KR100386445B1 - 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 센서를 일정형태의 공간구조로 이루어진 신축성 재질의 방수막으로 둘러싸고 그 공간내부에 유전체 물질을 담아서 수심에 따른 외부압력의 증가를 내압으로 상쇄시켜 압력의 변화에 따른 영향을 최소화한 상태에서 음향을 탐지할 수 있게 하는 수중음향 센서에 관한 것으로, 수중 속에서 음파를 감지하는 센서 (10)와, 상기 센서(10)를 둘러싸고 공간을 형성하여 그 공간에 액체 유전체(21)를 수용하는 일정형태의 신축성 재질로 형성된 신축성 방수막(20)과, 상기 센서를 신축성 방수막의 내부 중심에 위치하도록 센서의 단부에서 지지하고 신축성 방수막 (20)을 지지하면서 외부로 연장되는 지지부재로 구성되어, 신축성 방수막의 경계면에서 수심의 변화에 따른 외부압력의 영향을 받지 않고 동적압력의 변화를 정확하게 감지하여 음파를 고감도로 감지할 수 있으며, 또한, 센서가 수용된 신축성 방수막의 외부를 감싸 물의 출입이 자유로운 다공성 외부 케이스(40)를 추가로 설치함으로써, 수생생물이 부착되지 않으며, 물의 흐름에 의하여 발생하는 저주파 잡음의 발생을 방지할 수 있고, 센서를 둘러싸는 신축성 방수막의 형상을 변형시킴으로써 지향성과 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서{Hydrophone having a Elastic Water-proof Material}

본 발명은 수중에서 음향을 탐지하는 수중음향 센서에 관한 것으로, 특히 신축성 재질로 이루어진 방수막으로 경계면을 형성하고, 그 경계면의 내부영역에 유전체 물질을 채운 상태에서 유전체내에 센서를 설치하여 설치수심에 따라 증가되는 외부압력을 내압으로 상쇄시킴으로써 센서가 압력의 변화에 따른 영향을 최소화한 상태에서 음향을 탐지할 수 있게 하여 주는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서에 관한 것이다.

물속에서는 깊이에 따라 수압이 달라지게 되는데, 대략 수심 10m당 1기압의 압력을 받게 된다. 통상, 수압은 수심이 변하지 않으면 그 압력도 변하지 않아 이를 '정압(靜壓)'이라고 하며, 한편 수중속의 음파는 물이라는 매질을 통하여 물입자가 소밀파의 진동을 일으켜서 압력의 변화를 만드는데, 이를 '동압(動壓)'이라고 한다. 그런데 정압(靜壓)은 수심에 따라 달라지는 것으로 동압(動壓)에 비해 엄청나게 큰 값을 갖는다.

수중음향 센서는 물속에서의 압력의 변화, 즉 동압(動壓)을 감지하여 물속에서의 소리를 듣게 하는 감지장치이다. 예를 들어 수중의 어군 탐지나 잠수함의 탐지, 해저에서의 화산 및 지진활동 등에 대한 탐지는 그들이 물속에서 발생시키는 압력의 변화, 즉 고유의 음향을 수중음향 센서가 감지함으로써 그 위치를 추적하게 된다.

종래 수중에서 음향을 탐지하기 위해서는 중간에 공기층을 개재시켜 수중을 통해 전달되는 음파를 공기중의 음파로 변환하여 마이크로 탐지하거나, 공기층의 개재없이, 즉 센서를 방수되는 케이싱내에 감싸서 이 케이싱을 통해 전달되는 음파에 의한 진동을 센서가 탐지하거나 또는 물체에 광화이버를 감아서 진동에 의해 광화이버를 통과하는 빛의 위상차에 의해 음파를 감지하는 방법 등을 사용하고 있었다.

종래 공기층을 개재시켜 마이크로 감지하는 수중음향 센서의 구성을 나타내는 예가 도1에 도시된다.

이러한 수중음향 센서는 고강도 합금제 케이스(C)에 센서(1), 마이크(2), 증폭기(3) 및 밧데리(4) 등을 탑재한 단단한(rigid) 밀폐구조의 형태로 구성되어 수심이 깊은 곳에 설치된다.

이와 같은 종래의 수중음향 센서는 수심이 깊어짐에 따라 증가되는 수압에 견디고, 바닷물에 의한 부식을 방지하기 위해 고가인 티타늄 금속 등이나, 특수 플래스틱을 사용하여 견고한 구조로 제작하게 된다.

이와 같은 센서 구조는 센서에 가해지는 높은 고압의 정압(靜壓)인 수압을 견디도록 단단한 재질로 조립되어 수압을 견디면서 파괴되지 않도록 하여야 하기 때문에 그 제조비용이 고가일 수밖에 없으며, 단단한 재질로 구성되어서 그 크기가 변하지 않기 때문에 항상 일정한 내압을 갖게 되고, 외압은 수심이 깊어짐에 따라 커져서 내압과 외압의 차이는 커지게 된다.

또한, 마이크(2)가 설치되는 전면의 케이스 표면이 매끈한 표면으로 이루어져 있기 때문에 수생생물이 잘 부착되어 음파의 전달을 방해하는 장애물이 되어 센서의 감도를 현저하게 감소시키는 문제점을 갖고 있다.

또한, 이와 같은 종래의 수중음향 센서의 경우에는 대부분 압전소자를 센서로 사용하는데, 이것을 물속에 설치하면 높은 수압에 의하여 일정한 크기의 정압(靜壓)을 계속 받게 되며, 또한 해류의 흐름에 직접적으로 노출되어 잡음의 발생 등 그 영향을 받으면서 동작하게 됨으로써 감도의 저하를 일으키는 문제점을 갖고 있다.

도2에 종래의 수중음향 센서에서 압전소자를 센서로 사용하는 구성을 나타내는 단면도가 도시된다.

이 수중음향 센서는 케이싱(C)의 전면에 음향고무(5)를 부착시키고, 센서로사용되는 압전소자(6)의 앞부분과 뒷부분을 금속몸체(7a,7b)로 채우고 이들과 압전소자를 인장볼트(8)로 조인 후 케이싱(C)의 내부에 넣어서 사용하며, 동압(動壓)인 음파의 압력 변화가 압전소자(6)를 압축팽창시켜 이에 의해 전압이 발생되게 하여 신호출력장치(9)를 통해 외부로 출력함으로써 음파를 감지하게 되는 구성으로 이루어져 있다.

이와 같은 수중음향 센서는 수심이 깊어져서 수압이 커지면 가해지는 정압(靜壓)인 수압의 크기에 비해, 동압(動壓)인 음압의 변화는 미세하여 상대적으로 음파의 진동을 감지하기 어렵고, 큰 수압이 작용하는 상태에서 동작되므로 상당한 수준으로 압축된 상태에서 동작을 하여야 하기 때문에 몸체가 깨져 제 기능을 발휘하지 못하게 될 뿐만 아니라, 압축에 의한 감도의 저하를 가져오며, 깊이의 변화에 따른 감도의 변화를 피하기 어렵다.

따라서, 이와 같은 종래의 수중음향 센서들의 경우에는 감도도 낮을 뿐만 아니라, 해류의 흐름에 직접적으로 노출되어 저주파 소음에도 강하게 영향을 받고, 또한 고가이면서, 설치후 수생생물이 센서에 부착되는 등 그 영향으로 감도가 급격히 감소하게 됨으로써 자주 청결하게 관리하여야 하는 유지 관리상의 문제와, 그 유지비도 많이 드는 단점을 갖고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 신축성의 재질로 된 방수막으로 경계면을 형성하여 센서가 설치되는 내부영역과 그 외부영역으로 구분하여, 외부영역의 수압의 변화에 따라 내부영역의 압력도 그에 상응하여 변화되게 하여 경계면에서 압력의 평형이 이루어짐으로써, 결과적으로 센서가 외부로부터의 영향을 최소화한 상태에서 제기능을 발휘하게 되는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 센서가 해류의 흐름에 직접적으로 노출되어 발생되는 저주파 소음의 발생을 방지하고, 또한 센서의 표면에 수생생물이 부착되는 것을 방지하기 위하여 신축성 방수막의 경계면 외측으로 물의 출입이 자유로운 다공성 외부 케이스를 설치함으로써, 수중음향 탐지 성능의 저하를 방지하도록 하여 주는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 센서를 둘러싸고 있는 신축성 방수막의 경계면 부분에서 음파가 그 내부에 수용된 센서 위치로 굴절되게 함으로써 지향성과 탐지 성능을 향상시켜 주는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서를 제공하는데 있다.

도1은 종래의 수중음향 센서로서, 공기층을 개재시켜 마이크로 탐지하는 구성을 나타내는 단면도,

도2는 종래의 수중음향 센서로서, 압전소자를 센서로 사용하는 구성을 나타내는 단면도,

도3은 본 발명의 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서의 단면도,

도4는 본 발명의 다른 실시예로서, 외부 케이스가 장착된 수중음향 센서의 단면도,

도5는 진동판의 진동에 따라 진동판과 고정판 사이에 음향신호가 검출되는 상태를 설명하는 설명도,

도6은 본 발명의 또다른 실시예로서, 구형 수중음향 센서의 구성을 나타내는 구성도,

도7은 본 발명의 신축성 방수막의 또다른 실시예로서, 타원체로 구성한 실시예이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10:센서 11:센서 케이스 12:진동판

13:고정판 14:출입구멍 15:후면구멍

16,17:도선 18:전치증폭기 20:신축성 방수막

21:액체 유전체 30:지지관 31:결속클립

40:외부 케이스 41:다공

본 발명의 수중음향 센서의 기술구성을 첨부도면에 의하여 설명한다.

도3 및 도4에 본 발명의 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서의 단면도 및 외부 케이스가 장착된 수중음향 센서의 단면도가 도시된다.

본 발명은 수중 속에서 음파를 감지하는 센서(10)와, 상기 센서(10)를 둘러싸고 공간을 형성하여 그 공간에 액체 유전체(21)를 수용하는 일정형태의 신축성 고무재질로 형성된 신축성 방수막(20)과, 상기 센서를 신축성 방수막의 내부 중심에 위치하도록 센서의 단부에서 지지하고 신축성 방수막(20)을 지지하면서 외부로 연장되는 지지부재로 구성되어, 신축성 방수막의 경계면에서 수압의 변화에 따른 외압과 내압이 평형을 이루게 한 상태에서 음파를 감지하게 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 신축성 방수막(20)의 외측으로 일정간격 이격되어 지지부재에 지지되면서 그 외부를 감싸도록 미세한 다공성 재질의 외부 케이스(40)를 더 포함하여 장착되는 구성을 특징으로 한다.

또한, 상기 신축성 방수막(20) 내부의 지지부재상에 상기 센서(10)의 신호를 증폭하는 전치증폭기(18)를 더 포함하여 설치하는 구성을 특징으로 한다.

따라서, 수심이 깊어짐에 따라 증가하는 수압에 대해 신축성 방수막 내에 담겨 있는 액체 유전체가 외부의 압력으로 인해 수축하여 그에 상응하는 내압을 형성함으로써 신축성 방수막(20) 내부와 외부의 압력 평형을 유지하는 작용을 하여 높은 수압을 견딜 수 있으며, 또한, 다공성 재질의 외부 케이스(40)가 신축성 방수막 (20)의 외부를 감싸도록 구성됨으로써, 외부 케이스의 내외부간에 물이 출입되므로 수생생물이 외부 케이스(40)에 부착되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 센서가 해류의 흐름으로부터 직접적으로 노출되지 않음으로써, 물의 흐름에 의한 저주파 잡음을 제거할 수 있게 된다.

상기 센서(10)는 그 내부 공간에 채워지는 액체 유전체(21)가 출입하는 후면구멍(15)을 구비하는 센서 케이스(11)와, 센서 케이스의 전면에 음파에 의해 진동하는 진동판(12)과, 상기 진동판(12)과 일정 간격 이격되어 액체 유전체(21)가 출입하는 출입구멍(14)을 구비하고 있는 고정판(13)과, 진동판(12)과 고정판(13)으로 생성되는 음향신호를 출력하는 도선(16,17)들로 구성되어 있다.

상기 센서(10)를 구성하는 센서 케이스(11)는 지지관(30)에 지지되어 있으며, 센서 케이스(11)는 전방에서 입사되는 음파(S)를 감지하기 위해 전면에 진동판 (12)이 형성되며, 또한, 센서 케이스(11)의 내부에는 상기 진동판(12)과 일정 간격으로 고정되며 액체 유전체(21)가 출입하는 출입구멍(14)을 구비한 고정판(13)이 설치된다.

센서 케이스(11)의 후면은 지지관(30)에 부착되어 지지되며, 후면구멍(15)이 형성되어 액체 유전체(21)가 출입할 수 있게 되어 있어, 출입구멍(14)과 후면구 멍(15)에 의해 진동판(12)과 고정판(13)사이에 형성되는 격실과 센서 케이스(11)의 내부 및 신축성 방수막(20)의 내부가 서로 통하게 된다.

상기 진동판(12)과 고정판(13)에 도선(16,17)이 부착되어 외부로부터 직류전압을 인가하여 2개의 판사이에 정전용량이 발생하게 한다.

진동판(12)에 부착된 도선(16)은 센서 케이스(11)의 외측면을 따라 배선되어 지지관(30)의 내부를 통해 외부로 인출되며, 고정판(13)에 부착된 도선(17)은 센서 케이스(11)의 내부 측면을 따라 배선되어 센서 케이스(11)의 후면을 뚫고 지지관 (30)의 내부를 통해 외부로 인출된다.

다른 예로서, 상기 진동판(12)을 센서 케이스(11)와 동일 금속재질로 일체로 형성하고 고정판(13)을 상기 센서 케이스(11)에 절연재를 개재하여 고정할 수 있다. 이 경우 진동판(12)에 도선(16)을 부착하지 않고 센서 케이스(11)의 후면에 부착하며 고정판(13)에 부착되는 도선(17)은 앞서와 동일하게 부착한다.

이러한 도선들의 인출 경로는 본 발명의 주요 구성이 아니며 진동판(12)과 고정판(13) 사이에 정전용량의 변화를 감지하는데 방해가 되지 않고 본 발명의 센서가 수압을 견디는데 방해가 되지 않는 구조이면 어느 것도 가능하다.

예를 들면, 고정판(13)에 부착된 도선(17)은 센서 케이스(11)의 측면을 통해 지지관(30)으로 배선될 수 있으며, 수압에 영향을 주지 않는 한 지지관(30)을 통하지 않고 외부로 인출될 수도 있다.

한편, 전치증폭기(18)가 상기 센서(10)와 신축성 방수막(20) 사이에서 연결 지지되어진 지지관(30)상에 추가적으로 연결되어 신축성 방수막(20)내에서 센서 (10)에 가깝게 설치됨으로써 센서(10)로부터 음향신호를 받아서 증폭한 후 외부로 전달하는 것이 바람직하다.

이는 센서(10)와 전치증폭기(18) 사이의 도선의 길이가 길어지면 그 도선으로 노이즈가 입력될 수 있으며, 신호 대 노이즈의 비율이 나빠지기 때문이다.

상기 신축성 방수막(20)은 신축성있는 재질로 일정한 형태의 밀폐된 공간형태를 갖는 일정두께의 막구조로서, 그 내부 공간의 중심에 지지관(30)으로 지지되는 센서(10)가 위치되고, 그 내부 공간에 액체 유전체(21)가 채워지는 내부영역과 그 외부영역으로 구획하는 경계면의 기능을 함으로써, 외부영역의 수압의 변화에 따라 내부영역의 압력도 그에 상응하여 변화되게 하여 경계면에서 압력의 평형을이루게 하는 구조부이다.

이 신축성 방수막(20)은 수중음향 센서의 설치시나 운용시 터지지 않을 정도의 일정두께로 제작되며, 재질 자체가 신축성있는 고무재질로 이루어짐으로써, 수심이 깊은 곳에서 외부로부터의 수압이 가해질 때 압축되어 일정 형태의 공간구조로 이루어진 그 부피가 줄어들게 된다.

이와 같이, 부피가 줄어들면 신축성 방수막(20)의 내부에 채워진 액체 유전체(21)가 상기 외부의 수압(=외압)에 따른 저항으로 그에 상응하여 저항하는 액체 유전체의 압력(=내압)이 발생되어 신축성 방수막(20)을 경계면으로 하여 동일한 압력으로 평형을 이루게 됨으로써 수압에 따른 센서(10)의 변형이 발생되지 않으면서 센서가 외부로부터 받는 영향을 최소화한 상태에서 제기능을 발휘하게 된다.

따라서, 물의 침투를 방지하며 수압에 의한 변형 및 파괴 등의 아무런 문제없이 센서의 본래의 기능 및 구조를 유지할 수 있다.

상기 지지부재는 센서(10)의 일단부에 연결 지지되어 센서(10), 신축성 방수막(20) 또는 외부 케이스(40) 등을 지지시켜 주는 기능과, 그 내부에 설치되는 도선들을 통하여 센서로부터의 음향신호를 외부장치로 전달하여 주는 구조부이다.

상기 지지부재는 지지관(30)의 형태를 가질 수 있으나, 센서(10), 신축성 방수막(20) 또는 외부 케이스(40)를 지지 또는 고착시키는 막대형태의 부재도 가능함을 밝혀 둔다.

한편, 상기 외부 케이스(40)는 다공(41)을 형성하거나 다공성 재질로 형성되는 단단한(rigid) 상태의 케이싱 구조로서, 그 내부 공간에 수용되어 설치되는 신축성 방수막(20)의 일단으로부터 연장되는 지지관(30)으로 지지되는 구조체로서, 그 내부에 수용된 신축성 방수막(20)을 보호하는 울타리 구조체라 할 수 있다.

상기 외부 케이스(40)는 그 재질이 유리섬유, 암면 또는 다공성 세라믹 등으로 제작되며, 탐지하고자 하는 음파의 특성에 따라 그 재질을 선택하여 사용할 수 있다.

따라서, 종래의 매끄러운 표면으로 이루어져 수생생물이 부착되어 감도의 저하를 일으키는 수중음향 센서와 달리, 외부 케이스(40)에 다공의 구멍(41)들이 형성됨으로써 그 다공(41)들을 통하여 물이 출입됨으로써 수중 또는 해저를 흐르는 물의 흐름에 의해 근본적으로 수생생물의 부착을 방지하는 기능을 한다.

또한, 종래 해류에 직접적으로 노출되어 영향을 받았던 수중음향 센서와 달리, 상기 다공성 외부 케이스(40) 내부에 센서(10)가 수용되어 해류에 직접 노출되지 않음으로써 해류 등 물의 흐름에 의해 발생하는 저주파 소음을 흡수하여 불필요한 잡음을 제거해 주는 기능을 하는 것임을 밝혀 둔다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 수중음향 센서의 작용, 효과에 대하여 설명한다.

본 발명에 의한 수중음향 센서를 수중 또는 해저에 가라앉혀 놓으면 수중 또는 해저에 흐르는 물의 흐름이나 해류에 의해 다공성 재질의 외부 케이스(40)에는물이나 해류가 출입하게 된다. 이러한 해류의 출입에 의해 외부 케이스(40)에 부착된 수생생물은 부착력을 잃고 떨어지게 된다.

한편, 수중의 음원에서 발생한 음파(S)는 다공성 재질의 외부 케이스(40)에 형성된 다수의 구멍들을 통하여 내부로 전달된다. 이렇게 전달되는 동안 음파가 무수히 많은 구멍들에 흡수되어 그 세기가 감쇠되지만, 이와 동시에 물의 흐름에 의해 생기는 저주파 잡음이 다수의 구멍들에 흡수되어 센서(10)로 전달되지 못하므로 물의 흐름에 의한 잡음을 제거하는 작용을 한다.

도3에 신축성 방수막에 입사하는 음파(S)가 그 내부로 전달되는 과정을 나타낸다.

다공성 재질의 외부 케이스(40)를 통과한 음파 중에서 신축성 방수막(20)의 전면을 향하여 진행하는 음파가 신축성 방수막(20)의 전면에 입사된다.

이때, 신축성 방수막(20)의 음향 임피던스(ρ_r)는 물의 음향 임피던스(ρ_w)와 동일한 것을 선택하여 사용하며, 또한, 액체 유전체(21)의 음향 임피던스(ρ_f)도 그 외부의 물의 음향 임피던스(ρ_w)와 동일한 것으로 사용한다.

따라서, 신축성 방수막(20)과 액체 유전체(21) 및 물의 음향 임피던스가 서로 동일하므로 그들의 경계부분에서 음의 반사 및 굴절없이 음파가 통과하게 되므로 센서의 감도를 최대로 유지하게 된다.

이때, 진동판(12)의 앞면과 뒷면은 동일한 수압인 정압(靜壓)을 받게 되어수심에 따라 가해지는 정압의 영향을 받게 되는데, 진동판(12)의 앞면과 뒷면의 압력의 평형에 의해서 영향받는 요인을 제거하게 된다.

도4에서 도시하는 바와 같이, 음파가 신축성 방수막(20)을 통하여 센서(10)의 전면에 입사되면 압력의 변동인 동압(動壓)을 형성하고, 이것이 진동판(12)을 진동시키게 된다. 진동판(12)의 진동에 따라 고정판(13)과의 사이에 간격의 변화가 생기게 되면, 이것이 전기신호로 바뀌어 도선을 따라 외부로 전달된다.

한편, 전치증폭기(18)를 센서(10)와 신축성 방수막(20) 사이의 지지관(30)에 연결하고 센서(10)로부터 음향신호를 받아서 증폭한 후 전달하게 된다.

이때, 센서(10)와 전치증폭기(18) 사이의 도선의 길이가 길어지면 그 도선으로 노이즈가 입력될 수 있으며, 신호 대 노이즈의 비율이 나빠지기 때문에, 전치증폭기(18)는 센서(10)에 가깝게 신축성 방수막(20)내에 설치하여 신호를 증폭한 후 외부로 전달할 수도 있음을 밝혀 둔다.

한편, 진동판(12)과 고정판(13)에는 각각 도선(16,17)이 외부 장치와 연결되어 있고, 그 도선(16,17)들을 통해서 외부 장치로부터 직류전압이 인가되어 진동판 (12)과 고정판(13)은 전하를 띠게 된다. 이렇게 일정 전하를 띤 진동판(12)과 고정판(13) 사이의 간격이 변하게 되면 정전용량이 변하게 된다.

도5에 진동판의 진동에 따라 진동판과 고정판 사이에 음향신호가 검출되는 상태를 설명하는 설명도가 도시된다.

센서 케이스(11)는 진동판(12)과 고정판(13)이 절연되도록 구성되며, 금속재료(예를 들면, 알루미늄, 구리 등)로 구성된다. 진동판(12)과 고정판(13)에는 도선 (16,17)이 연결되어 있으며, 외부로부터 직류전압 V가 인가되어 전하량 Q를 띠게 된다.

진동판(12)과 고정판(13) 사이의 정전용량은 진동판(12)의 진동에 의해 변화되며, 그 변화는 전하량(Q)과 정전용량(C) 및 전압(V)사이의 관계를 나타내는 다음 식 ①, ②로부터 전기신호로 변환할 수 있음을 알 수 있다.

....①

여기서, Q:전하량, C:정전용량, V:전압이다.

....②

여기서, Ε는 유전체의 유전상수, A는 고정판의 면적, L은 진동판과 고정판 사이의 간격이다.

정전용량 C는 진동판(12)과 고정판(13) 사이의 간격(L)에 반비례하고, 진동판(12)과 고정판(13)의 면적(A)에 비례한다. 따라서 신축성 방수막(20)을 통하여 센서(10)의 전면에 입사한 음파는 진동판(12)을 ΔL 만큼의 변위로 진동시켜, 이 진동에 의해 진동판(12)과 고정판(13) 사이의 간격(L)이 변하게 된다.

따라서, 이 간격(L)의 변화로 정전용량 C가 변화하게 되고 진동판(12)과 고정판(13)에 생성된 전하량 Q는 일정하므로 전압 V가 변하게 된다. 이 전압의 변화가 음향신호로 되어 외부장치로 출력되어 음향을 감지하게 된다.

본 발명의 다른 실시예로서, 신축성 방수막(20)을 원통형의 신축성 방수막 (20a)이 아닌 구형(球型)의 신축성 방수막(20b)으로 하거나 외부 케이스(40b)와 신축성 방수막(20b)을 동시에 구형(球型)으로 형성할 수도 있음을 밝혀 둔다.

이때, 구형의 신축성 방수막(20b)의 중심에 센서(10)를 위치시키고 신축성 방수막의 음향 임피던스를 조절(예를 들면, 신축성 방수막의 밀도를 조절)하여 신축성 방수막의 전면에서 입사되는 음파가 신축성 방수막(20b)을 통과시에 굴절하여 그 중심, 즉 센서(10)에 모이게 할 수 있다.

도6에 본 발명의 다른 실시예에 의한 구형(球型)의 수중음향 센서의 구성을 나타내는 구성도가 도시된다.

구형 외부 케이스(40b)는 앞서의 예와 같이 다공성 재질로 구성되며, 구형의 신축성 방수막(20b)도 신축성 재질로 되어 있다. 수심이 수천m나 되는 곳에서 음향을 감지할 때 그 수압에 의해 부피가 수축될지라도 앞서의 예와 같이 액체 유전체 (21)가 센서(10)의 내부로 유입되어 수압이 전달되어 평형을 이루는 작용은 동일하다.

구형 신축성 방수막(20b)의 전면 반구부, 즉 상하좌우 180°에 해당하는 부분에서 입사되는 음파는 구형 신축성 방수막(20b)의 중심을 향하게 된다. 구형 신축성 방수막(20b)의 전면 반구부에 입사되는 음파가 센서(10)로 집중되게 함으로써 음향의 감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 구형 신축성 방수막(20b)을 지지관(30)에 지지할 때, 합성수지 접착제를 사용할 수도 있지만, 예를 들면 와셔 및 볼트와 너트 등으로 구성되는 결속클립 (31)에 의해 지지관(30)에 구형 신축성 방수막(20b)을 고정시킴으로써 지지와 동시에 그 내부에 담겨 있는 액체 유전체(21)의 누설을 막을 수 있다.

여기서, 다공성 재질의 외부 케이스를 앞서의 예와 같이 원통형 외부 케이스 (40a)로 하고, 신축성 방수막은 구형 신축성 방수막(20b)으로 하여 구성할 수도 있는데, 이렇게 구성되는 수중음향 센서도 그 작용, 효과는 본 실시예와 다르지 않으므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

또다른 실시예로서 신축성 방수막의 전면을 타원체로 형성하여 전면의 일부에서 입사되는 음파만을 선택적으로 센서(10)에 집중시켜 지향성을 갖게 할 수 있다.

도7에 신축성 방수막의 전면을 타원체로 구성한 실시예를 나타낸다.

타원체 신축성 방수막(20c)의 전면 일부, 예를 들어 중심에서 90°에 해당하는 부분에서 입사되는 음파는 타원체 신축성 방수막(20c)의 중심을 향하게 된다. 타원체 신축성 방수막(20c)의 전면 일부에서 입사되는 음파들을 센서(10)로 집중되게 함으로써 지향성을 갖게 할 수 있다.

타원체 신축성 방수막(20c)을 감싸는 외부 케이스(40)가 원통형 외부 케이스 (40a), 구형 외부 케이스(40b) 또는 타원체 외부 케이스(40c)이거나에 관계없이 신축성 방수막이 어떤 모양으로 형성되느냐에 따라 감도가 향상되거나 지향성을 갖게 되므로 외부 케이스 변화에 따른 작용, 효과는 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 신축성의 고무 재질로 된 신축성 방수막으로 경계면을 형성하여 센서가 설치되는 내부영역과 그 외부영역으로 구분하여, 경계면인 신축성 방수막에서 외부영역의 수압의 변화에 따라 내부영역의 압력도 그에 상응하여 변화되게 하여 신축성 방수막에 의해 압력의 평형이 이루어짐으로써, 물의 침투를 방지하며 수압에 의한 변형 및 파괴 등의 문제없이 센서의 기능 및 구조를 유지할 수 있다.

또한, 신축성 방수막의 내부에 센서를 설치하되 센서의 외부와 내부를 통하게 하고 그 센서를 액체 유전체가 담겨 있는 신축성 방수막 내부에 장치함으로써 수압의 증가에 따라 변화된 압력을 액체 유전체가 센서의 내부로 전달하게 하여 센서의 내부와 외부의 압력이 평형을 이루게 하여, 센서가 정지상태의 높은 수압의 영향을 최소화한 상태에서 동적인 수압의 변화를 고감도로 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 신축성 방수막의 경계면 외측으로 물의 출입이 자유로운 미세한 다공성 외부 케이스를 설치함으로써 센서의 외부를 감싸서 음향신호의 크기를 감소시키지 않으면서 수생생물이 부착하지 못하게 되어 수중음향 탐지 성능의 저하를 방지하며, 또 센서가 해류의 흐름에 직접적으로 노출되는 것을 방지하여 물의 흐름에 의하여 발생하는 저주파 잡음의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 센서를 둘러싸는 신축성 방수막의 형상을 타원체, 구형 또는 원통형으로 변형하여 신축성 방수막 경계면 부분에서 입사되는 음파 또는 일정 방향에서 입사되는 음파들을 센서 위치에 모이도록 함으로써 지향성과 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 수중 속에서 음파를 감지하는 센서(10)와, 상기 센서(10)를 둘러싸고 공간을 형성하여 그 공간에 액체 유전체(21)를 수용하는 일정형태의 신축성 재질로 형성된 신축성 방수막(20)과, 상기 센서를 신축성 방수막의 내부 중심에 위치하도록 센서의 단부에서 지지되고 신축성 방수막(20)을 지지하면서 외부로 연장되는 지지부재로 구성되어, 신축성 방수막의 경계면에서 수압의 변화에 따른 외압과 내압이 평형을 이루게 한 상태에서 음파를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서(10)는 그 내부 공간에 채워지는 액체 유전체(21)가 출입하는 후면구멍(15)을 구비하는 센서 케이스(11)와, 센서 케이스의 전면에 음파에 의해 진동하는 진동판(12)과, 상기 진동판(12)과 일정 간격 이격되어 액체 유전체(21)가 출입하는 출입구멍(14)을 구비하고 있는 고정판(13)과, 진동판(12)과 고정판(13)으로 생성되는 음향신호를 출력하는 도선들로 구성되어진 것을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.
3. 제1항에 있어서, 상기 신축성 방수막(20)의 외측으로 일정간격 이격되어 지지부재에 지지되면서 그 외부를 감싸도록 한 미세한 다공성 재질의 외부 케이스 (40)를 더 포함하여 장착시킨 구성을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.
4. 제1항에 있어서, 상기 신축성 방수막(20) 내부의 지지부재상에 상기 센서 (10)의 신호를 증폭하는 전치증폭기(18)를 더 포함하여 설치하는 구성을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.
5. 제1항에 있어서, 상기 신축성 방수막(20)과 액체 유전체(21)의 음향 임피던스가 그 외부의 물의 음향 임피던스와 동일한 것으로 구성됨을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.
6. 제1항에 있어서, 상기 신축성 방수막(20)을 원통형, 구형 또는 타원체로 형성하고, 상기 신축성 방수막(20)의 중심에 센서(10)를 위치시키고, 신축성 방수막의 음향 임피던스를 조절하여 신축성 방수막에 입사되는 음파가 신축성 방수막을 통과시에 굴절되어 상기 센서(10)에 모이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 신축성 방수막을 갖는 수중음향 센서.