KR100977303B1

KR100977303B1 - 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100977303B1
Application number: KR1020100030133A
Authority: KR
Inventors: 진재권
Original assignee: (주)효원엔지니어링
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2010-04-01
Publication date: 2010-08-23
Anticipated expiration: 2030-04-01

Abstract

본 발명은 비접촉 방식 열차감지센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 진동과 기후에 내구력이 강하고 설치가 간편하며 교통표지판이나 광고표지판으로 활용할 수 있는 비접촉 방식 열차감지센서에 관한 것이다.
본 발명은 열차 등의 교통수단을 비접촉 방식으로 감지하는 비접촉 방식 열차 감지 센서에 있어서, 자기차폐판과 상기 자기차폐판의 일측면에 부착되며 소정의 개구부를 구비한 센서하우징, 상기 센서하우징의 자기차폐판 측 반대쪽 면에 부착되는 전면커버 및 센서하우징의 개구부 내에 고정배치되는 코일과 상기 코일의 권선 중심부에 위치하여 자계를 발생시키는 판형의 자석으로 구성된 비접촉 방식 열차 감지 센서를 제공하며, 아울러 본 발명은 자기차폐판과 상기 자기차폐판의 일측면에 부착되며 소정의 개구부를 구비한 센서하우징, 상기 센서하우징의 자기차폐판측 반대쪽 면에 부착되는 전면커버 및 센서하우징의 개구부 내에 고정배치되는 코일과 상기 코일의 권선 중심부에 위치하여 자계를 발생시키는 판형의 자석을 구비하고 센서하우징의 양 측면을 각각 자기차폐판과 전면커버로 밀폐한 것을 특징으로 하는 비접촉 방식 열차 감지 센서를 제공한다.

Description

비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법{Non-contact type train detecting system and method therefore}

본 발명은 단일의 센서로써 열차의 존재 유무와 이동 여부를 동시에 감지할 수 있는 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 센서로써 선로별로 열차가 존재하는지의 여부와 존재하는 열차의 이동 여부를 비접촉방식으로 동시에 감지할 수 있는 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

종래 건널목 경보장치에 이용되던 열차감지기를 일 예로써 설명하면 레일 사이에 고주파수를 발진시키고, 열차가 그 위에 정지 또는 통과중에 열차바퀴의 레일 접촉에 의하여 축대를 통한 레일 양측에 단락 회로가 형성되어 고주파수가 도통되도록 함으로써 열차를 감지했었다.

그러나 이와 같은 종래의 회로는 레일 양측에 감지회로를 위한 케이블을 설치해야 하는 불편함이 있었고, 감지회로가 일정 거리 내로 서로 인접하여 설치될 경우에는 서로 영향을 미쳐 오동작을 일으키는 등 설치상의 많은 제약이 있었으며 또한 설치경비도 상대적으로 많이 들었었다. 또한, 역 구내와 같이 2선 이상의 복선 선로에 대해 열차를 각각 감지하는 경우, 감지회로 간의 간섭으로 인한 오동작이 불가피했었다.

이에 대한 기술로써, 대한민국 실용신안공보 실1995-0003946호를 참조하면, 철도레일상의 내측으로 설치되게 열차 유무를 감지하는 회로를 구성함에 있어서, 직류입력전압을 안정화시켜 내부회로에 안정된 전압을 제공하는 레귤레이터(IC1)와 콘덴서(C1)로 구성된 전압안정부(1), 일정한 주파수를 항시 발진하는 코일과 콘덴서로 구성된 발진부(2), 상기 발진부(2)의 발진주파수를 감지하여 지연회로부(4)에 부극성의 전압을 공급하는 감지회로부(3), 상기 감지회로부(3)의 출력을 일정시간 지속시켜 주는 지연회로부(4)로 구성됨을 특징으로 하는 열차감지회로를 특징으로 한다.

그러나 상기의 기술은 철로를 주행하거나 역 구내에 정지되어 있는 열차에 대해 적용하는 경우, 주행 중이거나 정지 상태인지의 여부가 구분되지 않으며, 아날로그 비교기 및 발진부의 주파수로써 열차의 통과 여부를 판단하므로 회로의 구성이 복잡하고 전기적인 신호로 감지된 결과가 전달되므로 전기적인 절연이 되어 있지 않아 감지부와 판독부 사이의 안전에 제약이 생길 수 있다는 문제점을 가지고 있었다. 따라서 상기의 인용기술은 단순히 건널목 경보장치 등에만 사용되는 한계를 갖고 있었다.

또한, 대한민국 공개특허공보 특1996-0022053호는 본 발명은 다치식 열차감지 방법에 관한 것으로서, 이는 종래 기술의 문제점인 열차감지 상의 오류를 해소하기 위해 인접궤도 상태를 조합하고 시간적인 요소와 이전상태를 가지고 열차의 진행방향과 열차궤도와 검지 장치의 이상을 판단하고 열차 검지 상의 과도특성(짧은 시간의 열차 유무를 반복)을 제거하도록 한 특징이 있다. 그러나 이 기술은 복수 개의 궤도 계전기를 사용하기 때문에 열차를 감지하기 위한 배선이 그만큼 복잡하고 정지상태와 이동상태의 열차를 구분할 수 없었으며, 인접궤도와 비교판단을 하는 등 복잡한 판단 기준이 적용되어 제각기 다른 상태의 선로에 이용하기에는 많은 제약이 있었다.

본 발명은 영구자석과 그 주위를 둘러싼 코일을 센서로 하고 자석의 한 극을 열차의 궤도 방향으로 하며, 자석의 다른 극쪽을 자기적으로 차폐한 뒤 본 발명의 회로와 마이크로프로세서로 구성되는 시스템을 적용함으로써 단일의 센서가 열차의 존재여부와 이동 여부를 동시에 판단할 수 있으며, 아울러 원거리에서 전기적인 접촉이 없이 광섬유를 통하여 안정적이고 안정하게 감지된 결과를 모니터할 수 있는 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

이상에서 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 면방향으로 N극 및 S극의 자극이 형성된 영구자석의 두께 측 측면으로 코일을 권선하여 구성된 열차감지센서로써 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치이다. 이 장치는 센서와 수동회로를 포함하는 센서 및 인터페이스부와, 상기 센서 및 인터페이스부에 LC 공진 주파수의 구형파를 제공하고 감지된 신호를 처리하여 열차의 존재 유무와 이동 여부를 판단하여 출력하는 마이크로프로세서, 상기 마이크로프로세서(200)로부터의 출력을 광섬유를 통해 전달하는 출력 및 송신부와, 상기 출력 및 송신부로부터 광섬유를 통해 전달되는 신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광수신 및 출력부로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 비접촉 방식의 열차 감지 장치에 대하여 마이크로프로세서가 타이머를 디세이블(disable)시키고, 출력포트 A를 고임피던스 상태로 설정하는 초기화 단계, 상기 초기화 단계에 이어 이동하는 열차를 감지하는 다이나믹 센서 루틴을 수행하는 단계, 상기 다이나믹 센서 루틴에 이어 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 인에이블(inable) 단계, 상기 인에이블 단계에 이어 정지 상태의 열차 존재 유무를 판별하는 스태틱 센서 루틴을 수행하는 단계, 상기 스태틱 센서 루틴을 수행하는 단계에 이어 다시 상기 초기화 단계로 되돌아가서 전술한 일련의 단계를 지속적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법을 제공한다.

상술한 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.

단일의 센서로써 열차의 존재 여부와 이동 여부를 동시에 판단할 수 있으며, 아울러 원거리에서 전기적인 접촉이 없이 광섬유를 통하여 안정적이고 안전하게 감지된 결과를 모니터할 수 있는 작용 및 효과가 있다.

도 1은 종래의 다치식 열차감지의 구성
도 2는 전자기 유도법칙의 개요도
도 3은 본 발명의 영구자석 및 코일로 구성되는 열차감지센서의 구조 개요도
도 4는 본 발명에서 열차를 감지하기 위한 센서의 배열
도 5는 본 발명의 센서부의 수동회로 구성
도 6은 열차의 이동 시 감지되는 신호 파형의 일례
도 7은 정지된 열차를 감지하기 위해 공급되는 신호와 이에 의해 감지되는 신호 파형의 일례
도 8은 본 발명의 시스템 구성
도 9는 본 발명의 센서 및 인터페이스부의 세부 구성
도 10은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 위한 마이크로프로세서의 최소 구성
도 11은 본 발명의 출력 및 광송신부의 구성
도 12는 본 발명의 광수신 및 출력부의 구성의 일부
도 13은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 통해 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 판단하기 위한 방법 흐름도
도 14는 본 발명에서 이동하는 열차를 감지하는 다이나믹 센서 루틴의 흐름도
도 15는 본 발명의 타이머의 동작과 인터럽트 루틴
도 16은 본 발명에서 열차의 존재 유무를 감지하는 스태틱 센서 루틴의 흐름도
도 17은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법에 의한 실시 예

본 발명의 실시 예에 따른 주행 중인 열차를 감지하는 열차감지센서는 열차가 열차감지센서에 접근하는 동안 시간에 따라 자기장이 변하면 발전기의 원리에 따라 코일에 유도전류가 발생하고 이를 감지하는 센서를 포함하여 열차의 이동 여부를 판별하도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 발명의 실시 예에 따른 주행 중인 열차를 감지하는 열차감지센서는 열차가 열차감지센서 부근에 정지되어 있는 경우 열차감지 센서의 인덕턴스 변화를 측정하여 열차의 존재 유무를 판별하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 종래의 다치식 열차감지의 구성이다. 이 기술은 궤도계전기의 상태값 또는 열차 재선 상태에 준하는 값에 시간적 요소를 부가하고 인접궤도의 조건을 비교하여 해당 궤도의 열차 검지값을 정상, 이상, 과도로 발생시켜 열차의 이동방향을 판단하는 것을 특징으로 한다. 그러나 이 기술은 복수 개의 궤도 계전기를 사용하기 때문에 열차를 감지하기 위한 배선이 그만큼 복잡하고 정지상태와 이동상태의 열차를 구분할 수 없으며, 인접궤도와 비교판단을 하는 등 복잡한 판단 기준이 적용되어 각기 다른 상태의 선로에 이용하기에는 많은 제약이 있다.

도 2는 본 발명의 기술적 사상인 전자기 유도법칙의 개요도를 나타낸다. 본 발명은 전자기 유도에 관한 기본적 법칙에 따라 단일의 센서로써 열차의 존재 유무와 이동 여부를 동시에 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

일반적으로 영구자석과 상기 영구자석에 의한 정적 자기장 내에 코일이 위치해 있는 경우, 자기력선의 변동이 없을 시에는 코일에 기전력이 발생하지 않으므로 유도전류가 발생하지 않는다. 그러나 도 2의 (a)에 도시된 것과 같이 자성체가 상기 정적 자기장 내에서 변위를 일으키는 경우 시간에 따라 자기력선의 개수를 변화시키게 되므로 이에 따라 상기 코일에는 기전력이 발생되어 유도전류가 흐르게 된다.

또한, 도 2의 (b)와 같은 경우 자석에 의한 자기장 내에 자성체가 위치하고 움직이지 않게 되면 코일에 기전력은 발생하지 않게 되지만, 코일의 인덕턴스는 자성체가 없을 경우에 비해 변화하게 되므로, 상기 코일에 직렬로 저항 R을 연결하고 외부로부터 일정 전압의 교류 신호를 저항 R과 코일로 이루어진 직렬회로에 인가하면 코일 부근에 자성체가 존재하는지의 여부에 따라 코일의 인덕턴스가 변화하므로 코일 양단간 전압이 변하게 된다.

본 발명은 도 2의 (a) 및 (b)에서와 같이 코일이 감긴 영구자석을 센서로 하고 상기 센서의 근처로 자성체인 열차가 이동할 때에는 코일로부터 유도되는 기전력을 이용하여 열차의 이동 여부를 판별하고, 또한 일정 교류 전압을 인가하여 코일 양단간의 전압 변화를 통해 열차의 존재 유무를 감지할 수 있는 하는 비접촉 방식의 열차 감지 시스템 및 그 방법을 제공한다.

도 3은 본 발명에서 영구자석 및 코일로 구성되는 열차감지센서의 구조 개요도를 나타낸다. 본 발명의 열차 감지 센서는, 면방향으로 N극 및 S극의 자극이 형성된 영구자석의 두께측 측면으로 코일을 권선하여 구성된다. 본 발명의 열차감지센서는 전체 구성의 두께를 더욱 얇게 하기 위해, 가능한 한 얇은 두께를 가지는 평판형 자석과 이를 중심으로 권선된 코일로 구성하는 것도 가능하다.

도 4는 본 발명에서 열차를 감지하기 위한 센서의 배열을 도시한 것으로서, 센서를 구성하는 영구자석의 한 극은 열차를 감지하고자 하는 방향으로 배향되며 반대 극 방향으로는 불필요한 자계의 변동을 막기 위해 자기적으로 차폐시키는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 발명의 센서는 감지하고자 하는 방향의 반대 방향에 자기차폐판을 위치시켜 원하는 방향으로부터의 자기장 변화만을 감지하도록 배설할 수도 있다. 상기 자기차폐판의 재료로는 퍼멀로이, 규소강 등 고투자율을 갖는 강자성체를 사용한다.

도 5는 본 발명의 센서부의 수동회로 구성을 나타낸다. 전술한 영구자석 및 코일로 구성되는 열차감지센서에서 코일부분은 인덕터, 즉, L로 표시될 수 있다. 본 발명에서는 상기 인덕터 L에 커패시터 C를 병렬로 연결하여 LC공진회로를 구성한다. 이때 커패시터 C의 값은 원하는 주파수에서 병렬공진이 일어나도록 설정되며 가변 커패시터를 사용하는 것도 가능하다. 센서부 코일인 인덕터 L에 커패시터 C를 이용하여 병렬로 공진시키는 이유는 상기 센서의 부근으로 열차가 지나갈 때 인덕터 L에 유도되는 기전력 신호가 불규칙하고 스파이크 형태로 감지될 수 있으므로 일차적으로 이를 공진주파수의 파형으로 정형해주는 역할을 한다.

본 발명의 센서 코일, 즉 인덕터 L 및 상기 커패시터 C로 구성되는 LC 공진회로는 그 한 단이 접지되고 다른 한 단으로부터 출력되는 신호 Sout을 감지하는 것을 기본 구성으로 한다. 이때 Sout단자에는 저항 R이 연결되고 상기 저항의 다른 단은 Sin단자로 구비하여 본 발명의 수동회로부를 구성한다. 이상과 같은 센서부의 수동회로 구성은 도 2에서 전술한 바와 같이 이동하고 있는 열차 및 정지상태의 열차를 감지할 수 있다.

이동하고 있는 열차의 감지를 위해서는 도 5의 접지(GND)단자와 Sout단자간의 유도 전압을 측정하여 열차가 이동하지 않을 경우의 잡음 레벨에 대해 열차의 이동으로 인한 유도 전압을 비교함으로써 이동하는 열차를 감지한다. 이때, 도 5의 Sin단자는 전기적으로 아무런 신호가 인가되지 않도록 한다.

정지 상태의 열차를 감지하기 위해서는 인덕터 L의 인덕턴스를 측정하면 되는데, 이는 LC 공진회로와 상기 공진회로에 직렬로 연결된 저항R에 대해 일정 교류신호를 Sin 단자에 인가하여 LC 공진회로부에 나타나는 전압을 Sout단자에서 측정하면 된다. 열차가 없을 경우 LC 공진회로의 고유 공진주파수의 신호를 Sin단자에 인가하면 Sout단자에는 최대의 신호가 공진되어 나타나지만, 인덕터 L의 부근에 열차가 존재하게 되면 인덕터 L의 인덕턴스가 변하게 되므로 인가되는 공진 주파수에 대해 LC공진회로의 고유공진 주파수가 바뀌게 되어 Sout 단자에 나타나는 신호는 전압값이 감소하게 된다. LC공진회로에 직렬로 연결되는 저항 R의 값이 작아지면 전체 RLC로 이루어지는 공진회로의 Q값(quality factor)는 커져서 열차를 감지하는 감도가 높아지고, 저항 R의 값이 커지면 상대적으로 낮은 Q값에 의해 열차감지 감도가 낮아지므로 적절한 값의 저항값을 선정해야 한다.

도 6은 열차의 이동 시 감지되는 신호 파형의 일례를 나타낸다. 앞의 도 3에서와 같이 열차가 센서 부근을 이동하게 되면 도 5의 인덕터 L에는 유도전압이 나타나고 이 전압은 커패시터 C와 공진을 일으켜 도 6의 (a)와 같은 전압으로 Sout 단자에 공급된다. 상기 Sout단자에 나타나는 신호를 도 6의 (b)와 같이 정류하고 이 정류된 신호의 크기를 잡음 레벨과 비교하여 그 이상이 되면 열차가 이동 중인 것으로 판별할 수 있게 된다. 본 발명의 열차 감지 장치는 Sout단자의 신호를 정류하고 정류된 신호를 적분하여 잡음 레벨과 비교 판단하는 것을 특징으로 하며, 이러한 일련의 처리과정을 후술할 마이크로프로세서에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 7은 정지된 열차를 감지하기 위해 공급되는 신호와 이에 의해 감지되는 신호 파형의 일례를 나타낸다. 도 7의 (a)에 도시된 파형은 도 5의 Sin 단자로 공급되는 구형파를 나타내며 신호의 발생 및 공급은 후술할 마이크로프로세서의 출력포트를 통해 이루어진다. 공급되는 구형파의 주파수는 도 4의 LC공진회로의 고유 공진주파수로써 Sin 단자에는 구형파가 공급되나 Sout 단자로는 공진된 정현파가 도 7의 (b)와 같이 나타나게 된다. 상기 Sout단자에 나타나는 신호를 도 7의 (c)와 같이 정류하고 이 정류된 신호의 크기를 열차가 없는 경우 공진값인 기준레벨과 비교하여 그 이하의 변동레벨이 되면 열차가 존재하는 것으로 판별할 수 있게 된다. 본 발명의 열차 감지 장치는 Sout단자의 신호를 정류하고 정류된 신호를 적분하여 기준레벨의 적분값과 비교 판단하는 것을 특징으로 하며, 이러한 일련의 처리과정을 후술할 마이크로프로세서에 의해 수행하는 것을 특징으로 한다.

도 8은 본 발명의 시스템 구성을 나타낸다. 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치는 도 2 내지 도 4에서 설명한 센서와 수동회로를 포함하는 센서 및 인터페이스부(100)와; 상기 센서 및 인터페이스부(100)에 LC공진 주파수의 구형파를 제공하고 감지된 신호를 처리하여 열차의 존재 유무와 이동 여부를 판단하여 출력하는 마이크로프로세서(200); 상기 마이크로프로세서(200)로부터의 출력을 광섬유를 통해 전달하는 출력 및 광송신부(300); 및 상기 출력 및 광송신부(300)로부터 광섬유를 통해 전달되는 신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광수신 및 출력부(400)로 구성된다.

도 9는 본 발명의 도 8에 대한 센서 및 인터페이스부의 세부 구성을 도시한다. 본 발명의 센서 및 인터페이스부(100)는 도 4에서 설명된 센서 코일, 즉 인덕터 L, 커패시터 C로 구성된 LC 공진회로와 이에 직렬로 연결된 저항 R을 포함한다. 저항 R과 LC공진회로가 연결된 부분으로부터 열차를 감지하기 위한 신호가 제공되며 이 신호는 전치증폭기(101)를 통해 일정레벨로 증폭되어 A/D변환기(102)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이 디지털 신호는 데이터로써 후술할 마이크로프로세서(200)의 입력포트로 공급되도록 구성된다.

또한, LC공진회로에 접속된 저항R의 타단에는 마이크로프로세서의 출력포트로부터 공급되는 LC 공진주파수의 구형파를 증폭하여 일정 레벨의 신호로 공급하는 전력증폭기(103)가 연결된다.

도 10은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 위한 마이크로프로세서의 최소 구성을 도시한다. 본 발명의 마이크로프로세서(200)는 CPU(204)와 이에 연결된 데이터버스(207)를 중심으로 출력포트(output port)A(201), 출력포트B(202), 입력포트(input port)B, 메모리 유닛(205), 타이머(206)로 구성된다. 출력포트A(201)는 전술한 센서 및 인터페이스부(100)의 전력증폭기(103)에 연결되어 전술한 RLC 공진회로에 구형파를 제공하기 위한 것으로서 1비트의 출력포트면 충분하다. 출력포트A(201)를 통해 공급되는 구형파의 주기를 비롯하여 신호의 공급은 메모리유닛(205)에 저장된 프로그램과 CPU(204)에 의해 수행된다. 입력포트B(203)은 도 9의 전술한 센서 및 인터페이스부(100)의 A/D변환기(102)로부터 제공되는 신호의 디지털 데이터를 CPU(204)로 제공하여 메모리유닛(205)에 저장 후 연산된다. 따라서, 입력포트B(203)은 A/D변환기(102)의 출력 비트 수를 충분히 읽어 들일 수 있도록 다중의 비트를 병렬로 읽어들이는 포트로 구성된다. 메모리유닛(205)은 CPU(204)의 연산 및 처리를 위한 프로그램과 데이터를 저장하기 위한 것이며, 출력포트B(202)는 일련의 처리를 통해 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 판단한 결과를 출력하는 포트로서, 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부별로 각각 1비트씩 두 비트의 출력을 사용한다. 타이머(206)는 CPU(204)에 의해 구동되고 정지되는 카운터로써 일정값을 초기값으로 하여 카운트 다운을 한 뒤 그 값이 '0'될 때마다 인터럽트 라인(208)을 통해 CPU(204)에 인터럽트 신호를 인가한다. 상기 인터럽트에 대해 CPU(204)는 수행하던 명령을 완료하고 해당 프로그램을 정지한 뒤 인터럽트 루틴을 수행하고 다시 원래 프로그램으로 복귀하여 수행하고, 타이머(206)는 주기적으로 상기의 인터럽트 동작을 수행할 수 있다.

도 11은 본 발명의 출력 및 광송신부의 구성을 도시한다. 본 발명의 출력 및 광송신부(300)는 마이크로프로세서(200)로부터 제공되는 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 2비트의 신호로 광섬유를 통해 전달되도록 하기 위한 구성으로써 광섬유의 타단은 광수신 및 출력부(400)로 연결된다. 본 발명의 광섬유 전달구조는 선로변에 위치한 센서 및 인터페이스부(100), 마이크로프로세서(200), 출력 및 광송신부(300)를 중앙관제소 내지 역사 내에 위치한 광수신 및 출력부(400)과 전기적으로 절연함으로써 보다 안정적이고 안전하게 열차를 감지할 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명의 출력 및 광송신부(300)는 마이크로프로세서(200)로부터 출력되는 열차의 존재유무와 열차의 이동여부 별로 각각 1비트씩 두 비트의 신호를 받아 각각 r1 및 LED d1과 r2 및 LED d2로 구성되는 경로를 통해 '1'이 출력되는 경우 LED가 점등되어 광섬유 f1과 f2로 각각 전달되도록 구성된다.

도 12도는 본 발명의 광수신 및 출력부의 구성의 일부를 나타낸다. 광섬유 f1을 통해 전달된 신호는 포토트랜지스터 pd1과 트랜지스터 Tr1으로 구성되는 달링턴 회로에 공급되며, 전원전압 Vcc와 부하저항 rp1으로 구성된 출력단에 광신호 입력시 0, 광신호가 없을 시 Vcc의 전압을 Vout1단자에 제공한다. 전술한 출력 및 광송신부(300)에서 제공되는 2비트에 신호에 대해 도면은 하나의 비트에 대한 광수신 및 출력부의 구성을 나타내며 또 다른 비트에 대한 구성은 동일하므로 생략하기로 한다.

도 13은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 통해 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 판단하기 위한 방법으로서 흐름도를 나타낸다. 도 13의 흐름도는 전술한 마이크로프로세서(200)에서 수행되는 프로그램으로써 구현될 수도 있다. 먼저, 마이크로프로세서(200)는 내부 타이머(206)를 동작하지 않도록 하고, 전술한 센서 및 인터페이스부(100)의 전력증폭기(103)에 신호를 공급하지 않도록 하는 타이머를 디세이블시키고, 출력포트 A를 고임피던스 상태로 설정하는 단계를 수행한다. 이어 이동하는 열차를 감지하는 다이나믹 센서 루틴을 수행하고, 상기 다이나믹 센서 루틴에 이어 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 단계를 수행한다. 상기 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 단계에 이어 정지 상태의 열차 존재 유무를 판별하는 스태틱 센서 루틴을 수행하며 상기 스태틱 센서 루틴에 이어 다시 타이머를 디세이블시키고, 출력포트 A를 고임피던스 상태로 설정하는 단계로 되돌아가서 전술한 일련의 단계를 지속적으로 반복 수행한다.

도 14는 본 발명에서 이동하는 열차를 감지하는 다이나믹 센서 루틴의 흐름도이다. 본 발명의 도 13에서 설명한 다이나믹 센서루틴은 마이크로프로세서(200)의 입력포트B(203)을 통해 A/D변환된 데이터를 읽어 들인다. 이때, A/D변환은 연속해서 수행되며 읽어 들인 샘플 수가 소정의 개수, 즉 n개가 될 때까지 반복하여 읽어 들이며 n개의 샘플이 입력되면 전체 샘플의 절대값의 총합을 계산한다. 이는 아날로그 방식에서 입력파형을 정류(절대값)하고 적분(총합)을 하는 것과 같은 연산과정이다. 이후 연산된 총합을 기준값 LM과 비교하여 기준값 LM 보다 크면 열차가 이동하고 있고, 그 이하인 경우는 열차가 없거나 정지해 있는 것으로 판별한다. 이때 기준값 LM 은 열차가 없는 경우에 대한 입력값을 기준으로 설정할 수 있고, 열차의 이동유무 판별결과는 출력포트B(202)의 하나의 비트로서 '0' 또는 '1' 을 Mo으로 선택적으로 출력한다.

도 15는 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치를 통해 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 판단하기 위한 방법 중 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 단계에서 타이머의 동작과 인터럽트 루틴을 세부적으로 표현한다. 도 10에서 설명한 타이머(206)는 인에이블되면 도 15의 (a)와 같이 초기값으로 카운터 값이 설정되고 카운터 값이 '0'으로 될 때까지 카운트다운을 한다. 이어 카운터 값이 '0'이 되면 CPU(204)에 인터럽트를 가하고 다시 카운터값을 설정하고 카운터 값이 '0'으로 될 때까지 카운트다운을 하므로 주기적인 인터럽트를 CPU(204)에 인가하게 된다.

도 15의 (b)는 상기의 타이머(206)로부터 인터럽트가 인가될 때 CPU(204)에서 수행하는 인터럽트 루틴의 흐름도이다. 타이머(206)로부터 인터럽트가 주기적으로 CPU(204)에 인가되며 매번 CPU(204)는 출력포트 A(201)의 현재값을 읽어들여 현재값이 '0'이면 그 반대값인 '1'을, 현재값이 '1'이면 그 반대값인 '0'을 출력포트A(201)로 출력한다. 결국, 타이머(206)로부터의 주기적인 인터럽트는 출력포트 A(201)에 대해 주기적으로 '1'과 '0'이 출력되므로 출력포트A(201)로 구형파가 출력된다. 이때 구형파의 주기는 타이머(206)의 초기값으로 조절이 가능하며, 출력된 구형파는 도 9에서 설명된 전력증폭기(103)를 통해 RLC회로에 공급된다.

도 16은 본 발명에서 열차의 존재유무를 감지하는 스태틱 센서 루틴의 흐름도이다. 본 발명의 도 13에서 설명한 스태틱 센서루틴은 전술한 바와 같이 사전에 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 단계에서 타이머의 동작과 인터럽트 루틴을 수행하므로 출력포트A(201)로 구형파가 출력되는 상태에서 수행된다. 먼저, 스태틱 센서루틴에서는 마이크로프로세서(200)의 입력포트B(203)을 통해 A/D변환된 데이터를 읽어 들인다. 이때 마이크로프로세서(200)는 연속해서 수행되며 읽어 들인 샘플수가 소정의 개수, 즉 n개가 될 때까지 반복하여 읽어 들이며 n개의 샘플이 입력되면 전체 샘플의 절대값의 총합을 계산한다. 이는 아날로그 방식에서 입력파형을 정류(절대값)하고 적분(총합)을 하는 것과 같은 연산과정이다. 이후 연산된 총합을 기준값 Ls 와 비교하여 기준값 Ls 보다 작으면 열차가 존재하고 있고, 그 이상인 경우는 열차가 없는 것으로 판별한다. 이때 기준값 Ls 는 열차가 없는 경우에 대한 입력값을 기준으로 설정할 수 있고, 열차의 존재여부 판별결과는 출력포트B(202)의 하나의 비트로서 '0' 또는 '1'을 So으로 선택적으로 출력한다.

도 16은 본 발명의 비접촉 방식의 열차 감지 장치 및 그 방법에 의한 일시 예를 도시한 것이다. 영구자석과 그 주위를 둘러싼 코일을 센서로 하고 자석의 한 극을 열차의 궤도 방향으로 하며, 자석의 다른 극쪽을 자기적으로 차폐한 뒤 본 발명의 회로와 마이크로프로세서로 구성되는 시스템을 적용함으로써 단일의 센서로 인하여 열차의 존재여부와 이동여부를 동시에 판단할 수 있으며, 아울러 원거리에서 전기적인 접촉이 없이 광섬유를 통하여 안정적이고 안전하게 감지된 결과를 모니터할 수 있다. 또한, 열차의 유무 여부와 이동 여부 결과의 신호를 논리회로를 이용하여 열차가 없는 경우, 열차가 있으나 정지한 경우 및 열차가 주행 이동하고 있는 경우 등의 세 가지 상태를 표시하도록 구성할 수도 있겠으나, 이는 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 채택 결합될 수 있는 선택사항이므로 생략한다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 센서 및 인터페이스부 200 : 마이크로프로세서
300 : 출력 및 광송신부 400 : 광수신 및 출력부

Claims

면방향으로 N극 및 S극의 자극이 형성된 영구자석의 두께측 측면으로 코일을 권선하여 구성된 열차감지센서와;
상기 센서와 수동회로를 포함하는 센서 및 인터페이스부(100);
상기 센서 및 인터페이스부(100)에 LC 공진 주파수의 구형파를 제공하고 감지된 신호를 처리하여 열차의 존재유무와 이동여부를 판단하여 출력하는 마이크로프로세서(200);
상기 마이크로프로세서(200)로부터의 출력을 광섬유를 통해 전달하는 출력 및 광송신부(300);
상기 출력 및 송신부(300)로부터 광섬유를 통해 전달되는 신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광수신 및 출력부(400);
로 구성되는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 인터페이스부(100)는;
상기 열차감지센서의 코일인 인덕터 L, 커패시터 C로 구성된 LC 공진회로와 이에 직렬로 연결된 저항 R을 포함하고,
상기 저항 R과 LC공진회로가 연결된 부분으로부터 열차를 감지하기 위한 신호가 제공되며, 상기 신호를 일정레벨로 증폭되도록 하는 전치증폭기(101); 및
상기 전치증폭기(101)의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 A/D변환기(102);
를 구비하여 변환된 상기 디지털 데이터를 마이크로프로세서(200)의 입력포트로 공급되도록 구성하고, LC공진회로에 접속된 저항R의 타단에는 마이크로프로세서의 출력포트로부터 공급되는 LC 공진주파수의 구형파를 증폭하여 일정 레벨의 신호로 공급하는 전력증폭기(103)가 구비된 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 마이크로프로세서(200)는;
CPU(204);
상기 CPU(204)에 연결된 데이터버스(207);
상기 데이터 버스(207)를 중심으로 출력포트(output port)A(201)와 출력포트B(202) 및 입력포트(input port)B, 메모리 유닛(205), 타이머(206)로 구성된 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 출력포트A(201)는 상기 센서 및 인터페이스부(100)의 전력증폭기(103)에 연결되어 구형파를 제공하는 1비트의 출력포트인 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 출력포트B(202)는 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 판단한 결과를 출력하는 포트로써, 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부 별로 각각 1비트씩 두 비트의 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 입력포트B(203)는, 상기 센서 및 인터페이스부(100)의 A/D변환기(102)로부터 제공되는 신호의 디지털 데이터를 CPU(204)로 제공하며 A/D변환기(102)의 출력 비트 수를 읽어 들일 수 있도록 다중의 비트를 병렬로 읽어들이는 포트인 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 3항에 있어서,
상기 타이머(206)는 CPU(204)에 의해 구동되고 정지되는 카운터로서 일정값을 초기값으로 하여 카운트 다운을 한 뒤 그 값이 ‘0’이 될 때마다 인터럽트 라인(208)을 통해 CPU(204)에 인터럽트 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 출력 및 광송신부(300)는 마이크로프로세서(200)으로부터 제공되는 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부를 2비트의 신호로 광섬유를 통해 전달되도록 구성되며, 상기 광섬유의 타단은 광수신 및 출력부(400)로 연결된 것을 특징으로 하는 열차의 존재유무와 이동여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제 1항에 있어서,
상기 출력 및 광송신부(300)는 마이크로프로세서(200)로부터 출력되는 열차의 존재 유무와 열차의 이동 여부 신호를 각각 1비트씩 두 비트의 신호로 받아 각각 저항 및 상기 저항에 직렬로 연결된 LED로 구성되는 회로를 통해 ‘1’이 출력되는 경우 LED가 점등되어 광섬유 f1과 f2로 각각 전달되도록 구성된 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 광수신 및 출력부(400)는 광섬유를 통해 전달된 신호를 수신하여 포토트랜지스터와 트랜지스터로 구성되는 달링턴 회로에 공급하여, 전원전압 Vcc와 부하저항으로 구성된 출력단에 광신호 입력시 '0' , 광신호가 없을 시 Vcc의 전압을 출력으로 각각 제공하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 장치.
면방향으로 N극 및 S극의 자극이 형성된 영구자석의 두께측 측면으로 코일을 권선하여 구성된 열차감지센서; 및 상기 센서와 수동회로를 포함하는 센서 및 인터페이스부(100); 상기 센서 및 인터페이스부(100)에 LC 공진 주파수의 구형파를 제공하고 감지된 신호를 처리하여 열차의 존재유무와 이동여부를 판단하여 출력하는 마이크로프로세서(200); 상기 마이크로프로세서(200)로부터의 출력을 광섬유를 통해 전달하는 출력 및 송신부(300); 상기 출력 및 송신부(300)로부터 광섬유를 통해 전달되는 신호를 받아 전기적 신호로 변환하는 광수신 및 출력부(400); 를 구비하여 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법에 있어서,
마이크로프로세서(200)가 타이머를 디세이블시키고, 출력포트 A를 고임피던스 상태로 설정하는 초기화 단계;
상기 초기화 단계에 이어 이동하는 열차를 감지하는 다이나믹 센서 루틴을 수행하는 단계;
상기 다이나믹 센서 루틴에 이어 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 인에이블 단계;
상기 인에이블 단계에 이어 정지 상태의 열차 존재 유무를 판별하는 스태틱 센서 루틴을 수행하는 단계;
상기 스태틱 센서 루틴을 수행하는 단계에 이어 다시 상기 초기화 단계로 되돌아가서 전술한 일련의 단계를 지속적으로 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.
제 11항에 있어서,
상기 다이나믹 센서 루틴을 수행하는 단계는 마이크로프로세서(200)의 입력포트B(203)을 통해 A/D변환된 데이터를 n개가 될 때까지 반복하여 읽어 들이며;
n개의 샘플이 입력되면 전체 샘플의 절대값의 총합을 계산하고;
연산된 총합을 기준값 LM과 비교하여 기준값 LM 보다 크면 열차가 이동하고 있고, 그 이하인 경우는 열차가 없거나 정지해 있는 것으로 판별하여 출력포트B(202)의 하나의 비트로서 ‘0’ 또는 ‘1’을 선택적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재유무와 이동여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.
제 12항에 있어서,
상기 기준값 LM은 열차가 없는 경우에 대한 입력값을 기준으로 설정하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.
제 11항에 있어서,
상기 타이머와 출력포트A를 인에이블시키는 인에이블 단계는 초기값으로 타이머의 카운터 값을 설정하고 카운터 값이 ‘0’으로 될 때까지 카운트다운을 하며 카운터 값이 ‘0’이 되면 CPU(204)에 인터럽트를 가하고 다시 카운터값을 설정되고 카운터 값이 ‘0’으로 될 때까지 카운트다운을 하여 주기적인 인터럽트를 CPU(204)에 인가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.
제 14항에 있어서,
상기 CPU는 상기의 타이머(206)로부터 인터럽트가 인가될 때 출력포트 A(201)의 현재값을 읽어들여 현재값이 ‘0’이면 그 반대값인 ‘1’을, 현재값이’1’이면 그 반대값인 ‘0’을 출력포트A(201)로 출력하는 인터럽트 루틴을 수행하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.
제 11항에 있어서,
상기 스태틱 센서 루틴을 수행하는 단계는 마이크로프로세서(200)의 입력포트B(203)을 통해 A/D변환된 데이터를 n개가 될 때까지 반복하여 읽어 들이며;
n개의 샘플이 입력되면 전체 샘플의 절대값의 총합을 계산하고;
연산된 총합을 기준값 Ls과 비교하여 기준값 Ls 보다 작으면 열차가 존재하고 있고, 기준값 Ls 보다 크면 열차가 없는 것으로 판별하여 출력포트B(202)의 하나의 비트로서 ‘0’ 또는 ‘1’을 선택적으로 출력하는 것을 특징으로 하는 열차의 존재 유무와 이동 여부를 감지하는 비접촉 방식의 열차 감지 방법.