KR20030086521A - Method and apparatus of measuring speed for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 궤도 주위에 광원을 설치함과 동시에 차량에 측정부를 마련하여 일정한 궤도를 따라 움직이는 차량의 실제속도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있는 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a speed measuring device and a method of a tracked vehicle, and more particularly, by installing a light source around the track and at the same time providing a measurement unit in the vehicle to measure the actual speed of the vehicle moving along a certain track in a non-contact manner. The present invention relates to a speed measuring device for a tracked vehicle and a method thereof.
일반적으로, 철도차량과 같은 궤도차량의 경우에 이미 설치되어 있는 궤도 위를 주행하게 되며, 이러한 차량의 차륜에는 타코메타(Tachometer)가 설치되어 차륜과 동일하게 회전함에 따라 이 타코메타의 회전수나 주파수를 이용하여 차량의 속도를 측정할 수 있게 된다.In general, in the case of a track vehicle such as a railroad car, it travels on a track that is already installed, and a tachometer is installed on a wheel of such a vehicle and rotates in the same manner as the wheel to use the rotation speed or frequency of the tachometer. It is possible to measure the speed of the vehicle.
이와 같이, 타코메타를 이용하여 속도를 측정하기 위한 기술로서는, 예를 들면 국내 공개특허 제2000-0045995호(2000.7.25 공개) 공보에서와 같이, 위상차이를 검지하여 위상의 오차값을 전압으로 주는 위상검지기와, 전압을 입력받아 주파수로 변환시키는 VOC(Voltage Contolled Oscillator)와, N개의 펄스수로 나누어 주는 분할기로 구성되어 있는 PLL(Phase Locked Loop) 개념을 이용한 속도측정방법이 개시되어 있다.As described above, as a technique for measuring speed using a tachometer, for example, as disclosed in Korean Unexamined Patent Application Publication No. 2000-0045995 (published on Feb. 25, 2005), a phase difference is detected and a phase error value is given as a voltage. A speed measurement method using a concept of a phase locked loop (PLL) consisting of a phase detector, a voltage controlled oscillator (VOC) for converting a voltage into a frequency, and a divider divided into N pulses is disclosed.
이 기술은, 철도차량의 저속영역에 있어서의 타코메타에 의한 속도측정을 일정시간 내에 가능하도록 함으로써 속도측정의 정밀성을 높이고자 한 것이다.This technique aims to improve the precision of speed measurement by enabling speed measurement by tachometer in a low speed range of a railway vehicle within a certain time.
그런데, 차륜의 마모나 타코메타의 슬릿에 의한 오차가 발생하는 경우, 특히 차륜의 마모에 의한 오차는 차량의 운행에 따라 증가하기 때문에, 이에 대한 보정을 필요로 한다.By the way, when an error due to wear of the wheel or a slit of the tachometer occurs, the error due to the wear of the wheel especially increases with the driving of the vehicle, and thus correction is required.
따라서, 차륜의 회전을 이용하는 간접 측정방식을 주기적으로 보정할 수 있도록 직접 차량의 실제속도를 측정할 수 있는 센서나 측정기법의 개발이 요구되고 있으며, 철도차량의 경우 차량의 진동으로 인하여 일반적인 속도센서의 적용이 어려울 뿐 만 아니라, 차륜 근처에는 많은 관련부품들과 기기들이 설치되어 있기 때문에, 측정을 위한 센서를 설치하는 것이 용이하지 못하다는 문제를 내포하고 있다.Therefore, in order to periodically calibrate the indirect measurement method using the rotation of the wheel, it is required to develop a sensor or a measurement technique that can directly measure the actual speed of the vehicle. Not only is it difficult to apply, but there are many related parts and devices near the wheels, which makes it difficult to install a sensor for measurement.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 궤도 주위에 설치되어 있는 광원으로부터 조사된 광을 차량에 설치된 측정부 및 속도환산부에 의해 시간에 따른 광량을 측정함으로써, 일정한 궤도를 따라 움직이는 차량의 실제속도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있으며, 차륜 주위의 다른 기기들과의 간섭을 피하여 설치가 매우 용이한 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to measure the amount of light over time by means of a measuring unit and a speed converting unit provided on a vehicle with light emitted from a light source provided around a track. In addition, the present invention provides a speed measuring apparatus and method for a track vehicle that can measure the actual speed of a vehicle moving along a constant track in a non-contact manner and is very easy to install by avoiding interference with other devices around the wheel.
또한, 본 발명은 차량의 실제속도를 측정할 수 있게 되므로, 현재 사용하고 있는 타코메타를 이용하여 측정한 속도를 보정하는데 사용할 수 있으며, 주행하는 차량의 상태를 판단할 수 있는 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법을 제공함에 있다.In addition, the present invention can measure the actual speed of the vehicle, it can be used to correct the speed measured by using the tachometer currently used, the speed measuring device of the track vehicle that can determine the state of the vehicle driving And it provides a method.
도 1은 본 발명에 따른 궤도차량의 속도측정장치를 설명하기 위한 개략 구성도,1 is a schematic configuration diagram for explaining a speed measuring device for a track vehicle according to the present invention;
도 2는 도 1에 도시된 속도측정장치의 상세 구성도,2 is a detailed configuration diagram of the speed measuring device shown in FIG.
도 3 및 도 4는 본 발명에서의 원형광을 이용하여 궤도차량에서 측정한 신호를 나타낸 그래프,3 and 4 are graphs showing a signal measured in a tracked vehicle using circular light in the present invention;
도 5는 본 발명에서의 차량상태에 따른 수광량의 편차를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the deviation of the received light amount according to the vehicle state in the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
10: 궤도 11: 광원10: orbit 11: light source
12: 측정부 13: 속도환산부12: measuring part 13: speed conversion part
14: 차량 15: 레이저 발생기14: vehicle 15: laser generator
16: 볼록렌즈 17: 시준기16: convex 17: collimator
18: 포토다이오드 19: 신호증폭기18: photodiode 19: signal amplifier
20: 대역통과필터20: bandpass filter
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 궤도차량의 속도측정장치에 있어서는, 궤도의 주위에 설치되어 차량으로 원형광이나 선형광을 조사하는 광원과, 차량의 전방 또는 후방에 설치되어 상기 광원으로부터 조사된 광을 수광하는 측정부와, 상기 측정부로부터의 신호를 입력받아 차량의 속도를 환산하는 속도환산부로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.In the speed measuring device for a tracked vehicle according to the present invention for achieving the above object, a light source which is installed around the track and irradiates circular or linear light to the vehicle, and is provided in front or rear of the vehicle It is characterized by comprising a measuring unit for receiving the light irradiated from the light source, and a speed conversion unit for receiving the signal from the measuring unit to convert the speed of the vehicle.
또한, 상기 광원은, 연속빔을 출사하는 레이저 발생기와, 이 레이저 발생기로부터 출사되는 빔의 크기를 조절하는 볼록렌즈와, 이 볼록렌즈를 통과한 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들어 차량을 향해 조사하는 시준기로 구성되어 있다.In addition, the light source includes a laser generator for emitting a continuous beam, a convex lens for adjusting the size of the beam emitted from the laser generator, and parallel light so as to irradiate toward the vehicle so that the beam passing through the convex lens does not spread. It consists of a collimator.
여기서, 상기 광원은 궤도의 구배나 굴곡이 없이 일정한 속도로 차량이 주행하는 구역에 설치되어 있는 것이 바람직하며, 또는 지속적으로 조사되지 않고 차량의 근접신호에 따라 조사되도록 할 수 있다.In this case, the light source is preferably installed in a region in which the vehicle travels at a constant speed without a slope or curvature of the track, or may be irradiated according to a proximity signal of the vehicle without being continuously irradiated.
그리고, 상기 측정부는 입사된 광을 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드와, 이 포토다이오드로부터의 신호를 증폭하는 신호증폭기와, 상기 증폭된 신호에서 잡음을 제거하여 필요한 신호만을 통과시키는 대역통과필터로 이루어져 있다.The measuring unit includes a photodiode for converting incident light into an electrical signal, a signal amplifier for amplifying a signal from the photodiode, and a bandpass filter for removing only noise from the amplified signal and passing only necessary signals. consist of.
또한, 궤도차량의 속도측정방법에 있어서는, 궤도 주위에 설치되어 있는 레이저 발생기로부터 출사되는 연속빔을 적절한 크기로 조절하여 평행광을 만들어 차량에 설치되어 있는 측정부로 조사한 후에 광량의 최대값까지 도달하는 시간을 이용하거나 혹은 두 개의 측정부에서 광량의 최대값 사이의 시간차를 이용하여 차량의 속도를 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.In addition, in the speed measuring method of the tracked vehicle, the continuous beam emitted from the laser generator provided around the track is adjusted to an appropriate size to produce parallel light, which is then irradiated to the measuring unit installed in the vehicle to reach the maximum value of the light quantity. It is characterized in that the speed of the vehicle can be measured by using the time or by using the time difference between the maximum value of the light quantity in the two measuring units.
여기서, 상기 차량에 대하여 측정한 실제속도에 의해 간접 측정방식인 타코메타를 이용하여 측정한 속도를 보정하는데 사용할 수 있으며, 상기 측정부의 위치에 따른 광량의 변화에 의해 그 설치위치에서 발생된 주행중의 차량상태를 판정할 수 있다.Here, the actual speed measured with respect to the vehicle can be used to correct the speed measured by using the tachometer, which is an indirect measuring method, and the vehicle in driving generated at the installation position due to the change in the amount of light according to the position of the measuring unit. The state can be determined.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법을 설명하기 위한 도면으로서, 먼저 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 구성요소는 크게 궤도(10)의 주위에 설치되어 있는 광원(11)과, 이 광원(11)으로부터 조사된 광을 수광하는 측정부(12)와, 이 측정부(12)로부터의 신호에 의해 속도를 환산하는 속도환산부(13)로 이루어져 있다.1 to 5 are diagrams for explaining the speed measuring device and method of the track vehicle according to the present invention, as shown schematically in FIG. 1, the components of the present invention is largely of the track 10 The light source 11 provided in the periphery, the measurement part 12 which receives the light irradiated from this light source 11, and the speed conversion part 13 which converts a speed by the signal from this measurement part 12. )
즉, 상기 광원(11)으로부터 조사되는 원형광이나 선형광은 차량(14)에 설치되어 있는 측정부(12)로 수광되고, 이 측정부(12)로부터의 신호는 속도환산부(13)로 전달되어 차량(14)의 실제속도를 측정할 수 있는 것이다.That is, the circular or linear light irradiated from the light source 11 is received by the measuring unit 12 installed in the vehicle 14, and the signal from the measuring unit 12 is sent to the speed converting unit 13. It is transmitted to measure the actual speed of the vehicle (14).
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 광원(11)은 연속빔을 출사하는 레이저 발생기(15)와, 이 레이저 발생기(15)로부터 출사되는 빔의 크기를 조절하는 볼록렌즈(16)와, 이 볼록렌즈(16)를 통과한 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들어 차량(14)을 향해 조사하는 시준기(17)로 구성되어 있다.As shown in FIG. 2, the light source 11 includes a laser generator 15 for emitting a continuous beam, a convex lens 16 for adjusting the size of the beam emitted from the laser generator 15, and It consists of the collimator 17 which makes parallel light and irradiates it toward the vehicle 14 so that the beam which passed the convex lens 16 may not spread.
여기서, 상기 광원(11)은 궤도(10)의 구배나 굴곡이 없이 일정한 속도로 차량(14)이 주행하는 구역, 즉 직선로나 평탄선로에 광원(11)을 설치하여 속도를 측정할 때 정확한 차량()의 실제속도를 얻을 수 있으므로, 광원(11)의 설치장소는 궤도(10)의 특성을 잘 고려하여 설치하는 것이 바람직하다.Here, the light source 11 is an accurate vehicle when measuring the speed by installing the light source 11 in the area where the vehicle 14 runs at a constant speed without a gradient or bending of the track 10, that is, a straight line or a flat line. Since the actual speed of () can be obtained, the installation place of the light source 11 is preferably installed in consideration of the characteristics of the track 10.
또한, 상기 광원(11)은 지속적으로 조사하지 않고 차량(14)의 근접신호에 따라 조사되도록 할 수 있다.In addition, the light source 11 may be irradiated according to the proximity signal of the vehicle 14 without continuously irradiating.
그리고, 상기 측정부(12)는 입사된 광을 전기적인 신호로 변환하는 포토다이오드(18)와, 이 포토다이오드(18)로부터의 신호를 증폭하는 신호증폭기(19)와, 상기 증폭된 신호에서 잡음을 제거하여 필요한 신호만을 통과시키는 대역통과필터 (20)로 구성되어 있다.The measuring unit 12 includes a photodiode 18 for converting incident light into an electrical signal, a signal amplifier 19 for amplifying a signal from the photodiode 18, and the amplified signal. The bandpass filter 20 removes noise and passes only a necessary signal.
상술한 바와 같은 본 발명은, 도 1 및 도 2에서와 같이, 광원(11)을 구성하는 레이저 발생기(15)로부터 출사된 연속빔은 볼록렌즈(16)를 거치면서 그 크기를 적절하게 만들고, 시준기(17)를 통과하여 빔이 퍼지지 않도록 평행광을 만들어 차량(14)을 향해 조사하게 된다.1 and 2, the continuous beam emitted from the laser generator 15 constituting the light source 11 is appropriately sized while passing through the convex lens 16, Parallel light is made to pass through the collimator 17 so as to irradiate toward the vehicle 14.
일반적으로 차량(14)의 움직임이나 그 크기를 고려할 때 측정부(12)에 도달하는 빔의 크기는 포토다이오드(18)에 입사되는 광량이 최대값에 도달할 때 까지의 시간을 이용하는 경우와 두 개의 포토다이오드(18)에 입사된 광량이 최대값에 도달하는 시간차를 이용하는 경우에 따라 차이가 있다.In general, considering the movement of the vehicle 14 and the size thereof, the size of the beam reaching the measurement unit 12 is equal to the case of using the time until the maximum amount of light incident on the photodiode 18 reaches the maximum value. There is a difference depending on the case where a time difference in which the amount of light incident on the two photodiodes 18 reaches the maximum value is used.
즉, 포토다이오드(18)에 입사된 광량이 최대값에 도달할 때 까지의 시간을이용하는 방법은 원형광의 크기가 너무 작으면 최대값에 도달하는데 소요되는 시간이 짧기 때문에 측정에 많은 오차가 발생할 수 있으며, 고속으로 데이터를 취득하여야 하는 문제가 있다.That is, in the method of using the time until the amount of light incident on the photodiode 18 reaches the maximum value, if the size of the circular light is too small, the time required to reach the maximum value is short, so that many errors occur in the measurement. In addition, there is a problem that data should be obtained at high speed.
따라서, 원형광의 지름을 대략 30㎜ 이상이 되도록 설정하는 것이 가장 바람직하다.Therefore, it is most preferable to set the diameter of the circular light to be approximately 30 mm or more.
그리고, 두 개의 포토다이오드(18)에 입사된 광량이 최대값에 도달하는 시간차를 이용하는 경우에는 입사되는 빔의 크기에 그다지 큰 영향을 받지 않기 때문에 5㎜ 정도로 설정하는 것이 적당하다.In addition, when using the time difference in which the amount of light incident on the two photodiodes 18 reaches the maximum value, it is appropriate to set it to about 5 mm because it is not influenced so much by the size of the incident beam.
상기 광원(11)으로부터 조사된 원형광이 포토다이오드(18)에 입사되면 전기적인 신호로 변환되는데, 이 때 광량에 따라 다르지만 일반적으로 그 신호가 작기 때문에 신호증폭기(19)를 통하여 적당한 크기로 신호를 증폭한다.When the circular light irradiated from the light source 11 is incident on the photodiode 18, it is converted into an electrical signal. At this time, the signal is appropriately sized through the signal amplifier 19 because the signal is small depending on the amount of light. Amplify.
또한, 이와 같이 증폭된 신호에는 많은 잡음이 혼합되어 있기 때문에 대역통과필터(20)를 거쳐 필요한 신호만을 통과시키게 되고, 이 신호는 속도환산부(13)로 전달되어 속도를 환산할 수 있게 된다.In addition, since a lot of noise is mixed in the amplified signal, only the necessary signal passes through the band pass filter 20, and the signal is transferred to the speed converting unit 13 to convert the speed.
한편, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 원형광을 이용하여 궤도차량에서 측정한 대표적인 신호를 도시한 그래프로서, 도 3은 측정부(12)에 입사된 시간에 따른 광량을 나타낸 것이고, 도 4는 두 개의 측정부(12)에 입사된 광량을 나타낸 것이다.Meanwhile, FIGS. 3 and 4 are graphs showing representative signals measured in a track vehicle using circular light according to the present invention, and FIG. 3 is a view showing the amount of light according to time incident to the measuring unit 12. FIG. 4 shows the amount of light incident on the two measuring units 12.
이들 그래프에서 알 수 있듯이, 상기 측정부(12)에 입사되는 광량은 원형광이 포토다이오드(18)에 조사되는 면적과 동일하기 때문에, 시간에 따라 3차 곡선으로 나타난다.As can be seen from these graphs, since the amount of light incident on the measuring unit 12 is equal to the area where the circular light is irradiated to the photodiode 18, it appears as a cubic curve with time.
여기서, 광량이 최대가 되면 원형광 전체가 포토다이오드(18)에 조사된 것이므로, 차량(14)에 부착되어 있는 측정부(12)에 도달한 원형광의 크기와 광량이 최대값에 도달하는데 소요된 시간을 측정하면 아래의 식으로부터 속도를 산출한 수 있게 된다.Here, when the amount of light reaches the maximum, since the entire circular light is irradiated to the photodiode 18, the size and amount of the circular light reaching the measurement unit 12 attached to the vehicle 14 is required to reach the maximum value. Once the time has been measured, the speed can be calculated from the equation below.
차량의 속도 ＝ 원형광의 지름 / 광량이 최대값에 도달하는데 소요된 시간Speed of vehicle = diameter of circular light / time taken for light quantity to reach maximum
또한, 도 4의 경우에는 두 개의 측정부(12)에 입사된 광량을 시간에 따라 나타낸 것으로서, 광원(11)은 궤도(10) 주위에 설치되어 있는 상태에서 차량(14)이 주행하기 때문에 차량(14)에 일정한 간격으로 부착되어 있는 두 개의 측정부(12)에는 시간차를 가지고 신호가 나타나게 된다.In addition, in the case of FIG. 4, the amount of light incident on the two measuring units 12 is shown as time, and the light source 11 is driven because the vehicle 14 runs while being installed around the track 10. The two measuring units 12 attached to 14 at regular intervals appear with a time difference.
따라서, 두 개의 측정부(12)를 이용하는 경우의 속도는 다음과 같은 식에 의해 구할 수 있다.Therefore, the speed in the case of using the two measuring units 12 can be obtained by the following equation.
차량의 속도 ＝ 측정부 사이의 거리 / 측정부 사이의 시간차Vehicle speed = distance between measuring units / time difference between measuring units
위의 두 방법은 본 발명을 구현하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 여러 가지 광원의 형상을 적용할 수 있음은 물론이며, 전술한 바와 같이 광원(11)을 지속적으로 조사하지 않고 차량(14)의 근접신호에 따라 조사하는 방법도 적용할 수 있다.The above two methods are just one embodiment for implementing the present invention, and the shape of various light sources can be applied, and as described above, the vehicle 14 can not be irradiated continuously. The method of irradiation in accordance with the proximity signal can also be applied.
또한, 도 5는 두 개의 측정부(12) 중에서 차량(14)의 후두부 쪽에 배치되어 있는 차륜의 마모가 심하거나 혹은 고무바퀴를 채용한 형식에서 펑크가 발생되었을 경우, 마모가 심한 부위나 펑크 부위에 부착된 측정부(12)에서의 수광량을 나타낸그래프이다.In addition, FIG. 5 shows that abrasion of the wheels disposed on the rear head side of the vehicle 14 among the two measurement units 12 is severe, or when a puncture is generated in a form employing rubber wheels, a severely worn portion or a puncture portion Is a graph showing the amount of received light from the measurement unit 12 attached to it.
이와 같이 두 개의 측정부(12)에 입사된 광량은 측정부(12)가 설치된 부위의 차륜마모, 펑크 및 서스펜션 고장 등의 정도에 따라 사전에 분석해 두면, 수광량의 편차(Δ1,Δ2)에 따라 주행하는 차량(14)의 상태를 판단할 수 있게 된다.As such, the amount of light incident on the two measuring units 12 is analyzed in advance according to the degree of wheel wear, puncture, and suspension failure in the area where the measuring units 12 are installed, and according to the deviation (Δ1, Δ2) of the received light amount. The state of the vehicle 14 traveling can be determined.
상술한 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.Although the above-described embodiments have been described with respect to the most preferred examples of the present invention, it is not limited to the above embodiments, and it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made without departing from the technical spirit of the present invention.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 궤도차량의 속도측정장치 및 그 방법에 의하면, 궤도 주위에 설치되어 있는 광원으로부터 조사된 광을 차량에 설치된 측정부 및 속도환산부에 의해 시간에 따른 광량을 측정할 수 있으므로, 일정한 궤도를 따라 움직이는 차량의 실제속도를 비접촉 방식으로 측정할 수 있게 되며, 차륜 주위의 다른 기기들과의 간섭을 피하여 설치가 매우 용이하다는 잇점이 있다.As described above, according to the speed measuring device and the method of the track vehicle according to the present invention, the amount of light over time by the measuring unit and the speed conversion unit provided to the light emitted from the light source provided around the track Because it can measure, it is possible to measure the actual speed of the vehicle moving along a certain track in a non-contact manner, and the installation is very easy to avoid interference with other devices around the wheel.
또한, 차량의 실제속도를 측정할 수 있기 때문에, 현재 사용하고 있는 타코메타를 이용하여 측정한 속도를 보정하는데 사용할 수 있으며, 주행하는 차량의 상태를 판단할 수 있게 된다.In addition, since the actual speed of the vehicle can be measured, it can be used to correct the speed measured by using the tachometer currently being used, and the state of the driving vehicle can be determined.
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