KR0132531Y1

KR0132531Y1 - 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서 구동회로

Info

Publication number: KR0132531Y1
Application number: KR2019950036895U
Authority: KR
Inventors: 이남재
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-11-29
Filing date: 1995-11-29
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR970025043U

Abstract

본 고안은 선박이나 해양 구조물에 예인선으로 연결되어 360°전방위의 표적탐색이 가능한 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서를 에러 발생없이 안정되게 구동시키기 위한 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서 구동회로에 관한 것으로, 선배열 음과 탐지기 센서부에 있어서, 전원(Vcc)이 인가되면 출력단자(Out put)에 클럭신호를 출력하고 인터럽트(INT)를 통해 방위센서(45)에서 출력된 그레이코드(직렬) 신호를 읽어 평균치를 구하여 바이너리 코드(병렬) 신호로 변환하여 D/A변환기(미도시)에 디지탈신호로 출력하는 원칩마이컴(46)과, 상기 원칩마이컴(46)의 클럭신호에 의해 온/오프되는 트랜지스터(Q2)(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)에 인가되는 전원(Vcc)을 다운시키기 위해 직렬접속된 다이오드(D1)(D2)와, 상기 트랜지스터(Q1) 콜렉터에 직렬접속되어 방위센서(45)의 출력신호와 같은 클럭신호를 분할하여 원칩마이컴(46) 인터럽트(INT)단자에 입력하는 저항(R2)(R3)을 구비하여 선배열 음파 탐지기의 신호전송모듈의 센서부 방위센서에서 감지된 수중신호를 정확하게 산출하여 평균값을 구할 수 있도록 데이타를 안정되게 수신하기 위한 원칩마이컴를 에러발생없이 안정되게 구동시킬 수 있는 것이다.

Description

선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서 구동회로

제1도는 선배열 음파 탐지기의 센서부를 개략적으로 보인 일 예시도.

제2도는 선배열 음파 탐지기의 구성을 보인 블럭도.

제3도는 본 고안을 해결하기 위한 회로도.

제4도는 제3도의 각단의 파형도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 꼬리로프조립체 20 : 배열안정화모듈

21 : 방위센서 22 : 수심센서

30 : 저주파음향모듈 31,32 : 롤센서

33 : 수중청음기 34 : 전단증폭기

35 : 해수잡음보상회로 36 : 보호회로

40 : 신호전송모듈 41 : 수심센서

42 : 아날로그멀티플렉서 43 : 자동이득조정앰프

44 : A/D변환기 45 : 방위센서

46 : 원칩마이컴 50 : 고주파음향모듈

51 : 수중청음기 52 : 전단증폭기

53 : 해수잡음보상회로 54 : 보호회로

60 : 진동격리모듈 61 : 버퍼

62 : 텐센 63 : 미세진동버퍼

64 : 미세진동텐션 65,66 : 가속센서

70 : 예인케이블 Q1,Q2 : 트랜지스터

D1,D2 : 다이오드 R1~R6 : 저항

C1 : 콘덴서 Vcc : 전원

본 고안은 선박이나 해양 구조물에 예인선으로 연결되어 360° 전방위의 표적탐색이 가능한 선배열 음파 탐지기의 센서부에 관한 것으로, 특히 선배열 음파 탐지기 센서부 방위센서를 에러발생 없이 안정되게 구동시키기 위한 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서 구동회로에 관한 것이다.

일반적으로, 선배열 음파 탐지기의 센서부가 수중의 음향신호를 감지하는 방식흔 크게 제1도에 도시한 바와 같이, 최종적으로 진동을 감쇄시키는 꼬리로프조립체(10)와, 미소한 진동에 의한 잡음 영향을 배제시키기 위한 배열안정화모듈(20)과, 저주파의 음파를 수신하는 저주파음향모듈(30)과, 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 신호전송모듈(40)과, 고주파의 음파신호를 수신하는 고주파음향모듈(50)과, 진동을 감쇄시키기 위해 진동격리모듈(60)과, 선박이나 해상 구조물에 선배열 음파탐지기를 연결하는 예인케이블(70)을 구비한다.

상기 저주파음향모듈(30)은 수중의 저주파의 음향을 수신하는 저주파용 수중청음기(33)와, 저주파용 수중청음기(33) 출력단의 전기신호를 증폭하는 저주파용 전당증폭기(34)와, 저주파의 잡음성분을 감쇄시키는 해수잡음보상회로(35)가 캐스케이드(Cascade)로 연결되어 있다.

상기 고주파음향모듈(50)의 구성도 상기의 저주파음향모듈(30)과 같은데, 해수의 고주파를 수신하는 고주파용 수중청음기(51)와, 고주파용 수중청음기(51) 출력단의 전기신호를 증폭하는 고주파용 전단증폭기(52)와, 저주파 성분의 잡음을 감쇄시키면서 고주파 신호성분을 증폭시켜주는 해수잡음보상회로(53)가 종속 연결되어 있다. 상기 신호전송모듈(40)은 고주파음향모듈(50)과 저주파음향모듈(30)의 아날로그 출력신호를 수신하는 아날로그멀티플렉서(42)와, 신호를 증폭하는 자동이득증폭앰프(43)와, 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D 변환기(44)와, 예인방향을 감지하는 방위센서(45)와, 수심을 감지하는 수심센서(41)로 이루어진다. 상기 진동격리모듈(60)은 진동을 완충시키는 버퍼(61)와 진동을 감쇄하는 텐션(62)과 상기 텐션(62)에서 제거되지 않은 잔류 진동성분을 제거하는 미세진동버퍼(63)와 미세진동텐션(64)과 가속센서(65)(66)를 구비한다. 상기 배열안정화모듈(20)은 진동격리모듈(60)에서 감쇄되지 않은 진동을 밖으로 전달시켜 배열을 안정화 시키는 기능을 하는 모듈로서 수심을 감지하는 수심센서(22)와 예인방향을 감지하는 방위센서(21)로 구성된다.

상기의 배열에 덧붙여 최종적으로 잔류진동 감쇄하는 꼬리로프조립체(10)로 구성된다.

상기와 같은 구성의 선배열 음파 탐지기의 센서부의 작동을 제2도를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

저주파음향모듈(30)은 수신된 음향신호중의 저주파 신호를 전기적 신호로 변환시키는 기능의 모듈이다. 즉, 해수입자의 기계적 소,밀 작용에 의해 전파되는 진동은 주파수의 제곱과 진폭과의 곱에 정비례하는 크기로 저주파용 수중청음기(33)에 출력변화를 일으킨다. 이로 인해 저주파용 수중청음기(33)의 압전소자는 출력단에 전기신호를 발생시킨다.

상기에서 유도된 전기 신호는 후단의 저주파용 전단증폭기(34)에서 신호증폭과 잡음제거의 효과를 나타내는데 상세한 동작을 살펴보면 다음과 같다.

저주파 즉, 음파와 같이 대부분의 에너지가 저주파 영역에 존재하는 신호는 같은 크기의 고주파 성분으로 인하여 커다란 주파수 편이(frequency deviation)를 발생시키지 않는다. 그러므로 신호의 에너지가 할당된 대역폭에 균일하게 분포하는 것이 아니라 고주파 부분의 에너지는 적게 분포한 결과 고주파 신호에 대해서는 아주 낮은 신호 대 잡음비(Signal To Noise Ratio : S/N)를 나타내는 약점을 가진다. 이러한 약점을 개선하기 위한 프리 엠퍼시스(Pre-Emphasis)와 디엠퍼시스(De-Emphasis) 방식은 송신기에서는 신호레벨이 높고 잡음이 어느 정도 억제될 수 있어 변조할 신호를 저주파에 비하여 고주파를 확장시켜 의도적으로 변경하고 수신기에서는 신호레벨이 높고 잡음이 어느 정도 억제될 수 있어 복조할 신호를 고주파에 비하여 저주파를 확장시켜 의도적으로 변경해야 한다. 이렇게 고주파 확산을 발생하도록 신호를 변경하는 것을 프리 엠퍼시스 여파라 하고, 저주파 성분을 고주파에 비해 확장시키는 것을 디 엠퍼시스라 한다.

이로인해 신호 대 잡음비(S/N)이 수신단에서 증가하게 된다.

상기의 프리 엠퍼시스와 디엠퍼시스를 통칭하여 엠퍼시스라 한다.

상기의 저주파용 전단증폭기(34)에서 수중청음기(33)의 작은 신호를 신호 처리하기에 적당한 크기로 증폭시킨다.

통상, 수중음파는 저주파의 형태로 존재하는 경우가 많으므로 신호의 정밀 측정을 위해서 선배열 음파 탐지기의 센서부에 저주파 음향모듈(50)을 다수개 장치하여 해수의 미세한 저주파 신호도 포착 가능하도록 하였다. 이때 잡음도 신호에 실려 같이 증폭되므로 주변잡음 뿐만 아니라 증폭소자 자체 잡음요인(증폭소자에서 발생하는 잡음을 저역통과 여파기 주파수 대역에서 발생하는 1/f 잡음, shot 잡음, 그리고 Johnson 잡음 등)이 있다. 1/f 잡음은 저역통과 대역에서 발생하며, Johnson 잡음, shot 잡음은에프엠(Frequency Modulation : FM)대역 이상에서 나타나고 주파수대역에 균일하게 분포하는 특성이 있으므로 이의 제거도 고려하여 증폭회로(미도시)의 대역폭을 제한함으로서 잡음 레벨을 감소시키고 있다.

상기의 저주파음향모듈(30)과 더불어 해수의 고주파 음파신호를 감지하기 위한 고주파음향모듈(50)의 동작도 상기의 방식과 같다. 다음으로 신호전송모듈(40)에서는 상기의 음향 모듈에서 전류 형태의 고주파음향모듈(50) 신호와 저주파 음향모듈(30) 신호를 콘디쇼닝(Conditioning)하고, 이를 디지탈 데이타화 하기 위해 펄스 코드 변조(Pulse Code Modulation : PCM)화 한다.

상기 펄스 코드 변조(PCM)는 신호를 숫자의 연속으로 전송하는 방식으로 신호를 크기에 따라 표본화, 양자화하고 표본화된 신호는 양자화된 레벨화하는 방식으로 보통 그레이 코드(Gray Code) 2진 코딩방식이 사용된다.

제2도를 통해 예인형 선배열 음파 탐지기의 센서부의 신호전송모듈(40) 동작을 살펴보면 다음과 같다.

고주파음향모듈(50)과 저주파음향모듈(30)에서 수신, 증폭된 신호가 순차적으로 디지탈 신호화 하기 위해 아날로그멀티플렉서(42)에 입력되면 상기 아날로그멀티플렉서(42)는 수신된 신호를 순차적으로 자동이득 조정앰프(43)를 통해 진폭이 증폭되어진 후 A/D변환기(44)에서 아날로그 신호는 진폭의 크기에 따라 대응하는 크기로 표본화, 양자화되어 디지탈 신호화 한다. 여기에서 아날로그 신호는 크기에 따라 대응하는 디지탈 신호로 표본화, 양자화되어져 디지탈 신호화 된다. 또한 방위센서(45)는 예빈방위를 포착하고, 수심센서(41)는 수심정보를 각각 측정하여 상기 신호전송모듈(40)에서의 음향신호처리 루트와 같이 펄스코드변조되어 디지탈 신호와 되어 음향신호와 같이 함상의 신호처리부(미도시)로 전송되어 진다. 그 다음으로 진동격리모듈(60)은 예인함 및 예인케이블(120)에서 발생되는 진동을 감쇄시키기위한 것으로, 예인으로 인한 진동 발생을 텐션(62)과 미세진동 텐션(64)으로 감지하여 버퍼(61)와 미세진동버퍼(64)에서 진동 완충을 하고, 각각의 가속센서(65)(66)는 센서운용시 가속을 감지한다. 또한 꼬리로프조립체(10)는 배열안정화모듈(20)의 진동모듈에서 감쇄되지 않는 진동이 꼬리로프조립체(130)를 통하여 밖으로 전달되도록 하여 배열을 안정화 시켜 최종적으로 선배열 음파 탐지기의 센서부의 잔류 진동을 방지한다.

상기 예인형 선배열 음파 탐지기의 센서부는 해수의 수심, 방위등에 관한 여러 데이타 정보수집이 가능하고 수집된 정보의 고품위 신호 처리를 위해 저주파와 고주파를 분리처리하여 매질에 의한 잡음 효과현상을 제거할 수 있으나, 정밀탐사나 넓은 지역 탐사 원거리 신호의 탐지 식별등에는 한계를 나타내는 결점이 야기되었던 것이다.

본 고안에서는 원거리 탐사 360°전방위 신호의 식별능력의 정교성이 요구되는 분야에서 고품질의 신호 식별가능과 설치의 간편성을 제공하고, 고속의 신호감지를 실현하기 위하여 선배열 음파 탐지기의 신호 전송모듈의 센서부 방위센서에서 감지된 수중신호를 정확하게 산출하여 평균값을 구할 수 있도록 데이타를 안정되게 수신하기 위한 방위센서를 에러발생없이 안정되게 구동시키기 위한 회로를 제공함에 그 목적이 있다.

본 고안은 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서(45) 구동회로로서, 전원이 인가되면 초기화되어 출력단자에 상기 방위센서(45) 구동을 위한 클럭신호를 출력하고 인터럽트 단자를 통해 상기 방위센서(45)에서 출력된 구형파 검출 신호의 하강 에지를 검출하여 검출 방위를 나타내는 소정 비트의 그레이코드값을 소정 회수 읽어서 그 평균치를 구하여 바이너르 코드 신호로 변환하여 출력하는 원칩마이컴(46)과, 상기 원칩마이컴(46)의 클럭신호에 의해 온/오프 되어 상기 방위센서(45)로 구형파 구동 신호를 출력하는 2단 트랜지스터(Q2)(Q1)를 포함하되, 상기 구형파 구동 신호를 출력하는 트랜지스터(Q1) 콜렉터와 접지 사이에 두 저항(R2,R3)을 직렬 접속하고 상기 구형파 검출 신호는 상기 두 저항(R2,R3) 사이의 접점을 통하여 상기 원칩마이컴(46)으로 인가되는 것을 특징으로 한다.

이를 첨부 도면에 의해 설명한다.

최종적으로 진동을 감쇄시키는 꼬리로프조립체(10)와, 미소한 진동에 의한 잡음 영향을 배제시키기 위한 배열안정화모듈(20)과, 저주파의 음파를 수신하는 저주파음향모듈30)과, 입력되는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 신호전송모듈(40)과, 고주파의 음파신호를 수신하는 고주파음향모듈(50)과, 진동을 감쇄시키기 위해 진동격리모듈(60)과, 선박이나 해상 구조물에 선배열 음과 탐지기를 연결하는 예인케이블(70)을 구비하고, 상기 신호전송모듈(40)은 고주파음향모듈(50)과 저주파음향모듈(30)의 아날로그 출력신호를 수신하는 아날로그멀티플렉서(42)와, 신호를 증폭하는 자동이득증폭엠프(43)와, 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하는 A/D변환기(44)와, 360°전방위에 대해 일정간격(0.35°)간격으로 방위를 측정하는 방위센서(45)와, 수심을 감지하는 수심센서(41)를 포함한다. 또한, 선배열 음파 탐지기의 센서부에 있어서 방위센서(45)를 구동하기 위한 회로로서, 전원(Vcc)이 인가되면 출력단자(Out put)에 클럭신호를 출력하고 인터럽트(INT) 단자를 통해 방위센서(45)에서 출력된 그레이코드(직렬) 신호를 읽어 평균치를 구하여 바이너르 코드(병렬) 신호로 변환하여 디지탈신호로 출력하는 원칩마이컴(46)과, 상기 원칩마이컴(46)의 클럭신호에 의해 온/오프되는 트랜지스터(Q2)(Q1)와, 상기 트랜지스터(Q1)에 인가되는 전원(Vcc)을 다운시키기 위해 직렬접속된 다이오드(D1)(D2)와, 상기 트랜지스터(Q1) 콜렉터에 직렬접속되어 방위센서(45)의 출력신호와 같은 클럭신호를 분할하여 원칩마이컴(46) 인터럽트(INT) 단자에 입력하는 저항(R2)(R3)을 구비한다.

도면의 설명중 미설명 부호 저항(R1)(R4)(R5)은 각단을 보호하기 위한 저항이고, 콘덴서(C1)와 저항(R6)은 원칩마이컴(46)을 리세트시키기 위한 소자이다.

이하 첨부된 도면에 의해 본 고안에 따른 작용 및 효과를 설명한다. 제1도는 선배열 음파 탐지기의 센서부를 개략적으로 보인 일예시도이고, 제2도는 선배열 음파 탐지기의 구성을 보인 블럭도이며, 제3도는 본 고안을 해결하기 위한 회로도이고, 제4도는 제3도의 각단의 파형도이다.

선배열 음파 탐지기의 센서부에 관해서는 본 고안의 전단에서 이미 기술하고 있으므로 본 고안의 작용 효가에서는 생략하기로 한다.

제2도를 통해 예인형 선배열 음파탐지기 센서부의 신호전송모듈(40) 동작을 살펴보면 다음과 같다.

고주파음향모듈(50)과 저주파음향모듈(30)에서 수신, 증폭된 신호가 순차적으로 디지탈 신호화 하기 위해 아날로그멀티플렉서(42)에 입력되면 상기 아날로그멀티플렉서(42)는 수신된 신호를 순차적으로 자동이득 조정앰프(43)를 통해 진폭이 증폭되어진 후 A/D변환기(44)에서 아날로그 신호는 진폭의 크기에 따라 대응하는 크기로 표본화, 양자화되어 디지탈 신호화 된다. 이때 아날로그 신호는 크기에 따라 대응하는 디지탈 신호로 표본화, 양자화되어져 디지탈 신호화 된다. 또한 방위센서(45)는 예인방위를 포착하고, 수심센서(41)는 수심정보를 각각 측정하여 상기 신호정송모듈(40)에서의 음향신호처리 루트와 같이 펄스코드변조(PCM)되어 디지탈 신호화 되어 음향신호와 같이 함상의 신호처리부(미도시)로 전송되어 진다. 그 다음으로 진동격리모듈(60)은 예인함 및 예인케이블(120)에서 발생되는 진동을 감쇄시키기 위한 것으로, 예인으로 인한 진동 발생을 텐션(62)과 미세진동 텐션(64)으로 감지하여 버퍼(61)와 미세진동버퍼(64)에서 진동완충을 하고, 각각의 가속센서(65)(66)는 센서운용시 가속을 감지한다. 또한 꼬리로프조립체(10)는 배열안정화모듈(20)의 진동 모듈에서 감쇄돼지 않는 진동이 꼬리로프조립체(130)를 통하여 밖으로 전달되도록 하여 배열을 안정화 시켜 최종적으로 선배열 음파 탐지기의 센서부의 잔류 진동을 방지한다.

본 고안에서 주요골자로 다루고자 하는 방위센서(45)를 구동시키기 위한 과정을 살펴본다.

원칩마이컴(46)에 일예로⁺5V의 전원(Vcc)이 인가되면 콘덴서(C1)와 저항(R6)값에 의해 리세트(Reset)되어 상기 원칩마이컴(46)이 초기화된다. 상기 원칩마이컴(46)이 초기화되므로 인하여 이의 출력단자(Out put)를 통해 클럭신호가 출력되어 저항(R5)을 경유하여 트랜지스터(Q2) 베이스에 구형파신호를 입력한다. 상기 트랜지스터(Q2) 베이스에 구형파신호가 입력되면 클럭신호의 주기에 따라 온/오프 작용을 반복하여 스위칭 트랜지스터(Q1)를 온/오프 시킨다. 이때 트랜지스터(Q1)에 공급되는 전원(Vcc)이⁺12V 이므로 직렬접속된 다이오드(D1)(D2)의 정류작용에 의해 일정레벨로 전압이 다운된다. 상기 원칩마이컴(46)에서 출력되는 클럭신호에 의해 트랜지스터(Q2)(Q1)가 온/오프 작용을 반복하므로 트랜지스터(Q1)의 콜렉터측의 A단자에서 제4a도와 같은 구형파 펄스가 방위센서(45)에 입력된다.

상기 방위센서(45)에서 제4a도와 같은 구형파 구동 신호를 인가하면 방위센서(45)에서 출력되는 신호는 직렬접속된 저항(R2)(R3)에 의해 분할되어 이의 B단자에는 제4b도와 같은 일그러진 구형파 펄스가 출력되어 원칩마이컴(46)에 인터럽트(INT) 신호로 입력된다. 즉, 방위센서(45)는 인가된 구형파 구동 신호에 의거하여 구동되어 현재 위치의 방위를 검출하여 검출된 방위를 출력하게 되는데, 이때 검출된 방위값은 일정비트(예 : 10비트)의 그레이 코드 형태로 출력하게 되며, 이 그레이 코드 형태에서 0과 1의 구분은 제4b도와 같이 구형파 검출 신호의 그 하강 에지가 일그러진 형태일 경우에는 1의 값이되며, 그 하강 에지가 일그러지지 않은 형태를 가질 경우에는 0의 값이되어, 이러한 하강에지의 가변으로 검출된 방위값을 출력하게 된다. 따라서 원칩마이컴(46)은 인터럽트(INT) 신호로 입력된 방위센서(45)의 출력신호에 대한 하강에지를 체크하고 일정비트(예 : 10비트)의 그레이 코드(직렬) 신호를 읽게된다. 이때, 원칩마이컴(46)은 인터럽트(INT) 단자로 입력되는 방위센서(45)의 출력신호를 소정회수 반복하여 읽어서 그 평균치에 대한 그레이 코드(직렬) 신호를 바이너리 코드(병렬) 신호로 변환하여 후단의 D/A변환기(미도시)로 출력한다.

상술한 바와 같이 본 고안은 원거리 탐사 360°전방위 신호의 식별 능력의 정교성이 요구되는 분야에서 고품질의 신호 식별가능과 설치의 간편성을 제공하고, 고속의 신호감지를 실현하기 위하여 선배열 음파 탐지기의 신호전송모듈의 센서부 방위센서에서 감지된 수중신호를 정확하게 산출하기 위하여 데이타를 안정되게 수신하기 위한 방위센서를 에러발생없이 안정되게 구동시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서(45) 구동회로로서, 전원이 인가되면 초기화되어 출력단자에 상기 방위센서(45) 구동을 위한 클럭신호를 출력하고 인터럽트 단자를 통해 상기 방위센서(45)에서 출력된 구형파 검출 신호의 하강 에지를 검출하여 검출 방위를 나타내는 소정 비트의 그레이코드값을 소정 회수 읽어서 그 평균치를 구하여 바이너리 코드 신호로 변환하여 출력하는 원칩마이컴(46)과, 상기 원칩마이컴(46)의 클럭신호에 의해 온/오프되어 상기 방위센서(45)로 구형파 구동 신호를 출력하는 2단 트랜지스터(Q2)(Q1)를 포함하되, 상기 구형파 구동 신호를 출력하는 트랜지스터(Q1) 콜렉터와 접지 사이에 두 저항(R2,R3)을 직렬 접속하고 상기 구형파 검출 신호는 상기 두 저항(R2,R3) 사이의 접점을 통하여 상기 원칩마이컴(46)으로 인가되는 것을 특징으로 하는 선배열 음파 탐지기 센서부의 방위센서 구동회로.