KR20190072455A - 비파괴적인 레일 검사 방법 및 장치 - Google Patents

비파괴적인 레일 검사 방법 및 장치 Download PDF

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KR20190072455A
KR20190072455A KR1020180160783A KR20180160783A KR20190072455A KR 20190072455 A KR20190072455 A KR 20190072455A KR 1020180160783 A KR1020180160783 A KR 1020180160783A KR 20180160783 A KR20180160783 A KR 20180160783A KR 20190072455 A KR20190072455 A KR 20190072455A
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임남형
손대락
지기환
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충남대학교산학협력단
주식회사 케이엠티엘
주식회사 센서피아
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Abstract

가청 대역의 정현파를 요크 코일에 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 측정되는 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 시간축에 대해 획득하여 저장한다. 획득된 MBN 신호는 기준 레일에 대해 유사한 조건에서 측정된 신호와 비교되여 레일의 열화나 흠결이 추정된다.

Description

비파괴적인 레일 검사 방법 및 장치{Non-destructive Rail Testing Method and Apparatus}
철도 레일의 열화(deterioration)나 흠결(defect)을 비-파괴적으로 검사하는 기술, 특히 자기적인 방법을 이용하는 기술이 개시된다.
바크하우젠 효과(Barkhausen effect)는 강자성체 물질에 외부 시변 자기장을 인가할 때 강자성체 물질 내부의 자기도메인의 정렬의 갑작스런 진행으로 인해 발생하는 잡음을 말한다. 이러한 바크하우젠 잡음은 강자성체 물질의 결정의 균일성과 같은 물성의 영향을 받으므로, 철강제 등의 내부에 존재하는 불순물이나 구조 열화 등의 특성을 비파괴적으로 측정하는데 이용되고 있다.
연속 용접된 철도 레일(Continuous-Welded Rails : CWR)의 길이 방향으로 분포된 응력 분포를 측정하는데 이러한 바크하우젠 효과를 이용하는 기술이 알려져 있다. CWR은 온도에 따라 늘어나거나 수축되어 응력 분포가 달라지므로 그 지역의 평균적인 온도를 기준으로 설계되어 고정된다. 레일이 앵커에 의해 고정되므로, 온도에 따라 레일에 분포되는 응력이 위치에 따라 달라진다. 응력이 최소로 되는 온도를 중성 온도(Neutral Temperature, Stress Free Temperature : SFT)라고 하는데 이러한 중성 온도는 실제로는 측정점의 CWR의 형태나 주변 고정 앵커의 배치, 측정점 주변의 열화 정도에 의존하므로, CWR 응력 측정은 이 중성 온도의 분포를 구하는 작업이 된다. 중성 온도의 분포를 통해 응력의 분포를 구하고 이로부터 CWR의 열화나 흠결을 간접적으로 추정한다.
제안된 발명은 CWR의 열화나 흠결을 보다 직접적으로 측정하는 방법을 제시한다. 또한 제안된 발명은 CWR의 열화나 흠결의 추정에 있어서 보다 높은 신뢰성을 달성할 수 있다.
제안된 발명의 제 1 양상에 따르면, 가청 대역의 정현파를 요크 코일에 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 측정되는 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 시간축에 대해 획득하여 저장한다. 획득된 MBN 신호는 기준 레일에 대해 유사한 조건에서 측정된 신호와 비교되여 레일의 열화나 흠결이 추정된다.
제안된 발명의 제 2 양상에 따르면, 복수의 주파수에 대해 제 1 양상에 따른 MBN 신호 획득이 행해진다. 각각의 획득된 MBN 신호는 기준 레일에 대해 대응되는 유사한 조건에서 측정된 신호와 비교되고, 복수의 비교신호들로부터 레일의 열화나 흠결이 추정된다.
제안된 발명은 CWR의 열화나 흠결을 보다 직접적으로 측정하는 방법을 제시한다. 또한 제안된 발명은 CWR의 열화나 흠결의 추정에 있어서 보다 높은 신뢰성을 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치를 연속 용접된 철도 레일에 적용하여 검사하는 모습을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법의 구성을 도시한 흐름도이다.
도 3은 레일에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호의 진폭간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법의 구성을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블럭도의 각 블럭은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블럭 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블럭들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치를 연속 용접된 철도 레일(Continuous-Welded Rails : CWR)(10)에 적용하여 검사하는 모습을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 비파괴적인 레일 검사 장치는 레일 상면에 길이방향 요크 코일(500)을 설치하여 측정점을 중심으로 연속 용접된 철도 레일의 길이 방향으로 자화시키면서 레일(10)의 목 부위 좌우에 한 쌍의 프로브(330)를 밀착시켜 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득한다. 일 실시예에 있어서, 이러한 길이방향 요크 코일(500)에 인가되는 구동 전류의 생성 및 제어나, 한 쌍의 프로브(330)에서 획득된 파형 신호의 처리는 산업용 컴퓨터와 회로를 포함하는 제어기(100)에 의해 수행된다. 길이방향 요크 코일의 일측에는 CWR의 온도를 측정하는 온도 센서(700)가 구비된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법의 구성을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법은 먼저 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일들이 복수개 준비된다. 이 기준 레일 시편들에 피측정 레일과 유사한 조건에서 길이방향 응력이 인가되지 않은 상태에서 소정의 주파수를 가진 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호를 측정하여 저장한다(단계 S210). 또 이 기준 레일 시편들에 피측정 레일과 유사한 조건에서 상이한 크기의 응력을 인가한 상태에서 소정의 주파수를 가진 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호들이 측정되어 저장된다. 이 기준 MBN 파형 신호들의 진폭값들로부터 응력에 따른 MBN 신호의 진폭의 변화가 측정된다(단계 S230).
일반적으로 레일에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호의 진폭은 비례하는 것으로 알려져 있다. 도 3은 레일에 인가된 응력과 측정된 MBN 신호의 진폭간의 관계를 도시한 그래프이다. 먼저 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일 시편들을 복수개, 예를 들어 3개 준비한 후 이 기준 레일 시편들에 각각 상이한 응력을 인가한 후 MBN 파형 신호를 측정하고 기 파형 신호의 진폭을 측정하여 이 그래프를 추정할 수 있다.
이후에 레일에 설치된 요크 코일에 가청 대역의 정현파를 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 레일의 목 부위 좌우 프로브를 통해 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득한다(단계 S250). 정현파는 MBN 잡음이 발생하기에 충분한 정도의 가청 저주파 대역을 사용한다. 일 실시예에서 정현파는 1KHz 의 주파수를 가진다. 연속적으로 정(+)과 부(-)의 전압을 가지는 정현파를 인가함으로써, CWR은 자화와 탈자를 부드럽게 반복하며, 내부의 자기 쌍극자(magnetic dipole)들, 결과적으로 자기 도메인(magnetic domain)들을 연속적으로 움직이게 하는 것으로 추정된다. 이에 따라 MBN 파형 신호가 연속적으로 출력된다. 정현파가 인가된 후 MBN 신호가 안정되어 주기적인 형태를 취할 때 파형 신호가 획득된다. 자기 도메인의 임의성(randomness)으로 인해 MBN 신호의 전체적인 모양은 완벽한 주기성을 가지기 힘들지만 정현파에 따라 MBN 파형 신호의 진폭은 주기성을 보이게 된다. MBN 파형 신호는 샘플링되어 디지털 값으로 저장된다.
이후에 저장된 기준 파형 신호를 피측정 레일과 동일한 응력 조건의 파형 신호로 변환한다(단계 S270). 일 실시예에서, MBN 파형 신호의 진폭은 응력에 비례하므로, 기준 파형 신호는 기준 레일 시편에 피측정 레일에서 측정된 응력과 동일한 수준의 응력을 인가했을 때의 MBN 파형 신호로 변환하려면, 저장된 기준 파형 신호를 측정된 MBN 파형 신호와 동일한 진폭 수준으로 변환하면 된다.
그러나, 기준 파형 신호를 변환하는 대신에, 측정된 MBN 파형 신호를 변환하는 것도 가능하다. 요컨데 두 신호를 비교함에 따라 열화나 흠결에 따른 영향이 없는 기준 시편과 비교하여 동일한 신호 성분이 제거될 수 있도록 신호를 변환하는 과정에 해당한다. 따라서 기준 레일 시편에 대해 피측정 CWR에서 측정된 응력과 동일한 응력을 인가하여 측정한 신호를 기준 파형 신호로 삼은 경우에는 이러한 변환 과정은 생략될 수 있다.
이후에, 획득된 MBN 파형 신호를, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 기준 MBN 파형 신호와 비교하여 레일의 열화나 흠결에 관련된 열화 정보를 생성하여 출력한다(단계 S290). 일 실시예에서 열화 정보는 MBN파형 신호와 기준 파형 신호를 비교한 차분 신호의 절대값의 시간에 대한 적분치일 수 있다. 또다른 실시예에서 열화 정보는 두 파형 신호의 상관도값일 수 있다. 기준 레일 시편은 열화나 흠결이 없는 레일이므로 기준 레일 시편의 MBN 파형 신호는 단지 응력에 의한 영향만을 반영하고 있다. 따라서 두 신호의 비교값은 피측정 CWR 내부의 열화나 흠결을 반영한다. 생성된 열화 정보는 사람이 인식할 수 있는 형태, 예를 들면 디스플레이 상에서 그래프 및 열화정보 수치값으로 출력된다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법의 구성을 도시한 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 방법은 먼저 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일들이 복수개 준비된다. 이 기준 레일 시편들에 피측정 레일과 유사한 조건에서 길이방향 응력이 인가되지 않은 상태에서 소정의 주파수, 예를 들어 500Hz의 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호를 측정하여 저장한다. 이후에 동일한 기준 레일에서 동일한 조건으로 다른 주파수, 예를 들어 1KHz의 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호를 측정하여 저장한다. 이후에 동일한 기준 레일에서 동일한 조건으로 또다른 주파수, 예를 들어 3KHz의 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호를 측정하여 저장한다(단계 S410).
이후에 이 기준 레일 시편들에 피측정 레일과 유사한 조건에서 상이한 크기의 응력을 인가한 상태에서 소정의 주파수를 가진 정현파를 길이방향 요크 코일에 인가하고, 출력되는 기준 MBN 파형 신호들이 측정되어 저장된다. 이 과정은 복수의 주파수의 정현파에 대해 반복된다. 이 기준 MBN 파형 신호들의 진폭값들로부터 각 주파수별로 응력에 따른 MBN 신호의 진폭의 변화가 측정되고 저장된다(단계 S430).
이후에 레일에 설치된 요크 코일에 기준 레일의 획득에 사용된 소정의 주파수, 예를 들어 500Hz의 가청 대역의 정현파를 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 레일의 목 부위 좌우 프로브를 통해 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득한다. 정현파는 MBN 잡음이 발생하기에 충분한 정도의 가청 저주파 대역을 사용한다. 정현파가 인가된 후 MBN 신호가 안정되어 주기적인 형태를 취할 때 파형 신호가 획득된다. 자기 도메인의 임의성(randomness)으로 인해 MBN 신호의 전체적인 모양은 완벽한 주기성을 가지기 힘들지만 정현파에 따라 MBN 파형 신호의 진폭은 주기성을 보이게 된다. MBN 파형 신호는 샘플링되어 디지털 값으로 저장된다.
다음으로, 레일에 설치된 요크 코일에 기준 파형 신호의 획득에 사용된 다른 주파수, 예를 들어 1KHz의 가청 대역의 정현파를 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 레일의 목 부위 좌우 프로브를 통해 대응하는 MBN 파형 신호를 획득하고 저장한다.
다음으로, 레일에 설치된 요크 코일에 기준 파형 신호의 획득에 사용된 다른 주파수, 예를 들어 3KHz의 가청 대역의 정현파를 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 레일의 목 부위 좌우 프로브를 통해 대응하는 MBN 파형 신호를 획득하고 저장한다(단계 S450).
이후에 저장된 복수의 기준 파형 신호를 피측정 레일과 동일한 응력 조건의 파형 신호로 변환한다(단계 S470). 일 실시예에서, MBN 파형 신호의 진폭은 응력에 비례하므로, 기준 파형 신호는 기준 레일 시편에 피측정 레일에서 측정된 응력과 동일한 수준의 응력을 인가했을 때의 MBN 파형 신호로 변환하려면, 저장된 기준 파형 신호를 측정된 MBN 파형 신호와 동일한 진폭 수준으로 변환하면 된다.
그러나, 기준 파형 신호를 변환하는 대신에, 측정된 MBN 파형 신호를 변환하는 것도 가능하다. 요컨데 두 신호를 비교함에 따라 열화나 흠결에 따른 영향이 없는 기준 시편과 비교하여 동일한 신호 성분이 제거될 수 있도록 신호를 변환하는 과정에 해당한다. 따라서 기준 레일 시편에 대해 피측정 CWR에서 측정된 응력과 동일한 응력을 인가하여 측정한 신호를 기준 파형 신호로 삼은 경우에는 이러한 변환 과정은 생략될 수 있다.
이후에, 획득된 MBN 파형 신호를, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 기준 MBN 파형 신호와 비교하여 레일의 열화나 흠결에 관련된 열화 정보를 생성하여 출력한다(단계 S490). 일 실시예에서 열화 정보는 MBN파형 신호와 기준 파형 신호를 비교한 차분 신호들의 절대값의 시간에 대한 적분치일 수 있다. 또다른 실시예에서 열화 정보는 두 파형 신호의 상관도값의 합일 수 있다. 복수의 상이한 주파수 대역에서 자화를 진행하고 측정된 MBN 파형 신호는 보다 다양한 형태의 열화나 흠결에 대해 민감하게 반영할 수 있다. 생성된 열화 정보는 사람이 인식할 수 있는 형태, 예를 들면 디스플레이 상에서 그래프 및 열화정보 수치값으로 출력된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치는 피측정 레일의 목 부위 좌우에 밀착된 제1 프로브(310), 제2 프로브(330) 및 레일 상면에 설치된 길이방향 요크코일(500)과 온도 센서(700)를 포함한다. 다른 실시예에서, 온도 센서는 한 쌍의 프로브 각각에 구비될 수 있다. 길이방향 요크 코일(500)은 피측정 레일을 길이 방향으로 자화시킨다. 온도 센서(700)는 피측정 레일의 온도를 측정한다.
일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치는 추가로, 신호 획득부(110)와 신호 처리부(150) 및 출력부(171)를 포함한다. 신호 획득부(110)는 길이방향 요크 코일에 가청 대역의 정현파를 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 한 쌍의 프로브를 통해 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호를 획득한다. 일 실시예에서, 신호 획득부(110)는 내부에 정현파 발진회로와, 발진된 정현파를 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 정현파 신호를 길이방향 요크코일(500)에 인가하는 출력단자를 포함한다. 또 신호 획득부(110)는 한 쌍의 프로브(310,330)로부터 입력되는 MBN 파형 신호를 입력 받는 입력단과, 입력된 MBN 파형 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와, 증폭된 파형 신호를 디지털 신호로 양자화하는 2 채널의 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
신호 처리부(150)는 획득된 MBN 파형 신호를, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 기준 파형 신호와 비교하여 레일의 열화나 흠결에 관련된 열화 정보를 생성한다. 일 실시예에서, 신호 처리부(150)는 산업용 컴퓨터로 구현된다. 미설명부호 173은 이 산업용 컴퓨터의 키보드, 마우스 혹은 터치패널과 같은 사용자 조작부를 지칭한다.
출력부(171)는 일 실시예에서 평판 디스플레이이며, 생성된 열화 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태로 출력한다. 일실시예에서, 출력부(171)는 생성된 열화 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태, 예를 들면 디스플레이 상에서 그래프 및 열화정보 수치값으로 출력한다.
일 실시예에 있어서, 신호 처리부(150)는 응답신호 저장부(155)와, 기준신호 저장부(151) 및 데이터 분석부(157)를 포함할 수 있다. 기준신호 저장부(151)는 신호 획득부(110)를 제어하되, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 정현파 발진기를 구동하여 기준 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 그때 획득된 MBN 파형 신호를 기준 파형 신호로 입력 받아 내부 메모리에 저장한다. 응답신호 저장부(155)는 신호 획득부(110)를 제어하되, 정현파 발진기를 구동하여 피측정 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 그때 획득된 MBN 파형 신호를 입력 받아 내부 메모리에 저장한다. 데이터 분석부(157)는 응답신호 저장부(155)에 저장된 MBN 파형 신호와, 기준신호 저장부(151)에 저장된 기준 파형 신호를 비교하여 레일의 열화나 흠결에 관련된 정보를 생성한다. 일 양상에 따라, 생성된 열화 정보는 MBN파형 신호와 기준 파형 신호를 비교한 차분 신호의 절대값의 시간에 대한 적분치일 수 있다.
일 양상에 따르면, 신호 처리부(150)는 신호변환부(153)를 더 포함할 수 있다. 신호변환부(153)는 기준 파형 신호 저장부에 저장된 기준 파형 신호를 피측정 레일에서 측정된 온도에 상응하는 파형 신호로 변환한다. 이러한 데이터 처리에 대해서는 앞서 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치는 피측정 레일의 목 부위 좌우에 밀착된 제1 프로브(310), 제2 프로브(330) 및 레일 상면에 설치된 길이방향 요크코일(500)과 온도 센서(700)를 포함한다. 다른 실시예에서, 온도 센서는 한 쌍의 프로브 각각에 구비될 수 있다. 길이방향 요크 코일(500)은 피측정 레일을 길이 방향으로 자화시킨다. 온도 센서(700)는 피측정 레일의 온도를 측정한다.
일 실시예에 따른 비파괴적인 레일 검사 장치는 추가로, 신호 획득부(110’)와 신호 처리부(150’) 및 출력부(171)를 포함한다. 신호 획득부(110’)는 길이방향 요크 코일에 복수의 주파수의 가청 대역의 정현파를 순차적으로 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 한 쌍의 프로브를 통해 대응하는 복수의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호들을 획득한다. 일 실시예에서, 신호 획득부(110’)는 내부에 가변 정현파 발진회로와, 발진된 정현파를 증폭하는 전력 증폭기와, 증폭된 정현파 신호를 길이방향 요크코일(500)에 인가하는 출력단자를 포함한다. 가변 정현파 발진회로는 예를 들면 전압제어발진기와 파형 정형 회로로 구성할 수 있다. 또 신호 획득부(110’)는 한 쌍의 프로브(310,330)로부터 입력되는 MBN 파형 신호를 입력 받는 입력단과, 입력된 MBN 파형 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기와, 증폭된 파형 신호를 디지털 신호로 양자화하는 2 채널의 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.
신호 처리부(150’)는 획득된 복수의 MBN 파형 신호들을, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일로부터 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 대응하는 기준 MBN 파형 신호들과 각각 비교하여, 레일의 열화나 흠결에 관련된 열화 정보를 생성한다. 일 실시예에서, 신호 처리부(150’)는 산업용 컴퓨터로 구현된다. 미설명부호 173은 이 산업용 컴퓨터의 키보드, 마우스 혹은 터치패널과 같은 사용자 조작부를 지칭한다.
출력부(171)는 일 실시예에서 평판 디스플레이이며, 생성된 열화 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태로 출력한다. 일실시예에서, 출력부(171)는 생성된 열화 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태, 예를 들면 디스플레이 상에서 그래프 및 열화정보 수치값으로 출력한다.
일 실시예에 있어서, 신호 처리부(150’)는 응답신호 저장부(155’)와, 기준신호 저장부(151’) 및 데이터 분석부(157’)를 포함할 수 있다. 기준신호 저장부(151’)는 신호 획득부(110’)를 제어하되, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 상이한 복수의 주파수로 정현파 발진기를 순차적으로 구동하여 기준 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 그때 획득된 각각의 MBN 파형 신호들을 기준 파형 신호들로 입력 받아 각각 내부 메모리에 저장한다. 응답신호 저장부(155’)는 신호 획득부(110’)를 제어하되, 기준 파형 신호 획득시 구동한 동일한 복수의 주파수로 정현파 발진기를 구동하여 피측정 레일을 길이 방향으로 자화시키면서 그때 획득된 MBN 파형 신호들을 각각 입력 받아 내부 메모리에 저장한다. 데이터 분석부(157’)는 응답신호 저장부(155)에 저장된 MBN 파형 신호들과, 기준신호 저장부(151’)에 저장된 대응하는 기준 파형 신호들을 각각 비교하여 레일의 열화나 흠결에 관련된 정보를 생성한다. 일 양상에 따라, 생성된 열화 정보는 MBN파형 신호와 기준 파형 신호를 비교한 차분 신호의 절대값의 시간에 대한 적분치일 수 있다.
일 양상에 따르면, 신호 처리부(150’)는 신호변환부(153’)를 더 포함할 수 있다. 신호변환부(153’)는 기준 파형 신호 저장부에 저장된 기준 파형 신호를 피측정 레일에서 측정된 온도에 상응하는 파형 신호로 변환한다. 이러한 데이터 처리에 대해서는 앞서 도 4를 참조하여 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
10 : 연속 용접 레일(CWR) 100 : 제어기
110 : 신호 획득부 150 : 신호처리부
151 : 기준신호 저장부 153 : 신호변환부
155 : 응답신호 저장부 157 : 데이터 분석부
171 : 표시부 173 : 조작부
310, 330 : 프로브 500 : 길이방향 요크코일
700 : 온도센서

Claims (1)

  1. 피측정 레일을 길이 방향으로 자화시키는 길이방향 요크 코일과;
    피측정 레일의 목 부위 좌우에 밀착되는 한 쌍의 프로브와;
    피측정 레일의 온도를 측정하는 온도 센서와;
    길이방향 요크 코일에 복수의 주파수의 가청 대역의 정현파를 순차적으로 인가하여 레일을 길이 방향으로 자화시키면서, 한 쌍의 프로브를 통해 대응하는 복수의 자기적인 바크하우젠 잡음(Magnetic Barkhausen Noise : MBN) 파형 신호들을 획득하되, 정현파가 인가된 후 바크하우젠 잡음 신호가 안정되어 바크하우젠 잡음 신호가 주기성을 보일 때 바크하우젠 잡음 신호를 획득하는 신호 획득부와;
    획득된 복수의 MBN 파형 신호들을, 피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일로부터 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 대응하는 기준 MBN 파형 신호들과 각각 비교하여, 레일의 열화나 흠결에 관련된 열화 정보를 생성하는 신호 처리부와;
    생성된 열화 정보를 사람이 인식할 수 있는 형태로 출력하는 출력부;
    를 포함하되,
    상기 신호 처리부가:
    신호 획득부에 의해 획득된 MBN 파형 신호들을 저장하는 응답신호 저장부와;
    피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 기준 파형 신호들을 저장하는 기준신호 저장부와;
    기준 파형 신호 저장부에 저장된 기준 파형 신호들을 온도 센서에 의해 측정된 피측정 레일의 온도에 상응하는 파형 신호들로 변환하는 신호변환부와;
    응답신호 저장부에 저장된 MBN 파형 신호들과, 신호변환부에 의해 변환된 피측정 레일의 온도에 상응하는 파형 신호들을 각각 비교하여 생성된 비교 신호로부터 레일의 열화나 흠결에 관련된 정보를 생성하는 데이터 분석부;
    를 포함하되,
    상기 신호 처리부가:
    신호 획득부에 의해 획득된 MBN 파형 신호들을 저장하는 응답신호 저장부와;
    피측정 레일과 동일한 타입의 기준 레일에 피측정 레일과 유사한 조건에서 획득된 기준 파형 신호들을 저장하는 기준신호 저장부와;
    기준 파형 신호 저장부에 저장된 기준 파형 신호들을 온도 센서에 의해 측정된 피측정 레일의 온도에 상응하는 파형 신호들로 변환하는 신호변환부와;
    응답신호 저장부에 저장된 MBN 파형 신호들과, 신호변환부에 의해 변환된 피측정 레일의 온도에 상응하는 파형 신호들을 각각 비교하여 생성된 비교 신호로부터 레일의 열화나 흠결에 관련된 정보를 생성하는 데이터 분석부;
    를 포함하는 비파괴적인 레일 검사 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102224117B1 (ko) * 2020-12-28 2021-03-08 주식회사 센서피아 자기 이력 특성 추정 방법을 이용한 자성 비파괴 검사 장치

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