KR101060522B1 - 세장형 광섬유 하이드로폰 맨드릴 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 세장형 광섬유를 이용한 하이드로폰에 관한 것으로서, 수파 감도 수압 특성을 개선시키고, 견고한 수중 수파기의 실현과 수파 감도를 향상시키며, 수파 감도 주파수 특성을 개선시키는 등 광범위 주파수에 걸쳐 수파 감도를 평탄 특성에 활용할 수 있도록 안출된 원통형 하이드로폰을 제공하기 위한 것이다. 하이드로폰의 원통형 수감부로서, 경량으로 경질한 합성 수지제의 원통 기반을 맨드릴로 하여, 이 맨드릴의 외주면상에 인장로프가 걸림결합된 복수의 단부 연결몸체에 의해 원통형 수감부의 양단이 견고하게 지지되는 하이드로폰에 있어서, 상기 원통형 수감부와 단부 연결몸체 사이에는 단부 연결구가 동축적으로 개재되고, 상기 원통형 수감부는 그의 내부에 감지광 화이버 여장 수납부를 갖는 인장튜브와, 이 인장튜브를 외감하는 통형 맨드릴과, 상기 맨드릴에 다수 회 권선된 감지광 화이버를 포함하여 이루어진다.

하이브로폰, 맨드릴, 광화이버

Description

세장형 광섬유 하이드로폰 맨드릴 구조{STRUCTURE OF MANDREL IN A ELONGATED OPTICAL FIBER HYDROPHONE}

도 1은 본 발명의 하이드로폰의 내부 구조를 나타낸 종단면도이다.

도 2는 본 발명의 하이드로폰에서 인출된 광화이버를 중간접속하기 위한 여장접속구의 내부 구조를 나타낸 부분 종단면도이다.

도 3은 본 발명의 장치에 사용되는 연결구의 구조를 나타낸 반단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 광화이버 하이드로폰의 단위모듈 구성을 나타낸 개략 구조도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 광화이버 2 : 맨드릴 3 : 인장튜브

4 : 엔드캡 5 : O링 6 : 정지볼트

7 : 연결구 8 : 인장로프 9 : 접착제

10 : 연결핀 11 : 연결몸체 12 : 니플

13 : 여장체 14 : 여장체 덮개 15 : 접속구

16 : 연결구 17 : 조임너트 18 : 밀봉슬리브

19 : 광화이버 보호튜브 20 : 인서트 삽입부

본 발명은 하이드로폰에 관한 것으로서, 특히 수중음향신호에 기초하여 맨드릴의 변형에 연동하는 세장형 감지광 화이버를 채택함으로써, 수파 감도 수압 특성을 개선시키고, 견고한 수중 수파기의 실현과 수파 감도를 향상시키고, 수파 감도 주파수 특성을 개선시키는 등 광범위 주파수에 걸쳐 수파 감도를 평탄 특성에 활용할 수 있는 하이드로폰에 관한 것이다.

일반적으로, 음압을 포함한 압력은 프로세스량에 관련한 것으로서 온도 측정에 버금가는 계측대상이다.

이와 같은 압력을 측정하는 센서로는 종래부터 여러 가지가 개발되어 있으며, 검출방식에 따라 기계식, 전기식 및 반도체식으로 분류할 수 있다. 기계식의 경우는 프루돈관이나 벨로우즈, 탄성진동형 등이 있고, 개방된 고정단으로 측정압력이 도입되면, 다른 밀폐된 관이 이동하게 되어 이동량으로 압력을 검출하는 것이며, 전기적 압력센서의 대다수는 기계적 변위를 정전용량의 변화나 압전효과 혹은 압저항효과 등을 이용해 전기신호로 변화하는 것으로 기본적으로는 기계식과 동일하다. 또한 전자현상을 검출원리로 하는 반도체식 센서의 경우는 압저항효과 혹은 PN전압 특성의 변화를 이용한다.

상기한 각종 센서들은 매우 정밀한 압력측정이 어렵고, 이를 보완하기 이해 압력에 대한 민감도를 증가시키고자 할 경우 압력측정범위가 매우 협소하게 되어 광범위한 압력을 계측하고자 할 경우 감도가 저하되는 등의 단점을 내포하고 있었 다.

따라서, 본 발명은 전술한 여러 여건을 감안하여 종래의 센서 등이 갖는 단점을 해소하고자, 광화이버를 응용한 센서 감지부 핵심 구조물인 맨드릴 및 하우징의 구조를 최적화하여 제작성, 운용성 및 감응 특성을 향상시킨 광화이버 응용 하이드로폰을 제공함에 그 기술적 과제가 있는 것이다.

이를 실현하기 위해 본 발명은,

인장로프가 걸림결합된 복수의 단부 연결몸체에 의해 원통형 수감부의 양단이 견고하게 지지되는 하이드로폰에 있어서, 상기 원통형 수감부와 단부 연결몸체 사이에는 단부 연결구가 동축적으로 개재되고,

상기 원통형 수감부는, 그의 내부에 감지광 화이버 여장 수납부를 갖는 인장튜브와, 이 인장튜브를 외감하는 통형 맨드릴과, 상기 맨드릴에 다수 회 권선된 감지광 화이버를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 하이드로폰의 내부 구조를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 본 발명의 하이드로폰에서 인출된 광화이버를 중간접속하기 위한 여장접속구의 내부 구조를 나타낸 부분 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 장치에 사용되는 연결구의 구조를 나타낸 반단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 광화이버 하이드로폰의 단위 모듈 구성을 나타낸 개략 구조도이다.

먼저, 본 발명에 따른 하이드로폰에 있어, 수중에 사용되는 광화이버를 이용한 음향감지 센서에 대한 구조로써 광화이버를 감지부인 맨드릴에 일정길이를 정렬 권선하고 나머지 광화이버 접속 및 여장 여유분은 별도의 여장함체부를 구성하여 접속 및 여장하되, 이러한 구성 단위모듈(도 4 참조)을 탐지하고자 하는 주파수 대역에 맞춰 적절한 간격으로 연속되게 반복하여 선형으로 배치하는 것으로써 광화이버로 구성된 감지부는 취급 및 수중에 설치 시 인가되는 장력 등이 광화이버에 직접적으로 전달되어 파손되지 않도록 주변에 인장구조물을 구성하되 구조물에 의한 수중음향 감지 특성 감소 영향이 최소화 되도록 설계/제작 되도록 다음과 같은 구성을 구비하고 있다.

또, 도 1에 도시된 바와 같이, 세장형 광화이버(1)를 맨드릴(2)의 권선 외경면 일정 폭의 구간에 층이 겹치지 않도록 촘촘하면서 균일하게 권취하되 광화이버(1)와 MC 나일론 재질의 맨드릴(2) 외경면 간에 완전히 밀착 접착되도록 아크릴계 수지접착제를 고루 도포하여 조립하여 마련된다.

또한, 상기 광화이버(1)의 시단과 종단은 도 3과 같이 맨드릴(2)의 양단면에 위치한 인출구를 통해서 맨드릴(2)로 내장하되 맨드릴(2) 내경부에 끼워진 인장튜브(3)의 상면에 위치한 개방구 경로로 통과시켜 광화이버(1)의 급격한 꺽임에 의한 파손이나 특성변화가 없도록 최소 굽힘반경을 유지해서 여장수납되도록 조립한다.

또, 상기 맨드릴(2)에서 인출된 광화이버(1)는 해수에 직접 접촉되지 않고 수밀 보호되도록 내경부에 구멍이 가공된 니플(12)의 수나사면을 엔드캡(4)과 결합 되는 암나사면에 밀봉재(예컨대, 테프론테이프)를 도포하고 상호 나사면을 견고하게 체결 조립한 후 인출된 광화이버(1)가 도 3과 같이 외부로부터 수밀보호가 유지되도록 광화이버 보호튜브(19)를 인출된 광화이버(1) 외면에 끼운 후 연결구(16)의 내측 인서트삽입부(20) 외경면에 밀착시켜 끼우고 밀봉슬리브(18)를 광화이버 보호튜브(19) 외경면에 삽입한 상태에서 조임너트(17) 나사면으로 연결구(16) 나사면과 완전 체결하여 수밀 고정되도록 한다.

또한, 상기 광화이버 보호튜브(19)에 내장된 광화이버(1)는 취급 및 인장 시 직접 하중을 받게되어 파단되는 우려가 있으므로 요구되는 인장력에 충분히 견딜 수 있도록 케블라(Kevlar) 인장로프(8)를 광화이버 보호튜브(19) 주변에 직선으로 적정 수량을 배치하여 인장재로 사용한다.

바람직하게는, 인장로프(8)의 고정은 앤드캡(4)과 나사로 체결되는 연결몸체(11)를 조립하고 여기에 인장로프(8)의 양단을 빠지지 않도록 도 1에 도시된 바와 같이 경사지게 에폭시(9) 몰딩 처리하여 부착된 연결구(7)를 연결몸체(11) 사이에 연결핀(10)을 끼워 연결 고정시킨다.

또한, 맨드릴(2) 센서부에서 인출된 광화이버(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 중간부에 설치된 여장체(13)에 여장되게 상기 접속구(15)를 사용 광화이버간 접속시키며, 접속 후 광화이버 여유분은 여장체(13)의 내부공간에 심한 꺽임에 의한 손실 또는 파손을 방지하도록 일정 곡률로 여장 처리하여 접속을 완성시킨 후 여장체(13)의 나머지 공간에 기포를 최소화하여 젤(Jelly)을 완전 충진시키고 외부 수밀을 위해서 여장체 덮개(14)를 씌워 완성 조립한다.

이와 같은 구성에 의해, 일 예로서, 상기 광화이버(1)를 통해 광이 입사되면, 상기 광은 상기 코일 형태로 하여 맨드릴(2)에 권선된 감지광 화이버(1)가 외부 압력에 의해 변형되는 맨드릴(2)에 연동하여 변형되게 되고, 그에 따라 맨드릴의 표면에 부착된 감지광 화이버(1)의 길이가 변동되면서, 이 광신호의 위상을 감지하여 음압을 측정하게 되는 것이다.

한편, 본원에 따른 광화이버 하이드로폰은 크게 수중에서 외부로부터 전달되는 음향신호를 감지하는 음향감지부와 이 감지부를 구동하고 수신된 신호를 처리하는 신호처리부(도시하지 않음)로 나뉠 수 있으며, 이 중 음향감지부는 감지특성을 좋게 하기 위해서 수중으로부터의 음압에 직접 민감하게 응답하는 유연성 구조물에 감지부를 적절히 배치함으로써, 외부환경에 따른 특성변화를 최소화하는 구조를 달성할 수 있었다.

또한, 이러한 구조를 통해 설치, 운용시 받게되는 장력, 수압에도 충분히 견딜 수 있도록, 이에 대응하는 광화이버를 응용한 센서 감지부 핵심 구조물인 맨드릴 및 주변 구성물을 최적화할 수 있게 되는 것이다.

따라서, 기존의 센서들이 기계적으로 하네스 처리된 구조로 설계되어 인장강선의 일부분 파손 시에는 센서배열부 전체를 분리, 해체, 수리 후 재조립해야만 하는 비효율적인 점을 개선하고 단순 소형화를 달성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 수중음향신호가 광섬유 수중 하이드로폰의 감지광 화이버에 작용할 때 상기 감지광 화이버의 길이 변형이 발생하여 상 기 음향신호를 감지하게 되고, 이 감지감도를 증대하기 위해 감지광 화이버를 탄성체로 된 맨드릴 위에 권선하여 상기 수중음향신호에 의거하여 맨드릴이 변형됨에 연동하도록 세장형 감지광 화이버를 채택함으로써, 수파 감도 수압 특성을 개선시키고, 견고한 수중 수파기의 실현과, 수파 감도를 향상시키고, 수파 감도 주파수 특성을 개선시키는 등 광범위한 주파수에 걸쳐 수파 감도를 평탄 특성에 활용할 수 있도록 안출된 원통형 하이드로폰을 제공할 수 있도록 하여, 음압의 감지가 효율적으로 달성되도록 하기 위해 센서 감지부의 구조를 최적화함으로써, 하이드로폰의 감지효율을 증강할 수 있다는 뛰어난 효과가 있는 것이다.

여기에서, 본 발명의 일 실시예와 관련하여 본 발명을 도시하고 설명하였지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 특허청구범위에 기술한 발명의 사상이나 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경, 치환 및 수정이 이뤄질 수 있다.

Claims (5)

1. 인장로프가 걸림결합된 복수의 단부 연결몸체에 의해 원통형 수감부의 양단이 지지되는 하이드로폰에 있어서,

   상기 원통형 수감부와 단부 연결몸체 사이에는 단부 연결구가 동축적으로 개재되고,

   상기 원통형 수감부는,

   내부에 감지광 화이버 여장 수납부를 갖는 인장튜브;

   인장튜브를 외감하는 통형 맨드릴; 및

   상기 맨드릴에 다수 회 권선된 감지광 화이버;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이드로폰.
2. 제1항에 있어서, 상기 감지광 화이버는 클래드 직경이 80 미크론으로서, 상기 원통형 수감부 직경이 30 mm인 세장형 구조인 것을 특징으로 하는 하이드로폰.
3. 제1항에 있어서, 상기 인장튜브는 고인장 특성을 부여하도록 알루미늄 합금재의 통형체로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이드로폰.
4. 제1항에 있어서, 상기 감지광 화이버 여장 수납부를 갖는 인장튜브의 외부에 공기층을 형성하고, 이 공기층 위에 탄성체로 된 상기 맨드릴이 형되는 것을 특징 으로 하는 하이드로폰.
5. 제1항에 있어서, 상기 인장로프가 걸림결합된 복수의 단부 연결몸체는 단위센서 모듈간 개별적인 항장력을 갖도록 외부 배치형 케블라 인장로프 연결 구성으로 된 것을 특징으로 하는 하이드로폰.

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