KR101169195B1 - 음속측정을 위한 프레임 - Google Patents

Abstract

단빔음향측심기의 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 음속측정을 위한 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따르면 실시간으로 음속측정 및 수심보정을 할 수 있어 음파를 이용한 단빔음향측심기 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.

Description

음속측정을 위한 프레임{A frame for measurement of sound velocity}

본 발명은 해양조사 분야의 초음파 장비에 해당되며 음파를 이용하여 수심을 측정하는 단빔음향측심기(Single-beam echo sounder)의 측심데이터의 정확성을 개선하기 위한 것이다.

기존의 단빔음향측심기(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.

이를 개선하기 위하여 SV(Sound velocity) 센서(음속 측정 센서)를 단빔음향측심기와 연동하여 음속을 실시간으로 보정하는 기술이 소개된 바 있으나, 장비간의 연동성 문제로 인해 대부분의 경우 SV 센서를 단빔음향측심기에 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.

따라서 이러한 문제점들로 인해 새로운 방식의 수심데이터 보정방법이 필요한 상황이며 후처리 시간과 수심조사 기간의 단축을 위하여 장비의 간소화와 실시간 연동성이 필요한 상황이다.

단빔음향측심기의 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 음속측정을 위한 프레임을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

단빔음향측심기 센서와 결합하여 상기 단빔음향측심기 센서를 고정시키는 센서 고정판;

상기 단빔음향측심기 센서의 아래에서 상기 단빔음향측심기 센서의 중심수직빔을 기준으로 대칭이 되도록 쌍을 이루어 설치되되, 상기 단빔음향측심기 센서의 사이드빔 중 최고의 감도를 갖는 사이드빔이 상기 단빔음향측심기 센서의 중심수직빔과 이루는 각도만큼 수평면에 대하여 아래로 기울어지도록 설치되며, 이 상태에서 상기 단빔음향측심기 센서의 최고의 감도를 갖는 사이드빔을 반사하는 반사판 및;

상기 센서 고정판과 상기 반사판을 연결하여 상기 반사판이 움직이지 않도록 고정시키는 반사판 고정대;

를 포함하는 음속측정을 위한 프레임을 제공한다.

이 경우 본 발명은,

상기 단빔음향측심기 센서의 중심과 상기 반사판 간의 거리가 상기 단빔음향측심기 센서에서 발진하는 음파의 주파수에 따라 조절되되 그 거리는 5cm 내지 20cm의 범위에서 세밀하게 조절되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은,

상기 반사판이 상기 단빔음향측심기 센서의 아래 일 측면에서만 쌍으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은,

상기 반사판 고정대가,

일 끝단이 상기 센서 고정판에 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 수직 하방으로 연장되는 센서 고정판 결합부 및;

일 끝단이 상기 센서 고정판 결합부와 소정의 각도를 이루도록 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 상기 반사판에 연결되는 반사판 결합부;

를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 실시간으로 음속측정 및 수심보정을 할 수 있어 음파를 이용한 단빔음향측심기 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.

도 1은 단빔음향측심기 센서.
도 2는 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임의 전체적인 모습.
도 3은 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임에 단빔음향측심기 센서가 장착된 모습(정면).
도 4는 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임에 단빔음향측심기 센서가 장착된 모습(측면).
도 5는 단빔음향측심기 센서의 빔패턴의 예.

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.

도 1은 단빔음향측심기 센서를, 도 2는 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임의 전체적인 모습을, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임에 단빔음향측심기 센서가 장착된 모습(정면 및 측면)을, 도 5는 단빔음향측심기 센서의 빔패턴의 예를 보여준다.

본 발명은 단일장비에서 수심측량과 음속측정을 동시에 할 수 있으며 실시간으로 수심을 보정할 수 있어 후처리 시간을 단축할 수 있는 음속측정을 위한 프레임을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 센서 고정판(20), 반사판(30) 및 반사판 고정대(40)를 포함하여 이루어진다.

본 발명은 기존의 단빔음향측심기 센서(10)(도 1)를 이용하여 실시간 음속측정을 할 수 있는 프레임(도 2)이다.

센서 고정판(20)은 단빔음향측심기 센서(10)와 결합하여 단빔음향측심기 센서(10)가 움직이지 않도록 고정시킨다(도 3, 4). 본 발명의 실시 예에 따르면 센서 고정판(20)은 몸체에 다수 개의 홀(21)이 형성되어 있어(도 2) 이 홀을 통하여 단빔음향측심기 센서(10)와 볼팅 방식으로 결합할 수 있다.

반사판(30)은 단빔음향측심기 센서(10)의 아래에서 단빔음향측심기 센서(10)의 중심수직빔(도 3, 5의 a)을 기준으로 좌우 대칭이 되도록 쌍을 이루어 설치된다(도 2). 이 경우 반사판(30)은 단빔음향측심기 센서(10)의 아래에서 단빔음향측심기 센서(10)의 전 둘레에 걸쳐 설치되지 않고 단빔음향측심기 센서(10)의 아래 일 측면에서만 좌우 쌍으로 설치된다. 이는 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임에 의해 발생할 수 있는 물방울의 발생 등과 같이 수심측정에 오류를 발생할 수 있는 요인을 최소화하기 위함이다.

음속측정을 위하여 단빔음향측심기 센서(10)의 반사파를 검출해 내는 반사판(30)은 그 정확한 작동이 요구되므로 본 발명에서는 단빔음향측심기 센서(10)의 빔패턴을 기준으로 반사판(30)의 설치 각도 및 거리를 산출 및 설계하였다.

이와 관련하여 도 5는 단빔음향측심기 센서(10)의 빔패턴의 예를 보여주는데, 단빔음향측심기 센서(10)가 음파를 발진하게 되면 도 5에서 보는 바와 같이 0도의 중심 부근에서 수직의 강한 빔, 즉 중심수직빔(a)이 형성되고 중심수직빔(a)의 좌우에 대칭으로 사이드빔이 형성된다. 중심수직빔(a)은 15도 내외로 수심측량을 위하여 이용되는 빔이고 그 이외의 사이드빔은 필터나 스레스홀드를 설정, 불감지영역으로 설정하여 수심측량에는 사용되지 않는 빔이다. 본 발명에서는 이 불감지영역의 사이드빔 중 감도가 가장 높은 사이드빔(b)을 이용하여 음속측정을 한다. 즉, 본 발명에 따르면 단빔음향측심기 센서(10)의 중심수직빔(a)으로는 수심측량을 하고 감도가 가장 높은 사이드빔(b)으로는 음속측정을 하므로 단일장비에서 수심측량과 음속측정을 동시에 할 수 있게 되는 것이다.

반사판(30)은 도 3에서 보는 바와 같이 단빔음향측심기 센서(10)의 사이드빔 중 최고의 감도를 갖는 사이드빔(도 3, 5의 b)이 단빔음향측심기 센서(10)의 중심수직빔(도 3, 5의 a)과 이루는 각도(θ)만큼 수평면에 대하여 아래로 기울어지도록 설치되며, 이 상태에서 단빔음향측심기 센서(10)의 최고의 감도를 갖는 사이드빔(도 3, 5의 b)을 반사하는 역할을 한다. 이렇게 되면 단빔음향측심기 센서(10)의 최고의 감도를 갖는 사이드빔(도 3, 5의 b)이 반사판(30)에 입사하는 각도와 그것이 다시 반사되어 돌아오는 각도 간에 차이가 발생하지 않으므로, 상기 최고의 감도를 갖는 사이드빔(도 3, 5의 b)이 반사판(30)에 입사 후 반사되어 돌아오는 시간을 정밀하게 측정하여 단빔음향측심기 센서(10)와 반사판(30) 간의 거리(도 3의 L)를 그 측정된 시간으로 나누어 주면 아주 정확한 음속측정을 할 수 있게 된다.

한편, 단빔음향측심기 센서(10)의 빔패턴에 따르면 단빔음향측심기 센서(10)의 최고의 감도를 갖는 사이드빔(도 3, 5의 b)이 형성되는 각도는 30도, 40도, 50도 등 다양하게 나타날 수 있으며 따라서 이에 따른 반사판(30)의 설치 각도(도 3의 θ) 또한 이에 맞추어 30도, 40도, 50도 등과 같이 다양하게 구현될 수 있는 것이다. 참고로, 도 5의 실시 예에서 보면 단빔음향측심기 센서(10)의 감도가 가장 높은 사이드빔(b)은 좌우 30도 부근에서 형성되었음을 확인할 수 있으며 이에 따라 도 3의 실시 예에서 반사판(30)의 설치 각도 또한 30도가 되었음을 확인할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 반사판(30)을 통하여 음속을 측정함에 있어서는 단빔음향측심기 센서(10)의 중심과 반사판(30) 간의 거리(도 3의 L) 또한 중요한 요소로 작용하는데, 이 경우 단빔음향측심기 센서(10)의 중심과 반사판(30) 간의 거리는 단빔음향측심기 센서(10)에서 발진하는 음파의 주파수 특성에 맞추어 5cm 내지 20cm의 범위에서 세밀하게 조절될 필요가 있다. 이는 반사파의 파장이 주파수에 따라 좁거나 넓어지기 때문에 주파수에 대한 정확한 설계가 이루어져야 함을 의미하며, 본 발명에서 반사판(30)의 거리를 5cm 내지 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 반사판(30)의 물리적 거리를 정밀하게 유지하기 위함이다. 참고로, 도 3 및 도 5의 실시 예에서는 단빔음향측심기 센서(10)의 주파수를 200kHz로 하고 단빔음향측심기 센서(10)와 반사판(30) 간의 거리를 10cm로 설계하여 최대한의 성능을 보장하고자 하였다.

반사판 고정대(40)는 센서 고정판(20)과 반사판(30)을 연결하여 반사판(30)이 움직이지 않도록 고정시킨다(도 2). 이 경우 반사판 고정대(40)는 보다 구체적으로는, 일 끝단이 센서 고정판(20)에 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 수직 하방으로 연장되는 센서 고정판 결합부(41) 및; 일 끝단이 센서 고정판 결합부(41)와 소정의 각도를 이루도록 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 반사판(30)에 연결되는 반사판 결합부(42);를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우 반사판(30)의 설치 각도 및 거리는 상기 센서 고정판 결합부(41)에 대한 상기 반사판 결합부(42)의 연결 각도 및 위치에 변화를 줌으로써 조절할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 음속측정을 위한 프레임은 기존의 SV 센서의 측정원리와 비슷하나 구조적으로 새로운 방식을 제시하고 있다. 따라서 본 발명에 따르면 실시간으로 음속측정 및 수심보정을 할 수 있어 음파를 이용한 단빔음향측심기 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.

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.

10 : 단빔음향측심기 센서
20 : 센서 고정판
30 : 반사판
40 : 반사판 고정대
41 : 센서 고정판 결합부
42 : 반사판 결합부

Claims (5)

1. 단빔음향측심기 센서와 결합하여 상기 단빔음향측심기 센서를 고정시키는 센서 고정판;
   상기 단빔음향측심기 센서의 아래에서 상기 단빔음향측심기 센서의 중심수직빔을 기준으로 대칭이 되도록 쌍을 이루어 설치되되, 상기 단빔음향측심기 센서의 사이드빔 중 최고의 감도를 갖는 사이드빔이 상기 단빔음향측심기 센서의 중심수직빔과 이루는 각도만큼 수평면에 대하여 아래로 기울어지도록 설치되며, 이 상태에서 상기 단빔음향측심기 센서의 최고의 감도를 갖는 사이드빔을 반사하는 반사판 및;
   상기 센서 고정판과 상기 반사판을 연결하여 상기 반사판이 움직이지 않도록 고정시키는 반사판 고정대;
   를 포함하는 음속측정을 위한 프레임.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단빔음향측심기 센서의 중심과 상기 반사판 간의 거리는 상기 단빔음향측심기 센서에서 발진하는 음파의 주파수에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 음속측정을 위한 프레임.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 단빔음향측심기 센서의 중심과 상기 반사판 간의 거리는 5cm 내지 20cm의 범위에서 조절되는 것을 특징으로 하는 음속측정을 위한 프레임.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사판은 상기 단빔음향측심기 센서의 아래 일 측면에서만 쌍으로 설치되는 것을 특징으로 하는 음속측정을 위한 프레임.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 반사판 고정대는,
   일 끝단이 상기 센서 고정판에 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 수직 하방으로 연장되는 센서 고정판 결합부 및;
   일 끝단이 상기 센서 고정판 결합부와 소정의 각도를 이루도록 연결되며 이 상태에서 타 끝단이 상기 반사판에 연결되는 반사판 결합부;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 음속측정을 위한 프레임.

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