KR20200129427A - 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치 - Google Patents

다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20200129427A
KR20200129427A KR1020190053808A KR20190053808A KR20200129427A KR 20200129427 A KR20200129427 A KR 20200129427A KR 1020190053808 A KR1020190053808 A KR 1020190053808A KR 20190053808 A KR20190053808 A KR 20190053808A KR 20200129427 A KR20200129427 A KR 20200129427A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rail
displacement sensor
acoustic
illuminance
displacement
Prior art date
Application number
KR1020190053808A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102258396B1 (ko
Inventor
정우태
정다해
Original Assignee
한국철도기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국철도기술연구원 filed Critical 한국철도기술연구원
Priority to KR1020190053808A priority Critical patent/KR102258396B1/ko
Publication of KR20200129427A publication Critical patent/KR20200129427A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102258396B1 publication Critical patent/KR102258396B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H15/00—Measuring mechanical or acoustic impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/06—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness specially adapted for measuring length or width of objects while moving
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/16—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring distance of clearance between spaced objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/30—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/244—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains
    • G01D5/249—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing characteristics of pulses or pulse trains; generating pulses or pulse trains using pulse code
    • G01D5/2497—Absolute encoders

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

본 발명은 위치 변동이 가능한 복수의 변위센서를 이용하여 레일의 음향조도 측정함으로써, 전동소음의 해석 결과의 신뢰성과 정확성을 향상시킨 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치는, 일정 길이로 연장형성되는 본체; 본체에 서로 이격되게 결합되며, 레일을 따라 본체를 이동시키는 제1, 2 바퀴; 본체의 일측에 복수로 구비되며, 레일의 상측과 접촉되어 레일의 크랙 또는 요철에 의한 연직변위를 측정하는 변위센서; 본체의 일측에 구비되며, 본체의 이동거리를 측정하는 거리측정센서; 본체의 이동속도 및 변위센서와 거리측정센서의 측정속도를 제어하는 제어모듈; 및 변위센서로부터 측정된 연직변위의 크기 및 위상을 상호 보정하여 레일의 음향조도를 측정하는 음향조도 측정모듈;을 포함한다.

Description

다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치{Acoustic roughness measurement of a rail using a multi displacement sensor}
본 발명은 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 복수의 변위센서가 측정한 연직변위를 상호 보정하여 전동소음의 파장영역 내에서 레일의 음향조도를 측정할 수 있는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치에 관한 것이다.
철도 수송 시스템에서 발생하는 철도소음과 진동은 선로 주위에서 생활하고 있는 주거자의 생활환경을 악화시키고, 구조물의 결함을 유발하여 유지보수 비용의 상승 원인이 되기도 한다.
이 중 철도소음은 복합적인 원인과 전파경로를 가지고 있으나, 일반적으로 소음원에 따라 동력소음(traction noise), 전동소음(rolling noise), 공력소음(aerodynamic noise)으로 구분된다. 동력소음은 차량의 엔진, 대차 내의 추진모터와 기어장치 또는 차량 하부에 설치된 기기들로부터 발생하는 동력원에서 발생하는 소음이고, 공력소음은 열차의 고속주행시에 전두부 및 차체, 팬터그래프, 차간공간 등이 공기와의 마찰이 원인인 소음이며, 전동소음은 차륜의 비균일한 답면과 불균등한 레일표면의 접촉이 원인인 소음이다.
그리고 철도소음의 크기는 레일의 상태, 레일의 구배, 차량의 종류, 속도 등에 의해 차이가 발생된다. 이 중, 속도에 따른 철도소음의 크기는 도 1의 그래프에 도시된 바와 같이, 주로 20 km/h의 저속에서는 동력소음의 영향이 가장 크고, 20 km/h~250 km/h에서는 전동소음의 영향이 가장 크며, 그 이상의 속도에서는 공력소음의 영향이 가장 크다. 이러한 속도에 따른 철도소음의 크기는 기술의 발달과 더불어 동력소음과 공력소음의 영역이 축소되었으나, 전동소음의 속도 영역은 점차 확장되어 철도소음에 미치는 영향이 증가되었다. 따라서, 열차의 운영과 관련된 철도소음 중 차륜과 레일표면의 불균일성(irregularity)에 의한 전동소음의 측정과, 소음예측 및 분석이 중요하게 되었다.
한편, 레일표면의 조도(roughness)는 레일이 지닌 파장의 함수로 표현되며, 각 파장은 속도와 관련된 소음 발생 주파수와 관련된다. 일례로 차량의 통과속도가 커질수록 전동소음과 관련된 음향조도의 파장은 연장되며, 긴 파장의 레일표면 상태는 레일의 동역학적 응력을 발생시키고, 체결구의 변형 등의 중요한 원인인 구조전달소음(structure-born noise)의 발생을 야기한다. 이와 달리, 상대적으로 짧은 파장의 레일표면 불균일성은 레일의 음향조도(acoustic roughness)로 정의되며, 고주파 영역에서 높은 에너지로 공기중으로 전달되는 전동소음의 주요 원인이 된다. 이러한 전동소음에서 구조전달소음과 공기전달소음(air-born noise)의 주파수 대역을 명확하게 구분하기는 어려우나, 대략적으로 구조전달소음은 0 Hz~100 Hz 대역을 가지며, 공기전달소음은 30 Hz~5 kHz의 대역을 가진다.
또한, 레일의 음향조도를 측정하여 전동소음을 해석하기 위해서는 일반적으로 트롤리 형식의 측정장치가 사용된다. 이러한 측정장치에서 레일표면의 조도를 측정하기 위한 측정센서는 측정장치에 설치된 가속도센서, 측정장치에 설치된 변위센서, 비접촉식의 레이저 변위센서 등이 사용되고 있다.
이 중 가속도센서를 이용한 레일의 음향조도 측정방식은 가속도센서를 이용하여 길이방향 레일 형상을 측정하는 방식으로서, 트롤리 형식의 측정장치 내부의 강체에 가속도센서를 고정하여 측정된 값을 이중 적분에 의해 레일의 음향조도로 계산한다. 이러한 가속도센서를 이용한 레일의 음향조도 측정방식은 측정장치의 피칭운동과 흔들림에 의한 에러에 민감하지 않는 장점이 있다. 그러나 측정장치의 진동에 민감하며, 측정장치로부터 가속도센서의 동적 분리(dynamic isolation)가 필요하고, 측정장치의 이동시 가속도센서와 레일표면이 접촉을 유지하도록 측정속도를 감소시키며 등속도 운동을 측정시간 내에서 유지할 필요가 있다. 또한, 가속도 값의 이중 적분을 통해 레일 음향조도의 변위값을 추출해야하는 한계 때문에 적분으로 유추된 실제 변위값의 정확성을 확인하기 어려운 문제가 있다. 이에 의해, 가속도센서를 이용하기보다는 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정방식이 상대적으로 많이 사용되고 있다.
또한, 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정방식은 측정장치로부터 레일표면까지의 상대변위를 측정하는 방식으로서, 측정장치가 레일표면으로부터 일정 높이를 유지한 상태로 주행할 때, 레일표면과 접촉하는 변위센서가 레일표면의 불규칙한 크랙 또는 요철에 의해 변동되면서 나타나는 변위값의 변화를 관측하여 레일표면의 조도를 측정하는 방식이다. 적분 등의 추가적인 계산 과정없이 직접 레일표면의 조도를 측정할 수 있는 장점이 있다. 다만, 변위센서가 피칭운동을 하는 측정장치에 고정된 상태로 상대적 변위만을 측정하기 때문에 레일의 측정기준선 설정이 어려워져 측정값의 오차가 발생하게 된다. 이러한 측정값의 오차를 보상하기 위한 방법에서는 하나의 측정센서를 사용할 때, 레일표면의 조도를 크기(Ｙ)와 파장(λ)을 가진 정현파를 이하의 [수학식 1]으로 가정하고, 측정장치의 길이와 측정장치의 끝단에서 변위센서가 위치한 길이의 비율을 이용하여 모델링 한 후에, 레일표면의 조도와 측정값에 대한 전달함수를 계산하여 보정하고 있다.
Figure pat00001
그러나 이러한 오차 보상 방법은 변위센서가 배치된 비율(위치)에 따라 측정이 불가능하거나 증폭되는 레일의 파장영역이 존재하기 때문에 정확한 오차 보상에 있어 한계가 있다. 이와 같은, 한계점을 보완하기 위해 종래에는 도 2에 도시된 단일 변위센서가 구비되는 종래의 레일 음향조도 측정장치에 궤도의 곡률 분석에 주로 사용되는 도 3에 개념이 도시된 종거법(chord offset method)을 적용하여 레일의 음향조도를 분석하였다.
이러한 종래의 종거법을 적용한 레일 음향조도 분석법은 궤도의 곡률 계산과 같은 정현파 형태의 측정값을 분석할 수 있는 장점이 있다. 다만, 단일 변위센서의 위치와 레일의 파장영역에 따라 전달함수의 크기(Z)와 위상(λ)에 대한 그래프가 도 4에 도시된 바와 같이 변하게 된다. 즉, 종래의 종거법을 적용한 레일 음향조도 분석법은 측정장치의 기울어진 상태를 고려하여 단일 변위센서의 측정값을 분석하더라도 레일이 가지는 파장과 측정장치의 길이, 단일 변위센서의 위치에 따라 측정값이 다르기 때문에 측정값의 오차 보상에 한계가 있다.
또한, 종래의 종거법을 적용한 레일 음향조도 분석법은 변위센서 간의 사이 간격에 따라 보상 가능한 파장에 한계가 있으며, 정현파가 아닌 크랙 또는 요철이 포함된 레일표면의 형상에 대해 보상할 경우, 보상의 정확도가 크게 낮아지게 되어 구동휠의 편심과 같은 외란에 대한 보상이 어려운 문제가 있다.
이와 같이, 단일 변위센서를 이용하여 레일표면의 음향조도를 해석하는 종래의 연구방법은 측정장치의 길이에 비해 상대적으로 긴 파장의 레일표면의 조도를 측정하기에는 적합하나, 음향조도에 많은 영향을 미치는 짧은 영역의 레일의 파장은 측정되지 않거나 증폭되는 영역이 늘어나 사용하기가 적절하지 않은 문제가 있다. 특히, 전동소음의 경우 주요 파장(5~250 mm)을 가지고 있음을 고려할 때, 정확한 레일의 음향조도를 분석하기 위해서는 측정 파장 범위를 고려한 분석방법이 필요하다.
한편, 단일 변위센서가 설치된 측정장치의 측정값 오차에 영향을 미치는 또 하나의 원인은 구동휠의 회전이나 편심에 의한 외란이 변위센서의 측정값에 반영되기 때문이다. 이러한 구동휠의 회전이나 편심에 따른 오차는 기존의 보상방법으로 해결하기 어려우며, 정확한 결과해석을 위해 적절한 보상이 필수 요소가 된다.
종래에는 이러한 단일 변위센서가 설치된 측정장치의 측정값 오차를 감소시키기 위해 측정장치에 설치된 구동휠의 점접촉 방식 대신 미끄럼 운동을 하는 점접촉 방식을 사용하였다. 그러나 종래의 점접촉 방식은 측정장치의 자동화가 어려우며, 측정하는 사용자에 의해 측정값에 많은 오차가 발생된다. 또한, 측정장치의 길이 또는 구동휠의 간격을 늘리거나 구동륜의 크기를 늘려 설계할 수 있으나, 제작성이나 현장측정을 위한 장비의 휴대성을 고려할 때 물리적인 한계가 있다.
따라서, 제작성과 휴대성을 고려한 구동휠의 크기와 일정한 구동휠 간격을 가지는 측정장치에서 기존 오차 보상방법의 단점인 측정 파장의 상쇄나 증폭을 최소화할 수 있는 복수개의 변위센서를 구비하고, 복수개의 변위센서가 측정한 연직변위를 상호 보정하여 전동소음의 파장영역 내에서 오차가 최소화된 레일 음향조도를 측정할 수 있는 측정장치의 연구가 필요하다.
일본등록특허 제3958566호 대한민국등록특허 제10-1545963호
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 제1, 2 바퀴를 통해 레일을 따라 이동하면서 복수의 변위센서가 연직변위를 측정하되, 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘이 적용된 음향조도 측정모듈을 이용하여 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정할 수 있는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치는, 일정 길이로 연장형성되는 본체; 본체에 서로 이격되게 결합되며, 레일을 따라 본체를 이동시키는 제1, 2 바퀴; 본체의 일측에 복수로 구비되며, 레일의 상측과 접촉되어 레일의 크랙 또는 요철에 의한 연직변위를 측정하는 변위센서; 본체의 일측에 구비되며, 본체의 이동거리를 측정하는 거리측정센서; 본체의 이동속도 및 변위센서와 거리측정센서의 측정속도를 제어하는 제어모듈; 및 변위센서로부터 측정된 연직변위의 크기 및 위상을 상호 보정하여 레일의 음향조도를 측정하는 음향조도 측정모듈;을 포함한다.
일 실시예에서 변위센서는, 제1, 2 바퀴의 축을 기준으로 제1, 2 바퀴와의 거리에 의한 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제1 변위센서; 제1 변위센서와 이격되되, 제1 바퀴의 축을 기준으로 제1 바퀴와의 거리에 의한 제1 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제2 변위센서; 및 제1, 2 변위센서와 이격되되, 제2 바퀴의 축을 기준으로 제2 바퀴와의 거리에 의한 제2 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제3 변위센서;를 포함한다.
일 실시예에서 변위센서는, 레일 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼; 및 본체가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 레일의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링;을 포함한다.
일 실시예에서 변위센서는, 0.1 um의 분해능을 갖는 LVDT(Linear variable differential transformer) 변위센서, 포텐쇼미터 변위센서, 정전용량형 변위센서, RVDT(Rotary variable differential transformer) 변위센서, 싱크로 변위센서, 리졸버 변위센서, 광학 인코더 변위센서 중 적어도 하나의 변위센서이다.
일 실시예에서 거리측정센서는, 제1, 2 바퀴의 회전속도 또는 회전각 변위를 기반으로 본체의 이동거리를 측정하는 로터리 엔코더(Rotory encorder)이다.
일 실시예에서 제어모듈은, 본체의 최대 이동속도를 4 m/s, 변위센서와 거리측정센서의 최대 측정속도를 0.5 m/s로 제어한다.
일 실시예에서 음향조도 측정모듈은, 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 주파수 대역이 500~4000 Hz이며, 주요 파장영역이 5~250 mm인 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치는, 음향조도 측정모듈로부터 측정된 레일 음향조도를 외부로 송신하는 통신모듈; 및 연직변위, 본체의 이동거리, 레일의 음향조도가 실시간으로 측정되도록 하며, 레일 음향조도가 외부에 실시간으로 송신되도록 하기 위한 실시간 운영 체제가 저장되는 실시간 운영모듈;을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 전동소음의 파장영역 내 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정함으로써, 전동소음의 해석 결과의 신뢰성과 정확성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 열차의 속도에 따른 철도소음 크기의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 2는 레일을 따라 이동되는 단일 변위센서가 구비되는 종래의 레일 음향조도 측정장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 단일 변위센서가 구비되는 종래의 레일 음향조도 측정장치에 적용되는 종래의 종거법에 대한 개념도이다.
도 4는 단일 변위센서의 위치에 따른 전달함수의 크기 및 위상 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 레일을 따라 이동 중인 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치를 나타내는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치의 추가적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치에 적용되는 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘에 대한 개념도이다.
도 8은 복수의 변위센서 및 상기 복수의 변위센서로부터 상호 보정된 전달함수의 크기 및 위상 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9는 제1, 2 바퀴의 주기적인 외란을 나타내는 개념도이다.
도 10은 제1, 2 바퀴의 외란에 의한 레일 음향조도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 제1, 2 바퀴의 외란에 의한 복수의 변위센서의 외란을 나타내는 개념도이다.
도 12는 제1, 2 바퀴의 외란을 최소로 하는 복수의 변위센서 위치를 나타내는 그래프이다.
도 13은 복수의 변위센서 및 상기 복수의 변위센서로부터 상호 보정된 레일 음향조도의 파장영역을 나타내는 그래프이다.
도 14는 파상마모가 없는 제1 레일의 거리에 따른 음향조도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치가 측정한 제1 레일의 음향조도와 종래의 레일 음향조도 측정장치가 측정한 제1 레일의 음향조도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 16은 파상마모가 있는 제2 레일의 거리에 따른 음향조도를 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치가 측정한 제2 레일의 음향조도와 종래의 레일 음향조도 측정장치가 측정한 제2 레일의 음향조도를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
레일 음향조도 측정장치
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치(이하에서는, '레일 음향조도 측정장치'라 한다.)를 자세히 설명하도록 하겠다.
도 5는 레일을 따라 이동 중인 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치를 나타내는 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 변위센서를 이용한 레일의 음향조도 측정장치의 추가적인 구성을 나타내는 블록도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 레일 음향조도 측정장치(1)는 본체(100), 제1 바퀴(200), 제2 바퀴(300), 복수의 변위센서(400), 실시간 운영모듈(500), 음향조도 측정모듈(600), 거리측정센서(700), 제어모듈(800) 및 통신모듈(900)이 구비된다.
본체(100)는 일정 길이로 연장형성되며, 양 선단에는 제1 바퀴(200)와 제2 바퀴(300)가 각각 결합된다. 이러한 본체(100)는 제1, 2 바퀴(200, 300)를 통해 레일(10)을 따라 일 방향으로 이동한다. 또한, 본체(100)는 복수의 변위센서(400), 실시간 운영모듈(500), 음향조도 측정모듈(600), 거리측정센서(700), 제어모듈(800) 및 통신모듈(900)이 일측에 구비된다. 다만, 상기의 구성들은 반드시 본체(100)의 일측에 구비되는 것은 아니다.
제1 바퀴(200)는 제2 바퀴(300)와 이격되면서 복수의 변위센서(400) 중 제2 변위센서(420)와 인접한 본체(100)의 선단에 결합된다. 이러한 제1 바퀴(200)는 레일(10)의 상측과 접촉되는 휠(201)과 본체(100)의 선단에 결합되기 위한 축(203)이 구비된다.
제2 바퀴(300)는 제2 바퀴(200)와 이격되면서 복수의 변위센서(400) 중 제3 변위센서(430)와 인접한 본체(100)의 선단에 결합된다. 이러한 제2 바퀴(300)는 레일(10)의 상측과 접촉되는 휠(301)과 본체(100)의 선단에 결합되기 위한 축(303)이 구비된다.
복수의 변위센서(400)는 본체(100)의 일측에 복수로 구비되며, 레일(10)의 상측과 접촉되어 레일(10)의 크랙 또는 요철에 의한 연직변위를 측정한다. 이러한 복수의 변위센서(400)는 0.1 um의 분해능을 갖는 LVDT(Linear variable differential transformer) 변위센서, 포텐쇼미터 변위센서, 정전용량형 변위센서, RVDT(Rotary variable differential transformer) 변위센서, 싱크로 변위센서, 리졸버 변위센서, 광학 인코더 변위센서 중 적어도 하나의 변위센서 중 적어도 하나의 변위센서로 구비된다. 이와 같은, 복수의 변위센서(400)는 일례로 제1 변위센서(410), 제2 변위센서(420) 및 제3 변위센서(430)가 구비된다.
제1 변위센서(410)는 레일(10) 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼(411)이 결합되고, 레일(10)의 상측과 접촉되는 하측에는 본체(100)가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 레일(10)의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링(403)이 구비된다. 그리고 제1 변위센서(410)는 후술될 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 통해 제1 바퀴(200)의 축(203)과 제2 바퀴(300)의 축(303)을 기준으로 제1, 2 바퀴(200, 300)와의 거리에 의한 제1, 2 바퀴(200, 300)의 외란(disturbance)을 최소화하는 위치에 구비된다. 이러한 제1 변위센서(410)는 본 발명에서 변위센서(400)의 위치를 산출하기 위한 기준이 되는 기준센서일 수 있다.
제2 변위센서(420)는 레일 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼(421)이 결합되고, 레일(10)의 상측과 접촉되는 하측에는 본체(100)가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 레일(10)의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링(423)이 구비된다. 또한, 제2 변위센서(420)는 후술될 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 통해 제1 바퀴(200)의 축(203)을 기준으로 제1 바퀴(200)와의 거리에 의한 제1 바퀴(200)의 외란을 최소화하는 위치에 구비된다. 이러한 제2 변위센서(420)는 기준센서인 제1 변위센서(410)를 통해 위치가 결정될 수 있다.
제3 변위센서(430)는 레일 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼(431)이 결합되고, 레일(10)의 상측과 접촉되는 하측에는 본체(100)가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 레일(10)의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링(433)이 구비된다. 그리고 제3 변위센서(430)는 후술될 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 통해 제2 바퀴(300)의 축(303)을 기준으로 제2 바퀴(300)와의 거리에 의한 제2 바퀴(300)의 외란을 최소화하는 위치에 구비된다. 이러한 제3 변위센서(430)는 기준센서인 제1 변위센서(410)를 통해 위치가 결정될 수 있다.
실시간 운영모듈(500)은 본체(100)의 일측에 구비되며, 실시간 운영 체계(real time operating system)가 메모리(미도시)에 저장된다. 이러한 실시간 운영모듈(500)은 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430), 음향조도 측정모듈(600), 거리측정센서(700), 통신모듈(900)이 실시간으로 운영되도록 제어한다. 이를 통해, 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)는 레일(10)의 연직변위를 실시간으로 측정하고, 거리측정센서(700)는 본체(100)의 이동거리를 실시간으로 측정하며, 음향조도 측정모듈(600)은 레일(10)의 음향조도를 실시간으로 측정한다. 또한, 실시간 운영모듈(500)은 음향조도 측정모듈(600)로부터 측정된 레일 음향조도가 통신모듈(900)을 통해 외부(예: 서버, 이더넷, 인터넷, 단말, 컴퓨터 등)로 실시간 송신되도록 한다.
음향조도 측정모듈(600)은 본체(100)의 일측에 구비되며, 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)로부터 각각 측정되는 연적변위의 크기 및 위상을 상호 보정하고, 이를 융합하여 레일의 음향조도를 측정한다. 더 나아가, 음향조도 측정모듈(600)은 주파수 대역이 500~4000 Hz이며, 주요 파장영역이 5~250 mm인 전동소음의 레일 음향조도를 측정한다. 그리고 음향조도 측정모듈(600)은 전동소음의 레일 음향조도를 측정하기 위해 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘이 메모리(미도시)에 저장된다. 여기서, 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘은 제1, 2 바퀴(200, 300)의 외란을 최소화하면서 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정할 수 있는 알고리즘을 의미한다.
거리측정센서(700)는 본체(100)의 일측에 구비되며, 본체(100)의 이동거리를 측정한다. 이러한 거리측정센서(700)는 일례로 제1, 2 바퀴(200, 300)의 회전속도 또는 회전각 변위를 기반으로 본체(100)의 이동거리를 측정하는 로터리 엔코더(Rotory encorder)로 구비된다.
제어모듈(800)은 본체(100)의 일측에 구비되며, 본체(100)의 이동속도 및 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)와 거리측정센서(700)의 측정속도를 제어한다. 이러한 제어모듈(800)은 일례로 본체(100)의 최대 이동속도를 4 m/s, 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)와 거리측정센서(700)의 최대 측정속도를 0.5 m/s로 제어한다.
통신모듈(900)은 본체(100)의 일측에 구비되며, 음향조도 측정모듈(600)로부터 측정된 레일 음향조도를 외부(예: 서버, 이더넷, 인터넷, 단말, 컴퓨터 등)로 송신한다.
이와 같은, 본 발명의 일 실시예와 달리, 다른 실시예에서는 음향조도 측정모듈(600)이 본체(100)의 일측에 구비되지 않고, 별도의 공간에 위치되어 통신모듈(900)을 통해 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)로부터 각각 측정되는 연적변위를 수신하고, 수신한 연적변위의 크기 및 위상을 상호 보정하고, 이를 융합하여 레일의 음향조도를 측정할 수 있다.
측정실험
이하에서는, 음향조도 측정모듈(600)에 저장되는 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 통해 제1, 2, 3 변위센서(410, 420, 430)의 최적 위치를 결정하는 측정실험에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
<제1 측정실험>
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 바퀴(200)에 인접한 순서대로 세 개의 변위센서를 S1, S2, S3로 지정하고, 기울어진 플랫폼(L'=xf-xr)에 대한 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 위치비를 a1, a2, a3로 정의하였다. 그리고 정현파 형태의 레일(10)과 레일 음향조도 측정장치(1)의 기울어짐을 고려하여 제1, 2 바퀴(200, 300)와의 접촉점을 계산하고, 측정값(zi(x))을 위치비(a1, a2, a3)에 따라 각각 계산하였다. 여기서, 측정값(zi(x))은 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 접촉점부터 레일 음향조도 측정장치(1)까지의 거리를 의미하며, 이하의 [수학식 2, 3, 4]와 같이 정의하였다.
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이러한 [수학식 2, 3, 4]를 통해 도 8에 도시된 바와 같이, 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)가 측정하는 레일(10)의 음향조도 파장범위에 대해 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 위치(a1, a2, a3)에서 출력하는 전달함수의 크기(Z)와 위상(Φ)을 측정하였다. 여기서, 전달함수의 크기와 위상을 측정할 때는 레일 음향조도 측정장치(1)의 길이(L)는 상수로 고정된다.
또한, 레일(10)과 레일 음향조도 측정장치(1)의 길이 사이의 상호연관성을 증명하기 위해, 일례로 레일표면의 조도(roughness)의 주요 파장범위를 0~500 mm로 설정하고, 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)가 측정하는 연적변위의 크기 및 위상을 계산하였다. 이때, 도 8에 도시된 바와 같이, 임의의 변위센서 위치(d1=300, d2=400, d3=500 mm)에서 측정한 연적변위는 파장의 전달함수가 0~2 배로 증폭되거나 감쇠되었고, 위상은 -π/2~π/2 사이의 오차가 발생되었다. 이에 따라, 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)에서 각각 측정된 연적변위는 이하의 [수학식 5]와 같이 서로 다른 크기와 위상을 가지는 정현파로 가정된다.
Figure pat00005
그리고 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 연적변위 측정위치에 따른 위치를 이하의 [수학식 6, 7]과 같이 상호 보정하여 융합하였다.
Figure pat00006
Figure pat00007
이와 같은, [수학식 6, 7]을 통해 상호 보정되어 융합된 연적변위(도 8의 'Compensation value')는 도 8에 도시된 바와 같이, 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)로부터 각각 측정된 연적변위에 비해 파장의 폭이 증가되거나 감소되었다.
즉, 상호 보정되어 융합된 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 연적변위는 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)로부터 각각 측정된 연적변위에 비해 크기 및 위상의 오차가 정확히 보상되었다.
<제2 측정실험>
제1, 2 바퀴(200, 300)는 도 9에 도시된 바와 같이, 휠(201, 301)의 편심, 지지 베어링(미도시)의 가공 및 조립 불안정 등의 원인에 의해 회전과 함께 원주(λ=πD)의 주기를 가진 외란이 발생된다.
측정실험을 위해 휠(201, 301)의 직경을 50 mm 와 100 mm로 구비하여 레일(10)의 음향조도를 측정하였다. 이때, 도 10에 도시된 바와 같이, 50 mm의 휠(201, 301)은 λ=πD=0.157 m의 파장에 해당되는 레일 음향조도에 직접적으로 영향을 미치며, 약 10 dB의 조도레벨을 증가시켰다. 또한, 100 mm의 휠(201, 301)은 λ=πD=0.314 m의 파장에 해당되는 레일 음향조도에 직접적으로 영향을 미치며, 약 10 dB의 조도레벨을 증가시켰다.
따라서, 휠(201, 301)에서 발생하는 외란을 λw=π의 파장 주기를 갖고, Yw를 진폭으로 갖는 정현파로 가정하여 레일 음향조도 측정장치(1)에서 발생하는 외란 메커니즘을 도 11과 같이 모델링하였다. 도 11을 참조하면, 제2 바퀴(300)에 의해 발생하는 외란의 크기는 제2 바퀴(300)의 축(303)과 세 개의 변위센서(S1, S2, S3) 사이의 거리에 반비례한다고 가정하고, 제2 바퀴(300)의 외란으로 발생하는 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 외란 크기를 Y1, Y2, Y3로 정의하였다. 또한, 레일 음향조도 측정장치(1)의 길이(바람직하게는, 제1 바퀴(200)의 축(203)과 제2 바퀴(300)의 축(303) 간의 거리)를 L, 제2 바퀴(300)의 휠(301)의 반지름을 R, 제2 바퀴(300)로부터 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)까지의 거리를 d1, d2, d3로 정의하였다. 이때, 제2 바퀴(300)에서 발생하는 외란(Yw)에 의한 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)에서 각각 발생하는 외란(Y1, Y2, Y3)은 이하의 수학식 [8, 9, 10]와 같이 정의하였다.
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
또한, 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)에서 각각 발생하는 외란은 상호 보정을 통해 융합된 파형(Yf)으로 계산하였다. 이러한 융합 방법은 상호 독립적이고 위상차가 있는 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 외란을 평균하여, 이하의 [수학식 11, 12, 13]와 같이 새로운 파형을 생성하였고, 생성된 파형의 주파수 응답의 증폭과 상쇄를 최소화하는 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)간의 상대적 간격을 계산하여 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)를 배치하였다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
그리고 [수학식 11, 12, 13]을 통해 측정된 측정값의 주파수 응답을 확인하기 위해 제2 바퀴(300)의 휠(301)의 회전과 관련된 외란의 크기(Yf)를 레일 음향조도 측정장치(1)의 위의 세 개의 변위센서(S1, S2, S3) 중 하나의 기준 센서로부터 나머지 변위센서 사이의 거리를 증감시키며 계산하였다. 이러한 제2 바퀴(300)의 외란 크기(Yf) 계산방식은 제1 바퀴(200)에도 적용되어 제1 바퀴(200)의 외란 크기(Yf)를 계산하였다.
또한, 제1 바퀴(200)와 제2 바퀴(300)에서 발생하는 외란의 크기(Yf)는 하나의 기준 센서로부터 나머지 변위센서 간의 거리를 변화시키면서 도 12에 도시된 바와 같이 계산하였다. 도 12를 참조하면, 휠(201, 301)의 지름이 100 mm일 때, 외란 응답을 최소로 하는 센서의 상대적 거리는 제2 바퀴(300)의 경우 A점, 제1 바퀴(200)의 경우 B점이 된다. 그리고 제1, 2 바퀴(200, 300)를 동시에 고려할 때, 외란의 크기를 최소화하는 위치는 C점이 된다. 더 나아가, C점의 위치를 기반으로 기준센서로부터 약 105 mm의 간격으로 나머지 변위센서가 배치될 경우, 외란 응답이 최소화되는 것으로 확인되었다.
<제3 측정실험>
제2 측정실험에서 계산된 외란을 최소화하는 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)간의 상대적 위치를 기반으로 기준센서의 위치를 구하기 위해 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 바퀴(300)으로부터 기준센서의 거리(d2)를 변화시키며 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 측정값에 해당되는 크기와 위상을 계산하였다. 여기서, 도 13은 기준센서의 위치(d2)를 레일 음향조도 측정장치(1)의 중심점(L/2 =358 mm)으로부터 변화시킬 때 상호 보상된 측정값의 크기 비이다.
이러한 도 13에 도시된 응답곡선의 크기를 최소화하는 기준센서의 위치(d2)를 찾기 위해 상호 보상된 측정값(Z*) 중에서 레일표면의 조도에 대한 응답을 최소로 하는 응답곡선을 산출하였다. 이때, 최소 응답곡선의 산출을 위해 레일(10)의 파장구간에 대해 크기 평균을 최소로 하는 함수를 사용하였다.
이를 통해, 기준센서의 위치(d2)는 327 mm이며, 기준센서의 위치에 대해 남은 변위센서의 상대위치는 d1=222 mm, d3=432 mm로 산출된다.
따라서, 상기와 같은 제1, 2, 3 측정실험을 통해 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 연적변위에 대한 오차를 최소화하는 최적의 위치를 결정할 수 있었다.
검증실험
이하에서는, 본 발명의 레일 음향조도 측정장치(1)와 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 검증하기 위한 검증실험에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.
먼저, 레일 음향조도 측정장치(1)로 제1 레일의 10 m 구간에 대한 음향조도를 측정하여 14 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 제1 레일의 음향조도가 제1, 2 바퀴(200, 300)의 외란을 최소화하는지 검증하였다. 여기서, 제1 레일은 주기적 관리가 이루어져 파상마모가 없는 레일을 의미하며, 도 14 내지 도 15에서는 제1 레일의 음향조도와 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 적용하기 전과 후의 주파수 분석을 통해 산출된 레일표면 조도의 스펙트럼 값이 도시된다.
도 14 내지 도 15를 참조하면, 제1 레일에서는 휠(201, 301)의 직경과 관련된 πD=0.314 m 파장에서 조도레벨이 높게 측정되지만, 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘에 의해 스펙트럼 영향이 약 10 dB까지 감소되었다.
또한, 레일 음향조도 측정장치(1)로 제2 레일의 10 m 구간에 대한 음향조도를 측정하여 도 16 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 레일의 음향조도가 제1, 2 바퀴(200, 300)의 외란을 최소화하는지 검증하였다. 여기서, 제2 레일은 제1 레일과 달리 80 mm의 파장을 가진 파상마모가 발달된 레일을 의미하며, 도 16 내지 도 17에서는 제2 레일의 음향조도와 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 적용하기 전과 후의 주파수 분석을 통해 산출된 레일표면 조도의 스펙트럼 값이 도시된다.
도 16 내지 도 17을 참조하면, 0.08 m 파장(λ)에서 제2 레일의 파상마모 상태가 확인되며, 파장(λw=0.314 m에 해당하는 휠(201, 301)에서 발생하는 것으로 예상되는 외란도 약 5 db 감소되었다.
이를 통해, 본 발명의 레일 음향조도 측정장치(1)는 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 적용함으로써, 제1, 2 바퀴(200, 300)의 외란을 최소화하면서 레일 음향조도의 파장영역(전동소음) 내에서 레일 음향조도의 오차를 최소화하는 것으로 검증되었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 레일 음향조도 측정장치,
10: 레일,
100: 본체,
200: 제1 바퀴,
201: 제1 바퀴의 휠
203: 제1 바퀴의 축,
300: 제2 바퀴,
301: 제2 바퀴의 휠,
303: 제2 바퀴의 축,
400: 변위센서,
410: 제1 변위센서,
411: 제1 변위센서의 세라믹볼,
413: 제1 변위센서의 스프링,
420: 제2 변위센서,
421: 제2 변위센서의 세라믹볼,
423: 제2 변위센서의 스프링,
430: 제3 변위센서,
431: 제3 변위센서의 세라믹볼,
433: 제3 변위센서의 스프링,
500: 실시간 운영모듈,
600: 음향조도 측정모듈,
700: 거리측정센서,
800: 제어모듈,
900: 통신모듈.

Claims (8)

  1. 일정 길이로 연장형성되는 본체;
    상기 본체에 서로 이격되게 결합되며, 레일을 따라 상기 본체를 이동시키는 제1, 2 바퀴;
    상기 본체의 일측에 복수로 구비되며, 상기 레일의 상측과 접촉되어 상기 레일의 크랙 또는 요철에 의한 연직변위를 측정하는 변위센서;
    상기 본체의 일측에 구비되며, 상기 본체의 이동거리를 측정하는 거리측정센서;
    상기 본체의 이동속도 및 상기 변위센서와 상기 거리측정센서의 측정속도를 제어하는 제어모듈; 및
    상기 변위센서로부터 측정된 연직변위의 크기 및 위상을 상호 보정하여 상기 레일의 음향조도를 측정하는 음향조도 측정모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위센서는,
    상기 제1, 2 바퀴의 축을 기준으로 상기 제1, 2 바퀴와의 거리에 의한 상기 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제1 변위센서;
    상기 제1 변위센서와 이격되되, 상기 제1 바퀴의 축을 기준으로 상기 제1 바퀴와의 거리에 의한 상기 제1 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제2 변위센서; 및
    상기 제1, 2 변위센서와 이격되되, 상기 제2 바퀴의 축을 기준으로 상기 제2 바퀴와의 거리에 의한 상기 제2 바퀴의 외란을 최소화하는 위치에 구비되는 제3 변위센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변위센서는,
    상기 레일 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼; 및
    상기 본체가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 상기 레일의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변위센서는,
    0.1 um의 분해능을 갖는 LVDT(Linear variable differential transformer) 변위센서, 포텐쇼미터 변위센서, 정전용량형 변위센서, RVDT(Rotary variable differential transformer) 변위센서, 싱크로 변위센서, 리졸버 변위센서, 광학 인코더 변위센서 중 적어도 하나의 변위센서인 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 거리측정센서는,
    상기 제1, 2 바퀴의 회전속도 또는 회전각 변위를 기반으로 상기 본체의 이동거리를 측정하는 로터리 엔코더(Rotory encorder)인 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 본체의 최대 이동속도를 4 m/s, 상기 변위센서와 상기 거리측정센서의 최대 측정속도를 0.5 m/s로 제어하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향조도 측정모듈은,
    상기 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 주파수 대역이 500~4000 Hz이며, 주요 파장영역이 5~250 mm인 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 음향조도 측정모듈로부터 측정된 상기 레일 음향조도를 외부로 송신하는 통신모듈; 및
    상기 연직변위, 상기 본체의 이동거리, 상기 레일의 음향조도가 실시간으로 측정되도록 하며, 상기 레일 음향조도가 상기 외부에 실시간으로 송신되도록 하기 위한 실시간 운영 체제가 저장되는 실시간 운영모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치.
KR1020190053808A 2019-05-08 2019-05-08 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치 KR102258396B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190053808A KR102258396B1 (ko) 2019-05-08 2019-05-08 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190053808A KR102258396B1 (ko) 2019-05-08 2019-05-08 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200129427A true KR20200129427A (ko) 2020-11-18
KR102258396B1 KR102258396B1 (ko) 2021-05-31

Family

ID=73697346

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190053808A KR102258396B1 (ko) 2019-05-08 2019-05-08 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102258396B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115388815A (zh) * 2022-07-08 2022-11-25 西南交通大学 一种磁悬浮系统轨道功能件不平顺静态测量方法与装置
KR20220159723A (ko) 2021-05-26 2022-12-05 한국철도기술연구원 레이저 스캔을 통한 레일 음향 러프니스 측정 장치 및 방법
CN116213499A (zh) * 2023-05-06 2023-06-06 金乡县建设工程质量安全服务中心 一种建筑铝模板平面度检测装置及控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3958566B2 (ja) 2001-11-30 2007-08-15 東海旅客鉄道株式会社 鉄道車両用測定装置
KR101535516B1 (ko) * 2015-02-09 2015-07-09 한국철도기술연구원 가속도 센서와 다중 변위센서를 이용한 레일 표면 조도의 자동 측정장치
KR101545963B1 (ko) 2014-03-21 2015-08-24 한국철도기술연구원 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 추정용 상대변위 측정장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3958566B2 (ja) 2001-11-30 2007-08-15 東海旅客鉄道株式会社 鉄道車両用測定装置
KR101545963B1 (ko) 2014-03-21 2015-08-24 한국철도기술연구원 철도차량용 능동 조향 제어를 위한 곡률반경 추정용 상대변위 측정장치
KR101535516B1 (ko) * 2015-02-09 2015-07-09 한국철도기술연구원 가속도 센서와 다중 변위센서를 이용한 레일 표면 조도의 자동 측정장치

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
다중센서 융합을 이용한 레일표면 음향조도 정확도 향상 방안 연구(정다해, 과학기술연합대학원대학교 로보틱스 및 가상공학전공 석사학위논문, 공지시점 2019.2월)* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220159723A (ko) 2021-05-26 2022-12-05 한국철도기술연구원 레이저 스캔을 통한 레일 음향 러프니스 측정 장치 및 방법
CN115388815A (zh) * 2022-07-08 2022-11-25 西南交通大学 一种磁悬浮系统轨道功能件不平顺静态测量方法与装置
CN115388815B (zh) * 2022-07-08 2024-04-02 西南交通大学 一种磁悬浮系统轨道功能件不平顺静态测量方法与装置
CN116213499A (zh) * 2023-05-06 2023-06-06 金乡县建设工程质量安全服务中心 一种建筑铝模板平面度检测装置及控制方法
CN116213499B (zh) * 2023-05-06 2023-08-29 金乡县建设工程质量安全服务中心 一种建筑铝模板平面度检测装置及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102258396B1 (ko) 2021-05-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102258396B1 (ko) 다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치
EP1774275B1 (en) Apparatus for detecting hunting and angle of attack of a rail vehicle wheelset
US7392595B2 (en) Device for measuring the roundness of a railroad wheel
US7164975B2 (en) Geometric track and track/vehicle analyzers and methods for controlling railroad systems
RU2710467C1 (ru) Колесный узел для транспортного средства, направляемого по железнодорожному пути
US6681160B2 (en) Geometric track and track/vehicle analyzers and methods for controlling railroad systems
JP2018127882A (ja) 軌道を最適化するための方法
JP7247206B2 (ja) 鉄道車両および軌道区間を検測する方法
CN202644332U (zh) 轨道顶面不平顺检测装置
JPH08122042A (ja) 車両軌道間の相対位置検出装置及び方法
Gao et al. A simple method for dynamically measuring the diameters of train wheels using a one-dimensional laser displacement transducer
WO2012158091A1 (en) A method of establishing the deflection and/or the stiffness of a supporting structure
JPH10339629A (ja) 測定器
JP5749496B2 (ja) 鉄道車両アタック角測定装置および方法
CN110644305A (zh) 一种动态轨道几何状态测量系统
CN113548068B (zh) 轨面不平顺检测装置及检测方法
RU2242391C2 (ru) Способ инерциальных измерений неровностей рельсового пути
Phamová et al. Indirect method of rail roughness measurement–VUKV implementation and initial results
RU2276216C2 (ru) Способ измерений горизонтальных неровностей (рихтовки) и кривизны в плане рельсовых нитей
CA2489980C (en) Geometric track and track/vehicle analyzers and methods for controlling railroad systems
RU2430848C1 (ru) Устройство для дистанционного контроля состояния буксы колесной пары
EP1055900A2 (en) Facility and process for measuring the difference in diameter of two train wheels attached to the same axle
KR20240092361A (ko) 단일 가속도계와 gps를 이용한 철도 차량 속도 및 위치 측정 시스템과, 이를 이용한 철도 차량 속도 및 위치 측정 방법
Xu et al. An approach for the estimation of lateral track irregularity using axle-box acceleration
WO2023222292A1 (en) Computer-implemented method and control device for determining a real time steering angle

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant