초록 ▼

최근 철도차량의 고속화로 인한 안전의 확보 및 유지보수 비용 절감을 위한 철도차량 이상 감지, 철도시스템 노후화로 인한 유지보수 및 이를 위한 건전성 평가기술의 개발 및 관련기술 확보가 요구됨에 따라 철도차량 및 시스템의 건전성 모니터링 분야의 선도기술을 확보하는 것을 핵심 목적으로 수행한 본 연구에서는 다음의 결과가 도출 되었다.
- 철도차량 무선특성 및 차축베어링 기계적/물리적 특성 반영하여 철도차량 차축베어링 이상상태 모니터링을 위한 pilot 시스템 설계 및 개발을 완료
- SAW(무선/무전원) 온도 pilot 시

최근 철도차량의 고속화로 인한 안전의 확보 및 유지보수 비용 절감을 위한 철도차량 이상 감지, 철도시스템 노후화로 인한 유지보수 및 이를 위한 건전성 평가기술의 개발 및 관련기술 확보가 요구됨에 따라 철도차량 및 시스템의 건전성 모니터링 분야의 선도기술을 확보하는 것을 핵심 목적으로 수행한 본 연구에서는 다음의 결과가 도출 되었다.
- 철도차량 무선특성 및 차축베어링 기계적/물리적 특성 반영하여 철도차량 차축베어링 이상상태 모니터링을 위한 pilot 시스템 설계 및 개발을 완료
- SAW(무선/무전원) 온도 pilot 시스템 모니터링 환경평가를 위해 KTX 고속열차 실 주행 시험 수행 및 열차 실제 주행 환경에 맞게 pilot 시스템 성능을 개선
- 적외선열화상 기술을 이용한 대차 결함 건전성평가 및 제동 성능특성의 모니터링 기술 개발
- 다양한 철도차량(복합소재대차, KTX 대차, 표준전동차대차, 실제 정밀진단 대상인 부산시 1호선 대차 등) 건전성 평가를 실시하여, 표면 및 표면하부의 결함 특성평가를 성공적으로 실시
- 프레임 형태의 RGV 개발
- 레이저 및 영상 데이터의 정합 알고리즘 고도화 및 균열 검특 알고리즘 개발
- 브릴루앙 동적 격자를 이용하는 방식을 고안하여 시스템을 구현하였고, 실내 실험 을 수행하여 목표치를 초과하는 훌륭한 성능을 보였음
- 레이저 다이오드의 다중 변조를 이용하여 10GHz 와 30-60GHz 대역으로 분리되 광원 의 설계 및 실험을 수행하여, 시스템을 단순화 시킬 수 있는 기술 개발

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 주제별 목차 ... 4
• 주제 1 적외선 열화상기술을 이용한 철도차량 (대차 및 제동장치)의 건전성평가 기술개발 ... 5
• 요약문 ... 6
• 목차 ... 13
• 표목차 ... 14
• 그림목차 ... 15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 20
• 제1절 연구개발의 필요성 및 배경 ... 20
• 제2절 연구개발의 목표 및 내용 ... 23
• 제3절 세부 추진 계획 및 방법 ... 25
• 제4절 연구결과의 활용방안 및 기대성과 ... 26
• 제2장 적외선 열화상 비파괴 평가 기술 개발 ... 27
• 제1절 적외선 열화상 기술의 개요 ... 27
• 제2절 열화상 비파괴 평가 표준시편 시험평가 ... 41
• 제3절 위상잠금(록인) 열화상 기술 적용성 연구 및 평가 ... 52
• 제3장 제동슈 핫스팟 현상 분석 및 해석기술 개발 ... 86
• 제1절 제동슈 시험 개요 ... 86
• 제2절 제동슈 온도 모니터링 및 해석평가 ... 87
• 제4장 대차소재 시험편의 열탄성 거동 모니터링 및 해석 평가기술 개발 ... 93
• 제1절 복합소재 대차 시험편 ... 93
• 제2절 철도차량 차축 및 차륜 소재 시험편 ... 99
• 제5장 결론 ... 107
• 제6장 참고문헌 ... 108
• 주제 2 무선/무전원 SAW 센서를 이용한 철도차량 이상상태 실시간 모니터링 기술개발 ... 110
• 요약문 ... 111
• 목차 ... 112
• 표목차 ... 113
• 그림목차 ... 114
• 제1장 철도차량 모니터링 ... 117
• 제1절 국내외 철도차량 모니터링 기술 조사 및 분석 ... 117
• 제2절 철도차량 이상상태 현황 조사 및 분석 ... 122
• 2.1 차축베어링 이상으로 인한 탈선사고(국내) ... 124
• 2.2 차축베어링 이상으로 인한 탈선사고(국외) ... 129
• 제2장 철도 차량용 SAW 온도 Pilot 센서 모니터링 송수신 모듈(리더 시스템) 개발 ... 140
• 제1절 기능시뮬레이션을 통한 시스템 컨셉 결정 ... 140
• 제2절 기능 블록별 모듈 설계/제작 및 최적화 파라미터 추출 ... 154
• 2.1. 단위 모듈 결합에 의한 모듈화 된 시스템 제작 ... 155
• 2.2. 단위 기능 블록 제작 결과를 토대로 한 소형화 Sub-system 제작 ... 155
• 2.3 측정 시스템 구성 ... 159
• 2.4 측정 결과 ... 159
• 2.5 P-Matrix에 기반한 SAW 모델 ... 164
• 2.6 무전원/무선 SAW 온도 센서 특성 평가 ... 173
• 제3장 철도 차량 모니터링 적용성 연구 ... 177
• 제1절 Pilot 리더 시스템 환경 평가 연구 ... 177
• 제2절 Pilot 리더 및 센싱 시스템 철도차량 적용성 연구 ... 179
• 제4장 철도차량 SAW 온도 Pilot 모니터링 시스템 구축 연구 ... 181
• 제1절 무선 데이터의 신호처리 및 데이터 송수신 기법 연구 ... 181
• 제2절 Pilot 모니터링 시스템을 이용한 온도 측정 ... 182
• 제3절 Pilot 모니터링 시스템을 이용한 철도차량 차축 베어링 상태 모니터링 연구 ... 186
• 제5장 참고문헌 ... 193
• 주제 3 Opto-laser 터널 스캐닝 시스템 핵심기술 개발 ... 194
• 요약문 ... 195
• 목차 ... 199
• 표목차 ... 201
• 그림목차 ... 202
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 206
• 제1절 연구 배경 ... 206
• 제2절 연구 내용 및 범위 ... 208
• 1. 세부 목표 ... 208
• 2. 추진체계 ... 209
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 210
• 제1절 국내의 기술개발 현황 ... 210
• 제2절 국외의 기술개발 현황 ... 211
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 213
• 제1절 고정밀 측정을 위한 RGV(자율 주행 시스템) 기능 개선 ... 213
• 1. 개 요 ... 213
• 2. RGV의 세부 사양 ... 214
• 3. RGV 설계 및 시뮬레이션 ... 215
• 4. RGV 제작 ... 218
• 5. RGV의 주요 성능 개선 사항 ... 221
• 6. 고정밀 RGV 운전제어를 위한 DSP 기반의 RGV Control Board 개발 ... 226
• 제2절 고해상도 레이저데이터획득을 위한 교차측정알고리즘 개발 ... 235
• 1. 개 요 ... 235
• 가. 레이저 스캐닝 데이터에 대한 수직방향 해상도 ... 235
• 나. 레이저 스캐닝 데이터에 대한 수평방향 해상도 ... 236
• 2. 구현방안 ... 240
• 가. 수직 해상도 향상을 위한 Double Data Fitting 기법 개발 ... 240
• 나. 수평 해상도 향상을 위한 Scan Parameter LUT(Look-up Table) 작성 ... 242
• 3. 결과 ... 244
• 가. Double Data Fitting 기법 적용 결과 ... 244
• 나. Scan Parameter LUT(Look-up Table) 작성 ... 245
• 제3절 고해상도 영상 획득을 위한 영상 적응 필터 개발 ... 253
• 1. 개 요 ... 253
• 가. 원시 영상의 특성 불균형 ... 253
• 나. 비균질적 명암 변화를 포함한 영상 ... 255
• 2. 구현방안 ... 255
• 가. 동일한 특성을 가진 원시 영상 획득 ... 255
• 나. 영상 내의 비균질적 명암 변화 ... 256
• 다. 영상 적응 필터 ... 257
• 라. 크랙 검출 알고리즘 ... 274
• 3. 영상 개선 및 크랙 검출 결과 ... 276
• 제4절 3차원 모델링과 시뮬레이션을 위한 데이터 생성 기법 개발 ... 279
• 1. 개요 ... 279
• 가. 대용량 레이저 데이터의 처리를 위한 속도 개선의 문제 ... 279
• 나. 3차원 모델링에 대한 문제 ... 281
• 2. 구현방안 ... 282
• 가. 대용량 레이저 데이터의 처리를 위한 속도 개선 ... 282
• 나. 3차원 모델링과 시뮬레이션을 위한 데이터 생성 기법 개발 ... 285
• 3. 터널 스캐닝 데이터를 이용한 3차원 터널 랜더링 결과 ... 300
• 제5절 결론 ... 306
• 제4장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 307
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 308
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 309
• 제7장 참고문헌 ... 310
• [부록1] Scan Parameter LUT 작성을 위한 matlab 코드 ... 313
• [부록2] Scan Parameter LUT 작성을 위한 C 코드 ... 315
• 주제 4 광섬유 센서를 이용한 철도구조 모니터링 기술 개발 ... 317
• 요 약 문 ... 318
• 목 차 ... 320
• 그 림 목 차 ... 321
• 제 1장 제1장 서 론 ... 324
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 324
• 제2절 연구개발의 범위 ... 333
• 제 3장 제2장 레일 변형 및 온도의 동시 검지를 위한 시스템 설계 ... 334
• 제1절 온도/변형율 검지를 위한 분포형 광센서의 이론 및 사례 ... 334
• 제2절 브릴루앙 동적 격자를 이용한 온도/변형율 분포의 분리형 측정 ... 376
• 제 5장 제3장 광섬유 센서 시스템 다중 광파 발생 및 제어 기술 연구 ... 384
• 제1절 TEC 공유를 이용한 두 LD의 광 주파수 안정화 연구 ... 384
• 제2절 단일 LD의 2중 변조를 이용한 3파장 광원의 발생 및 제어 연구 ... 393
• 제 7장 제4장 데이터 송신 및 분산저장 기술 연구 ... 403
• 제1절 센서 시스템의 데이터 송신을 위한 유선 송신기능 설계 ... 403
• 제2절 데이터베이스 연계 대규모 분산저장 모듈 개발 ... 408
• 제 9장 제5장 결 론 ... 415
• 제 11장 제6장 연구 개발 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 416
• 제1절 연구 개발 목표 및 달성도 ... 416
• 제2절 관련분야에의 기여도 ... 417
• 제 13장 제7장 연구개발결과의 활용계획 ... 419
• 제1절 추가연구의 필요성 ... 419
• 제2절 타 연구에의 응용 ... 419