그리고, 검지장치에서 측정한 차량 데이터를 도로변에 설치된 제어장치에서 무선으로 도로변에 설치된 수신장치로 전송할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서가 설치된 도로를 나타낸 평면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서를 나타낸 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서를 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치를 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축 검지 센서를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직하중이 작용할 때의 축 검지 센서를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자의 수량에 따른 축 검지 센서를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법을 나타낸 순서도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서가 설치된 도로를 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서를 나타낸 블록도이고, 도 3은 도 2에 도시된 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서를 나타낸 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서(200)는 도로(10)의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로(10)를 주행하는 차량(20)을 측정하는 검지장치(100)와, 상기 검지장치(100)에 의하여 측정되는 상기 차량(20)의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치(400)와, 상기 제어장치(400)에 구비되어 상기 제어장치(400)에 전력을 공급하는 전원장치(500)와, 상기 제어장치(400)에서 무선으로 송신되는 상기 차량(20)의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치(600)를 구비할 수 있다.

상기 검지장치(100)는 상기 도로(10)를 주행하는 상기 차량(20)에 의하여 발생하는 전단력을 측정하는 적어도 하나 이상의 축 검지 센서(200)와, 상기 축 검지 센서(200)와 같은 방향으로 설치되며 상기 차량(20)이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서(300)를 구비할 수 있다.

상기 축 검지 센서(200)는 도로(10)의 기준선에 대하여 수직으로 매설될 수 있다. 상기 축 검지 센서(200)는 도로(10)에 적어도 1개 이상 구비될 수 있다. 상기 축 검지 센서(200)는 도로(10)를 주행하는 차량(20)에 의하여 상부가 아래로 하락하며 발생하는 전단력에 의하여 상기 차량(20)의 유무 등을 확인할 수 있다.

상기 루프 센서(300)(loop sensor)는 도로(10)의 차선중앙부에 전선을 루프(loop) 형상으로 매설한 센서로서, 차량(20)과 같은 금속체가 루프 위를 통과할 때 루프 상의 자장(Magnetic Field)이 변화함으로서 루프의 인덕턴스의 변화가 발생하는 원리를 이용하여 제어장치(400)에서 통과 차량(20) 데이터를 검출할 수 있도록 전기신호를 검출하는 역할을 한다. 상기 전기신호는 제어장치(400)에서 처리되어 통과 차량(20)의 데이터 중 차량(20)의 존재 유무를 검출할 수 있다.

또한, 상기 루프 센서(300)는 상기 축 검지 센서(200)와 동일한 위치에 구비될 수 있으며 도로(10)에 적어도 1개 이상 구비될 수 있다.

상기 검지장치(100)는 도로(10)의 차로 내 2개의 축 검지 센서(200)와 1개의 루프 센서(300) 또는 2개의 루프 센서(300)와 1개의 축 검지 센서(200)로 구비될 수 있다. 차로 내의 상기 축 검지 센서(200)와 상기 루프 센서(300)는 다수의 차로 중간에 설치된 상기 제어장치(400)로 연결되어 상기 축 검지 센서(200)와 상기 루프 센서(300)에서 측정한 차량(20)의 정보를 수신장치(600)로 송신할 수 있다.

상기 제어장치(400)는 상기 검지장치(100)를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부(410)와, 상기 검지장치(100)에서 측정한 상기 차량(20)의 정보를 수집하는 수집부(420)와, 상기 수집부(420)에서 수집한 상기 차량(20)의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치(600)로 송신하는 통신부(430)를 구비할 수 있다.

상기 제어장치(400)는 무선으로 상기 차량(20)의 정보를 송신할 수 있으며 상기 제어장치(400)는 도로(10)의 상행선 및 하행선에 각각 구비될 수 있다. 또한, 상기 제어장치(400)는 도로(10)의 상행선 및 하행선에 각각 구비되는 상기 수신장치(600)로 상기 차량(20)의 정보를 무선으로 송신하므로 도로(10)의 배관 공사 및 보수 공사 등에 의한 절개를 통한 파손을 방지할 수 있다.

예를 들어, 상기 제어장치(400)가 도로변에 설치된 수신장치(600)로 상기 차량(20)의 정보를 송신할 때 무선이 아닌 유선으로 송신하게 되면 상기 제어장치(400)와 상기 수신장치(600) 사이에는 다수의 케이블이 도로(10)에 유입될 수 있다. 이 때, 도로(10)의 배관 공사 및 보수 공사 등에 의하여 도로(10)를 절개할 때 다수의 케이블이 절단되어 파손될 수 있다. 상기 케이블이 파손되면 상기 제어장치(400)와 상기 수신장치(600) 사이에 케이블을 재설치하기 위하여 상기 제어장치(400)까지 도로(10)를 파손해야 하므로 무선을 통해 상기 제어장치(400)에서 상기 차량(20)의 정보를 상기 수신장치(600)로 송신할 수 있다.

상기 전원장치(500)는 상기 제어장치(400)의 내부에 구비되어 상기 제어장치(400)로 전력을 공급할 수 있다. 상기 전원장치(500)는 상기 제어장치(400)의 구동을 위해 배터리로 형성되어 상기 제어장치(400)에 구비되거나 압전신호에서 발생된 전압을 이용하는 저전력 전원장치(500)로 형성될 수 있다.

상기 수신장치(600)는 상기 제어장치(400)에서 무선으로 송신되는 상기 차량(20)의 정보를 수신받는 수신부(610)와, 상기 수신부(610)에서 수신받은 상기 차량(20)의 정보를 관제센터(700)로 전송하는 전송부(620)를 구비할 수 있다.

상기 수신부(610)는 상기 제어장치(400)에서 전송되는 도로(10)를 주행하는 차량(20)의 정보를 수신받을 수 있으며 상기 수신부(610)에 의하여 수신된 상기 차량(20)의 정보를 관제센터(700)로 송신하는 상기 전송부(620)를 통해 상기 도로(10)의 교통량 등을 확인할 수 있다.

상기 전송부(620)는 상기 관제센터(700)로 상기 차량(20)의 정보를 무선으로 전송할 수 있으며 다수의 도로(10)에 구비된 상기 수신장치(600)의 상기 전송부(620)에서 상기 차량(20)의 정보들이 상기 관제센터(700)로 전송되어 다수의 도로(10) 교통량을 파악할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치를 나타낸 사시도이다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어장치(400)는 상기 검지장치(100)를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부(410)와, 상기 검지장치(100)에서 측정한 상기 차량(20)의 정보를 수집하는 수집부(420)와, 상기 수집부(420)에서 수집한 상기 차량(20)의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치(600)로 송신하는 통신부(430)를 구비할 수 있다.

상기 감지부(410)는 차로 내 설치된 루프 센서(300)의 구동을 위한 유도전류 및 인덕턴스의 변화를 감지할 수 있다. 상기 감지부(410)는 상기 축 검지 센서(200) 위로 차량(20)의 바퀴가 통과하고, 하나의 루프 센서(300) 위로 차량(20)의 차체가 통과하면 루프 센서(300)의 인덕턴스가 루프 센서(300)의 단면적에 비례하여 증가하므로 상기 루프 센서(300)의 폭을 증가시켜 설치하는 경우에 차량(20)통과 시 루프 센서(300)의 감응도가 좋고, 차량(20) 차체가 통과하는 부분이므로 통과시간이 비교적 길기 때문에 저속으로 신호처리를 수행하여도 안정적으로 차량(20)을 식별할 수 있고, 나아가 고속에서도 식별 정확도가 좋아질 수 있도록 할 수 있다.

그러나, 정체지역에서 저속으로 차량(20)이 주행할 경우 루프 센서(300) 위에 2대의 차량(20)이 동시에 존재할 수 있고, 이 경우 차량(20)의 식별이 불가능하여 저속에서 매우 부정확한 검출 특성을 보이는 단점이 있다. 따라서 루프 센서(300)의 폭을 줄여서 차량(20)이 저속으로 주행할 경우에도 루프 센서(300) 위에 2대의 차량(20)이 동시에 존재할 가능성이 낮아 정확한 교통 정보의 검출이 가능하도록 할 수 있다.

상기 루프 센서(300)의 폭를 감소시킴으로서 루프 센서(300)의 단면적 감소로 발생하는 인덕턴스의 감소에 따른 감응도의 저하는 루프의 권선수를 증가시켜 보완하여 루프 센서(300)의 단면적 감소에 따른 문제점을 제거함으로써 고속 주행 차량(20)에 대한 데이터의 정확도를 유지하면서도, 저속주행 차량(20) 데이터의 정확도가 크게 향상될 수 있다.

상기 수집부(420)는 상기 축 검지 센서(200)에서 차량(20)의 무게에 의하여 하락하는 전단력에 의한 압전신호의 입력을 수집할 수 있으며, 상기 감지부(410)에서 측정한 상기 루프 센서(300)의 차량(20) 데이터를 수집할 수 있다.

상기 통신부(430)는 상기 감지부(410)에서 감지하여 상기 수집부(420)에서 수집한 상기 차량(20)의 정보를 도로변에 설치된 상기 수신장치(600)로 송신할 수 있다. 상기 통신부(430)는 무선으로 상기 수신장치(600)로 송신할 수 있으며 상기 제어장치(400)가 구비되는 도로(10)의 도로변에 설치된 상기 수신장치(600)로만 상기 차량(20) 데이터가 전송되도록 무선 통신 거리를 한정할 수 있다.

상기 제어장치(400)는 도면에 도시된 바와 같이 내부에 전원장치(500)가 구비될 수 있으며 상기 전원장치(500)에 의하여 전력을 공급받아 구동될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 축 검지 센서를 나타낸 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 축 검지 센서(200)는 도로(10)의 기준선에 대하여 수직으로 매설되는 고정자(210)와, 수직으로 작용하는 하중에 의하여 하부로 이동하는 운동자(220)와, 전단력을 측정하는 압전소자(230)를 포함할 수 있다.

상기 축 검지 센서(200)는 도로(10)의 기준선에 대하여 수직으로 매설되는 케이스(240)를 더 구비할 수 있다. 상기 축 검지 센서(200)는 차로마다 설치될 수 있으며 상기 루프 센서(300)와 같이 구비될 수 있다.

상기 케이스(240)는 도로(10)의 폭 방면으로 굴착하는 굴착부(250)에 삽입한다. 상기 케이스(240)는 축 검지 센서(200)를 내부에 삽입할 수 있도록 상부가 개방된 박스형태의 구조일 수 있으며, 상기 도로(10)의 굴착면이 붕괴되거나 도로(10)에서 발생하는 하중에 의하여 다손되지 않는 구조일 수 있다. 그리고, 상기 케이스(240)는 굴착면에서 유입되는 지하수나 비를 배수하는 별도의 배수구를 구비할 수 있다.

예를 들어, 상기 케이스(240)가 없이 도로(10)를 굴착한 굴착부(250)에 축 검지 센서(200)를 설치하면 차량(20)의 진동에 의하여 굴착면이 붕괴되어 축 검지 센서(200)를 파손할 수 있다. 또한, 상기 축 검지 센서(200)는 압전소자(230)를 사용하여 차량(20)의 하중을 측정하는 전기기구이므로 물에 매우 약한 성질을 갖고 있다. 그러므로, 케이스(240)가 없이 굴착부(250)에 축 검지 센서(200)를 설치하게 되면 굴착부(250)에서 발생하는 지하수와 비에 의하여 상기 축 검지 센서(200)가 파손될 수 있다.

상기 고정자(210)는 상기 케이스(240) 바닥에 고정되는 고정지지판(211)과, 상기 지지판의 상부에서 상기 도로(10)의 기준선으로 연장되어 상기 압전소자(230)를 측면에 구비하는 고정전단판(212)을 구비할 수 있다.

상기 고정지지판(211)은 상기 케이스(240) 바닥에 고정되며 사방으로 이동되지 않도록 케이스(240) 바닥과 동일한 크기를 유지할 수 있다. 또한, 상기 축 검지 센서(200)에 차량(20)의 하중이 작용하여 차량(20)의 이동 방향으로 이동하거나 회전을 할 수 있는데 이를 방지하기 위하여 상기 고정지지판(211)을 상기 케이스(240) 바닥에 고정철물을 사용하여 고정할 수 있다.

예를 들어, 상기 고정지지판(211)과 상기 케이스(240) 바닥에 틈이 발생하게 되면 차량(20)이 축 검지 센서(200) 상부에 올라서게 되면 축 검지 센서(200)는 차량(20)이 진행하는 방향으로 밀리는 현상이 발생하게 되어 축 검지 센서(200)를 지탱하는 상기 고정지지판(211)이 상기 케이스(240) 바닥에 형성된 틈으로 이동할 수 있다. 그러므로 상기 고정지지판(211)과 상기 케이스(240) 바닥에 틈이 없이 동일한 크기를 유지하여 상기 고정지지판(211)이 사방으로 이동하지 않도록 한다.

그리고, 상기 고정지지판(211)에는 배수구를 설치하여 상기 축 검지 센서(200)로 유입되는 지하수나 빗물이 고이지 않도록 할 수 있다.

상기 고정전단판(212)은 상기 고정지지판(211)의 상부에서 상기 고정지지판(211)의 길이 방면으로 형성되어 상부로 연장된다. 상기 고정전단판(212)의 측면에는 압전소자(230)를 구비하여 전단력을 계산할 수 있다.

상기 운동자(220)는 상기 도로(10)의 기준선과 동일한 위치에 형성되며 차량(20)과 접촉하는 운동고정판(221)과, 상기 운동고정판(221)의 적어도 한 측면에서 수직으로 하락하며 상기 압전소자(230)와 접하는 운동전단판(222)을 구비할 수 있다.

상기 운동고정판(221)은 도로(10)의 기준선과 동일한 위치에 형성되거나 도로(10)의 기준선보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 상기 운동고정판(221)은 차량(20)의 타이어(30)와 접할 수 있으므로 내구성이 강한 재질을 사용하거나 두께를 두껍게 할 수 있다. 또한, 상기 운동고정판(221)은 케이스(240)와 동일한 폭과 길이로 형성되어 상부에서 차량(20)의 하중이 작용할 때 이동하거나 휨 현상이 발생하지 않도록 한다.

예를 들어, 상기 운동고정판(221)은 차량(20)이 축 검지 센서(200) 상부에 올라서게 되면 차량(20)이 진행하는 방향으로 밀리는 현상이 발생하게 되어 상기 운동고정판(221)을 지탱하는 상기 고정전단판(212)을 축으로 이동하거나 회전하는 휨 현상이 발생할 수 있다.

그리고, 상기 운동고정판(221)과 케이스(240)의 폭과 길이를 동일하게 유지하여 운동고정판(221)과 케이스(240)의 틈으로 이물질이 들어가지 않도록 한다.

상기 운동전단판(222)은 상기 운동고정판(221)의 적어도 한 측면에서 수직으로 하부로 하락하며 상기 고정전단판(212)에 고정되어 있는 압전소자(230)와 접할 수 있다. 상기 고정전단판(212)은 케이스(240)의 내부 측면과 근접하여 상부에 수직하중이 작용하면 케이스(240)의 틀에 맞게 하부로 하락하여 상기 운동자(220)가 이동하거나 회전하지 않도록 한다.

상기 운동자(220)와 상기 고정자(210)의 사이에는 하중에 의하여 하부로 이동한 상기 운동자(220)를 하중을 받기 전 위치로 이동시키기 위한 탄성장치(260)를 구비할 수 있다. 상기 탄성장치(260)는 스프링 등 탄성의 성질이 있어서 수직하중에 의하여 하부로 이동한 운동자(220)를 수직하중이 제거되면 원래 위치로 이동시킬 수 있다.

상기 압전소자(230)는 피에조 센서일 수 있으며 상기 고정전단판(212)과 상기 운동전단판(222)의 사이에 형성된다. 상기 압전소자(230)는 상기 고정전단판(212)이나 상기 운동전단판(222) 중 적어도 한 곳에 고정되며 고정되지 않은 곳이 하부로 내려갈 때 발생하는 전단력을 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직하중이 작용할 때의 축 검지 센서를 나타낸 단면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 축 검지 센서(200)는 상부에 수직하중이 작용하면 수직으로 하락하는 운동자(220)와, 상기 축 검지 센서(200)가 이동이나 회전하지 않도록 하는 고정자(210)와, 상기 운동자(220)의 운동에 의하여 전단력을 측정하는 압전소자(230)와, 상기 운동자(220)의 위치를 원상태로 복구시키는 탄성장치(260)를 구비할 수 있다.

상기 운동자(220)는 상부에 차량(20)의 하중이 작용하면 하부로 위치가 이동된다. 그리고, 상기 고정자(210)는 상기 운동자(220)를 하부에서 고정하며 고정자(210)의 고정전단판(212)의 측면에 압전소자(230)를 구비한다.

상기 압전소자(230)는 피에조 센서일 수 있다.

종래의 축 검지 센서(200)에 사용되던 피에조 센서는 작용한 하중에 의해 발생하는 전하가 압전 재료와 측정 회로의 특성으로 인해 수초에서 수분밖에 지속하지 못하기 때문에 상대적으로 짧은 시간 동안의 응력 변화를 감지하여 통과 차량(20)의 하중을 측정하게 된다. 또한, 피에조 센서는 모두 압축방식의 하중측정구조이며 센서가 동축 케이블 형태인 경우는 노면의 진동이나 횡방향 장력, 비틀림 등 방해 요소를 포함하고 있어 차량(20)의 타이어(30) 접지압의 수직 분력만을 센서에 작용하지 못하는 구조로 되어있다. 그리고, 온도 변화에 민감하여 하중인가와 상관없이 신호를 외곡시킬 수 있다.

하지만, 본원발명의 피에조 센서인 압전소자(230)는 차량(20)의 축 하중계측에 사용되며, 전단하중에 대해 신호를 출력하는 구조로서 횡방향 감도, 온도변화에 따른 신호변화 등 종래의 센서에서 극복하지 못하는 오류요소들을 해소할 수 있다.

상기 압전소자(230)의 한 측면은 상기 고정자(210)의 고정전단판(212) 측면에 고정되고 다른 한 측면은 수직하중에 의하여 하부로 위치를 이동하는 운동자(220)와 접한다. 그리고, 상기 압전소자(230)는 상기 운동자(220)가 상부의 차량(20)의 수직 하중에 의하여 하부로 위치를 이동할 때 발생하는 고정자(210)와 운동자(220)의 위치변화를 압축력이 아닌 전단력으로 출력하여 측정할 수 있다.

상기 탄성장치(260)는 상기 운동자(220)가 차량(20)의 수직하중에 의하여 하부로 위치를 이동하였을 때 고정자(210)와 접하는 곳에 설치할 수 있다. 상기 탄성장치(260)는 스프링 등과 같이 탄성이 있는 재질을 사용할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전소자의 수량에 따른 축 검지 센서를 나타낸 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 축 검지 센서(200)는 압전소자(230)의 수량에 운동자(220)와 고정자(210)의 수량을 조절할 수 있다.

상기 축 검지 센서(200)는 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 압전소자(230)를 하나 사용할 때는 고정지지판(211)의 한 측면에서 상부로 연장되는 고정전단판(212)을 구비하는 고정자(210)와, 운동지지판(210)의 하부에서 고정전단판(212)과 상반되는 운동지지판(210)의 측면에서 하부로 연장되는 운동전단판(222)을 구비하는 운동자(220)를 구비할 수 있다. 그리고, 상기 압전소자(230)는 고정전단판(212)과 운동전단판(222) 사이에 구비하여 수직으로 가해지는 하중에 대해 운동자(220)와 고정자(210)의 전단력을 측정할 수 있다.

또한, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 센서의 감도와 출력신호에 따라 다수의 압전소자(230)를 매설할 때에는 축 검지 센서(200)의 상부에 운동지지판(210)과 하부에 고정지지판(211)의 폭을 다수의 압전소자(230)를 매설할 수 있는 폭으로 넓게 하며, 압전소자(230)가 고정지지판(211)과 운동지지판(210) 사이에 구비될 수 있도록 고정전단판(212)과 운동전단판(222)의 수량을 늘릴 수 있다.

상기 도 7의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 상기 축 검지 센서(200)는 압전소자(230)의 감도와 출력신호에 따라 개별 또는 조합하여 사용이 가능하다.

그러므로, 한번의 시공으로 두 개 이상의 축 검지 센서(200)를 매설하는 효과를 가지며 이로 인한 시간적, 경제적 이득을 볼 수 있다.

예를 들어, 종래의 압축력을 활용한 피에조 센서는 하나를 설치시 도로(10)를 절개하고 센서를 매설한 후 레진을 이용하여 봉합 후 사용하고 있다. 이러한 과정은 센서 매설을 위한 공사시간과 이로 인한 도로(10)차단시간이 많이 소요되어 교통혼잡과 유지관리비용의 부담이 있다. 그러므로, 도로(10)의 상황에 따라 두 개 이상의 피에조 센서를 매설할 때에는 두 배의 시간과 비용이 들 수 있다. 그에 반해, 본원발명은 도로(10)를 굴착한 후 압전소자(230)와 운동전단판(222)과 고정전단판(212)의 수량을 늘리는 것으로 두 개 이상의 출력신호를 검출할 수 있다.

이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법을 설명함에 있어 상술한 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법을 나타낸 순서도이다.

단계 S1100에서 검지장치(100)를 설치할 도로(10)의 폭 방면으로 굴착을 한다.

단계 S1200은 단계 610에서 굴착한 굴착부(250)의 바닥에 축 검지 센서(200)의 고정자(210)를 고정한다. 상기 굴착부(250)의 바닥에 케이스(240)를 매설하고 고정자(210)를 고정할 수 있다.

단계 S1300에서 굴착부(250)의 바닥에 고정한 고정자(210)의 고정지지판(211) 상부에서 상부로 연장한 고정전단판(212)의 측면에 압전소자(230)를 고정한다. 상기 압전소자(230)는 감도와 출력신호에 따라 고정전단판(212)의 양 측면에 고정할 수 있으며, 두 개 이상의 압전소자(230)를 매설하기 위해서는 고정전단판(212)의 수량을 늘린다.

단계 S1400에서는 고정지지판(211)의 양 측면에서 운동자(220)와 접하는 위치와 고정전단판(212)의 상부에 탄성장치(260)를 설치한다.

단계 S1500에서 상기 고정자(210) 상부에 설치한 탄성장치(260)의 상부에 운동자(220)를 설치한다. 상기 운동자(220)는 도로(10)의 기준선과 동일하거나 높게 설치될 수 있다.

단계 S1600에서는 축 검지 센서(200)와 동일한 방향으로 검지장치(100)의 루프 센서(300)를 설치할 수 있다. 상기 루프 센서(300)는 사각이나 원통형으로 형성될 수 있으며 상기 축 검지 센서(200)가 2개 설치되면 상기 루프 센서(300)가 1개 설치되고 상기 축 검지 센서(200)가 1개 설치되면 상기 루프 센서(300)가 상기 축 검지 센서(200)의 양 측면에 2개 설치될 수 있다.

단계 S1700에서는 차로마다 설치되는 각각의 검지장치(100) 사이에 제어장치(400)를 매립할 수 있다. 상기 제어장치(400)는 상기 검지장치(100)와 연결되어 형성될 수 있다.

단계 S1800에서 차량(20)에 의하여 도로(10)의 기준선 하부로 수직하중이 작용할 수 있다. 상기 수직하중에 의하여 상기 축 검지 센서(200)의 운동자(220)가 수직으로 하락하며 상기 운동자(220)가 수직으로 하락할 때 압전소자(230)가 고정자(210)와 운동자(220) 사이에 발생하는 전단력을 측정한다. 상기 압전소자(230)가 측정한 전단력에 대하여 출력 신호를 검출하면 출력할 수 있다. 그리고, 차량(20)이 축 검지 센서(200)에서 벗어나면 탄성장치(260)에 의하여 운동자(220)가 도로(10)의 기준선이나 높게 상승한다.

단계 S1900에서는 상기 축 검지 센서(200)에서 측정한 전단력과 상기 차량(20)에 의하여 루프 센서(300)에 구비된 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 상기 제어장치(400)에서 감지할 수 있다.

단계 S2000은 단계 S1900에서 제어장치(400)에서는 상기 검지장치(100)에서 측정한 도로(10)를 주행하는 차량(20)의 정보를 통신부(430)를 통해 도로변에 구비되는 수신장치(600)로 송신할 수 있다.

단계 S2100에서는 단계 S2000에서 송신받은 상기 차량(20)의 정보를 수신장치(600)의 전송부(620)에서 관제센터(700)로 전송할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서 및 방법에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100: 검지장치 200: 축 검지 센서
300: 루프 센서 400: 제어장치
500: 전원장치 600: 수신장치

Claims (16)

1. 도로의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로를 주행하는 차량을 측정하는 검지장치와,
   상기 검지장치에 의하여 측정되는 상기 차량의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치와,
   상기 제어장치에 구비되어 상기 제어장치에 전력을 공급하는 전원장치와,
   상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치를 포함하는 것을 특징으로 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 검지장치는 상기 도로를 주행하는 상기 차량에 의하여 발생하는 전단력을 측정하는 적어도 하나 이상의 축 검지 센서와,
   상기 축 검지 센서와 같은 방향으로 설치되며 상기 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 축 검지 센서는 상기 도로의 기준선에 대하여 수직으로 매설되어 수평력 또는 회전력에 저항하는 반력을 가지는 고정자와,
   상기 고정자의 상부에서 위치하며 수직으로 작용하는 하중에 의하여 하부로 이동하는 운동자와,
   상기 고정자와 상기 운동자 사이에 위치하여 상기 운동자의 수직이동에 따른 전단력을 측정하는 압전소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 고정자는 상기 케이스 바닥에 고정되는 고정지지판과,
   상기 지지판의 상부에서 상기 도로의 기준선으로 연장되어 상기 압전소자를 측면에 구비하는 고정전단판을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 운동자는 상기 도로의 기준선과 동일한 위치에 형성되며 상기 차량과 접촉하는 운동고정판과,
   상기 운동고정판의 적어도 한 측면에서 수직으로 하락하며 상기 압전소자와 접하는 운동전단판을 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 축 검지 센서는 상기 고정전단판과 상기 운동전단판을 다수 구비하여 한번 시공으로 다수의 압전소자를 매설할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제어장치는 상기 검지장치를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부와,
   상기 검지장치에서 측정한 상기 차량의 정보를 수집하는 수집부와,
   상기 수집부에서 수집한 상기 차량의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치로 송신하는 통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 전원장치는 상기 제어장치에 전력을 공급하기 위하여 상기 제어장치에 내부에 구비되는 배터리와 압전신호에서 발생된 전압을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 수신장치는 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 수신받는 수신부와,
   상기 수신부에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 전송부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 센서.
   
10. (a) 도로의 기준선에 대하여 도로 폭 방면으로 고정자를 수직으로 매설하는 단계;
    (b) 상기 고정자의 고정전단판 측면에 압전소자를 설치하는 단계;
    (c) 상기 고정자의 상부에 운동자를 설치하는 단계;
    (d) 상기 고정자와 동일한 방향으로 루프 센서를 설치하는 단계;
    (e) 상기 압전소자와 상기 루프 센서에 연결된 제어장치를 상기 도로에 매립하는 단계;
    (f) 차량의 하중에 의하여 상기 운동자가 수직으로 하락하는 단계;
    (g) 상기 압전소자가 상기 운동자가 하락하는 힘과 고정되어 있는 고정자 사이에 발생하는 전단력을 측정하여 제어장치로 전달하는 단계;
    (h) 상기 차량이 통과하면서 상기 루프 센서에 구비된 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수의 변화를 측정하여 상기 제어장치로 전달하는 단계;
    (i) 상기 제어장치에서 상기 압전소자가 측정한 전단력과 상기 루프 센서의 공진 주파수의 변화를 도로변에 구비되는 수신장치로 송신하는 단계;
    (j) 상기 수신장치에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 단계;
    를 포함하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
11. 제 10항에 있어서,
    상기 도로의 기준선에 수직으로 매설되어 상기 도로를 주행하는 차량을 측정하는 검지장치와,
    상기 검지장치에 의하여 측정되는 상기 차량의 정보를 감지하여 무선으로 송신하는 제어장치와,
    상기 제어장치에 구비되어 상기 제어장치에 전력을 공급하는 전원장치와,
    상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 도로변에서 수신받는 수신장치를 포함하는 것을 특징으로 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 검지장치는 상기 도로를 주행하는 상기 차량에 의하여 발생하는 전단력을 측정하는 적어도 하나 이상의 축 검지 센서와,
    상기 축 검지 센서와 같은 방향으로 설치되며 상기 차량이 통과하면서 루프의 인덕턴스 변화에 따른 공진 주파수가 변화하는 루프 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 축 검지 센서는 상기 고정전단판과 상기 운동전단판을 다수 구비하여 한번 시공으로 다수의 압전소자를 매설할 수 있는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
14. 제 11항에 있어서,
    상기 제어장치는 상기 검지장치를 구동하기 위한 유도전류, 인덕턴스 중 적어도 하나의 변화를 감지하는 감지부와,
    상기 검지장치에서 측정한 상기 차량의 정보를 수집하는 수집부와,
    상기 수집부에서 수집한 상기 차량의 정보를 도로변에 구비되는 상기 수신장치로 송신하는 통신부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
15. 제 11항에 있어서,
    상기 전원장치는 상기 제어장치에 전력을 공급하기 위하여 상기 제어장치에 내부에 구비되는 배터리와 압전신호에서 발생된 전압을 이용하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    
16. 제 11항에 있어서,
    상기 수신장치는 상기 제어장치에서 무선으로 송신되는 상기 차량의 정보를 수신받는 수신부와,
    상기 수신부에서 수신받은 상기 차량의 정보를 관제센터로 전송하는 전송부를 구비하는 것을 특징으로 하는 무선 신호 전송을 활용한 축 검지 방법.
    

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