KR20240021792A

KR20240021792A - 철도 환경에서 etcs 선로변 전기 유닛과 궤도변 발리스 사이의 전기 신호의 모니터링

Info

Publication number: KR20240021792A
Application number: KR1020237042579A
Authority: KR
Inventors: 엠마누엘 페르난데스
Original assignee: 이알티엠에스 솔루션즈
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2022-06-09
Publication date: 2024-02-19
Also published as: EP4105099A1; EP4334185A1; WO2022263281A1; AU2022295024A1; CN117460658A

Abstract

본 발명은 철도 설비(9)의 전기 유닛(91)과 발리스(balise)(92) 사이에 있는 케이블(90)에서의 전기 신호(10)를 모니터링하는 것에 관한 것이다. 전기 신호(10)의 제1 부분(11)과 제2 부분(12)이 복사되고, 그의 사본(21, 22)이 분석되어, 제1 부분(11)의 텔레그램 신호(111) 및/또는 제1 부분(11)의 정현파 신호(116), 제2 부분(12)의 텔레그램 신호(121) 및/또는 제2 부분(12)의 정현파 신호(126)에 근거하여 프로세스 출력(55)을 결정한다.

Description

철도 환경에서 ETCS 선로변 전기 유닛과 궤도변 발리스 사이의 전기 신호의 모니터링

본 발명은 ETCS의 프레임 내에서 철도 설비의 전기 유닛과 발리스(balise) 사이의 케이블에서의 전기 신호를 모니터링하는 것에 관한 것이다.

레벨 1의 유럽 열차 제어 시스템(ETCS)은 LEU(Lineside Electrical Unit)라고 불리는 전기 유닛과 발리스 사이의 케이블 연결을 포함한다. 이 연결은 신호등과 같은 측면 신호의 상태를 궤도로부터 열차에 전송하기 위해 사용된다. 이는 온-보드(on-board) 필수 컴퓨터(EVC)에 의해 수신되는 자동 궤도-열차 정보 전송의 일부분이다.

전기 유닛은 신호등에 연결된다. 각 활성 신호등은, 텔레그램 신호를 케이블을 통해 발리스에 보내는 전기 유닛에 의해 검출된다. 이 텔레그램은 인터페이스 'A1'이라고 불리는 유도 커플링 RF 채널을 사용하여 발리스에 의해 열차에 재전송된다.

LEU와 발리스 사이의 케이블 인터페이스는 일반적으로 인터페이스 'C'라고 불리며 I/F C로 표시된다. C 인터페이스에 의해 전송되는 전기 신호는 신호 C6 및 신호 C1이라고 불리는 2개의 부가적 혼합 신호를 포함한다. 신호(C6)는 f=8.82 kHz의 정현파 신호이다. 신호(C1)는 텔레그램 신호이다. 보다 구체적으로, 신호(C1)는 맨체스터와 유사한 인코딩된 차동 데이터 신호이다. 신호(C1)는 디지털 정보를 포함한다. 신호(C1)는 전형적으로 564.48 kbits/s의 데이터 속도로 중단 없이 주기적으로 반복되는 341 또는 1023 비트를 전달한다. 케이블의 신호 C(t)는 C1(t)와 C6(t)의 부가적 혼합이다: C(t) = C1(t) + C6(t).

문서 EP3067246은 LEU와 발리스 사이의 신호 연결의 작동성을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 이러한 알려진 방법의 일 문제점은, 케이블에 모니터링 신호를 주입해야 한다는 것이다.

문서 CN108132433B에는 LEU의 모니터링 보드 신호 추출 회로가 기재되어 있다. 그 추출 회로는 C-인터페이스 전압 인터페이스, C-인터페이스 전류 인터페이스, C-인터페이스 전압 처리 회로 및 C-인터페이스 전류 처리 회로로 구성된다.

문서 DE19708518A1에는 도체 회로에서 결함 위치를 찾는 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 전도 회로의 각 단부에 제1 및 제2 전기 시험 신호를 도입하는 것을 포함한다. 그 신호들은 2개의 신호 검출기로 회로의 두 상이한 지점에서 픽업된다. 두 검출기에 의해 검출된 신호 간의 차에 대응하는 측정 신호가 생성된다. 어느 하나의 또는 두 검출기에 대한 픽업 지점이 연장되며, 그래서 전도 회로에 있 어서 두 픽업 지점 사이에 있는 부분의 길이가 변하게 된다.

본 발명의 목적은 철도 설비의 유지 관리를 모니터링하고 돕는 것이다

따라서, 본 발명은 철도 설비의 전기 유닛과 발리스(balise) 사이에 있는 케이블에서의 전기 신호를 모니터링하기 위한 프로세스에 관한 것으로, 전기 신호는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 제1 부분은 제1 텔레그램 신호와 제1 정현파 신호를 포함하고, 제2 부분은 제2 텔레그램 신호와 제2 정현파 신호를 포함하며, 본 프로세스는,

케이블을 통해 전기 유닛에 연결되는 제1 포트 및 케이블을 통해 발리스에 연결되는 제2 포트를 포함하는 양방향 커플러가, 시간의 함수인 전압이고 양방향 커플러의 제3 포트에서 얻어지는, 전기 신호의 제1 부분의 사본, 및 시간의 함수인 다른 전압이고 양방향 커플러의 제4 포트에서 얻어지는, 전기 신호의 제2 부분의 사본을 추출하는 단계; 및

양방향 커플러의 제3 포트와 제4 포트에 연결되는 신호 처리 유닛이 제1 부분의 사본과 제2 부분의 사본을 분석하여,

o 제1 텔레그램 신호,

o 제1 정현파 신호,

o 제2 텔레그램 신호, 또는

o 제2 정현파 신호

중의 적어도 하나에 근거하여 철도 설비와 관련된 프로세스 출력을 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 전기 신호의 제1 및 제2 부분의 텔레그램 신호(C1)와 정현파 신호(C6)를 복사하고 그 중 임의의 시스템 또는 여러 시스템의 조합을 사용하여 프로세스 출력을 생성하고, 이 프로세스 출력은 철도 설비와 관련되어 있으며 그래서 그 철도 설비에 발생할 수 있는 문제를 나타낸다. 프로세스 출력이 임계값을 초과하거나 기준 데이터와 다른 경우에 경보가 촉발될 수 있다. 따라서 케이블에 어떤 신호도 주입할 필요가 없다.

전기 신호의 제1 및 제2 부분의 사본을 추출하기 위해, 양방향 커플러는 전압 측정을 사용한다. 이 양방향 커플러는 어떤 전류도 측정하지 않는다. 제3 및 제4 포트에서의 양방향 커플러의 출력은 시간의 함수인 전압이다.

본 발명의 프레임 내에서, (전기 신호의 제1 및/또는 제2 부분으로부터의) 두 텔레그램 신호 및 (전기 신호의 제1 및/또는 제2 부분으로부터의) 정현파 신호로부터의 정보를 사용하는 것은 필요 없지만, 모니터링을 개선하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 프레임 내에서, 제1 부분(텔레그램 및/또는 정현파)과 제2 부분((텔레그램 및/또는 정현파) 모두로부터의 정보를 사용하는 것은 필요 없지만, 모니터링을 개선하기 때문에 바람직하다.

전기 신호의 제1 부분과 제2 부분 사이의 관계는양방향 커플러와 발리스 사이의 회로의 상태를 반영한다.

본 발명에 따른 프로세스는 연속적으로 실행되도록 되어 있다. 그 프로세스는 예를 들어 일주일 동안 연속적으로 실행될 수 있다.

케이블을 따른 고정된 위치에 있는 하나의 양방향 커플러가 사본을 얻는 데에 충분하다. 케이블에 다수의 프로브가 필요하지 않다. 양방향 커플러는 전력 공급을 받지 않는 것이 바람직하다.

전기 신호는 전기 유닛으로부터 발리스로 향하는 순방향 및 발리스로부터 전기 유닛으로 향하는 역방향을 갖는다. 전기 신호의 제1 부분은 전기 유닛으로부터 발리스로 진행하는 파워파(power wave)로 간주될 수 있다. 이는 "순방향 신호(forward signal)" 또는 "입사 파워파(incident power wave)"라고 부를 수 있다. 전기 신호의 제2 부분은 발리스로부터 전기 유닛으로 진행하는 파워파로 간주될 수 있다. 이를 "역방향 신호(reverse signal)" 또는 "반사 파워파(reflected power wave)"라고 부를 수 있다. 당업자는, 예를 들어, 마이크로파 이론 및 기술에 대한 IEEE 트랜잭션, 13권, 2호(1965년)에 출판된 K. Kurokawa의 기사 "Power Waves and the Scattering Matrix"로 인해 파워파의 개념에 익숙하다.

양방향 커플러는, 전기 유닛에서 나오는 케이블이 그 양방향 커플러의 제1 포트에 연결되고 발리스에서 나오는 케이블은 양방향 커플러의 제2 포트에 연결되도록, 케이블에 플러깅된다. 양방향 커플러는 커플링 계수로 특성화된다. 양방향 커플러는 "양방향 RF 커플러"라고도 할 수 있다. 제1 포트는 또는 입력 포트라고도 할 수 있고, 제2 포트는 출력 포트라고도 할 수 있다. 제3 포트(결합 포트 또는 순방향 결합 포트라고도 함)는 전기 신호의 제1 부분의 사본을 제공한다. 이는 입사 파워파에 양방향 커플러의 커플링 계수를 곱한 것이다. 제4 포트(고립 포트 또는 역방향 결합 포트라고도 함)는 전기 신호의 제2 부분의 사본을 제공한다. 이는 반사 파워파에 양방향 커플러의 커플링 계수를 곱한 것이다. 이는 양방향 커플러의 본질적인 특성 때문이다.

제3 포트에 제공되는 전기 신호의 제1 부분의 사본은 시간의 함수인 전압이다. 그 사본을 "제1 추출 신호" 또는 "제1 전압"이라고 할 수 있다. 제4 포트에 제공되는 전기 신호의 제2 부분의 사본은, 전기 신호의 제1 부분의 사본과는 다른, 시간의 함수인 전압이다. 그 사본을 "제2 추출 신호" 또는 "제2 전압"이라고 할 수 있다.

전기 유닛은 "선로변 전자 유닛(Lineside Electronic Unit)" 또는 LEU로 불릴 수 있다. 이는 일반적으로 유럽 열차 제어 시스템(ETCS)의 일부분이다.

케이블은 "인터페이스 C"로 불릴 수 있다. 이 케이블은 바람직하게는 차동 전기 신호의 전송을 위한 한 쌍의 도체(예를 들어 구리)를 포함한다. 케이블은 일정한 특성 임피던스를 가질 수 있고 전송선처럼 거동할 수 있다.

일부 실시예에서, 컴퓨터 유닛은 프로세서, 중앙 처리 유닛(CPU), 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능한 게이트 어레이(FPGA) 등 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 로직을 포함할 수 있고, 개별적인 디지털 또는 아날로그 회로 요소 또는 전자 장치 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.

양방향 커플러는 당업자에게 알려진 전자 장치이다. 이 양방향 커플러는 4개의 포트, 즉 입력 포트, 출력 포트, 순방향 결합 포트, 역방향 결합 포트를 갖는다. 입력 포트로부터 출력 포트에 전달되는 신호는 순방향 결합 포트에서 시간의 함수인 전압으로서 복사된다. 출력 포트로부터 입력 포트에 전달되는 신호는 역방향 결합 포트에서 시간의 함수인 전압으로서 복사된다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스 출력은 다음 중의 적어도 하나의 부재의 검출에 근거한다:

제1 텔레그램 신호,

제1 정현파 신호,

제2 텔레그램 신호, 또는

제2 정현파 신호.

실제로, 전기 신호의 제1 부분에 텔레그램 신호가 없으면, 이는 제2 부분에도 없다(정현파 신호의 경우에도 마찬가지임). 어쨌든, 케이블에 이 네 가지 신호 중 어떤 신호도 없으면, 철도 설비에 문제가 있음을 나타낸다. 프로세스 출력은 바람직하게는 위에서 언급한 부재(들)를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스 출력은 제2 텔레그램 신호와 제1 텔레그램 신호 사이의 위상차 및/또는 제2 정현파 신호와 제1 정현파 신호 사이의 위상차에 근거한다. 텔레그램 신호 또는 정현파 신호의 위상차는 케이블, 전기 유닛 및/또는 발리스의 상태에 대한 정보를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스 출력은 다음 중의 적어도 하나에 근거한다:

제1 텔레그램 신호의 진폭,

제1 정현파 신호의 진폭,

제2 텔레그램 신호의 진폭, 또는

제2 정현파 신호의 진폭.

진폭은 케이블, 전기 유닛 및/또는 발리스의 상태에 대한 정보를 제공한다. 예를 들어, 텔레그램 및/또는 정현파 신호에 대한 전기 신호의 제2 부분의 진폭보다 적어도 10배 더 높은 전기 신호의 제1 부분의 진폭은 일반적으로 철도 설비의 정상적인 상태를 나타낸다. 텔레그램 및/또는 정현파 신호에 대한 전기 신호의 제1 부분의 진폭의 10분의 1보다 높은 전기 신호의 제2 부분의 진폭은 철도 설비에 있을 수 있는 문제(예컨대, 개방 또는 단락)를 나타낸다. 제2 텔레그램 및/또는 제2 정현파 신호에 대한 진폭 증가는 철도 설비에 있을 수 있는 문제를 나타낸다.

제1 텔레그램 신호의 비트의 데이터 속도,

제1 정현파 신호의 주파수,

제2 텔레그램 신호의 비트의 데이터 속도, 또는

제2 정현파 신호의 주파수.

제1 및 제2 부분 둘 모두의 텔레그램 신호의 데이터 속도의 기준 값은 564.48 kbits/s 이다. 제1 및 제2 부분 둘 모두의 정현파 신호의 주파수의 기준 값은 8.82 kHz이다. 기준 값에 대한 임계값 이상의 편차(예컨대, 5%)는, 철도 설비에 있을 수 있는 문제를 나타낸다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스 출력은 제1 텔레그램 신호의 디지털 내용 및/또는 제2 텔레그램 신호의 디지털 내용에 근거한다. 디지털 내용은 제1 및/또는 제2 부분에 있는 텔레그램 신호에서 비트(0 또는 1)의 시퀀스를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스 출력은 철도 설비에 있는 문제를 확인하기 위해 기준 데이터와의 비교에 근거한다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스는 프로세스 출력의 타임스탬핑 및 메모리에 프로세스 출력의 저장을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 프로세스는, 철도 설비를 따라 위치되고 양방향 커플러 및 신호 처리 유닛을 포함하는 장비로부터 프로세스 출력을 원격 수신기에 전송하는 것을 포함한다. 그 전송은 인터넷을 통해 그리고/또는 무선으로 행해질 수 있다. 수신기는 예를 들어 보안 운영자의 휴대용 장치, 서버 및/또는 철도 회사의 설비에 있을 수 있다.

본 발명은 또한 철도 설비의 전기 유닛과 발리스 사이에 있는 케이블에서의 전기 신호를 모니터링하기 위한 시스템에 관한 것으로, 전기 신호는 제1 부분과 제2 부분을 포함하고, 제1 부분은 제1 텔레그램 신호와 제1 정현파 신호를 포함하고, 제2 부분은 제2 텔레그램 신호와 제2 정현파 신호를 포함하며, 본 시스템은,

- 케이블을 통해 전기 유닛에 연결되는 제1 포트, 케이블을 통해 발리스에 연결되는 제2 포트, 제3 포트 및 제4 포트를 포함하는 양방향 커플러; 및

- 양방향 커플러의 제3 포트와 제4 포트에 연결되는 신호 처리 유닛을 포함한다.

양방향 커플러는, 전기 신호의 제1 부분의 사본이 제3 포트에서 제공되고 그 전기 신호의 제2 부분의 사본은 제4 포트에서 제공되도록 되어 있다.

신호 처리 유닛은 전기 신호의 제1 부분의 사본과 그 전기 신호의 제2 부분의 사본을 분석하여, 제1 텔레그램 신호, 제1 정현파 신호, 제2 텔레그램 신호, 또는 제2 정현파 신호 중의 적어도 하나를 사용하여 철도 레일에 관련된 프로세스 출력을 결정하도록 구성된다.

본 시스템은 바람직하게는 고정된 위치에 설치된다.

본 발명의 일 실시예에서, 양방향 커플러는 케이블과 분석기 사이의 갈바닉 분리를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 양방향 커플러는 케이블에 어떤 신호도 주입할 수 없다.

본 발명의 일 실시예에서, 양방향 커플러의 모든 구성 요소는 수동적이다. 양방향 커플러는 캐패시터, 저항기, 인덕터, 변압기를 포함할 수 있다. 양방향 커플러는 예를 들어 트랜지스터 또는 능동 장치를 포함하지 않는다.

본 발명의 일 실시예에서, 신호 처리 유닛은 다음 중의 적어도 하나를 포함한다:

제1 부분의 사본으로부터 제1 부분의 제1 정현파 신호를 결정하도록 구성된 저역 통과 필터와, 제1 정현파 신호를 슬라이싱하도록 구성된 신호 슬라이서의 조합;

제1 부분의 사본으로부터 제1 텔레그램 신호를 결정하도록 구성된 고역 통과 필터와 제1 텔레그램 신호를 슬라이싱하도록 구성된 신호 슬라이서의 조합;

제2 부분의 사본으로부터 제2 정현파 신호를 결정하도록 구성된 저역 통과 필터와 제2 정현파 신호를 슬라이싱하도록 구성된 신호 슬라이서의 조합; 또는

제2 부분의 사본으로부터 제2 텔레그램 신호를 결정하도록 구성된 고역 통과 필터와 제2 텔레그램 신호를 슬라이싱하도록 구성된 신호 슬라이서의 조합.

각 필터는 전기 신호의 원하는 부분을 선택하고 후속 슬라이서가 그 부분을 클리닝(cleaning)한다.

본 발명은 또한 철도를 따라 위치되는 장비에 관한 것으로, 이 장비는 임의의 실시예에 따른 시스템과 전기 유닛을 포함하고, 그 장비는 철도 설비를 따라 위치되도록 구성된다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 이제 첨부 도면을 예로서 참조할 것이다:
도 1은 철도 설비의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있는 양방향 커플러의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 양방향 커플러의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있는 분석기의 개략도이다.

이제 본 발명은 특정 도면을 참조하여 특정 실시예에 대해 설명될 것이지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 설명되는 기능은 설명되는 구조에 의해 제한되지 않는다. 설명되는 도면은 개략적일 뿐이며 제한적이지 않다. 도면에서, 일부 요소의 크기는 예시를 위해 과장되어 있을 수 있으며, 축척에 따라 그려지지 않을 수 있다.

더욱이, 상세한 설명 및 청구 범위에서 제1, 제2, 제3 등의 용어는 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며, 반드시 순차적이거나 연대순으로 설명하기 위해 사용되는 것은 아니다. 그 용어들은 적절한 상황에서 상호 교환 가능하며, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 설명되거나 예시된 것과는 다른 순서로 작동할 수 있다.

도에서, 동일하거나 유사한 요소는 동일한 번호로 지칭될 수 있다.

도 1은 철도(93), 선로변 신호 장치(98), 케이블(90), 전기 유닛(91) 및 발리스(balise)(92)를 포함하는 철도 설비(9)를 도시한다. 케이블(90)은 철도(93)를 따라 위치되며 전기 유닛(91)과 발리스(92)를 서로 연결한다. 케이블(90)은 예를 들어 유럽 열차 제어 시스템(ETCS) 레벨 1에서 사용되도록 되어 있다. 전기 유닛(91)은 선로변 신호 장치(98), 예를 들어 신호등에 연결된다. 발리스(92)는 철도(93) 상의 열차(94)에 있는 열차 컴퓨터(95)(일반적으로, EVC(European Vital Computer)라고 함)에 정보를 전송할 수 있다.

본 발명에 따른 시스템(1)은, 바람직하게는, 철도 설비(9)를 따라 위치되는 장비(99)에서 전기 유닛(91)과 동일한 하우징 안에 위치된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템(1)을 도시한다. 이 시스템(1)은 적어도 하나의 양방향 커플러(20)를 포함하며, 각각의 양방향 커플러(20)는 하나의 케이블(90)에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 도 2의 실시예에서, 각각의 양방향 커플러(20)는, 2개의 케이블(90)에 전기적 및 기계적으로 연결되는 프로브(200)의 일부분이다. 양방향 커플러(20)는 "수동 고립형 프로브(Passive and Isolated Probe)"라고 불릴 수 있다. 양방향 커플러(20)는 통과 장치이며, 케이블(90)에서 신호의 전송을 방해하지 않도록 되어 있다.

시스템(1)은 또한 적어도 하나의 분석기(30)를 포함하는 신호 처리 유닛(80)을 포함하며, 그 분석기는 바람직하게는 연결부(29)를 통해 적어도 하나의 양방향 커플러(20)에 연결된다. 도 2의 실시예에서, 각각의 분석기(30)는 2개의 프로브(200)에 연결된다. 분석기(30)가 여러 개의 양방향 커플러(20)에 연결되는 경우, 분석기(30)에 의해 수행되는 분석은 주기적 다중화(cyclic multiplexing) 방법을 사용하여 수행될 수 있다.

양방향 커플러(20)와 분석기(30) 사이의 데이터 전송은 바람직하게는 일방향적인데, 즉, 분석기(30)로부터 양방향 커플러(20)에 전송되는 데이터가 없다. 분석기(30)는 바람직하게는 아날로그 및 디지털 전자 장치이다.

신호 처리 유닛(80)은 또한 적어도 하나의 처리 유닛(40)을 포함하며, 이 처리 유닛은, 바람직하게는, 연결부(USB, 직렬 연결 또는 LAN/이더넷)을 통해 적어도 하나의 분석기(30)에 연결된다. 처리 유닛(40)은 바람직하게는 컴퓨팅 유닛(41) 및 메모리(42)를 포함한다.

시스템(1)은 또한 처리 유닛(40)을 인터넷(60)에 무선으로 연결하는 모뎀과 같은 전송 장치(50)를 포함할 수 있다.

도 3은 양방향 커플러(20)를 매우 개략적으로 도시한 것이다. 이 양방향 커플러는 4개의 포트를 포함한다. 제3 포트(223)는 제1 포트(121)에 들어가는 전력 파의 사본, 즉 전기 신호(10)의 제1 부분(11)의 사본(21)을 출력한다. 제4 포트(224)는 제2 포트(222)에 들어가는 전력파의 사본, 즉 전기 신호(10)의 제2 부분(12)의 사본(22)을 출력한다. 신호 처리 유닛(80)은 제3 포트(223) 및 제4 포트(224)에 연결된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스(100)의 흐름도이다. 전기 신호(10)가 전기 유닛(91)과 발리스(92) 사이의 케이블(90)에 존재한다. 전기 신호(10)는 제1 부분(11)과 제2 부분(12)을 포함하고, 제1 부분(11)은 제1 텔레그램 신호(111)와 제1 정현파 신호(116)를 포함하고, 제2 부분(12)은 제2 텔레그램 신호(121)와 제2 정현파 신호(126)를 포함한다.

케이블(90)에 연결된 양방향 커플러(20)는 제1부분(11)의 사본(21)과 제2부분(12)의 사본(22)을 추출하고, 양방향 커플러 출력(25)으로서 그 사본들을 분석기(30)에 전달한다.

도 5는 2개의 도체(90a, 90b)를 포함하는 케이블(90)에 결합된 양방향 커플러(20)의 일 예시적인 실시예를 도시한다. 신호 전기(10)는 양방향 커플러(20)를 통해 전기 유닛(91)과 발리스(92) 사이의 2개의 도체(90a, 90b)에 흐른다. 양방향 커플러(20)의 예시적인 실시예는 4개의 변압기와 2개의 저항기를 포함한다.

Tr1은 N:1 변압기임;

Tr2는 1:N 변압기임;

Tr3 및 Tr4는 1:1 변압기임;

R1 및 R2는 동일한 값의 저항기이다. 이들 저항기의 값은 바람직하게는 전송선으로서 나타나 있는 케이블(90)의 특성 임피던스와 같다. 일반적으로 이 값은 120Ω으로 설정된다.

직렬 정합(tandem mached) RF 커플러라고 불리는 도 5에 도시된 양방향 커플러(20) 에 대해, dB 단위의 커플링 계수는 다음과 같이 주어진다:

충분히 큰 N의 경우(예컨대, N≥ 10), 커플링 계수는 대략 다음과 같이 주어진다.

N=10인 경우, 커플링 계수는 대략 20dB 이다.

N은 예를 들어 10일 수 있다. Tr3 및 Tr4는 케이블(90)과 분석기(30) 사이에 갈바닉 분리(galvanic isolation)를 제공한다. 바람직하게는, 양방향 커플러(20)는 수동 전기 요소만을 포함한다. 바람직하게는, 양방향 커플러(20)는, 케이블(90)을 통해 전력 공급을 받는 것을 제외하고는, 전력 공급을 받지 않는다.

양방향 커플러(20)와 분석기(30) 사이의 연결부(29)는 바람직하게는 4개의 도체, 즉 전기 신호(10)의 제1 부분(11)의 사본(21)을 위한 2개의 도체(29a, 29b) 및 전기 신호(10)의 제2 부분(12)의 사본(22)을 위한 2개의 도체(29c, 29d)를 포함한다. 양방향 커플러(20)는 전기 신호(10)의 제1 부분(11)의 사본(21)(C_FWD(t)) 및 전기 신호(10)의 제2 부분(12)의 사본(22)(C_REV(t))을 분석기(30)에 보내며, 이는 시간의 함수인 전압이다.

양방향 커플러(20)의 많은 다른 실시예가 본 발명의 프레임 내에서 가능하다.

다시 도 4의 프로세스를 참조하면, 신호 처리 유닛(80)은 제1 부분(11)의 사본(21)과 제2 부분(12)의 사본(22)을 수신하고 분석기(30)는 그 사본들을 분석하여 측정 출력(35)을 결정한다. 분석기(30)에 의한 분석은 바람직하게는 다음 중 적어도 하나의 결정을 포함한다:

제1 텔레그램 신호(111),

제1 정현파 신호(116),

제2 텔레그램 신호(121), 또는

제2 정현파 신호(126).

측정 출력(35)은 이들 신호(111, 116, 121, 126) 중의 하나 또는 여러 개에 근거한다. 바람직하게는, 이들 신호(111, 116, 121, 126) 중의 하나 또는 여러 개가 포함될 수 있거나 측정 출력(35)을 형성할 수 있다.

도 6은 분석기(30)의 가능한 구조를 나타낸다. 분석기(30)가 여러 개의 양방향 커플러(20)에 연결되면, 블럭(블럭(230, 240)은 제외)이 복제될 수 있다. 분석은 데이터 아날로그 필터링, 신호 재조절(reconditioning), 아날로그 포락선 검출, 디지털 디코딩 및 데이터 기록을 포함할 수 있다.

신호(111, 116, 121, 126)를 결정하기 위해,

저역 통과 필터(211)가 제1 정현파 신호(116)를 결정하기 위해 제1 부분(11)의 사본(21)에 적용되며,

고역 통과 필터(212)가 제1 텔레그램 신호(111)를 결정하기 위해 제1 부분(11)의 사본(21)에 적용되며,

저역 통과 필터(221)가 제2 정현파 신호(126)를 결정하기 위해 제2 부분(12)의 사본(22)에 적용되고, 그리고

고역 통과 필터(222)가 제2 텔레그램 신호(111)를 결정하기 위해 제2 부분(12)의 사본(22)에 적용된다.

저역 통과 필터(211)는, 8.82 kHz에서 순수 사인파일 것으로 예상되는 제1 정현파 신호(116)를 추출한다. 이는 제2 정현파 신호(126)에 대해서도 마찬가지이다. 저역 통과 필터(211, 221)는 임의의 유형일 수 있다. 이 저역 통과 필터의 목적은 564.48 kHz에서 시작하는 C1 신호를 거부하는 것이다. 일 예는, 10 kHz에서 3dB 컷오프 주파수를 갖는 n=8 차수의 버터워스(Butterworth) 저역 통과 필터이다.

고역 통과 필터(212)는 C6를 제거하고 제1 텔레그램 신호(111)만 추출한다. 이는 제2 텔레그램 신호(121)에 대해서도 마찬가지이다. 바람직하게는 C6 거부는 60dB 보다 크다. 일 예는, 100 kHz의 3dB 컷오프 주파수를 갖는 n=8 차수의 버터워스이다.

분석기(30)는 4개의 포락선 검출기(213, 216, 223, 226)를 포함할 수 있다. 이 포락선 검출기(213, 223)는, C6 추출된 성분의 진폭, 즉 213에 대해 제1 정현파 신호(116)의 진폭 |V_fwd6| 및 223에 대해 제2 정현파 신호(126)의 |V_rev6|를 결정하도록 구성된 AC 신호 포락선 검출기이다. 포락선 검출기(216, 226)는 C1 추출된 성분의 진폭, 즉 216에 대해 제1 텔레그램 신호(111)의 진폭 |V_fwd1| 및 226에 대해 제2 텔레그램 신호(121)의 진폭 |V_rev1|을 결정하도록 구성된 AC 신호 포락선 검출기이다. 포락선 검출기(213, 216, 223, 226)는 바람직하게는 입력 신호 진폭에 대해 선형적이다.

분석기(30)는 4개의 신호 슬라이서(214, 215, 224, 225)를 포함할 수 있다. 이들 신호 슬라이서는 아날로그 비교기 기반 신호 재형성기이다. 신호 슬라이서들은, 신호의 음-양 및 양-음 전환에 대응하는 상승/하강 에지를 갖는 TTL/CMOS 레벨에서 아날로그 AC 신호를 구형파 신호로 변환하도록 구성된다. 신호 슬라이서(214, 215, 224, 225)는 신호의 가능한 DC 오프셋 및/또는 가능한 변형을 제거하는 것을 가능하게 한다. 신호 슬라이서(215, 225)(즉, C1의 경우)의 출력은 DBPL(Differential Bi-Phase Level) 코딩이다.

분석기(30)는 포락선 검출기에 의해 제공된 0과 Vmax 사이의 아날로그 신호를 FPGA(230) 및 CPU(240)에 의해 처리될 디지털 양자화된 표현으로 변환하는 4개의 아날로그-디지털 변환기(217, 218, 227, 228)를 포함할 수 있다. 4개의 아날로그-디지털 변환기(217, 218, 227, 228)는 바람직하게는 적어도 12 비트의 수직 해상도를 갖는다.

분석기(30)는 FPGA(230)를 포함할 수 있다.

FPGA(230)는 신호 슬라이서(214)에 의해 제공되는 신호의 주파수를 측정하여제1 정현파 신호(116)의 주파수를 결정할 수 있다. FPGA(230)는 신호 슬라이서(224)에 의해 제공되는 신호의 주파수를 측정하여 제2 정현파 신호(126)의 주파수를 결정할 수 있다.

FPGA(230)는 신호 슬라이서(214, 224)의 출력으로부터 제2 정현파 신호(126)와 제1 정현파 신호(116) 사이의 위상차()를 결정할 수 있다. FPGA(230)는 신호 슬라이서(215, 225)의 출력으로부터 제2 텔레그램 신호(121)와 제1 텔레그램 신호(111) 사이의 위상차()를 결정할 수 있다.

FPGA(230)는 신호 슬라이서(215)의 출력을 디코딩하여 제1 부분(11)의 텔레그램 신호(111)의 디지털 내용을 추출할 수 있다. FPGA(230)는 신호 슬라이서(225)의 출력을 디코딩하여 제2 부분(11)의 텔레그램 신호(121)의 디지털 내용을 추출할 수 있다.

FPGA(230)는 신호 슬라이서(215)의 출력으로부터 제1 텔레그램 신호(111)의 비트의 데이터 속도를 결정할 수 있다. FPGA(230)는 신호 슬라이서(225)의 출력으로부터 제2 텔레그램 신호(121)의 비트의 데이터 속도를 결정할 수 있다.

FPGA(230)는 아날로그-디지털 변환 후에 4개의 신호(111, 116, 121, 126) 중 임의의 신호의 아날로그 레벨을 결정할 수 있다.

분석기(30)는 중앙 처리 유닛(CPU)(240)을 포함할 수 있으며, 이 중앙 처리 유닛은 FPGA(230)에 의해 출력된 데이터를 수집하고 이 데이터를 기록 및 전송을 위해 준비한다.

분석기(30)는 바람직하게는 연속적으로 측정 출력(35)(아날로그 및 디지털 모두)을 처리 유닛(40)에 보낸다. 프로세스 출력(55)이 처리 유닛(40)에 의해 결정될 수 있거나 측정 출력(35)의 적어도 일부분으로 형성될 수 있다.

처리 유닛(40)은 그의 메모리(42)에 측정 출력(35)을 저장하며 그리고/또는 이를 추가로 처리하여 프로세스 출력(55)을 결정할 수 있다. 처리 유닛(40)은 장비(99)(도 22) 외부로 원격 수신기, 예를 들어 데이터베이스를 포함하는 서버에의 전송을 위해 프로세스 출력(55)을 전송 장치(50)(도 2)에 제공할 수 있다.

분석기(30) 및/또는 처리 유닛(40)은 또한 실제 존재, 따라서 4개의 신호(111, 116, 121, 126) 중 적어도 하나의 부재(absence)를 평가할 수 있다.

신호 처리 유닛(80)은 다음과 같이 4개의 신호(111, 116, 121, 126)에 대한 페이저(phasor) 양을 결정할 수 있다:

도 5에 도시된 양방향 커플러(20)의 입력 전압(전기 유닛(91) 측에 있는, 즉 제1 포트(121)에 있는 90a와 90b 사이의)은 다음과 같이 결정될 수 있다:

페이저(V_fwd6,1)와 페이저(V_rev6,1) 사이의 관계는 양방향 커플러(20)와 발리스(92) 사이의 회로의 상태를 반영한다:

회로가 개방되어 있는 경우:

회로가 단락된 경우:

회로가 정합된(matched) 경우:

회로가 정합되면, REV 전압은 매우 작고 거의 0이다(N은 일반적으로 10보다 큰 것으로 간주되기 때문임). 양방향 커플러라는 용어로 말하면, 이는 반사 없이 모든 에너지가 부하에 전달되는 회로(REV 전압은 0)에 대응한다. 회로가 개방되어 있으면, REV 전압은 높고 크기는 거의 같지만 위상은 반대이다(N은 일반적으로 10보다 크기 때문에). 회로가 단락되면, REV 전압은 높고 FWD 전압과 크기 및 위상이 같다. 다시 말해, 높은 REV 전압은 에너지 반사 및 개방/단락 회로 조건에 대응한다. 낮고 거의 0인 REV 전압은 잘 정합된 회로에 대응한다.

전기 유닛(92) 측의 출력에서 전압과 전류를 측정하고, 개방/단락 케이블 실패를 검출하며 그리고 이 정보를 사용하여 철도 설비(9)와 관련된 프로세스 출력(55)을 발생시키기 위해 진폭 및/또는 위상이 어떻게 사용될 수 있는지는 이들 공식으로부터 명확하다.

처리 유닛(40)은 측정된 데이터(바람직하게는 측정 출력(35) 또는 그로부터 추출된 데이터)를 기준 데이터(45)와 비교하여 예상 공칭 범위 또는 값과의 편차를 검출하고 이에 따라 철도 설비(9)의 문제를 확인할 수 있다. 기준 데이터(45)는 예상 값 또는 예상 시퀀스를 포함하고, 예를 들어, 비교 결과, 임계값 이상의 차가 나타나면, 프로세스 출력(55)은 어떤 측정된 데이터가 문제가 될 수 있는지를, 바람직하게는 측정된 데이터 및 그의 예상 값과 함께 표시한다. 예를 들어, 측정된 데이터가 제1 텔레그램 신호(111)의 디지털 내용에 의해 제공되는 비트의 시퀀스인 경우, 그 측정 데이터는 예상 시퀀스(기준 데이터)와 비교될 수 있으며, 프로세스 출력(55)은 시퀀스가 예상 대로임을 나타내거나, 또는 측정된 시퀀스와 예상 시퀀스를 나타낼 수 있다.

처리 유닛(40)은 또한 측정 출력(35)의 측정된 데이터 중 적어도 하나의 드리프트(drift)를 결정할 수 있다.

처리 유닛(40)은 제1 텔레그램 신호(111)의 디지털 내용 및/또는 제2 텔레그램 신호(121)의 디지털 내용을 분석하여 예를 들어 다음과 같은 문제를 검출할 수 있다:

(a) 일시적이지 않은 영역 해제,

(b) 비영구적 영역 해제,

(c) 선로변 신호 장치의 문제(예컨대, 신호등의 결함 램프),

(d) 신호등의 꺼짐,

(e) 작동하지 않는 스위치(예를 들어, 철도 상에서의 작업 후 잊어버린 경우),

(f) 선로변 신호 장치에 의한 연동(interlocking) 제어에서의 문제,

(g) 궤도 회로 및/또는 차축 카운터에 의한 열차 검출의 문제.

프로세스 출력(55)은 철도 설비(99)에 관한 것이다. 프로세스 출력(55)은 그것이 결정된 시간에 대응하는 타임스탬프를 포함할 수 있다. 프로세스 출력(55)은 장비(99)에 표시되고/표시되거나 전송 장치(50)에 의해 보내지고/보내지거나 메모리(42)에 저장되는 메시지일 수 있다. 이는 예를 들어 경보 메시지 및/또는 경고 메시지일 수 있다. 프로세스 출력은, 기준 데이터(45)와의 비교 결과 공칭 범위에 대한 편차가 나타난 경우에만 전송될 수 있다.

프로세스 출력(55)은 다음 중 적어도 하나에 대한 정보, 예를 들어 명시적 정보를 포함한다:

4개의 신호(111, 116, 121, 126) 중 적어도 하나의 부재,

위상차( 및/또는 ),

4개의 신호(111, 116, 121, 126) 중 적어도 하나의 진폭,

제1 텔레그램 신호(111) 또는 제2 텔레그램 신호(121)의 비트의 데이터 속도,

제1 정현파 신호(116) 또는 제2 정현파 신호(126)의 주파수,

제1 텔레그램 신호(111) 또는 제2 텔레그램 신호(121)의 디지털 내용,

개방, 단락 및 정합 조건, 또는

위에서 언급된 문제 (a) ∼ (g) 중 하나 또는 여러 개의 문제.

다시 말해, 본 발명은 철도 설비(9)의 전기 유닛(91)과 발리스(92) 사이에 있는 케이블(90)에서의 전기 신호(10)를 모니터링하는 것에 관한 것이다. 전기 신호(10)의 제1 부분(11) 및 제2 부분(12)은 복사되고, 그의 사본(21, 22)이 분석되어, 제1 부분(11)의 텔레그램 신호(111) 및/또는 제1 부분(11)의 정현파 신호(116) 및/또는 제2 부분(12)의 텔레그램 신호(121) 및/또는 제2 부분(12)의 정현파 신호(126)에 근거하여 프로세스 출력(55)을 결정한다.

본 발명은 특정 실시예에 관해 위에서 설명되었지만, 다른 실시예도 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.

Claims

철도 설비(9)의 전기 유닛(91)과 발리스(balise)(92) 사이에 있는 케이블(90)에서의 전기 신호(10)를 모니터링하기 위한 프로세스(100)로서,
상기 전기 신호(10)는 제1 부분(11)과 제2 부분(12)을 포함하고, 상기 제1 부분(11)은 제1 텔레그램 신호(111)와 제1 정현파 신호(116)를 포함하고, 상기 제2 부분(12)은 제2 텔레그램 신호(121)와 제2 정현파 신호(126)를 포함하며, 상기 프로세스(100)는,

상기 케이블(90)을 통해 전기 유닛(91)에 연결되는 제1 포트(121) 및 케이블(90)을 통해 발리스(92)에 연결되는 제2 포트(222)를 포함하는 양방향 커플러(20)가, 시간의 함수인 전압이고 상기 양방향 커플러(20)의 제3 포트(223)에서 얻어지는, 전기 신호(10)의 제1 부분(11)의 사본(21), 및 시간의 함수인 다른 전압이고 양방향 커플러(20)의 제4 포트(224)에서 얻어지는, 상기 전기 신호(10)의 제2 부분(12)의 사본(22)을 추출하는 단계; 및

상기 양방향 커플러(20)의 제3 포트(223)와 제4 포트(224)에 연결되는 신호 처리 유닛(80)이 상기 제1 부분(11)의 사본(21)과 제2 부분(12)의 사본(22)을 분석하여,
o 제1 텔레그램 신호(111),
o 제1 정현파 신호(116),
o 제2 텔레그램 신호(121), 또는
o 제2 정현파 신호(126)
중의 적어도 하나에 근거하여 상기 철도 설비(9)와 관련된 프로세스 출력(55)을 결정하는 단계
를 포함하는, 케이블에서의 전기 신호를 모니터링하기 위한 프로세스.
제1항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은,

상기 제1 텔레그램 신호(111),

상기 제1 정현파 신호(116),

상기 제2 텔레그램 신호(121), 또는

상기 제2 정현파 신호(126)
중 적어도 하나의 부재의 검출에 근거하는, 프로세스.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은,

상기 제2 텔레그램 신호(121)와 제1 텔레그램 신호(111) 사이의 위상차(), 및/또는

상기 제2 정현파 신호(126)와 제1 정현파 신호(116) 사이의 위상차()
에 근거하는, 프로세스.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은,

상기 제1 텔레그램 신호(111)의 진폭(|V_fwd1|),

상기 제1 정현파 신호(116)의 진폭(|V_fwd6|),

상기 제2 텔레그램 신호(121)의 진폭(|V_rev1|), 또는

상기 제2 정현파 신호(126)의 진폭(|V_rev6|)
중의 적어도 하나에 근거하는, 프로세스.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은,

상기 제1 텔레그램 신호(111)의 비트의 데이터 속도,

상기 제1 정현파 신호(116)의 주파수,

상기 제2 텔레그램 신호(121)의 비트의 데이터 속도, 또는

상기 제2 정현파 신호(126)의 주파수
중의 적어도 하나에 근거하는, 프로세스.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은,

상기 제1 텔레그램 신호(111)의 디지털 내용, 및/또는

상기 제2 텔레그램 신호(121)의 디지털 내용
에 근거하는, 프로세스.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)은 철도 설비(9)의 문제를 확인하기 위해 기준 데이터(45)와의 비교에 근거하는, 프로세스.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로세스 출력(55)의 타임스탬핑 및 메모리(42)에 프로세스 출력(55)의 저장을 포함하는 프로세스.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 철도 설비(9)를 따라 위치되고 상기 양방향 커플러(20) 및 신호 처리 유닛(80)을 포함하는 장비(99)로부터 상기 프로세스 출력(55)을 원격 수신기에 전송하는 단계를 포함하는 프로세스.
철도 설비(9)의 전기 유닛(91)과 발리스(92) 사이에 있는 케이블(90)에서의 전기 신호(10)를 모니터링하기 위한 시스템(1)으로서, 상기 전기 신호(10)는 제1 부분(11)과 제2 부분(12)을 포함하고, 상기 제1 부분(11)은 제1 텔레그램 신호(111)와 제1 정현파 신호(116)를 포함하고, 상기 제2 부분(12)은 제2 텔레그램 신호(121)와 제2 정현파 신호(126)를 포함하며, 상기 시스템(1)은,

상기 케이블(90)을 통해 상기 전기 유닛(91)에 연결되는 제1 포트(121), 상기 케이블(90)을 통해 상기 발리스(92)에 연결되는 제2 포트(222), 제3 포트(223) 및 제4 포트(224)를 포함하는 양방향 커플러(20), 및

상기 양방향 커플러(20)의 제3 포트(223)와 제4 포트(224)에 연결되는 신호 처리 유닛(80)을 포함하는, 케이블에서의 전기 신호를 모니터링하기 위한 시스템.
제10항에 있어서,
상기 양방향 커플러(20)는 상기 케이블(90)과 신호 처리 장치(80) 사이의 갈바닉 분리(galvanic isolation)를 제공하는, 시스템.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 양방향 커플러(20)는 상기 케이블(90)에 어떤 신호도 주입할 수 없는, 시스템.
제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양방향 커플러(20)의 모든 구성 요소는 수동적인, 시스템.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호 처리 유닛(80)은,

저역 통과 필터(211, 221)와 신호 슬라이서(214, 224)의 조합; 및

고역 통과 필터(212, 222)와 신호 슬라이서(215, 225)의 조합
중의 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
철도(93)를 따라 위치되는 장비(99)로서, 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 시스템과 전기 유닛(91)을 포함하는, 철도를 따라 위치되는 장비.