KR20190066943A - railway crack detection apparatus - Google Patents

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김영웅
김명진
노병섭
김영호
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한국광기술원
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination

Abstract

The present invention relates to a railway rail crack diagnosis apparatus comprising: a sensing optical fiber attached to a surface of a railroad rail and wound in multiple circuits to have a coil-shaped probe portion; a light source unit for emitting light; and a measurement unit for transmitting the light emitted from the light source unit to the sensing optical fiber and analyzing a signal received from the sensing optical fiber to measure occurrence of cracks in the railway rail attached to the sensing optical fiber. According to the railway rail crack diagnosis apparatus, whether the railway rail crack is occurred or not may be diagnosed at any time and remotely.

Description

철도레일 크랙 진단 장치{railway crack detection apparatus}[0001] DESCRIPTION [0002] Railway crack detection apparatus [

본 발명은 철도레일 크랙 진단 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 광섬유를 적용하여 철도레일의 크랙 여부를 진단할 수 있도록 된 철도레일 크랙 진단 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a railway rail crack diagnosis apparatus, and more particularly, to a railway rail crack diagnosis apparatus capable of diagnosing whether or not a railway rail is cracked by applying an optical fiber.

운송, 수송을 위한 철도 의존도가 높아지면서 철도 인프라 구축에 대한 관심과 노력이 세계적으로 증가하고 있다. As the reliance on railways for transportation and transportation increases, interest and efforts to build railway infrastructure are increasing worldwide.

그런데, 열차가 고속화되고, 운행 빈도가 늘어남에 따라 철도 사고 발생 위험과 사고 시 피해 규모 또한 급증하고 있다. 특히 철도레일의 노후화와 반복적 스트레스에 따른 철도 레일의 크랙 발생 및 손상이 심해질 경우 열차 탈선과 같은 대형 사고를 불러일으킬 수 있다.However, as the train speeds up and the frequency of operation increases, the risk of railway accidents and accidents is increasing rapidly. Especially, when the cracking and damage of the railway rail due to the aging of the railway rail and the repeated stress are increased, a large accident such as a train derailment can be caused.

이러한 철도레일 관련 사고 방지를 위해 현재 비파괴 초음파 탐지 기술이 적용된 레일 탐상차, 인력 탐사기가 철도레일 크랙 진단에 활용되고 있다. In order to prevent accidents related to railway rails, a rail test car and a manpower test machine to which non-destructive ultrasonic detection technology is applied are used for rail rail crack diagnosis.

국내 공개특허 제10-2011-0065866호에는 철도차량 차륜내부 크랙을 초음파로 진단하는 탐상장치가 게시되어 있다.Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0065866 discloses a flaw detection apparatus for diagnosing a crack in a wheel of a railway car by ultrasonic waves.

그런데, 기존의 철도 크랙 진단용 레일 탐상차 및 인력 탐지기의 경우 초음파를 이용한 정밀 측정이 가능하나, 고가로 인해 보유 개수가 한정적이고 현장 투입 인력이 필요하며 측정 시에 열차 운행이 불가하기 때문에 현재 분기별 측정이 이루어지고 있는 실정이다.However, it is possible to perform precise measurement using ultrasound in the case of conventional rail crackers and tracer detectors for railway crack diagnosis, but it is limited due to high price, requires on-site workforce, Measurement is being conducted.

따라서, 열차 운행 여부와 관계없이 원격지에서 철도레일의 크랙발생 여부를 측정할 수 있는 방안이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a method for measuring the occurrence of cracks in a railway rail at a remote site, regardless of whether the train is operated or not.

본 발명은 상기의 요구사항을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 광섬유를 이용하여 원격지에서 철도레일의 크랙여부를 진단할 수 있는 철도레일 크랙 진단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a railway rail crack diagnosis apparatus capable of diagnosing whether or not a railway rail is cracked at a remote place by using an optical fiber.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 철도레일 크랙 진단 장치는 철도레일의 표면에 부착되며 다수회로 권회되어 코일 형상의 프로브부분을 갖는 센싱 광섬유와; 광을 출사하는 광원부와; 상기 광원부에서 출사된 광을 상기 센싱 광섬유에 전송하고, 상기 센싱 광섬유로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 센싱광섬유가 부착된 철도레일의 크랙 발생유무를 측정하는 측정유닛;을 구비한다.In order to achieve the above object, a railway rail crack diagnosis apparatus according to the present invention comprises: a sensing optical fiber attached to a surface of a railway rail and having a plurality of coiled coiled probe portions; A light source unit for emitting light; And a measurement unit for transmitting the light emitted from the light source unit to the sensing optical fiber and for analyzing the signal received from the sensing optical fiber to measure the presence or absence of a crack in the rail rail to which the sensing optical fiber is attached.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 측정유닛은 상기 광원부에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분기시키는 제1광분배기와; 상기 제1광분배기에서 입력된 측정광을 설정된 채널수에 대응되게 분배하여 대응되는 센싱광섬유의 일단에 전송하는 제2광분배기와; 상기 초기광을 설정된 변조 주파수로 변조하여 기준광을 출력하는 광변조기와; 상기 광변조기에서 출력되는 기준광을 상기 제2광분배기의 채널수에 대응되게 분배하여 출력하는 제3광분배기와; 상기 제3광분배기에서 출력되는 기준광과 상기 센싱광섬유의 타단에서 출력되는 신호를 합파하여 출력하는 광합파기와; 상기 광합파기에서 출력되는 간섭광을 검출하는 광검출부와; 상기 광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 크랙이 발생했는지를 측정하는 신호 처리부;를 구비한다.According to an aspect of the present invention, the measurement unit includes: a first optical splitter that divides the light emitted from the light source unit into initial light and measurement light; A second optical splitter for dividing the measurement light input from the first optical splitter to correspond to the set number of channels and transmitting the split light to one end of the corresponding sensing optical fiber; An optical modulator for modulating the initial light with a predetermined modulation frequency to output a reference light; A third optical splitter for dividing and outputting the reference light output from the optical modulator corresponding to the number of channels of the second optical splitter; A multiplexer for multiplexing and outputting the reference light output from the third optical splitter and the signal output from the other end of the sensing optical fiber; A photodetector for detecting interference light output from the optical multiplexer; And a signal processing unit for measuring whether a crack has occurred using the signal output from the light detecting unit.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 광조사부는 제어신호에 따라 펄스신호를 출력하는 펄스발생기와; 상기 펄스발생기에서 출력되는 신호에 따라 펄스광을 출력하는 광원;을 구비하고, 상기 측정유닛은 상기 광원에서 출력되는 광을 초기광과 측정광으로 분배하는 광분배기와; 상기 광분배기에서 출력되는 측정광을 센싱광섬유로 전송하는 광서큘레이터와; 상기 광분배기에서 출력되는 초기광을 검출하는 제1광검출부와; 상기 센싱광섬유로부터 역으로 진행되어 상기 광서큘레이터에서 출력되는 광을 수신하는 제2광검출부와; 상기 펄스발생기의 구동을 제어하고, 상기 제1광검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 크랙이 발생했는지를 측정하는 신호 처리부;를 구비한다.According to another aspect of the present invention, the light irradiating unit includes: a pulse generator for outputting a pulse signal according to a control signal; And a light source for outputting pulsed light according to a signal output from the pulse generator, wherein the measurement unit comprises: an optical distributor for distributing light output from the light source to initial light and measurement light; An optical circulator for transmitting measurement light output from the optical splitter to a sensing optical fiber; A first optical detector for detecting an initial light output from the optical splitter; A second optical detector for receiving light output from the optical circulator in a reverse direction from the sensing optical fiber; And a signal processing unit for controlling driving of the pulse generator and measuring whether a crack has occurred from a signal output from the first optical detection unit and a signal output from the second optical detection unit.

바람직하게는 상기 센싱광섬유의 코일형상의 프로브부분의 내경은 15mm 이상 90mm 이내이고, 외경은 내경보다는 크되 100mm이하가 되게 권회된 것을 적용한다.Preferably, the inner diameter of the coil-shaped probe portion of the sensing optical fiber is 15 mm or more and 90 mm or less, and the outer diameter is larger than the inner diameter but 100 mm or less.

더욱 바람직하게는 상기 프로브부분은 자력을 생성시키는 자력판에 접합처리되어 있고, 상기 자력판이 철도 레일과 자력결합 되게 설치된다.More preferably, the probe portion is bonded to a magnetic plate for generating a magnetic force, and the magnetic plate is magnetically coupled to the rail.

본 발명에 따른 철도레일 크랙 진단 장치에 의하면, 철도레일의 크랙여부를 기차의 운행여부와 관계없이 상시로 원격지에서 모니터링 가능하게 진단할 수 있는 장점을 제공한다.The apparatus for diagnosing a railway rail crack according to the present invention provides an advantage of being able to diagnose whether a railway rail is cracked or not, regardless of whether the train is running or not, at any time and at a remote location.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도레일 크랙 진단 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 센싱 광섬유의 철도레일 부착방식의 예를 설명하기 위한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 철도레일 크랙 진단 장치를 나타내 보인 도면이고,
도 4는 정상선로와 크랙이 있는 결함선로에 대해 주파수 영역에서 특정 주파수의 진동신호 발생여부를 나타내 보인 그래프이다.1 is a view showing a railway rail crack diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a perspective view for explaining an example of a rail rail attachment method of the sensing optical fiber of FIG. 1,
3 is a view showing a railway rail crack diagnosis apparatus according to another embodiment of the present invention,
4 is a graph showing whether or not a vibration signal of a specific frequency is generated in a frequency domain for a normal line and a defect line having a crack.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 본 발명의 철도레일 크랙 진단 장치를 더욱 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a railway rail crack diagnosis apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 철도레일 크랙 진단 장치를 나타내 보인 도면이다.1 is a view showing a railway rail crack diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 철도레일 크랙 진단 장치(100)는 광원(110), 센싱 광섬유(130) 및 측정유닛을 구비한다.Referring to FIG. 1, a railway rail crack diagnosis apparatus 100 according to the present invention includes a light source 110, a sensing optical fiber 130, and a measurement unit.

광원(110)은 광을 출사하는 광원부로 적용된 것으로 신호처리부(190)에 의해 구동이 제어되며 연속광을 출사한다.The light source 110 is applied to a light source unit that emits light, and is driven by a signal processing unit 190 to emit continuous light.

센싱 광섬유(130)는 철도레일(10)의 열차 바퀴가 접촉되는 않는 영역의 표면에 부착되며 다수회로 권회되어 코일 형상으로 형성된 프로브부분(132)을 갖는 구조로 되어 있다.The sensing optical fiber 130 is attached to the surface of the railway rail 10 where the train wheels are not in contact, and has a structure in which the probe portion 132 is wound in a plurality of circuits and formed into a coil shape.

센싱 광섬유(130)는 철도 레일(10)의 측정 위치별로 독립적으로 설치되어 있다.The sensing optical fiber 130 is installed independently for each measurement position of the railway rail 10.

즉, 각 센싱 광섬유(130)의 일단은 후술되는 제2광분배기(152)의 일단과 접속되어 있고 타단은 제1 내지 제3광합파기(161 내지 163) 중 대응되는 채널과 접속되어 있다.That is, one end of each sensing optical fiber 130 is connected to one end of a second optical splitter 152, which will be described later, and the other end is connected to a corresponding one of the first to third optical multiplexers 161 to 163.

센싱 광섬유(130)의 프로브부분(132)은 다수회 권회되어 코일형태로 형성된 구조에 의해 센싱감도를 높일 수 있도록 되어 있다. The probe portion 132 of the sensing optical fiber 130 is wound several times so as to be formed in a coil shape so that the sensing sensitivity can be increased.

센싱 광섬유(130)의 권회수는 적절하게 적용하되 감도의 증가와 환형으로 구부림에 의한 광손실을 모두 고려하여 프로브부분(132)의 내경은 15mm 이상 90mm 이내로 적용하고, 외경은 내경보다는 크되 100mm이하가 되게 권회되게 한 것을 적용한다.The number of turns of the sensing optical fiber 130 is suitably applied and the inner diameter of the probe portion 132 is not less than 15 mm and not more than 90 mm in consideration of both increase in sensitivity and optical loss due to bending in an annular shape, To be applied to the

센싱 광섬유(130)는 코어에 SiO2, Ge, Al, P 중 적어도 하나가 함유된 것을 적용하며, 클래딩 영역에는 F나 B를 함유한 굴절률 골(trench) 구조의 굽힘 손실 강화 광섬유를 이용하는 것이 바람직하다.The sensing optical fiber 130 preferably has a core containing at least one of SiO 2 , Ge, Al and P, and a bending loss reinforced optical fiber having a refractive index trench structure containing F or B is preferably used for the cladding region Do.

또한, 센싱광섬유(130)의 프로브부분(132)의 철도레일(10)과의 접착은 접착제로 프로브부분(132)을 철도레일(10)에 접착되게 처리해도 되나 도 2에 도시된 바와 같이 자력판(135)을 적용하는 것이 바람직하다.The probe portion 132 of the sensing optical fiber 130 may be bonded to the railway rail 10 by an adhesive agent. Alternatively, the probe portion 132 may be bonded to the railway rail 10, It is preferable to apply the plate 135.

자력판(135)은 원판 형상으로 형성되어 있고, 프로브부분(132)의 외경보다 확장된 크기를 갖으며 영구자석 소재로 형성된 것을 적용한다.The magnetic plate 135 is formed in a disc shape and has a size larger than the outer diameter of the probe portion 132 and is formed of a permanent magnet material.

또한, 프로브부분(132)은 자력을 생성시키는 자력판(135)에 접착재로 접합처리된다.Further, the probe portion 132 is bonded to the magnetic force plate 135 for generating a magnetic force with an adhesive.

이 경우 프로브부분(132)이 접합처리된 자력판(135)을 철도 레일(10)에 자력에 의해 원하는 검사 위치별로 결합하면 된다.In this case, the magnetic force plate 135 to which the probe portion 132 has been bonded may be coupled to the rail rail 10 by a magnetic force according to a desired inspection position.

자력판(135)은 철도레일(10)의 측면 하부에 결합되는 것이 바람직하다.It is preferable that the magnetic plate 135 is coupled to the lower side of the railway rail 10.

센싱광섬유(130)의 프로브부분(132)으로부터 연장되는 나머지 부분은 외부의 진동 및 충격에 영향을 받지 않게 외주면에 피복재에 의해 방진 및 방음처리되어 매설된 후 대응되는 요소와 결합되게 구축되면 된다.The remaining portion extending from the probe portion 132 of the sensing optical fiber 130 may be constructed so as to be bonded to the corresponding element after being buried and soundproofed by the covering material on the outer circumferential surface without being affected by external vibration and impact.

측정유닛은 광원부로 적용된 광원(110)에서 출사된 광을 각 센싱 광섬유(130)에 전송하고, 센싱 광섬유(130)로부터 수신된 신호를 분석하여 센싱광섬유(130)가 부착된 철도레일(10)의 해당 부분에 대한 크랙 발생유무를 측정한다.The measurement unit transmits the light emitted from the light source 110 applied to the light source unit to each sensing optical fiber 130 and analyzes the signal received from the sensing optical fiber 130, The presence or absence of cracks is measured.

측정유닛은 제1 내지 제3광분배기(151 내지 153), 광변조기(171), 제1 내지 제3광합파기(161 내지 163), 제1 내지 제3광검출기(181 내지 183) 및 신호 처리부(190)를 구비한다.The measurement unit includes first to third optical splitters 151 to 153, an optical modulator 171, first to third optical multiplexers 161 to 163, first to third optical detectors 181 to 183, (Not shown).

제1광분배기(151)는 광원(110)에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분기시켜 출력한다.The first optical splitter 151 splits the light emitted from the light source 110 into the initial light and the measurement light and outputs the branched light.

제2광분배기(152)는 제1광분배기(151)에서 입력된 측정광을 설정된 채널수에 대응되게 분배하여 대응되는 센싱광섬유(130)의 일단에 전송한다.The second optical splitter 152 distributes the measurement light input from the first optical splitter 151 in correspondence with the set number of channels and transmits the split light to one end of the corresponding sensing optical fiber 130.

도시된 예에서는 도면의 복잡성을 피하기 위해 제2광분배기(152)는 3개의 채널로 측정광을 분배하여 출력하는 구조가 예시되어 있고, 적용되는 채널수는 도시된 예와 다르게 적용될 수 있음은 물론이다.In the illustrated example, in order to avoid the complexity of the drawing, the second optical splitter 152 illustrates a structure in which measurement light is divided and output by three channels, and the number of applied channels may be applied differently from the illustrated example to be.

광변조기(171)는 제1광분배기(151)에서 출력되는 초기광을 설정된 변조 주파수로 변조하여 기준광을 출력한다.The optical modulator 171 modulates the initial light output from the first optical splitter 151 to a predetermined modulation frequency and outputs the reference light.

바람직하게는 광변조기(171)는 저주파수 대역의 노이즈를 회피하고, 각 채널마다의 위상보상 처리를 생략할 수 있도록 10MHz 내지 300MHz 범위내의 변조주파수로 변조하는 것이 바람직하다.Preferably, the optical modulator 171 is modulated with a modulation frequency within the range of 10 MHz to 300 MHz so as to avoid noise in the low frequency band and omit phase compensation processing for each channel.

제3광분배기(153)는 광변조기(171)에서 출력되는 기준광을 제2광분배기(152)의 채널수에 대응되게 분배하여 출력한다.The third optical splitter 153 distributes the reference light output from the optical modulator 171 in accordance with the number of channels of the second optical splitter 152 and outputs the same.

도시된 예에서는 제3광분배기(153)는 제2광분배기(152)의 채널수에 대응되게 3개의 채널을 통해 기준광을 분배하여 출력한다.In the illustrated example, the third optical splitter 153 distributes the reference light through three channels corresponding to the number of channels of the second optical splitter 152, and outputs the divided reference light.

제1 내지 제3광합파기(161 내지 163)은 제3광분배기(153)에서 출력되는 기준광과 대응되는 채널의 센싱광섬유(130)의 타단에서 출력되는 신호를 합파하여 출력한다.The first to third optical multiplexers 161 to 163 multiplex signals output from the other end of the sensing optical fiber 130 of the channel corresponding to the reference light output from the third optical splitter 153 and output the multiplexed signals.

즉, 제1광합파기(161)는 제2광분배기(152)의 첫 번째 채널과 접속된 센싱광섬유(130)를 경유하여 입력된 광과 제3광분배기(153)의 첫 번째 채널로부터 분배된 기준광을 합파하여 제1광검출부(181)에 출력한다.That is, the first optical multiplexer 161 receives the light input through the sensing optical fiber 130 connected to the first channel of the second optical splitter 152 and the light input from the first channel of the third optical splitter 153 And outputs the multiplexed reference light to the first optical detector 181.

마찬가지로, 제2광합파기(162)는 제2광분배기(152)의 두 번째 채널과 접속된 센싱광섬유(130)를 경유하여 입력된 광과 제3광분배기(153)의 두 번째 채널로부터 분배된 기준광을 합파하여 제2광검출부(182)에 출력한다.Similarly, the second optical multiplexer 162 receives the light input via the sensing optical fiber 130 connected to the second channel of the second optical splitter 152 and the light input from the second channel of the third optical splitter 153 And outputs the multiplexed reference light to the second optical detector 182.

제3광합파기(163)도 제2광분배기(152)의 세 번째 채널과 접속된 센싱광섬유(130)를 경유하여 입력된 광과 제3광분배기(153)의 세 번째 채널로부터 분배된 기준광을 합파하여 제3광검출부(183)에 출력한다.The third optical multiplexer 163 also receives the light input via the sensing optical fiber 130 connected to the third channel of the second optical splitter 152 and the reference light distributed from the third channel of the third optical splitter 153 And outputs it to the third optical detector 183.

제1 내지 제3광검출부(181 내지 183)는 각각 대응되는 제1 내지 제3광합파기(161 내지 163)에서 출력되는 간섭광을 각각 검출하여 신호처리부(190)에 출력한다.The first to third optical detectors 181 to 183 respectively detect the interference light output from the corresponding first to third optical multiplexers 161 to 163 and output the detected interference light to the signal processor 190.

신호처리부(190)는 제1 내지 제3광검출부(181 내지 183)에서 출력되는 간섭신호를 이용하여 크랙이 발생했는지를 측정한다.The signal processing unit 190 measures whether or not a crack has occurred by using the interference signals output from the first to third light detecting units 181 to 183.

신호 처리부(190)는 열차가 철도 레일(10)을 지나갈 때 제1 내지 제3광검출부(181 내지 183)에서 검출된 간섭신호로부터 진동/음향 세기 및 주파수를 측정하고, 측정된 주파수가 크랙여부와 관련된 특정 주파수 영역의 신호가 검출됐는지를 판단하여 크랙 여부를 결정한다.The signal processing unit 190 measures the vibration / sound intensity and the frequency from the interference signals detected by the first to third light detecting units 181 to 183 when the train passes the railway rail 10, And determines whether or not a signal in a specific frequency range related to the detected frequency is detected.

바람직하게는 신호처리부(190)는 센싱광섬유(130)로부터 대응되는 광검출부(181 내지 183)를 통해 수신된 광에 대해 푸리에 변환에 의해 주파수 영역으로 변환시 0 내지 1MHz 주파수 범위 내에서 기준레벨 이상의 이상 신호가 검출되면 크랙이 발생된 것으로 판단처리하도록 구축된다. 여기서 기준레벨은 외부 노이즈에 의한 신호 이상으로 적절하게 설정하면 된다.Preferably, the signal processing unit 190 converts the light received from the sensing optical fiber 130 through the corresponding optical detectors 181 to 183 into a frequency domain by Fourier transform, When a signal is detected, it is determined that a crack is generated. Here, the reference level may be appropriately set to be an abnormal signal due to external noise.

한편, 도시된 예와 다르게 분포형으로 센싱광섬유(130)를 배치할 수 있고 그 예를 도 3을 참조하여 설명한다.Meanwhile, the sensing optical fiber 130 can be disposed in a distributed manner different from the illustrated example, and an example thereof will be described with reference to FIG.

도 3을 참조하면, 센싱광섬유(230)는 다수의 프로브부분(132)이 직렬상으로 연결된 구조로 되어 있다.Referring to FIG. 3, the sensing optical fiber 230 has a structure in which a plurality of probe portions 132 are connected in series.

광조사부(210)는 광원(212)과 펄스발생기(214)를 구비한다.The light irradiation unit 210 includes a light source 212 and a pulse generator 214.

펄스발생기(214)는 신호처리부(290)의 제어신호에 따라 펄스신호를 광원(212)에 출력한다.The pulse generator 214 outputs a pulse signal to the light source 212 according to a control signal of the signal processor 290.

광원(212)은 펄스발생기(214)에서 출력되는 신호에 따라 펄스광을 출력한다.The light source 212 outputs pulsed light according to a signal output from the pulse generator 214.

측정유닛은 광분배기(250), 광서큘레이터(260), 제1 및 제2광검출부(281)(282) 및 신호처리부(290)를 구비한다.The measuring unit includes an optical distributor 250, an optical circulator 260, first and second optical detecting units 281 and 282, and a signal processing unit 290.

광분배기(250)는 광원(212)에서 출력되는 광을 초기광과 측정광으로 분배한다.The optical distributor 250 distributes the light output from the light source 212 to the initial light and the measurement light.

광서큘레이터(260)는 광분배기(250)에서 출력되어 입력단(260a)을 통해 입력되는 측정광을 측정단(260b)을 통해 센싱광섬유(230)로 전송하고, 센싱광섬유(230)로부터 역으로 진행되는 레일레이(Rayleigh) 역 산란광을 검출단(260c)을 통해 제2광검출부(282)로 출력한다. The optical circulator 260 transmits the measurement light output from the optical splitter 250 and input through the input terminal 260a to the sensing optical fiber 230 through the measurement terminal 260b, And outputs the progressive Rayleigh back scattered light to the second photodetector 282 through the detection stage 260c.

제1광검출부(281)는 광분배기(250)에서 출력되는 초기광을 검출하여 신호처리부(290)에 제공한다.The first optical detection unit 281 detects the initial light output from the optical splitter 250 and provides the detected initial light to the signal processing unit 290.

제2광검출부(282)는 센싱광섬유(230)로부터 역으로 진행되어 광서큘레이터(260)의 검출단(260c)에서 출력되는 광을 검출하여 신호처리부(290)에 제공한다.The second optical detection unit 282 detects the light output from the detection end 260c of the optical circulator 260 in the reverse direction from the sensing optical fiber 230 and provides the signal to the signal processing unit 290.

제2광검출부(282)에서 검출되는 신호는 입력 펄스광에 대해 센싱광섬유(230)에서 길이방향을 따라 연속적으로 발생하여 되돌아오는 레일레이 신호로서 광시간영역 반사측정(OTDR) 데이터로 수집되어 신호처리부(290)에 제공된다.The signal detected by the second optical detector 282 is continuously reflected in the longitudinal direction of the sensing optical fiber 230 with respect to the input pulse light and is collected as optical return time (OTDR) data as a return signal. And is provided to the processing unit 290.

신호 처리부(290)는 펄스발생기(214)의 구동을 제어하고, 제1광검출부(281)에서 출력되는 신호를 이용하여 광원(212)에서 출사된 펄스광의 발생시기를 파악한다.The signal processor 290 controls driving of the pulse generator 214 and uses the signal output from the first optical detector 281 to determine the generation timing of the pulse light emitted from the light source 212.

또한, 신호처리부(290)는 펄스광의 발생시기를 기반으로 시간영역에서 제2광검출부(282)통해 수집된 레일레이 산란광 신호로부터 크랙이 발생했는지를 측정한다.In addition, the signal processing unit 290 measures whether a crack has occurred from the rail ray scattered light signal collected through the second optical detector 282 in the time domain based on the pulse light generation time.

즉, 신호처리부(290)는 먼저, 시간영역에서 수집된 레일레이 산란광 신호를 센신광섬유(230) 내에서의 광신호의 전파속도를 고려하여 거리별 광량 트레이스(Trace)로 변환한다.That is, the signal processing unit 290 first converts the Rayleigh scattered light signal collected in the time domain into a light quantity trace by distance in consideration of the propagation speed of the optical signal in the sensing optical fiber 230.

여기서 변환된 거리별 광량 트레이스(Trace)는 레일레이 산란광의 자가간섭 결과를 포함하는 신호이며, 광섬유 레일레이 산란광의 자가간섭 현상은 음향/진동 에너지가 센싱광섬유(230)에 인가됐을 경우에 변화한다.Here, the converted light amount trace by distance includes the self interference result of the rail ray scattered light, and the self interference phenomenon of the optical fiber rail ray scattered light changes when the acoustic / vibration energy is applied to the sensing optical fiber 230 .

신호처리부(290)는 n개의 펄스광에 대응하는 n개의 OTDR Trace를 푸리에 변환하여 센싱광섬유(230)의 위치별 진동/음향 주파수 및 세기를 계산한다.The signal processing unit 290 performs Fourier transform on n OTDR Trace corresponding to n pulse lights to calculate a vibration / sound frequency and intensity according to the position of the sensing optical fiber 230.

그리고, 신호처리부(290)는 앞서와 같이 크랙발생에 대응되는 주파수영역에서 기준레벨 이상의 이상 신호가 검출되면 크랙이 발생된 것으로 판단처리한다.Then, the signal processing unit 290 judges that a crack has occurred when an abnormal signal exceeding the reference level is detected in the frequency region corresponding to the crack occurrence as described above.

즉, 신호처리부(290)는 도 4에 도시된 바와 같이 크랙에 해당하는 진동주파수대역에서 해당신호가 검출되면 크랙으로 판정한다.That is, as shown in FIG. 4, when the signal is detected in the vibration frequency band corresponding to the crack, the signal processing unit 290 determines that the signal is cracked.

이상에서 설명된 철도레일 크랙 진단 장치에 의하면, 철도레일의 크랙여부를 기차의 운행여부와 관계없이 원격지에서 모니터링 가능하게 진단할 수 있는 장점을 제공한다.According to the railway rail crack diagnosis apparatus described above, it is possible to diagnose whether or not a railway rail crack can be monitored remotely regardless of whether the train is operated or not.

110: 광원 130, 230: 센싱 광섬유
132: 프로브부분 110: light source 130, 230: sensing optical fiber
132: probe portion

Claims (6)

철도레일의 표면에 부착되며 다수회로 권회되어 코일 형상의 프로브부분을 갖는 센싱 광섬유와;
광을 출사하는 광원부와;
상기 광원부에서 출사된 광을 상기 센싱 광섬유에 전송하고, 상기 센싱 광섬유로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 센싱광섬유가 부착된 철도레일의 크랙 발생유무를 측정하는 측정유닛;을 구비하는 것을 특징으로 하는 철도레일 크랙 진단 장치.A sensing optical fiber attached to a surface of a railway rail and having a plurality of circuit winded coil shaped probe portions;
A light source unit for emitting light;
And a measuring unit for measuring the presence or absence of a crack on the rail rail to which the sensing optical fiber is attached by analyzing a signal received from the sensing optical fiber, and transmitting the light emitted from the light source unit to the sensing optical fiber. Rail crack diagnostics. 제1항에 있어서, 상기 측정유닛은
상기 광원부에서 출사된 광을 초기광과 측정광으로 분기시키는 제1광분배기와;
상기 제1광분배기에서 입력된 측정광을 설정된 채널수에 대응되게 분배하여 대응되는 센싱광섬유의 일단에 전송하는 제2광분배기와;
상기 초기광을 설정된 변조 주파수로 변조하여 기준광을 출력하는 광변조기와;
상기 광변조기에서 출력되는 기준광을 상기 제2광분배기의 채널수에 대응되게 분배하여 출력하는 제3광분배기와;
상기 제3광분배기에서 출력되는 기준광과 상기 센싱광섬유의 타단에서 출력되는 신호를 합파하여 출력하는 광합파기와;
상기 광합파기에서 출력되는 간섭광을 검출하는 광검출부와;
상기 광검출부에서 출력되는 신호를 이용하여 크랙이 발생했는지를 측정하는 신호 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 철도레일 크랙 진단 장치.The apparatus of claim 1, wherein the measurement unit
A first optical splitter for splitting the light emitted from the light source part into an initial light and a measurement light;
A second optical splitter for dividing the measurement light input from the first optical splitter to correspond to the set number of channels and transmitting the split light to one end of the corresponding sensing optical fiber;
An optical modulator for modulating the initial light with a predetermined modulation frequency to output a reference light;
A third optical splitter for dividing and outputting the reference light output from the optical modulator corresponding to the number of channels of the second optical splitter;
A multiplexer for multiplexing and outputting the reference light output from the third optical splitter and the signal output from the other end of the sensing optical fiber;
A photodetector for detecting interference light output from the optical multiplexer;
And a signal processing unit for measuring whether or not a crack is generated by using a signal output from the optical detecting unit. 제1항에 있어서, 상기 광조사부는
제어신호에 따라 펄스신호를 출력하는 펄스발생기와;
상기 펄스발생기에서 출력되는 신호에 따라 펄스광을 출력하는 광원;을 구비하고,
상기 측정유닛은
상기 광원에서 출력되는 광을 초기광과 측정광으로 분배하는 광분배기와;
상기 광분배기에서 출력되는 측정광을 센싱광섬유로 전송하는 광서큘레이터와;
상기 광분배기에서 출력되는 초기광을 검출하는 제1광검출부와;
상기 센싱광섬유로부터 역으로 진행되어 상기 광서큘레이터에서 출력되는 광을 수신하는 제2광검출부와;
상기 펄스발생기의 구동을 제어하고, 상기 제1광검출부에서 출력되는 신호와 상기 제2광검출부에서 출력되는 신호로부터 크랙이 발생했는지를 측정하는 신호 처리부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 철도레일 크랙 진단 장치.The light source unit according to claim 1,
A pulse generator for outputting a pulse signal in accordance with a control signal;
And a light source for outputting pulse light according to a signal output from the pulse generator,
The measuring unit
An optical splitter that divides the light output from the light source into initial light and measurement light;
An optical circulator for transmitting measurement light output from the optical splitter to a sensing optical fiber;
A first optical detector for detecting an initial light output from the optical splitter;
A second optical detector for receiving light output from the optical circulator in a reverse direction from the sensing optical fiber;
And a signal processor for controlling the driving of the pulse generator and measuring whether a crack has occurred from a signal output from the first optical detector and a signal output from the second optical detector, Device. 제1항에 있어서, 상기 센싱광섬유의 코일형상의 프로브부분의 내경은 15mm 이상 90mm 이내이고, 외경은 내경보다는 크되 100mm이하가 되게 권회된 것을 특징으로 하는 하는 철도레일 크랙 진단 장치.The apparatus of claim 1, wherein an inner diameter of the coil-shaped probe portion of the sensing optical fiber is 15 mm or more and 90 mm or less, and the outer diameter is larger than the inner diameter but 100 mm or less. 제2항에 있어서, 상기 프로브부분은 자력을 생성시키는 자력판에 접합처리되어 있고, 상기 자력판이 철도 레일과 자력결합된 것을 특징으로 하는 철도레일 크랙 진단 장치.3. The railway rail crack diagnosis apparatus according to claim 2, wherein the probe portion is bonded to a magnetic plate for generating a magnetic force, and the magnetic plate is magnetically coupled to the railway rail. 제1항에 있어서, 상기 측정유닛은 상기 센싱광섬유로부터 수신된 광에 대해 0 내지 1MHz 주파수 범위 내에서 기준레벨 이상의 이상 신호가 검출되면 크랙이 발생된 것으로 판단처리하는 것을 특징으로 하는 철도레일 크랙 진단 장치.

2. The method according to claim 1, wherein the measurement unit determines that a crack has occurred when an abnormality signal of a reference level or higher is detected within a frequency range of 0 to 1 MHz with respect to the light received from the sensing optical fiber Device.

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