KR102258396B1 - Acoustic roughness measurement of a rail using a multi displacement sensor - Google Patents

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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.The present invention discloses an acoustic illuminance measuring apparatus of a rail using a multi-displacement sensor in which the reliability and accuracy of an analysis result of electric noise are improved by measuring the acoustic illuminance of a rail using a plurality of displacement sensors capable of position change. An apparatus for measuring acoustic illuminance of a rail using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention includes: a main body extending to a predetermined length; First and second wheels coupled to the main body to be spaced apart from each other and moving the main body along the rail; A displacement sensor provided in plural on one side of the main body and in contact with the upper side of the rail to measure vertical displacement due to cracks or irregularities of the rail; A distance measuring sensor provided on one side of the main body and measuring a moving distance of the main body; A control module for controlling the moving speed of the body and the measuring speed of the displacement sensor and the distance measuring sensor; And an acoustic illuminance measuring module for measuring the acoustic illuminance of the rail by mutually correcting the magnitude and phase of the vertical displacement measured from the displacement sensor.

Figure 112019047033786-pat00018
Figure 112019047033786-pat00018

Description

다중 변위센서를 이용한 레일 음향조도 측정장치{Acoustic roughness measurement of a rail using a multi displacement sensor}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.The present invention relates to a rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor, and more specifically, a multiplex capable of measuring the acoustic illuminance of a rail within a wavelength range of electric noise by mutually correcting the vertical displacement measured by a plurality of displacement sensors. It relates to a rail acoustic illuminance measuring device using a displacement sensor.

철도 수송 시스템에서 발생하는 철도소음과 진동은 선로 주위에서 생활하고 있는 주거자의 생활환경을 악화시키고, 구조물의 결함을 유발하여 유지보수 비용의 상승 원인이 되기도 한다.Railway noise and vibration generated in the railroad transport system deteriorate the living environment of the residents living around the railroad tracks, and cause defects in the structure, which may increase maintenance costs.

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.Among them, railway noise has complex causes and propagation paths, but is generally classified into traction noise, rolling noise, and aerodynamic noise depending on the noise source. Power noise is the noise generated from the power source generated from the engine of the vehicle, the propulsion motor and gears in the bogie, or the equipment installed under the vehicle. Aerodynamic noise is the air in the front head, body, pantograph, and inter-vehicle space when the train runs at high speed. It is the noise caused by friction with and, and the electric noise is the noise caused by the contact between the non-uniform tread surface of the wheel and the uneven rail surface.

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.In addition, the magnitude of the railroad noise is different depending on the condition of the rail, the slope of the rail, the type of vehicle, and the speed. Among them, the magnitude of the railway noise according to the speed is as shown in the graph of Fig. 1, mainly at a low speed of 20 km/h, the effect of the power noise is the greatest, and at 20 km/h to 250 km/h, the electric noise is The effect is greatest, and at higher speeds, the effect of aerodynamic noise is greatest. As for the magnitude of railroad noise according to this speed, the areas of power and aerodynamic noise were reduced with the development of technology, but the speed range of electric noise gradually expanded and the effect on railroad noise increased. Therefore, among railway noises related to the operation of trains, measurement of electric noise due to irregularity of wheels and rail surfaces, and noise prediction and analysis have become important.

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.Meanwhile, the roughness of the rail surface is expressed as a function of the wavelength of the rail, and each wavelength is related to the noise generation frequency related to the speed. For example, as the passing speed of the vehicle increases, the wavelength of acoustic illuminance related to electric noise is extended, and the long-wavelength rail surface condition generates dynamic stress of the rail, and structural transmission noise, which is an important cause of deformation of fasteners, etc. -born noise). On the contrary, the non-uniformity of the rail surface with a relatively short wavelength is defined as the acoustic roughness of the rail, and is a major cause of the electric noise transmitted into the air with high energy in the high frequency region. In such electric noise, it is difficult to clearly distinguish the frequency bands of structural transmission noise and air-born noise, but roughly structural transmission noise has a range of 0 Hz to 100 Hz, and air transmission noise is 30 Hz. It has a band of 5 kHz.

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.In addition, in order to measure the acoustic illuminance of the rail and analyze the electric noise, a trolley-type measuring device is generally used. In such a measuring device, as a measuring sensor for measuring the roughness of the rail surface, an acceleration sensor installed in the measuring device, a displacement sensor installed in the measuring device, and a non-contact laser displacement sensor are used.

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.Among them, the method of measuring the acoustic illuminance of the rail using the acceleration sensor is a method of measuring the shape of the rail in the longitudinal direction using the acceleration sensor, and the measured value by fixing the acceleration sensor to the rigid body inside the trolley-type measuring device is double-integrated. It is calculated as the acoustic illuminance of the rail. The method of measuring the acoustic illuminance of the rail using the acceleration sensor has the advantage of being insensitive to errors caused by pitching motion and shaking of the measuring device. However, it is sensitive to the vibration of the measuring device and requires dynamic isolation of the acceleration sensor from the measuring device. When the measuring device is moved, the measuring speed is reduced so that the acceleration sensor and the rail surface remain in contact, and the constant velocity motion is measured. Need to keep within. In addition, there is a problem in that it is difficult to confirm the accuracy of the actual displacement value inferred by the integration because of the limitation in extracting the displacement value of the rail acoustic illuminance through the double integration of the acceleration value. Accordingly, rather than using an acceleration sensor, a method of measuring the acoustic illuminance of a rail using a displacement sensor is relatively widely used.

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.In addition, the method of measuring the acoustic illuminance of the rail using a displacement sensor is a method of measuring the relative displacement from the measuring device to the rail surface. When the measuring device is running while maintaining a certain height from the rail surface, it is in contact with the rail surface. This is a method of measuring the roughness of the rail surface by observing the change in the displacement value that appears as the displacement sensor fluctuates due to irregular cracks or irregularities on the rail surface. It has the advantage of being able to directly measure the roughness of the rail surface without additional calculations such as integration. However, since the displacement sensor measures only the relative displacement while being fixed to the measuring device performing the pitching motion, it is difficult to set the measurement reference line of the rail, resulting in an error in the measured value. In the method for compensating the error of these measured values, when using a single measuring sensor, a sine wave with the size (Y) and wavelength (λ) of the rail surface is assumed to be the following [Equation 1], and the measuring device After modeling using the ratio of the length of the measurement device to the length of the displacement sensor at the end of the measuring device, the roughness of the rail surface and the transfer function for the measured value are calculated and corrected.

Figure 112019047033786-pat00001
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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.However, such an error compensation method has limitations in accurate error compensation because measurement is impossible or a wavelength region of the rail that is amplified exists according to the ratio (position) in which the displacement sensor is disposed. In order to compensate for such a limitation, the chord offset method shown in FIG. 3 is mainly used for analyzing the curvature of a track in a conventional rail acoustic illuminance measuring apparatus provided with a single displacement sensor shown in FIG. 2. ) Was applied to analyze the acoustic illuminance of the rail.

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.The rail acoustic roughness analysis method applying the conventional longitudinal method has the advantage of being able to analyze a measurement value in the form of a sinusoidal wave such as calculating the curvature of a track. However, according to the position of the single displacement sensor and the wavelength region of the rail, the graph of the magnitude (Z) and phase (λ) of the transfer function changes as shown in FIG. 4. That is, even if the rail acoustic illuminance analysis method applying the conventional longitudinal method analyzes the measured value of a single displacement sensor in consideration of the inclined state of the measuring device, the measured value depends on the wavelength of the rail, the length of the measuring device, and the location of the single displacement sensor. Because of this difference, there is a limit to compensation for the error of the measured value.

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.In addition, the conventional rail acoustic illuminance analysis method applying the longitudinal method has a limit on the wavelength that can be compensated according to the distance between the displacement sensors, and when compensating for the shape of the rail surface containing cracks or irregularities other than a sinusoidal wave, the accuracy of compensation There is a problem that it is difficult to compensate for disturbances such as eccentricity of the drive wheel because is significantly lowered.

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.In this way, the conventional research method of analyzing the acoustic illuminance of the rail surface using a single displacement sensor is suitable for measuring the illuminance of the rail surface with a relatively long wavelength compared to the length of the measuring device, but it has a great influence on the acoustic illuminance. There is a problem that the wavelength of the rail in the short region is not measured or the region to be amplified is increased, making it inappropriate to use. In particular, considering that the electric noise has a main wavelength (5~250 mm), an analysis method considering the measurement wavelength range is required to accurately analyze the acoustic illuminance of the rail.

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.On the other hand, another reason that affects the measurement value error of a measuring device equipped with a single displacement sensor is that disturbances caused by rotation or eccentricity of the drive wheel are reflected in the measured value of the displacement sensor. Such errors due to rotation or eccentricity of the drive wheel are difficult to solve with conventional compensation methods, and appropriate compensation becomes an essential factor for accurate result analysis.

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.Conventionally, in order to reduce the error of the measurement value of a measuring device equipped with such a single displacement sensor, a point contact method of sliding motion was used instead of a point contact method of a driving wheel installed in the measuring device. However, in the conventional point contact method, it is difficult to automate the measuring device, and many errors occur in the measured value by the measuring user. In addition, it is possible to design by increasing the length of the measuring device or the distance of the driving wheel, or by increasing the size of the driving wheel, but there is a physical limitation when considering the manufacturability or portability of the equipment for field measurement.

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.Therefore, in a measuring device having a drive wheel size and a constant drive wheel spacing in consideration of manufacturability and portability, a plurality of displacement sensors capable of minimizing the offset or amplification of the measurement wavelength, which is a disadvantage of the existing error compensation method, is provided. There is a need for research on a measuring device capable of measuring rail acoustic illuminance with minimal errors within the wavelength range of electric noise by mutually correcting the vertical displacement measured by the displacement sensor.

일본등록특허 제3958566호Japanese Patent No. 3958566 대한민국등록특허 제10-1545963호Korean Patent Registration No. 10-1545963

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.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and while moving along the rail through the first and second wheels, a plurality of displacement sensors measure the vertical displacement, but the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm is applied. To provide a rail acoustic illuminance measuring device using multiple displacement sensors that can measure rail acoustic illuminance that minimizes errors within the wavelength range of electric noise while minimizing the disturbance of the first and second wheels by using an illuminance measuring module. There is this.

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.On the other hand, the technical problem to be achieved in the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. It will be possible.

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.As a technical means for achieving the above object, an apparatus for measuring acoustic illuminance of a rail using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention includes: a main body extending to a predetermined length; First and second wheels coupled to the main body to be spaced apart from each other and moving the main body along the rail; A displacement sensor provided in plural on one side of the main body and in contact with the upper side of the rail to measure vertical displacement due to cracks or irregularities of the rail; A distance measuring sensor provided on one side of the main body and measuring a moving distance of the main body; A control module for controlling the moving speed of the body and the measuring speed of the displacement sensor and the distance measuring sensor; And an acoustic illuminance measuring module for measuring the acoustic illuminance of the rail by mutually correcting the magnitude and phase of the vertical displacement measured from the displacement sensor.

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.In an embodiment, the displacement sensor includes: a first displacement sensor provided at a position to minimize disturbance of the first and second wheels due to distances between the first and second wheels based on the axes of the first and second wheels; A second displacement sensor spaced apart from the first displacement sensor and provided at a position to minimize disturbance of the first wheel due to a distance from the first wheel based on the axis of the first wheel; And a third displacement sensor that is spaced apart from the first and second displacement sensors, and is provided at a position that minimizes disturbance of the second wheel due to a distance from the second wheel based on the axis of the second wheel.

일 실시예에서 변위센서는, 레일 내의 전기신호와 노이즈를 차단하는 세라믹볼; 및 본체가 이동되면서 발생되는 충격을 최소화하며, 레일의 상측과 접촉력을 향상시키는 스프링;을 포함한다.In an embodiment, the displacement sensor includes: a ceramic ball that blocks electrical signals and noise in the rail; And a spring that minimizes the impact generated while the main body is moved and improves the contact force with the upper side of the rail.

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.In one embodiment, the displacement sensor is a linear variable differential transformer (LVDT) displacement sensor with a resolution of 0.1 um, a potentiometer displacement sensor, a capacitive displacement sensor, a rotary variable differential transformer (RVDT) displacement sensor, a synchro displacement sensor, and a resolver displacement. It is at least one displacement sensor of a sensor and an optical encoder displacement sensor.

일 실시예에서 거리측정센서는, 제1, 2 바퀴의 회전속도 또는 회전각 변위를 기반으로 본체의 이동거리를 측정하는 로터리 엔코더(Rotory encorder)이다.In one embodiment, the distance measuring sensor is a rotary encoder that measures a moving distance of the body based on the rotational speed or rotational angular displacement of the first and second wheels.

일 실시예에서 제어모듈은, 본체의 최대 이동속도를 4 m/s, 변위센서와 거리측정센서의 최대 측정속도를 0.5 m/s로 제어한다.In one embodiment, the control module controls the maximum moving speed of the main body to 4 m/s, and the maximum measuring speed of the displacement sensor and the distance measuring sensor to 0.5 m/s.

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.In one embodiment, the acoustic illuminance measurement module is a rail that minimizes the disturbance of the first and second wheels while minimizing the error within the wavelength range of the electric noise with a frequency band of 500 to 4000 Hz and a main wavelength range of 5 to 250 mm. Measure the acoustic illuminance.

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.A rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention includes a communication module for transmitting the rail acoustic illuminance measured from the acoustic illuminance measuring module to the outside; And a real-time operation module storing a real-time operating system for allowing the vertical displacement, the moving distance of the main body, and the acoustic illuminance of the rail to be measured in real time, and to transmit the rail acoustic illuminance to the outside in real time.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1, 2 바퀴의 외란을 최소화하면서 전동소음의 파장영역 내에서 오차를 최소화한 레일 음향조도를 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to measure the rail acoustic illuminance in which the error of the electric noise is minimized in the wavelength range of the electric noise while minimizing the disturbance of the first and second wheels.

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.And according to an embodiment of the present invention, by measuring the rail acoustic illuminance in which the error in the wavelength range of the electric noise is minimized while minimizing the disturbance of the first and second wheels, the reliability and accuracy of the analysis result of the electric noise can be improved. have.

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.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. I will be able to.

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.
1 is a graph showing a change in the level of railway noise according to the speed of a train.
2 is a schematic diagram showing a conventional rail acoustic illuminance measuring apparatus provided with a single displacement sensor moving along the rail.
3 is a conceptual diagram of a conventional longitudinal method applied to a conventional rail acoustic illuminance measuring apparatus equipped with a single displacement sensor.
4 is a graph showing the magnitude and phase change of a transfer function according to the position of a single displacement sensor.
5 is a side view showing a rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention moving along the rail.
6 is a block diagram showing an additional configuration of a rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a conceptual diagram of a code offset synchronization algorithm based on a multi-sensor of the present invention applied to an acoustic illuminance measuring apparatus of a rail using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing changes in magnitude and phase of a plurality of displacement sensors and a transfer function mutually corrected by the plurality of displacement sensors.
9 is a conceptual diagram showing periodic disturbances of the first and second wheels.
10 is a graph showing changes in rail acoustic illuminance due to disturbances of the first and second wheels.
11 is a conceptual diagram showing disturbances of a plurality of displacement sensors caused by disturbances of the first and second wheels.
12 is a graph showing the positions of a plurality of displacement sensors that minimize disturbances of the first and second wheels.
13 is a graph showing a plurality of displacement sensors and a wavelength region of rail acoustic illuminance mutually corrected by the plurality of displacement sensors.
14 is a graph showing the acoustic illuminance according to the distance of the first rail without corrugated wear.
15 is a comparison of the acoustic illuminance of the first rail measured by the rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention and the acoustic illuminance of the first rail measured by the conventional rail acoustic illuminance measuring apparatus It is a graph showing one result.
16 is a graph showing the acoustic illuminance according to the distance of the second rail with corrugated wear.
17 is a comparison of the acoustic illuminance of the second rail measured by the rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention and the acoustic illuminance of the second rail measured by the conventional rail acoustic illuminance measuring apparatus It is a graph showing one result.

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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description to be disclosed below together with the accompanying drawings is intended to describe exemplary embodiments of the present invention, and is not intended to represent the only embodiments in which the present invention may be practiced. The following detailed description includes specific details to provide a thorough understanding of the present invention. However, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains knows that the present invention may be practiced without these specific details. In addition, throughout the specification, when a part is said to "comprising or including" a certain element, it does not exclude other elements, but may further include other elements unless otherwise stated. Means that. In addition, when it is determined that detailed descriptions of known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention in describing the embodiments of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in an embodiment of the present invention, which may vary according to the intention or custom of users or operators. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the present specification.

레일 음향조도 측정장치Rail acoustic illuminance measuring device

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.Hereinafter, a rail acoustic illuminance measuring apparatus using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as'rail acoustic illuminance measuring apparatus') will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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.5 is a side view showing an acoustic illuminance measurement device of a rail using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention moving along a rail, and FIG. 6 is a side view of a rail using a multiple displacement sensor according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram showing an additional configuration of the acoustic illuminance measuring device.

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.As shown in these drawings, the rail acoustic illuminance measuring device 1 includes a main body 100, a first wheel 200, a second wheel 300, a plurality of displacement sensors 400, and a real-time operation module 500. , Acoustic illuminance measurement module 600, a distance measurement sensor 700, a control module 800 and a communication module 900 are provided.

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.The body 100 is formed to extend to a predetermined length, and the first wheel 200 and the second wheel 300 are respectively coupled to both ends. The main body 100 moves in one direction along the rail 10 through the first and second wheels 200 and 300. In addition, the main body 100 includes a plurality of displacement sensors 400, a real-time operation module 500, an acoustic illuminance measurement module 600, a distance measurement sensor 700, a control module 800, and a communication module 900 on one side. It is equipped with. However, the above configurations are not necessarily provided on one side of the main body 100.

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.The first wheel 200 is spaced apart from the second wheel 300 and is coupled to the front end of the main body 100 adjacent to the second displacement sensor 420 among the plurality of displacement sensors 400. The first wheel 200 includes a wheel 201 in contact with the upper side of the rail 10 and a shaft 203 for coupling to the front end of the main body 100.

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.The second wheel 300 is spaced apart from the second wheel 200 and is coupled to the front end of the body 100 adjacent to the third displacement sensor 430 among the plurality of displacement sensors 400. The second wheel 300 includes a wheel 301 in contact with the upper side of the rail 10 and a shaft 303 for coupling to the front end of the main body 100.

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.A plurality of displacement sensors 400 are provided on one side of the main body 100 and are in contact with the upper side of the rail 10 to measure vertical displacement due to cracks or irregularities of the rail 10. These plurality of displacement sensors 400 are LVDT (linear variable differential transformer) displacement sensors, potentiometer displacement sensors, capacitive displacement sensors, RVDT (rotary variable differential transformer) displacement sensors, synchro displacement sensors, and resolvers with a resolution of 0.1 um. It is provided as at least one displacement sensor among at least one displacement sensor among a displacement sensor and an optical encoder displacement sensor. As such, the plurality of displacement sensors 400 include, for example, a first displacement sensor 410, a second displacement sensor 420, and a third displacement sensor 430.

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.In the first displacement sensor 410, an electric signal in the rail 10 and a ceramic ball 411 that blocks noise are combined, and an impact generated by the movement of the main body 100 on the lower side in contact with the upper side of the rail 10 It minimizes, and is provided with a spring 403 to improve the contact force with the upper side of the rail (10). And the first displacement sensor 410 is based on the axis 203 of the first wheel 200 and the axis 303 of the second wheel 300 through the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention to be described later. It is provided at a position that minimizes disturbance of the first and second wheels 200 and 300 due to the distance between the first and second wheels 200 and 300. The first displacement sensor 410 may be a reference sensor serving as a reference for calculating the position of the displacement sensor 400 in the present invention.

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.In the second displacement sensor 420, a ceramic ball 421 that blocks electrical signals and noise in the rail is combined, and the lower side in contact with the upper side of the rail 10 minimizes the impact generated as the main body 100 moves. , A spring 423 for improving the contact force with the upper side of the rail 10 is provided. In addition, the second displacement sensor 420 is based on the axis 203 of the first wheel 200 through the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention, which will be described later It is provided in a position to minimize the disturbance of the wheel 200. The position of the second displacement sensor 420 may be determined through the first displacement sensor 410 that is a reference sensor.

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.The third displacement sensor 430 is coupled with a ceramic ball 431 that blocks electrical signals and noise in the rail, and minimizes the impact caused by the movement of the main body 100 on the lower side in contact with the upper side of the rail 10. , A spring 433 for improving the contact force with the upper side of the rail 10 is provided. And the third displacement sensor 430 is the second wheel according to the distance to the second wheel 300 based on the axis 303 of the second wheel 300 through the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention to be described later. It is provided in a position that minimizes the disturbance of 300. The position of the third displacement sensor 430 may be determined through the first displacement sensor 410 that is a reference sensor.

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.The real-time operation module 500 is provided on one side of the main body 100, and a real time operating system is stored in a memory (not shown). This real-time operation module 500 controls the first, second, and third displacement sensors 410, 420, and 430, the acoustic illuminance measurement module 600, the distance measurement sensor 700, and the communication module 900 to operate in real time. do. Through this, the first, second, and third displacement sensors 410, 420, 430 measure the vertical displacement of the rail 10 in real time, and the distance measurement sensor 700 measures the moving distance of the main body 100 in real time. And, the acoustic illuminance measurement module 600 measures the acoustic illuminance of the rail 10 in real time. In addition, the real-time operation module 500 allows the rail acoustic illuminance measured from the acoustic illuminance measurement module 600 to be transmitted in real time to the outside (eg, server, Ethernet, Internet, terminal, computer, etc.) through the communication module 900. .

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.The acoustic illuminance measurement module 600 is provided on one side of the main body 100, and mutually corrects the magnitude and phase of the annual displacement measured from the first, second, and third displacement sensors 410, 420, and 430, and merges them. To measure the acoustic illuminance of the rail. Further, the acoustic illuminance measurement module 600 measures the rail acoustic illuminance of electric noise with a frequency band of 500 to 4000 Hz and a main wavelength range of 5 to 250 mm. In addition, the acoustic illuminance measurement module 600 stores a multi-sensor-based code offset synchronization algorithm in a memory (not shown) in order to measure the rail acoustic illuminance of electric noise. Here, the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm refers to an algorithm capable of measuring rail acoustic illuminance in which an error is minimized within a wavelength range of electric noise while minimizing disturbance of the first and second wheels 200 and 300.

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.The distance measuring sensor 700 is provided on one side of the main body 100 and measures the moving distance of the main body 100. The distance measurement sensor 700 is provided as a rotary encoder that measures the moving distance of the body 100 based on the rotational speed or rotational angular displacement of the first and second wheels 200 and 300, for example.

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.The control module 800 is provided on one side of the main body 100 and controls the moving speed of the main body 100 and the measurement speed of the first, second, and third displacement sensors 410, 420, and 430 and the distance measuring sensor 700. Control. This control module 800, for example, the maximum moving speed of the main body 100 is 4 m/s, and the maximum measuring speed of the first, second, and third displacement sensors 410, 420, and 430 and the distance measuring sensor 700. It is controlled at 0.5 m/s.

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.The communication module 900 is provided on one side of the main body 100 and transmits the rail acoustic illuminance measured from the acoustic illuminance measurement module 600 to the outside (eg, server, Ethernet, Internet, terminal, computer, etc.).

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. As described above, unlike one embodiment of the present invention, in another embodiment, the acoustic illuminance measurement module 600 is not provided on one side of the main body 100, but is located in a separate space, so that the first , It is possible to measure the acoustic illuminance of the rail by receiving the annual displacement measured from the 2, 3 displacement sensors 410, 420, and 430, respectively, and correcting the magnitude and phase of the received annual displacement, and fusing them.

측정실험Measurement experiment

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.Hereinafter, a measurement experiment for determining the optimal position of the first, second, and third displacement sensors 410, 420, and 430 through a multi-sensor-based code offset synchronization algorithm stored in the acoustic illuminance measurement module 600 will be described in detail. would.

<제1 측정실험><First measurement experiment>

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.As shown in FIG. 7, three displacement sensors are designated S1, S2, S3 in order adjacent to the first wheel 200, and three displacements for an inclined platform (L'=x f -x r ) The position ratios of the sensors S1, S2, S3 were defined as a 1 , a 2 , and a 3. In addition, the contact point of the first and second wheels 200 and 300 is calculated by considering the inclination of the sine wave-shaped rail 10 and the rail acoustic illuminance measuring device 1, and the measured value (z i (x)) is calculated as a position ratio. It was calculated according to (a 1 , a 2 , a 3 ), respectively. Here, the measured value (z i (x)) means the distance from the contact point of the three displacement sensors S1, S2, S3 to the rail acoustic illuminance measuring device 1, and the following [Equations 2, 3, 4].

Figure 112019047033786-pat00002
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Figure 112019047033786-pat00003
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Figure 112019047033786-pat00004
Figure 112019047033786-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.As shown in FIG. 8 through these [Equations 2, 3, 4], three displacement sensors for the acoustic illuminance wavelength range of the rail 10 measured by the three displacement sensors S1, S2, S3 ( The magnitude (Z) and phase (Φ) of the transfer function output from the positions (a 1 , a 2 , a 3 ) of S1, S2, S3) were measured. Here, when measuring the magnitude and phase of the transfer function, the length L of the rail acoustic illuminance measuring device 1 is fixed to a constant.

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.In addition, in order to prove the correlation between the length of the rail 10 and the rail acoustic roughness measuring device 1, for example, the main wavelength range of the roughness of the rail surface is set to 0 to 500 mm, and three The magnitude and phase of the annual displacement measured by the displacement sensors (S1, S2, S3) were calculated. At this time, as shown in FIG. 8, the annual displacement measured at an arbitrary displacement sensor position (d 1 =300, d 2 =400, d 3 =500 mm) has a wavelength transfer function amplified or attenuated by 0 to 2 times. And the phase has an error between -π/2 and π/2. Accordingly, the annual displacement measured by the three displacement sensors S1, S2, and S3 is assumed to be a sine wave having different magnitudes and phases as shown in [Equation 5] below.

Figure 112019047033786-pat00005
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그리고 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 연적변위 측정위치에 따른 위치를 이하의 [수학식 6, 7]과 같이 상호 보정하여 융합하였다.In addition, the positions of the three displacement sensors (S1, S2, S3) according to the measurement positions of the annual displacement were mutually corrected and fused as shown in [Equations 6 and 7] below.

Figure 112019047033786-pat00006
Figure 112019047033786-pat00006

Figure 112019047033786-pat00007
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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.As shown in FIG. 8, the annual displacement ('Compensation value' in FIG. 8) that is mutually corrected and fused through [Equations 6 and 7] is obtained from the three displacement sensors S1, S2, S3, respectively. Compared to the measured annual displacement, the width of the wavelength was increased or decreased.

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.In other words, the annual displacement of the three displacement sensors (S1, S2, S3) that were mutually compensated and fused was accurately compensated for the error in magnitude and phase compared to the annual displacement measured from the three displacement sensors (S1, S2, S3). .

<제2 측정실험><The second measurement experiment>

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.As shown in FIG. 9, the first and second wheels 200 and 300 rotate and circumferentially (λ) due to the eccentricity of the wheels 201 and 301, machining and assembly instability of the support bearing (not shown). A disturbance with a period of =πD) occurs.

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.For the measurement experiment, the acoustic illuminance of the rail 10 was measured by having the diameters of the wheels 201 and 301 in 50 mm and 100 mm. At this time, as shown in FIG. 10, the 50 mm wheels 201 and 301 directly affect the rail acoustic illuminance corresponding to a wavelength of λ=πD=0.157 m, and increase the illuminance level of about 10 dB. . In addition, the 100 mm wheels 201 and 301 directly affect the rail acoustic illuminance corresponding to a wavelength of λ=πD=0.314 m, and increase the illuminance level of about 10 dB.

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.Therefore, assuming that the disturbance generated in the wheels 201 and 301 is a sine wave having a wavelength period of λ w =π and an amplitude of Y w , the disturbance mechanism generated in the rail acoustic illuminance measuring apparatus 1 is illustrated in FIG. Modeled together. Referring to FIG. 11, it is assumed that the amount of disturbance generated by the second wheel 300 is inversely proportional to the distance between the shaft 303 of the second wheel 300 and the three displacement sensors S1, S2, S3. And, the size of the disturbance of the three displacement sensors S1, S2, S3 generated by the disturbance of the second wheel 300 was defined as Y 1 , Y 2 , and Y 3. In addition, the length of the rail acoustic illuminance measuring device 1 (preferably, the distance between the axis 203 of the first wheel 200 and the axis 303 of the second wheel 300) is L, and the second wheel ( The radius of the wheel 301 of 300) was defined as R, and the distances from the second wheel 300 to the three displacement sensors S1, S2, S3 were defined as d 1 , d 2 , and d 3. At this time, the disturbances (Y 1 , Y 2 , Y 3 ) generated in each of the three displacement sensors (S1, S2, S3) due to the disturbance (Y w ) generated by the second wheel 300 are the following equations [ 8, 9, 10].

Figure 112019047033786-pat00008
Figure 112019047033786-pat00008

Figure 112019047033786-pat00009
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Figure 112019047033786-pat00010
Figure 112019047033786-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.In addition, the disturbances generated by each of the three displacement sensors (S1, S2, S3) were calculated as a fused waveform (Y f ) through mutual correction. This fusion method generates a new waveform as shown in [Equations 11, 12, 13] below by averaging the disturbances of three displacement sensors (S1, S2, S3) that are independent of each other and have a phase difference. Three displacement sensors (S1, S2, S3) were placed by calculating the relative spacing between the three displacement sensors (S1, S2, S3) that minimizes the amplification and cancellation of the frequency response.

Figure 112019047033786-pat00011
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Figure 112019047033786-pat00012
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Figure 112019047033786-pat00013
Figure 112019047033786-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.And in order to check the frequency response of the measured value measured through [Equations 11, 12, 13], the amount of disturbance (Y f ) related to the rotation of the wheel 301 of the second wheel 300 is measured in the rail acoustic illuminance. The distance between one of the three displacement sensors S1, S2, and S3 above the device 1 was calculated by increasing or decreasing the distance between the remaining displacement sensors. This method of calculating the amount of disturbance (Y f ) of the second wheel 300 is also applied to the first wheel 200 to calculate the amount of disturbance (Y f) of the first wheel 200.

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. In addition, the magnitude (Y f ) of the disturbance generated in the first wheel 200 and the second wheel 300 was calculated as shown in FIG. 12 while changing the distance between one reference sensor and the remaining displacement sensors. Referring to FIG. 12, when the diameter of the wheels 201 and 301 is 100 mm, the relative distance of the sensor that minimizes the disturbance response is point A for the second wheel 300, and B for the first wheel 200. It becomes a dot. In addition, when the first and second wheels 200 and 300 are considered at the same time, the position at which the size of the disturbance is minimized is point C. Furthermore, it was confirmed that the disturbance response was minimized when the remaining displacement sensors were disposed at an interval of about 105 mm from the reference sensor based on the location of point C.

<제3 측정실험><3rd measurement experiment>

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.In order to obtain the position of the reference sensor based on the relative position between the three displacement sensors (S1, S2, S3) to minimize the disturbance calculated in the second measurement experiment, as shown in FIG. 13, from the second wheel 300 By changing the distance (d 2 ) of the reference sensor, the magnitude and phase corresponding to the measured values of the three displacement sensors (S1, S2, S3) were calculated. Here, FIG. 13 is a ratio of the magnitudes of mutually compensated measurement values when the position (d 2 ) of the reference sensor is changed from the center point (L/2 =358 mm) of the rail acoustic illuminance measurement device 1.

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. In order to find the position (d 2 ) of the reference sensor that minimizes the size of the response curve shown in FIG. 13, a response curve that minimizes the response to the roughness of the rail surface was calculated among the mutually compensated measurement values (Z *). . At this time, in order to calculate the minimum response curve, a function for minimizing the size average for the wavelength section of the rail 10 was used.

이를 통해, 기준센서의 위치(d2)는 327 mm이며, 기준센서의 위치에 대해 남은 변위센서의 상대위치는 d1=222 mm, d3=432 mm로 산출된다.Through this, the position of the reference sensor (d 2 ) is 327 mm, and the relative position of the remaining displacement sensor with respect to the position of the reference sensor is calculated as d 1 =222 mm, d 3 =432 mm.

따라서, 상기와 같은 제1, 2, 3 측정실험을 통해 세 개의 변위센서(S1, S2, S3)의 연적변위에 대한 오차를 최소화하는 최적의 위치를 결정할 수 있었다.Therefore, through the first, second, and third measurement experiments as described above, it was possible to determine the optimal position for minimizing the error of the annual displacement of the three displacement sensors S1, S2, S3.

검증실험Verification experiment

이하에서는, 본 발명의 레일 음향조도 측정장치(1)와 본 발명의 멀티 센서 기반 코드 오프셋 동기화 알고리즘을 검증하기 위한 검증실험에 대해 자세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, a verification experiment for verifying the rail acoustic illuminance measuring apparatus 1 of the present invention and the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention will be described in detail.

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.First, as shown in 14 to 15 by measuring the acoustic illuminance for a 10 m section of the first rail with the rail acoustic illuminance measuring device 1, the acoustic illuminance of the first rail is the first and second wheels 200, 300) was verified to minimize the disturbance. Here, the first rail refers to a rail without corrugated wear due to periodic management, and in FIGS. 14 to 15, frequency analysis before and after applying the acoustic illuminance of the first rail and the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention is performed. The spectral value of the rail surface roughness calculated through is shown.

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.14 to 15, in the first rail, the illuminance level is measured at a wavelength of πD=0.314 m related to the diameter of the wheels 201 and 301, but the spectrum is influenced by the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention. This has been reduced to about 10 dB.

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.In addition, as shown in Figs. 16 to 17 by measuring the acoustic illuminance for a 10 m section of the second rail with the rail acoustic illuminance measuring device 1, the acoustic illuminance of the second rail is the first and second wheels 200 , 300). Here, the second rail refers to a rail in which corrugated wear is developed having a wavelength of 80 mm unlike the first rail, and in FIGS. 16 to 17, the acoustic illuminance of the second rail and the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention The spectral values of the rail surface roughness calculated through frequency analysis before and after the application of are shown.

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.16 to 17, the corrugated wear state of the second rail at a wavelength of 0.08 m (λ) is confirmed, and disturbances expected to occur in the wheels 201 and 301 corresponding to the wavelength (λ w = 0.314 m) It was also reduced by about 5 db.

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.Through this, the rail acoustic illuminance measuring apparatus 1 of the present invention applies the multi-sensor-based code offset synchronization algorithm of the present invention, thereby minimizing the disturbance of the first and second wheels 200, 300 and the wavelength range of the rail acoustic illuminance. It has been verified to minimize the error of the rail acoustic illuminance within (Electric Noise).

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.The above description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that other specific forms can be easily modified without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative and non-limiting in all respects. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

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.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

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.
1: rail acoustic illuminance measuring device,
10: rail,
100: main body,
200: first wheel,
201: wheel of the first wheel
203: axis of the first wheel,
300: second wheel,
301: wheel of the second wheel,
303: axis of the second wheel,
400: displacement sensor,
410: first displacement sensor,
411: ceramic ball of the first displacement sensor,
413: spring of the first displacement sensor,
420: second displacement sensor,
421: ceramic ball of the second displacement sensor,
423: spring of the second displacement sensor,
430: third displacement sensor,
431: ceramic ball of the third displacement sensor,
433: spring of the third displacement sensor,
500: real-time operation module,
600: acoustic illuminance measurement module,
700: distance measuring sensor,
800: control module,
900: communication module.

Claims (8)

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.
A body extending to a predetermined length;
First and second wheels coupled to the body to be spaced apart from each other and moving the body along a rail;
A displacement sensor provided in plural on one side of the main body and in contact with an upper side of the rail to measure a vertical displacement due to cracks or irregularities of the rail;
A distance measuring sensor provided on one side of the main body and measuring a moving distance of the main body;
A control module for controlling a moving speed of the main body and a measuring speed of the displacement sensor and the distance measuring sensor; And
An acoustic illuminance measuring module for measuring the acoustic illuminance of the rail by mutually correcting the magnitude and phase of the vertical displacement measured by the displacement sensor.
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.
The method of claim 1,
The displacement sensor,
A first displacement sensor provided at a position to minimize disturbance of the first and second wheels due to a distance between the first and second wheels based on the axes of the first and second wheels;
A second displacement sensor spaced apart from the first displacement sensor and provided at a position to minimize disturbance of the first wheel due to a distance from the first wheel based on the axis of the first wheel; And
And a third displacement sensor spaced apart from the first and second displacement sensors and provided at a position to minimize disturbance of the second wheel due to a distance between the second wheel and the second wheel based on the axis of the second wheel. Rail acoustic illuminance measurement device using multiple displacement sensors, characterized in that.
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.
The method of claim 2,
The displacement sensor,
A ceramic ball that blocks electrical signals and noise in the rail; And
A rail acoustic illuminance measuring device using a multiple displacement sensor, comprising: a spring that minimizes the impact generated while the main body is moved and improves a contact force with the upper side of the rail.
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.
The method of claim 3,
The displacement sensor,
At least one of LVDT (linear variable differential transformer) displacement sensor, potentiometer displacement sensor, capacitive displacement sensor, RVDT (rotary variable differential transformer) displacement sensor, synchro displacement sensor, resolver displacement sensor, optical encoder displacement sensor with 0.1 um resolution. Rail acoustic illuminance measuring device using multiple displacement sensors, characterized in that one displacement sensor.
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.
The method of claim 1,
The distance measurement sensor,
A rail acoustic illuminance measurement device using a multiple displacement sensor, characterized in that it is a rotary encoder that measures the moving distance of the main body based on the rotational speed or rotational angular displacement of the first and second wheels.
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.
The method of claim 1,
The control module,
A rail acoustic illuminance measuring device using a multiple displacement sensor, characterized in that the maximum moving speed of the main body is controlled at 4 m/s, and the maximum measurement speed of the displacement sensor and the distance measuring sensor is controlled at 0.5 m/s.
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.
The method of claim 1,
The acoustic illuminance measurement module,
Characterized in that, while minimizing the disturbance of the first and second wheels, the frequency band is 500 to 4000 Hz, and the main wavelength range is 5 to 250 mm, characterized in that to measure the rail acoustic illuminance minimizing the error within the wavelength range of electric noise. Rail acoustic illuminance measurement device using multiple displacement sensors.
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.
The method of claim 1,
A communication module for transmitting the rail acoustic illuminance measured by the acoustic illuminance measurement module to the outside; And
A real-time operation module storing a real-time operating system for allowing the vertical displacement, the moving distance of the main body, and the acoustic illuminance of the rail to be measured in real time, and for allowing the rail acoustic illuminance to be transmitted to the outside in real time; Rail acoustic illuminance measuring device using a multi-displacement sensor, characterized in that.
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