KR101150133B1 - Two-sided ultrasonic sensor - Google Patents

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KR101150133B1
KR101150133B1 KR1020120030584A KR20120030584A KR101150133B1 KR 101150133 B1 KR101150133 B1 KR 101150133B1 KR 1020120030584 A KR1020120030584 A KR 1020120030584A KR 20120030584 A KR20120030584 A KR 20120030584A KR 101150133 B1 KR101150133 B1 KR 101150133B1
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KR
South Korea
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layer
piezoceramic
piezo ceramic
beam width
ultrasonic sensor
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KR1020120030584A
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Inventor
이승훈
정섬규
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한국해양연구원
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Abstract

PURPOSE: A dual ultrasonic sensor is provided to obtain the accuracy of a single-beam echo sounder using sound waves by measuring a sound velocity and correcting depth on a real time basis. CONSTITUTION: A dual ultrasonic sensor(10) comprises a piezo ceramic(11), a first a layer(12), a sound-absorbing material(13), a second layer(14), the first b layer(15), and a sensor housing(16). The piezo ceramic generates ultrasonic waves to the upper and lower surfaces of the polyurethanes layer according to a predetermined cycle. The first a layer attached in the lower surface of the piezo ceramic forms a polyurethanes layer and operates as a medium so that the ultrasonic waves having a basic beam width of the piezo ceramic are properly transmitted under the water. The sound-absorbing material is attached to surround a side surface of the piezo ceramic, thereby controlling noise getting through the side surface of the piezo ceramic. The second layer attached on the upper surface of the piezo ceramic forms an epoxy layer and reduces the basic beam width in which the piezo ceramic has and removes the reflected waves coming back to the upper surface of the piezo ceramic for an amount proportional to the reduced beam width, thereby precisely detecting only desired reflected waves. The first b layer attached in the upper surface of the piezo ceramic forms the polyurethanes layer and operates as the medium so that the ultrasonic waves having the basic beam width reduced by the second layer are properly transmitted under the water.

Description

양면 초음파 센서{Two-sided ultrasonic sensor}Two-sided ultrasonic sensor

본 발명은 해양조사 분야의 초음파 장비에 해당되며 음파를 이용하여 수심을 측정하는 단빔 음향 측심기(Single-beam echo sounder)의 측심데이터의 정확성을 개선하기 위한 것이다.The present invention is to improve the accuracy of the echo data of the single-beam echo sounder (corresponding to ultrasonic equipment in the field of marine investigation and measuring the depth using sound waves).

기존의 단빔 음향 측심기(Single-beam echo sounder)는 수심조사 전 바체크(Bar check)를 하여 음속에 대한 정보를 조사자가 직접 입력하는 방식으로 운용하기 때문에 실시간으로 음속을 보정하기 어렵다. 그리고 바체크를 많이 하면 이에 비례하여 수심조사 기간도 함께 증가하게 되는데 이 때 수심조사 기간이 급박하여 바체크를 수시로 할 수 없는 경우에는 특히 수온변화가 심한 지역이나 계절에 측심데이터에 미묘한 오차가 발생하는 문제가 있었다.
The conventional single-beam echo sounder is difficult to correct the sound velocity in real time because it performs the bar check before the depth survey and operates the information on the sound velocity directly. In addition, if the check is large, the length of the depth check will increase in proportion to this. If the depth check period is so urgent that the check cannot be performed from time to time, subtle errors will occur in the sounding data, especially in regions or seasons where water temperature changes are severe. There was a problem.

이를 개선하기 위하여 SV(Sound velocity) 센서(음속 측정 센서)를 단빔 음향 측심기와 연동하여 음속을 실시간으로 보정하는 기술이 소개된 바 있으나, 장비간의 연동성 문제로 인해 대부분의 경우 SV 센서를 단빔 음향 측심기에 도입할 수 없는 상황이다. 또한 SV 센서를 도입하는 경우 측심자료와 음속자료를 별도로 획득하여 후처리하는 방법을 이용하여야 하지만 이 방법은 후처리 시간의 증가로 인해 효율성이 떨어지는 것이 현실이다.
In order to improve this, a technique of correcting sound velocity in real time by linking a sound velocity (SV) sensor (sonic velocity measurement sensor) with a single beam sound echo sounder has been introduced. The situation can not be introduced. In addition, when adopting the SV sensor, it is necessary to use a method of acquiring sounding data and sound speed data separately, but this method is inefficient due to the increase in post-processing time.

따라서 이러한 문제점들로 인해 새로운 방식의 수심데이터 보정방법이 필요한 상황이며 후처리 시간과 수심조사 기간의 단축을 위하여 장비의 간소화와 실시간 연동성이 필요한 상황이다.Therefore, due to these problems, a new method of depth data correction is required, and the situation is necessary to simplify the equipment and real-time interoperability in order to shorten the post-processing time and the depth investigation period.

단빔 음향 측심기의 측심데이터의 정확성 확보를 위하여 실시하는 바체크(음속보정용)는 현장에서 실시할 수 있는 시간적인 여유가 없다는 한계성 때문에 실시간으로 음속을 보정할 수 없는 단점이 있으며, SV 센서를 이용한 연동조사는 장비간의 연동성 문제와 후처리 시간의 증가를 야기하였다. 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 단일장비에서 수심측량과 음속측정을 동시에 할 수 있으며 실시간으로 수심을 보정할 수 있어 후처리 시간을 단축할 수 있는 양면 초음파 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The bar check (for speed of sound) is performed to ensure the accuracy of the sound data of the single beam sound echo sounder.Therefore, it is impossible to correct the speed of sound in real time due to the limitation that there is no time to perform in the field. The investigation led to interoperability problems and increased post-processing time. The present invention has been proposed to solve the above problems, it is possible to simultaneously perform depth measurement and sound velocity measurement in a single device and to provide a double-sided ultrasonic sensor that can shorten the post-processing time to correct the depth in real time For the purpose of

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

초음파 진동자로서 소정의 주기에 따라 상면과 하면으로 초음파를 발생시키는 피에조세라믹;Piezoceramic for generating ultrasonic waves to the upper and lower surfaces according to a predetermined period as an ultrasonic vibrator;

상기 피에조세라믹의 하면에 부착되어 폴리우레탄 층을 형성하며 상기 피에조세라믹의 기본 빔폭을 갖는 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 하는 제1a레이어;A first layer attached to a lower surface of the piezoceramic to form a polyurethane layer and having an intermediate role to properly transmit ultrasonic waves having a basic beam width of the piezoceramic in water;

상기 피에조세라믹의 측면을 둘러싸도록 부착되어 상기 피에조세라믹의 측면으로 들어오는 노이즈를 억제시켜 주는 흡음재;Sound absorbing material attached to surround the side of the piezoceramic to suppress the noise coming into the side of the piezoceramic;

상기 피에조세라믹의 상면에 부착되어 에폭시 층을 형성하며 상기 피에조세라믹이 갖는 기본 빔폭을 줄여주어 그 줄어든 빔폭에 비례하는 만큼 상기 피에조세라믹의 상면으로 되돌아올 반사파를 제거함으로써 원하는 반사파만을 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 제2레이어;It is attached to the upper surface of the piezoceramic to form an epoxy layer, and reduces the basic beam width of the piezoceramic to remove the reflected wave back to the upper surface of the piezoceramic in proportion to the reduced beam width to accurately detect only the desired reflected wave A second layer to be provided;

상기 제2레이어의 상면에 부착되어 폴리우레탄 층을 형성하며 상기 제2레이어에 의하여 기본 빔폭이 줄어든 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 하는 제1b레이어 및;A first layer attached to an upper surface of the second layer to form a polyurethane layer, and having an intermediate role to properly transmit ultrasonic waves having a reduced basic beam width by the second layer;

상기 피에조세라믹, 상기 제1a레이어, 상기 흡음재, 상기 제2레이어 및 상기 제1b레이어가 상호 밀착하여 층을 이룬 상태로 고정될 수 있도록 하는 센서하우징;A sensor housing for allowing the piezoceramic, the first a layer, the sound absorbing material, the second layer, and the first b layer to be fixed in a layered state in close contact with each other;

을 포함하는 양면 초음파 센서를 제공한다.
It provides a double-sided ultrasonic sensor comprising a.

본 발명에 있어서,In the present invention,

상기 제2레이어는 상기 피에조세라믹의 2차 공진주파수에 맞게 설계함으로써 상기 피에조세라믹의 1차 공진주파수에서는 상기 피에조세라믹의 상면으로 되돌아오는 반사파의 수신감도가 떨어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
The second layer is designed to be suitable for the secondary resonance frequency of the piezoceramic so that the reception sensitivity of the reflected wave returned to the upper surface of the piezoceramic is reduced at the primary resonance frequency of the piezoceramic.

또한 본 발명에 있어서,In the present invention,

상기 피에조세라믹은 음속 측정을 위한 초음파와 수심 측량을 위한 초음파를 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 한다. 이 경우 상기 피에조세라믹의 음속 측정을 위한 초음파는 2차 공진주파수, 최소 펄스폭, 최소 전압의 특성을 가지며, 수심 측량을 위한 초음파는 1차 공진주파수, 최대 펄스폭, 최대 전압의 특성을 갖는다.The piezoceramic is characterized in that to generate an ultrasonic wave for the sound velocity measurement and an ultrasonic wave for the depth measurement in sequence. In this case, the ultrasonic wave for the sound velocity measurement of the piezoceramic has the characteristics of the secondary resonance frequency, the minimum pulse width, the minimum voltage, and the ultrasonic wave for the depth measurement has the characteristics of the primary resonance frequency, the maximum pulse width, and the maximum voltage.

본 발명에 따르면 실시간으로 음속측정 및 수심보정을 할 수 있어 음파를 이용한 단빔 음향 측심기 데이터의 정확성을 확보할 수 있고 후처리 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 그리고 추가적인 측정장비의 사용 없이 단일장비로 높은 질의 수심데이터를 획득할 수 있어 경제적인 면과 품질의 신뢰성 면에서 크게 향상될 것으로 기대된다. 또한 본 발명의 기술적 원리는 공장자동화 시스템에도 적용하여 유용한 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.According to the present invention, the speed of sound measurement and depth correction can be performed in real time, thereby securing the accuracy of data of a single beam sound echo sounder using sound waves and reducing post-processing time. In addition, it is expected that the depth data of high quality can be obtained with a single device without the use of additional measuring equipment, which will greatly improve the economics and the reliability of the quality. In addition, the technical principle of the present invention is expected to be useful to apply to the factory automation system.

도 1은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 위에서 본 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 아래에서 본 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 측면 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 구성요소 간 결합도.
도 5는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 빔폭을 보여주는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치를 위에서 본 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치를 아래에서 본 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치의 측면 단면도.1 is a perspective view from above of a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention;
Figure 2 is a perspective view of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention from below.
3 is a side cross-sectional view of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.
4 is a coupling diagram between the components of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.
5 is a graph showing the beam width of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.
Figure 6 is a perspective view from above of a water and sound velocity simultaneous measurement apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.
Figure 7 is a perspective view of a water depth and sound velocity simultaneous measurement apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention from below.
8 is a side cross-sectional view of a depth and sound velocity simultaneous measuring apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible, even if shown on different drawings.

도 1은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 위에서 본 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 아래에서 본 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 측면 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 구성요소 간 결합도이다. 그리고 도 5는 본 발명에 따른 양면 초음파 센서의 빔폭을 보여주는 그래프이다.
1 is a perspective view from above of a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, Figure 2 is a perspective view from below of a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, Figure 3 is a side cross-sectional view of the double-sided ultrasonic sensor according to the invention, Figure 4 Is a coupling between components of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention. 5 is a graph showing the beam width of the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.

본 발명은 단일장비에서 수심측량과 음속측정을 동시에 할 수 있으며 실시간으로 수심을 보정할 수 있어 후처리 시간을 단축할 수 있는 양면 초음파 센서(10)를 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 피에조세라믹(11), 제1a레이어(12), 흡음재(13), 제2레이어(14), 제1b레이어(15) 및 센서하우징(16)을 포함하여 이루어진다.
It is an object of the present invention to provide a double-sided ultrasonic sensor 10 that can simultaneously perform depth measurement and sound velocity measurement in a single device, and can shorten the post-processing time by correcting the depth in real time. The present invention for achieving the present invention comprises a piezoceramic 11, a first a layer 12, a sound absorbing material 13, a second layer 14, a first b layer 15, and a sensor housing 16.

본 발명에 따른 양면 초음파 센서(10)의 기술적 핵심은 초음파 진동자인 피에조세라믹(Piezoceramic)(11)의 상하 양면을 이용하여 상면으로는 실시간 음속을 측정함과 동시에 하면으로는 수심을 측량할 수 있도록 하였다는 데 있으며, 이를 위하여 피에조세라믹(11)의 상면에서 제2레이어(14)가 기능할 수 있도록 하였다는 데 있다. 이하, 본 발명의 구성요소 별 기능 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.
The technical core of the double-sided ultrasonic sensor 10 according to the present invention is to measure the real-time sound velocity on the upper surface and to measure the depth on the lower surface using the upper and lower sides of the piezoceramic 11, which is an ultrasonic vibrator. To this end, the second layer 14 is to function in the upper surface of the piezoceramic (11). Hereinafter, the functions and actions of the components of the present invention will be described in detail.

피에조세라믹(11)은 초음파 진동자로서 소정의 주기에 따라 상면과 하면으로 초음파를 발생시킨다.
The piezoceramic 11 is an ultrasonic vibrator which generates ultrasonic waves on the upper and lower surfaces according to a predetermined cycle.

제1a레이어(12)는 피에조세라믹(11)의 하면에 부착되어 폴리우레탄 층(Polyurethane conformity layer)을 형성하며, 피에조세라믹(11)의 기본 빔폭을 갖는 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 한다. 이 경우 피에조세라믹(11)의 기본 빔폭은 도 5의 b에서 보는 바와 같이 통상 15°~20° 내외의 크기를 갖는다.
The first layer 12 is attached to the lower surface of the piezoceramic 11 to form a polyurethane conformity layer, and serves as an intermediate so that ultrasonic waves having a basic beam width of the piezoceramic 11 can be properly transmitted in the water. Do it. In this case, the basic beam width of the piezoceramic 11 generally has a size of about 15 ° to 20 ° as shown in b of FIG. 5.

흡음재(13)는 피에조세라믹(11)의 측면을 둘러싸도록 부착되어 피에조세라믹(11)의 측면으로 들어오는 노이즈를 억제시켜 주는 역할을 한다.
Sound absorbing material 13 is attached to surround the side of the piezoceramic 11 serves to suppress the noise coming into the side of the piezoceramic (11).

제2레이어(14)는 피에조세라믹(11)의 상면에 부착되어 에폭시 층(Epoxy type sound layer)을 형성하며, 피에조세라믹(11)이 갖는 기본 빔폭을 줄여주어 그 줄어든 빔폭에 비례하는 만큼 피에조세라믹(11)의 상면으로 되돌아올 반사파를 제거함으로써 원하는 반사파만을 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상술한 바와 같이 피에조세라믹(11)의 기본 빔폭은 원래 15°~20° 내외의 크기를 갖지만(도 5의 b), 제2레이어(14)에 의하여 그 크기가 8°~10° 내외로 줄어들게 된다(도 5의 a). 따라서 결론적으로 본 발명에 따른 양면 초음파 센서(10)는 하면(피에조세라믹(11)의 하면)으로는 15°~20° 내외의 기본 빔폭을 갖는 초음파(수심 측량을 위한 초음파)를 방출하지만, 상면(피에조세라믹(11)의 상면)으로는 8°~10° 내외의 기본 빔폭을 갖는 초음파(음속 측정을 위한 초음파)를 방출하는 상하 비대칭적 초음파 발생구조를 갖게 되는 것이다.
The second layer 14 is attached to the upper surface of the piezoceramic 11 to form an epoxy type sound layer, and reduces the basic beam width of the piezoceramic 11 to be proportional to the reduced beam width. By removing the reflected wave to be returned to the upper surface of (11), only the desired reflected wave can be detected accurately. As described above, the basic beam width of the piezoceramic 11 originally has a size of about 15 ° to 20 ° (b in FIG. 5), but the size is reduced to about 8 ° to 10 ° by the second layer 14. (A of FIG. 5). Therefore, in conclusion, the double-sided ultrasonic sensor 10 according to the present invention emits an ultrasonic wave (ultrasound for depth measurement) having a basic beam width of about 15 ° to 20 ° on the lower surface (the lower surface of the piezoceramic 11). The upper surface of the piezoceramic 11 has a vertically asymmetric ultrasonic generating structure that emits an ultrasonic wave (ultrasound for sound velocity measurement) having a basic beam width of about 8 ° to 10 °.

기존의 초음파 센서는 한쪽 면만을 이용하여 측정을 하는 구조이며 반대쪽 면에는 반대쪽으로 들어올 수 있는 노이즈를 제거하기 위하여 흡음재를 이용하여 차단하였다. 이렇게 하는 이유는 양쪽 면을 모두 이용하여 측정을 하는 경우 반사파가 양쪽 면 중 어느 면으로 들어오는지 제대로 구분이 되지 않기 때문이다.
Conventional ultrasonic sensors measure using only one side and block on the opposite side by using sound absorbing material to remove noise that may enter the opposite side. The reason for this is that when the measurement is performed using both sides, the reflected wave does not distinguish properly from which side.

본 발명에 따른 양면 초음파 센서(10)는 기존의 문제를 해결하고 반사파의 구분이 가능하도록 하기 위하여, 피에조세라믹(11)의 상면에 제2레이어(14)를 추가하여 빔폭을 줄임과 동시에, 제2레이어(14)를 피에조세라믹(11)의 2차 공진주파수에 맞게 설계함으로써 1차 공진주파수에서는 피에조세라믹(11)의 상면으로 되돌아오는 반사파의 수신감도가 떨어지도록 하여 전압레벨과 주파수 필터링을 거치면 상면과 하면의 반사파가 용이하게 구분될 수 있도록 하였다. 또한 피에조세라믹(11)은 음속 측정을 위한 초음파(2차 공진주파수, 최소 펄스폭, 최소 전압)와 수심 측량을 위한 초음파(1차 공진주파수, 최대 펄스폭, 최대 전압)를 순차적으로 발생시키도록 하였다. 보통 2차 공진주파수는 제일 감도가 높은 주파수의 2배에 해당하는 주파수 대역에서 나타나며 1차 공진주파수에 비해 감도가 떨어진다.
The double-sided ultrasonic sensor 10 according to the present invention reduces the beam width by adding a second layer 14 to the upper surface of the piezoceramic 11 in order to solve the existing problem and to distinguish the reflected wave. By designing the second layer 14 to match the secondary resonance frequency of the piezoceramic 11, the reception sensitivity of the reflected wave returning to the upper surface of the piezoceramic 11 is decreased at the primary resonance frequency, and then subjected to voltage level and frequency filtering. The reflected waves on the upper and lower surfaces can be easily distinguished. In addition, the piezoceramic 11 generates ultrasonic waves (secondary resonant frequency, minimum pulse width, minimum voltage) for sound velocity measurement and ultrasonic waves (primary resonant frequency, maximum pulse width, maximum voltage) for depth measurement. It was. Usually, the second resonant frequency appears in the frequency band corresponding to twice the frequency of the highest sensitivity, and is less sensitive than the first resonant frequency.

제1b레이어(15)는 제2레이어(14)의 상면에 부착되어 폴리우레탄 층(Polyurethane conformity layer)을 형성하며, 제2레이어(14)에 의하여 기본 빔폭이 줄어든 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 한다.
The first layer 15 may be attached to the upper surface of the second layer 14 to form a polyurethane conformity layer, and the second layer 14 may properly transmit ultrasonic waves having a reduced basic beam width. Play an intermediate role.

센서하우징(16)은 상기 피에조세라믹(11), 제1a레이어(12), 흡음재(13), 제2레이어(14) 및 제1b레이어(15)가 상호 밀착하여 층을 이룬 상태로 고정될 수 있도록 하는 역할을 한다.
The sensor housing 16 may be fixed in a layered state in which the piezoceramic 11, the first a layer 12, the sound absorbing material 13, the second layer 14, and the first b layer 15 are in close contact with each other. Play a role.

본 발명에 따른 양면 초음파 센서(10)는 도 6 내지 도 8에서 보는 바와 같은 장치(이하, 이를 ‘양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치’라고 칭한다)의 형태로 구현되어 실제 현장에 투입된다.
The double-sided ultrasonic sensor 10 according to the present invention is implemented in the form of a device as shown in FIGS. 6 to 8 (hereinafter, referred to as 'a depth and sound velocity simultaneous measurement device using a double-sided ultrasonic sensor') and put into an actual site. do.

도 6은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치를 위에서 본 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치를 아래에서 본 사시도이며, 도 8은 본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치의 측면 단면도이다.
6 is a perspective view from above of a depth and sound velocity simultaneous measurement apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, Figure 7 is a perspective view from below of a simultaneous depth and sound velocity measurement apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, 8 is a side cross-sectional view of a depth and sound velocity simultaneous measuring apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention.

본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치는, 양면 초음파 센서(10), 하우징 몸체(20) 및 결합부(30)를 포함하여 이루어진다.
Depth and sound velocity simultaneous measurement apparatus using a double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, comprises a double-sided ultrasonic sensor 10, the housing body 20 and the coupling portion 30.

상술한 바와 같이 양면 초음파 센서(10)는 하면으로는 15°~20° 내외의 기본 빔폭을 갖는 초음파(수심 측량을 위한 초음파)를 방출하며, 상면으로는 8°~10° 내외의 기본 빔폭을 갖는 초음파(음속 측정을 위한 초음파)를 방출하는 상하 비대칭적 초음파 발생구조를 갖는다.
As described above, the double-sided ultrasonic sensor 10 emits an ultrasonic wave (ultrasound for depth measurement) having a basic beam width of about 15 ° to 20 ° on the lower surface, and a basic beam width of about 8 ° to 10 ° on the upper surface. It has a vertically and asymmetric ultrasonic generating structure for emitting ultrasonic waves (ultrasound for the measurement of sound velocity).

하우징 몸체(20)는 양면 초음파 센서(10)의 상부에 소정의 거리(L)만큼 이격한 상태로 결합하며, 도 8에서 보는 바와 같이 양면 초음파 센서(10)의 상면에서 발생한 초음파를 하우징 몸체(20)의 하면(21)에서 반사시켜 다시 양면 초음파 센서(10)의 상면으로 돌려보내는 역할을 한다.
The housing body 20 is coupled to the upper portion of the double-sided ultrasonic sensor 10 in a state separated by a predetermined distance (L), as shown in Figure 8 the ultrasonic wave generated on the upper surface of the double-sided ultrasonic sensor 10, the housing body ( It reflects from the lower surface 21 of the 20) and serves to return to the upper surface of the double-sided ultrasonic sensor 10 again.

결합부(30)는 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)를 상호 결합하여 고정시킨다.
The coupling part 30 couples and fixes the double-sided ultrasonic sensor 10 and the housing body 20 to each other.

본 발명에 따른 양면 초음파 센서를 이용한 수심 및 음속 동시 측정 장치에 의하면, 양면 초음파 센서(10)의 상면에서 발생한 초음파가 하우징 몸체(20)의 하면(21)에서 반사되어 돌아오는 시간을 정밀하게 측정함으로써 음속을 측정할 수 있다.
According to the simultaneous measurement of the depth and sound velocity using the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention, the ultrasonic wave generated from the upper surface of the double-sided ultrasonic sensor 10 is reflected back from the lower surface 21 of the housing body 20 to accurately measure the time The sound velocity can be measured by doing so.

이 경우, 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)의 하면(21) 간의 거리(도 8의 L)는 양면 초음파 센서(10)의 상면에서 발진하는 초음파의 주파수 특성에 맞추어 5cm~20cm의 범위에서 세밀하게 조절될 필요가 있다. 이는 반사파의 파장이 주파수에 따라 좁거나 넓어지기 때문에 주파수에 대한 정확한 설계가 이루어져야 함을 의미하며, 본 발명에서 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)의 하면(21) 간의 거리를 5cm~20cm의 범위에서 세밀하게 조절하여야 하는 이유는 물리적으로 똑같은 거리의 수중음파 이동속도는 동일조건의 경우 같은 값이 측정되지만 똑같은 거리의 수중음파 이동속도는 물의 온도, 염분도의 변화에 따라 달라지므로 음속측정 시 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)의 하면(21) 간의 물리적 거리(L)를 정밀하게 유지하기 위함이다.
In this case, the distance (L in FIG. 8) between the double-sided ultrasonic sensor 10 and the lower surface 21 of the housing body 20 is 5 cm to 20 cm in accordance with the frequency characteristics of the ultrasonic wave oscillating on the upper surface of the double-sided ultrasonic sensor 10. It needs to be finely adjusted in the range. This means that the wavelength of the reflected wave becomes narrower or wider according to the frequency, so that the accurate design of the frequency should be made. In the present invention, the distance between the double-sided ultrasonic sensor 10 and the lower surface 21 of the housing body 20 is 5 cm ~. The reason for the fine adjustment in the range of 20cm is that the sound velocity of physically identical distance is measured at the same value under the same conditions, but the sound velocity is measured according to the change of water temperature and salinity. This is to precisely maintain the physical distance L between the double-sided ultrasonic sensor 10 and the lower surface 21 of the housing body 20.

참고로, 도 6 내지 도 8의 실시 예에서 사용한 양면 초음파 센서(10)의 주파수는 135kHz로, 2차 공진주파수인 270kHz 내외의 주파수로 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)의 하면(21) 간의 거리를 10cm로 설계하여 최대한의 성능을 보장하고자 하였다. 양면 초음파 센서(10)와 하우징 몸체(20)의 하면(21) 간의 거리(L)는 결합부(30)의 제작 길이에 변화를 줌으로써 조절할 수 있다.
For reference, the frequency of the double-sided ultrasonic sensor 10 used in the embodiments of FIGS. 6 to 8 is 135 kHz, and the lower surface of the double-sided ultrasonic sensor 10 and the housing body 20 at a frequency of about 270 kHz, which is the secondary resonance frequency ( 21) The distance between them was designed to 10cm to ensure maximum performance. The distance L between the double-sided ultrasonic sensor 10 and the lower surface 21 of the housing body 20 may be adjusted by changing the manufacturing length of the coupling part 30.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 양면 초음파 센서는 기존의 SV 센서의 측정원리와 비슷하나 구조적으로 새로운 방식을 제시하고 있다. 따라서 본 발명에 따르면 실시간으로 음속측정 및 수심보정을 할 수 있어 음파를 이용한 단빔 음향 측심기 데이터의 정확성을 확보할 수 있고 후처리 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다. 그리고 추가적인 측정장비의 사용 없이 단일장비로 높은 질의 수심데이터를 획득할 수 있어 경제적인 면과 품질의 신뢰성 면에서 크게 향상될 것으로 기대된다. 또한 본 발명의 기술적 원리는 공장자동화 시스템에도 적용하여 유용한 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
As described above, the double-sided ultrasonic sensor according to the present invention is similar to the measurement principle of the conventional SV sensor, but proposes a structurally new method. Therefore, according to the present invention, the speed of sound measurement and depth correction can be performed in real time, thereby securing the accuracy of the single beam echo sounder data using sound waves and reducing the post-processing time. In addition, it is expected that the depth data of high quality can be obtained with a single device without the use of additional measuring equipment, which will greatly improve the economics and the reliability of the quality. In addition, the technical principle of the present invention is expected to be useful to apply to the factory automation system.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications, changes, and substitutions may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by the embodiments and the accompanying drawings. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

10 : 양면 초음파 센서 11 : 피에조세라믹
12 : 제1a레이어 13 : 흡음재
14 : 제2레이어 15 : 제1b레이어
16 : 센서하우징 20 : 하우징 몸체
21 : 하우징 몸체의 하면 30 : 결합부10: double-sided ultrasonic sensor 11: piezoceramic
12: first la layer 13: sound absorbing material
14: second layer 15: first layer b
16 sensor housing 20 housing body
21: lower surface of the housing body 30: coupling portion

Claims (5)

초음파 진동자로서 소정의 주기에 따라 상면과 하면으로 초음파를 발생시키는 피에조세라믹;
상기 피에조세라믹의 하면에 부착되어 폴리우레탄 층을 형성하며 상기 피에조세라믹의 기본 빔폭을 갖는 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 하는 제1a레이어;
상기 피에조세라믹의 측면을 둘러싸도록 부착되어 상기 피에조세라믹의 측면으로 들어오는 노이즈를 억제시켜 주는 흡음재;
상기 피에조세라믹의 상면에 부착되어 에폭시 층을 형성하며 상기 피에조세라믹이 갖는 기본 빔폭을 줄여주어 그 줄어든 빔폭에 비례하는 만큼 상기 피에조세라믹의 상면으로 되돌아올 반사파를 제거함으로써 원하는 반사파만을 정밀하게 검출할 수 있도록 하는 제2레이어;
상기 제2레이어의 상면에 부착되어 폴리우레탄 층을 형성하며 상기 제2레이어에 의하여 기본 빔폭이 줄어든 초음파가 수중에서 제대로 전달될 수 있도록 중간 역할을 하는 제1b레이어 및;
상기 피에조세라믹, 상기 제1a레이어, 상기 흡음재, 상기 제2레이어 및 상기 제1b레이어가 상호 밀착하여 층을 이룬 상태로 고정될 수 있도록 하는 센서하우징;
을 포함하는 양면 초음파 센서.Piezoceramic for generating ultrasonic waves to the upper and lower surfaces according to a predetermined period as an ultrasonic vibrator;
A first layer attached to a lower surface of the piezoceramic to form a polyurethane layer and having an intermediate role to properly transmit ultrasonic waves having a basic beam width of the piezoceramic in water;
Sound absorbing material attached to surround the side of the piezoceramic to suppress the noise coming into the side of the piezoceramic;
It is attached to the upper surface of the piezoceramic to form an epoxy layer and reduces the basic beam width of the piezoceramic to remove the reflected wave to return to the upper surface of the piezoceramic in proportion to the reduced beam width to accurately detect only the desired reflected wave A second layer to be provided;
A first layer attached to an upper surface of the second layer to form a polyurethane layer, and having an intermediate role to properly transmit ultrasonic waves having a reduced basic beam width by the second layer;
A sensor housing for allowing the piezoceramic, the first a layer, the sound absorbing material, the second layer, and the first b layer to be fixed in a layered state in close contact with each other;
Double-sided ultrasonic sensor comprising a. 제 1 항에 있어서,
상기 제2레이어를 상기 피에조세라믹의 2차 공진주파수에 맞게 설계함으로써 상기 피에조세라믹의 1차 공진주파수에서는 상기 피에조세라믹의 상면으로 되돌아오는 반사파의 수신감도가 떨어지도록 하는 것을 특징으로 하는 양면 초음파 센서.The method of claim 1,
The second layer is designed to match the secondary resonance frequency of the piezoceramic so that the sensitivity of the reflected wave returning to the upper surface of the piezoceramic is reduced at the primary resonance frequency of the piezoceramic. 제 1 항에 있어서,
상기 피에조세라믹은 음속 측정을 위한 초음파와 수심 측량을 위한 초음파를 순차적으로 발생시키는 것을 특징으로 하는 양면 초음파 센서.The method of claim 1,
The piezoceramic is a double-sided ultrasonic sensor, characterized in that for generating the ultrasonic waves for the sound velocity measurement and the ultrasonic waves for water depth measurement. 제 3 항에 있어서,
상기 피에조세라믹의 음속 측정을 위한 초음파는 2차 공진주파수, 최소 펄스폭, 최소 전압의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 양면 초음파 센서.The method of claim 3, wherein
Ultrasonic wave for the sound velocity measurement of the piezoceramic, characterized in that the second resonant frequency, the minimum pulse width, the minimum voltage characteristics. 제 3 항에 있어서,
상기 피에조세라믹의 수심 측량을 위한 초음파는 1차 공진주파수, 최대 펄스폭, 최대 전압의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 양면 초음파 센서.The method of claim 3, wherein
Ultrasonic wave for the depth measurement of the piezoceramic, characterized in that the first resonant frequency, the maximum pulse width, the maximum voltage characteristics.
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