KR101212217B1 - 무반향 성능 시험장치 및 이를 이용한 무반향 성능 계측 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 무반향 성능 시험장치 및 무반향 성능 계측 시스템은 복수의 관으로 이루어지고, 상기 복수의 관의 내부에는 유체가 투입될 수 있도록 이루어지며, 연속 또는 불연속 신호를 방출하여 상기 복수의 관의 내부에 위치하는 시편의 음향 성능을 측정가능함으로써 시험 대상물이 같은 매질 내에 있는 경우뿐만 아니라 서로 다른 매질의 경계가 되는 경우에도 무반향 성능의 측정이 가능하다.

Description

무반향 성능 시험장치 및 이를 이용한 무반향 성능 계측 시스템{ECHO REDUCTION MEASUREMENT APPARATUS AND ECHO REDUCTION MEASUREMENT SYSTEM USING THE APPARATUS}

본 발명은 시편의 무반향 성능을 시험하기 위한 장치 및 시편의 무반향 성능을 계측하기 위한 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수중에서 상대방의 능동소나에 의한 피탐지 가능성을 낮추기 위해 잠수함의 표면에는 무반향코팅재를 부착하여 사용하고 있다.

이 때, 무반향코팅재의 효과는 반향음 감소(Echo Reduction) 또는 투과음 손실(Transmission Loss)로 나타나며 이 값은 물체의 표면에 입사되는 음파의 입사파와 반사파를 사용하여 다음과 같이 정의된다.

ER = 20log₁₀(입사음압진폭/반사음압진폭)

TL = 20log₁₀(입사음압진폭/투과음압진폭)

상기와 같은 반향음 감소 또는 투과음 손실을 계측하기 위해서 일반적으로 음향수조가 이용되고 있고, 높은 수압에서 반향음 감소성능 또는 투과음 손실을 계측하기 위해서는 압력을 가할 수 있는 음향수조 즉, 압력음향수조가 필요하다.

하지만 이와 같은 설비의 경우 많은 공간을 차지하고 구조가 복잡하며 고가이다. 또한 연속신호에 대한 무반향 성능의 측정이 어렵고 단일한 매질(물) 내에서의 무반향 성능만이 측정가능하다.

하지만 잠수함의 경우 잠수함의 표면을 경계로 하여 일측은 물이고 일측은 공기로서 상호 매질이 다를 수 있어 이 경우를 포함한 무반향코팅재의 성능을 정확하게 측정할 필요가 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 안출된 것으로서, 시험 대상물이 같은 매질 내에 있는 경우뿐만 아니라 서로 다른 매질의 경계가 되는 경우에도 무반향 성능을 시험하는 것이 가능한 무반향 성능 시험장치를 제공한다.

또한 본 발명은 압력과 온도조절이 가능하고, 시험 대상물이 같은 매질 내에 있는 경우뿐만 아니라 서로 다른 매질의 경계가 되는 경우에도 무반향 성능의 측정이 가능하며 연속 및 불연속 신호에 대해서도 무반향 성능의 측정이 가능한 무반향 성능 계측 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 특징에 따른 무반향 성능 시험장치는, 내부의 공간에 유체가 채워지는 제1 본체부와, 일단이 상기 제1 본체부에 결합되고 상기 제1 본체부와 연통되며 내부의 공간에 유체가 채워지는 제2 본체부와, 상기 제1 본체부의 일단에 결합되고 시편을 상기 제1 본체부의 내부의 공간 또는 상기 제2 본체부의 내부의 공간에 위치하도록 고정하는 시편 고정부와, 상기 제1 본체부 또는 제2 본체부의 내부의 공간으로 연속 또는 불연속 신호를 방출하는 신호 발생부 및 상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부의 내부의 공간에 존재하는 신호를 감지하는 신호 감지부를 포함한다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부가, 관 형상으로 이루어지는 몸체와 상기 몸체의 외주를 감싸도록 배치되는 파이프 및 상기 파이프를 감싸는 보온커버를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 몸체 및 상기 파이프는 열전도성 소재로 이루어지고 상기 보온커버는 보온성 소재로 이루어질 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 신호 감지부는 상기 제1 본체부 또는 제2 본체부에 설치되고 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서를 포함할 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 신호감지부는, 상기 제1 본체부 또는 제2 본체부에 결합되고 함몰된 공간이 형성되는 하우징과, 센서가 결합된 상태에서 상기 하우징의 함몰된 공간에 설치되는 센서블록과, 상기 센서블록을 덮도록 상기 하우징과 결합하는 플랜지를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 신호감지부는, 상기 센서블록의 측면이 상기 하우징과 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 제1 밀폐부 및 상기 센서블록이 상기 하우징 및 상기 플랜지와 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 제2 밀폐부를 더 포함할 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 신호 발생부는, 상기 제2 본체부의 일단을 밀폐하는 고정 플레이트 및 상기 고정 플레이트에 장착되는 하이드로폰을 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 제1 본체부의 일단과 상기 제2 본체부의 일단에는 각각 관통홀이 형성되는 리브가 구비되고 상기 관통홀이 일치하도록 리브를 맞댄 상태에서 상기 관통홀에 체결부재가 체결됨으로써 상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부가 결합될 수 있다.

상기 무반향 성능 시험장치에 있어서, 상기 체결부재는, 상기 관통홀에 결합되고 축방향으로 홈이 형성되는 핀 및 상기 홈에 체결되는 볼트로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 특징에 따른 무반향 성능 계측 시스템은, 직립하여 연결되는 복수의 관으로 이루어지고, 상기 복수의 관의 내부에는 유체가 투입될 수 있도록 이루어지며, 연속 또는 불연속 신호를 방출하여 상기 복수의 관의 내부에 위치하는 시편의 흡음 성능을 측정하는 측정 유닛과, 상기 측정 유닛에 연결되고 상기 측정 유닛에 투입되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절 유닛과, 상기 측정 유닛에 연결되고 상기 측정 유닛에 투입되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절 유닛 및 상기 측정 유닛에서 측정되는 신호를 입력받아 시편의 음향 특성을 계측하는 계측 유닛을 포함한다.

상기 무반향 성능 계측 시스템에 있어서, 상기 시편은 상기 복수의 관의 내부를 2개의 영역으로 구획하고, 상기 2개의 영역은 서로 다른 유체로 채워질 수 있다.

상기 무반향 성능 계측 시스템에 있어서, 상기 측정 유닛은, 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서를 구비할 수 있다.

상기 무반향 성능 계측 시스템에 있어서, 상기 압력조절 유닛은 내부 유체를 최대 50기압으로 가압할 수 있도록 하고 상기 온도조절 유닛은 내부 유체를 2~30℃ 범위에서 임의로 조정할 수 있도록 이루어질 수 있다.

본 발명의 무반향 성능 시험장치에 따르면, 시험 대상물이 같은 매질 내에 있는 경우뿐만 아니라 서로 다른 매질의 경계가 되는 경우에도 무반향 성능의 측정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 계측 시스템을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 1의 A-A 방향의 단면도.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도.
도 5는 도 3의 B부분의 확대도.
도 6은 도 3의 C부분의 확대도.
도 7은 도 4의 D부분의 확대도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 이용하여 성능시험을 수행하는 개념도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 이용한 성능시험의 수행결과를 나타내는 그래프.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치의 특성을 나타내는 그래프.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 계측 시스템을 나타내는 블록도이다.

도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 계측 시스템은 측정 유닛(10), 압력조절 유닛(20), 온도조절 유닛(30), 계측 유닛(40)을 포함하여 이루어진다.

상기 측정 유닛(10)은, 도 2에 도시된 바와 같이 직립하여 연결되는 복수의 관으로 이루어지고, 상기 복수의 관의 내부에는 유체가 투입될 수 있도록 이루어지며, 연속 또는 불연속 신호를 방출하여 상기 복수의 관의 내부에 위치하는 시편의 흡음 성능을 측정한다.

상세하게 설명하면, 상기 계측 유닛(40)은 서로 분리가 가능한 여러 개의 본체(100, 200)가 직립한 상태로 연결되어 이루어지고 상기 본체는 내부가 비어 있는 관 형태로서 내부의 공간에는 공기, 물 등의 유체가 채워진다.

이 상태에서 상기 본체의 내부의 공간에 시편을 위치시키고 신호발생원에서 시편을 향하여 연속신호 또는 불연속 신호를 방출한 후 시편에 도달하기 전의 신호의 세기, 시편에 반사된 신호의 세기, 시편을 통과한 신호의 세기를 신호 감지부(510, 530)의 센서를 통해 측정하고 상기 각 신호를 비교함으로써 상기 시편의 무반향 성능을 계측하는 것이 가능하다.

이 때 상기 시편에 의해 상기 복수의 관의 내부를 2개의 영역으로 구획하고, 상기 2개의 영역은 서로 다른 유체로 채워지도록 구성함으로써 시편과 같은 성분으로 이루어지는 흡음재가 서로 다른 매질의 경계를 이루는 경우에도 무반향 성능을 계측할 수 있다.

또한 상기 측정 유닛(10)은, 제1 신호 감지부(510)가 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서를 구비함으로써, 고주파 연속신호 및 저주파 연속신호에 대한 무반향 성능을 측정할 수 있도록 이루어진다.

상기 측정 유닛(10)은, 복수의 본체(100, 200)가 상호 연결이 가능하여 여러 개의 본체(100, 200)를 연결하거나 분리함으로써 전체 계측 유닛(40)의 길이를 조절하는 것이 가능하며 상기 본체(100, 200)의 길이 또는 내경을 다양하게 하게 변경하여 복수의 측정 유닛(10)으로 구성할 수 있다.

상기 측정 유닛(10)의 상세한 설명에 대해서는 후술한다.

상기 압력조절 유닛(20)은 상기 측정 유닛(10)에 연결되고 상기 측정 유닛(10)의 본체에 채워지는 유체의 압력을 유지하거나 조절한다.

또한 상기 온도조절 유닛(30)은 상기 측정 유닛(10)의 본체에 채워지는 유체의 온도를 유지하거나 조절한다.

상기 압력조절 유닛(20)과 상기 온도조절 유닛(30)은 측정 유닛(10)에 장착된 압력센서(미도시)나 온도센서(550, 560, 570 도 3 참조)로부터 압력 및 온도를 각각 입력받아 압력 및 온도를 원하는 설정값으로 조절한다.

상기 압력조절 유닛(20)는 내부 유체를 최대 50기압으로 가압할 수 있도록 하고 상기 온도조절 유닛(30)은 내부 유체를 2~30℃ 범위에서 임의로 조정할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기와 같은 특성을 가지는 압력조절 유닛(20)과 온도조절 유닛(30)를 구비함으로써 각종 조건에서 시편의 무반향 성능을 계측하는 것이 가능하다.

상기 계측 유닛(40)은 측정 유닛(10)에서 감지된 각종 신호의 입사, 반사, 투과 성분을 분리하여 상기 시편의 무반향 특성(음향특성)인 ER(Echo Reduction)과 TL(Transmission Loss)을 산출한다.

다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 1의 A-A 방향의 단면도이다.

상기 무반향 성능 시험장치는 상술한 무반향 성능 계측 시스템에 있어서, 측정 유닛(10)에 해당하며 상기 측정 유닛(10)의 내부에 채워지는 대표적인 유체는 물이므로 물의 음향특성과 계측환경 요구조건을 고려하여 설계되는 것이 바람직하다.

다만, 측정 유닛(10)의 내부에는 물과 공기가 동시에 채워질 수도 있고 물 이외의 다른 유체를 채워 시험하는 것도 가능하다.

도면을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치는 제1 본체부(100), 제2 본체부(200), 시편 고정부(300), 신호 발생부(400) 및 신호 감지부(500)를 포함하여 이루어진다.

상기 제1 본체부(100)는 관 형상으로 이루어지고 내부의 공간에 유체가 채워지고, 상기 제2 본체부(200)는 상기 제1 본체부(100)와 같이 관 형상으로 이루어지고 일단이 상기 제1 본체부(100)에 결합되고 연통되며 내부의 공간에 유체가 채워지며 다른 일단이 지지대(900)에 볼트(250) 등이 체결되어 결합된다.

상기 지지대(900)는 방진기능을 갖도록 설계된 것임이 바람직하다.

상기 제1 본체부(100)와 상기 제2 본체부(200)는, 관 형상으로 이루어지는 몸체(110, 210)와, 상기 몸체(110, 210)의 외주를 감싸도록 배치되는 파이프(120, 220) 및 상기 파이프(120, 220)를 감싸는 보온커버(130, 230)를 포함하여 이루어진다.

상기 본체부(100, 200)의 내부의 공간에는 물이 채워지고, 상기 파이프(120, 220)는 외부의 배관(121, 122, 221, 222, 223, 224)을 통해 상술한 온도조절 유닛(30)에 연결되고 상기 파이프(120, 220)의 내부에는 설정된 온도를 가진 유체가 흐르며 상기 파이프(120, 220)와 상기 몸체(110, 210) 사이에 열교환이 이루어짐으로써 결과적으로 상기 몸체(110, 210)의 내부의 공간에 채워진 물을 일정한 온도로 조절한다.

상기 배관(121, 222, 221, 222, 223, 224)은 유체가 유입되는 유입관(121, 221, 223)과 유체가 파이프(120, 220)를 순환한 후 유출되는 유출관(122, 222, 224)으로 이루어질 수 있다. 상기 유입관과 유출관은 상호 바뀔 수 있다.

또한 상기 보온커버(130, 230)는 상기 본체부(100, 200)와 상기 파이프(120, 220)를 감싸도록 이루어져 열의 방출을 방지함으로써 열손실을 최소화하도록 한다.

이 때 상기 본체부(100, 200) 및 상기 파이프(120, 220)는 금속소재 등의 열전도성 소재로 이루어지고 상기 보온커버(130, 230)는 스티로폼 등의 보온성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따라 본체부(100, 200)와 파이프(120, 220) 사이의 열교환이 촉진됨과 아울러 열손실이 최소화된다.

상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)는 연결 및 분리가 자유롭게 이루어진다. 이에 따라 상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)에는 상호 연결을 위한 연결부(140, 240)를 구비한다.

상세하게 설명하면 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 본체부(100)의 일단과 상기 제2 본체부(200)의 일단에는 각각 관통홀이 형성되는 리브(141, 241)가 구비되고 상기 관통홀이 일치하도록 리브(141, 241)를 맞댄 상태에서 상기 관통홀에 체결부재(600)가 체결됨으로써 상기 제1 본체부(100)와 상기 제2 본체부(200)가 결합된다.

이 때 상기 체결부재(600)는, 상기 관통홀에 결합되고 축방향으로 홈이 형성되는 핀(610) 및 상기 홈에 체결되는 볼트(620)로 이루어짐이 바람직하다.

상기와 같이 체결부재(600)가 핀(610)과 볼트(620)로 이루어짐으로써 핀(610) 결합을 통해 위치를 고정시키고 볼트(620)를 체결하여 상기 제1 본체부(100)와 상기 제2 본체부(200)를 간편하게 조립하는 것이 가능하다.

상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)의 두께와 길이는 내부에 채워진 유체의 특성을 고려하여야 한다.

즉 두께는 내부의 물과 각 본체부(100, 200)의 연성을 가능한 한 억제시켜야 한다는 조건으로부터 결정하는 것이 바람직하고, 연속신호(continuous signal) 뿐만 아니라 톤 버스트(tone burst)를 비롯한 펄스신호를 이용 가능하도록 상대적으로 길이가 긴 관을 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)는, 시편설치, 유체 내 공기제거의 용이성 등 여러 가지 인자를 고려하여 수직으로 설치하는 것이 바람직하고, 유체의 투입은 상기 무반향 성능 시험장치의 하단부에서 이루어짐이 바람직하다.

도면을 참조하면 상기 본체부(100, 200)에 채워지는 유체는 제2 본체부(200)의 하단부에 연결되는 투입관(800)을 통해 투입되고 상기 투입관에는 밸브(820)와 압력계(810)가 구비되어 유체의 투입량을 조절하고 압력을 측정할 수 있도록 이루어진다.

상기 시편 고정부(300)는, 상기 제1 본체부(100)의 일단에 결합되고 시편을 상기 제1 본체부(100)의 내부의 공간 또는 상기 제2 본체부(200)의 내부의 공간에 위치하도록 고정시킨다.

상기 시편 고정부(300)는 도시된 바와 같이 상기 제1 본체부(100)의 상단에 구비될 수 있으며 이 경우 시편에 실 등을 연결하고 상기 실을 상기 시편 고정부(300)에 연결함으로써 시편을 설치하는 것이 가능하다.

상기 시편 고정부(300)는 도시된 바와 같이 제1 본체부(100)의 상단에 구비될 수 있으나 이에 한정되는 것이 아니다.

즉 상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)의 연결부(140, 240) 사이에 시편이 장착된 플레이트(미도시)를 개재하여 연결함으로써 시편을 설치하는 것이 가능하다. 이 경우에는 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200) 사이에 개재되는 플레이트(미도시)가 시편 고정부(300)로 기능한다.

상기 신호 발생부(400)는, 상기 제1 본체부(100) 또는 제2 본체부(200)의 내부의 공간으로 연속 또는 불연속 신호를 방출한다.

도 4를 참조하면, 상기 신호 발생부(400)는 상기 제2 본체부(200)의 하단에 설치되고, 상기 제2 본체부(200)의 일단을 밀폐하는 고정 플레이트 및 상기 고정 플레이트에 장착되는 하이드로폰(420)으로 이루어진다.

상기 하이드로폰(420)은 각종 연속신호 및 불연속신호를 방출하도록 이루어지고 방출된 연속신호 또는 불연속신호는 시편을 향하여 진행하고 시편을 통과하거나 시편에 의해 반사된다.

상술한 설명에서 상기 신호 발생부(400)는 제2 본체부(200)의 하단에 설치되는 것으로 하였으나 상술한 제1 본체부(100)의 상단에 시편 고정부(300)를 제거하고 장착하는 것도 가능하다.

이 경우 상기 신호 발생부(400)는 시편 고정부(300)와 호환되는 장착구조를 가지게 되고, 시편 고정부(300)는 상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)의 연결부(140, 240) 사이에 개재되도록 이루어진다.

상기 신호 감지부(500)는, 상기 제1 본체부(100)와 상기 제2 본체부(200)의 내부의 공간에 존재하는 신호를 감지한다.

상기 신호 감지부(500)는 상기 제1 본체부(100) 또는 제2 본체부(200)에 설치되고, 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서(512, 513, 522)를 포함하여 이루어진다.

상기와 같이 3개의 신호 감지 센서(512, 513, 522)가 근접하여 설치됨으로써 고주파 및 저주파의 연속신호에 대한 흡음재의 무반향 성능을 측정하는 것이 가능하다.

도면을 참조하면 본 실시예에서 상기 신호 감지부(500)는 제2 본체부(200)에 설치되고 상기 제2 본체부(200)의 상단부에는 근접하여 설치된 3개의 신호 감지 센서(512, 513, 522)를 포함하여 이루어지는 제1 신호 감지부(510)가 배치되고, 상기 제2 본체부(200)의 중하단부에는 1개의 신호 감지 센서(532)로 이루어지는 제2 신호 감지부(530)가 배치된다.

도 5는 제1 신호 감지부(510)를 나타내는 도면이고 도 6은 제2 신호 감지부(530)를 나타내는 도면이다.

도면을 참조하면 제1 신호 감지부(510) 및 상기 제2 신호 감지부(530)는, 제2 본체부(200)에 결합되고 함몰된 공간이 형성되는 하우징(511, 521, 531)과, 센서가 결합된 상태에서 상기 하우징(511, 521, 531)의 함몰된 공간에 설치되는 센서블록(514, 524, 534)과, 상기 센서블록(514, 524, 534)을 덮도록 상기 하우징(511, 521, 531)과 결합하는 플랜지(515, 525, 535)를 포함하여 이루어진다.

상기 플랜지(515, 525, 535)와 상기 하우징(511, 521, 531)은 도시된 바와 같이 볼트 체결(516, 526, 536)에 의해 결합될 수 있다.

또한 상기 제1 신호 감지부(510) 및 상기 제2 신호 감지부(530)에는, 상기 센서블록(514, 524, 534)의 측면이 상기 하우징(511, 521, 531)과 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 2개의 오링(O-ring, 517, 527, 537)과 및 상기 센서블록(514, 524, 534)이 상기 하우징(511, 521, 531) 및 상기 플랜지(515, 525, 535)와 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 2개의 오링(518, 528, 538) 각각 설치된다.

상기 오링(518, 528, 538)은 밀폐부로 기능하고 이에 따라 상기 제1 신호 감지부(510) 및 제2 신호 감지부(530)는 수밀구조를 이룬다.

부가적으로 상기 무반향 성능 계측장치에는 압력계(810) 및 온도 센서(550, 560, 570)가 장착되어 압력과 온도를 측정하도록 이루어진다.

상기 압력계(810)와 온도 센서(550, 560, 570)의 측정값은 계측 유닛(40)으로 피드백되어 원하는 압력 및 온도를 설정하도록 함과 아울러 무반향 성능 계측에 있어서 온도 및 압력 보정에 이용될 수 있다.

상기와 같이 무반향 성능 시험장치는, 착탈이 가능하도록 두 개의 본체부(100, 200)로 구성되었으며 모두 4개의 동적 압력센서(512, 513, 522, 532)를 튜브에 장착하여 음향 가진 신호로 전통적인 펄스신호 뿐 아니라 연속신호를 사용하여서도 반향음 감소성능 계측이 가능하므로 시편의 무반향 성능을 정밀하게 측정하는 것이 가능하다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 이용하여 무반향 성능을 계측하는 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 이용하여 계측시험을 수행하는 개념도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치를 이용한 계측시험의 수행결과를 나타내는 그래프이다.

상술한 설명에서는 시편 고정부(300)가 제1 본체부의 상부에 배치되고 시편 고정부(300)와 시편(1)을 실(2)로 연결하여 본체부(100, 200) 내부에 설치하는 경우를 예로 하여 설명하였으나 도 8b, 도 8c와 같이 시편을 설치하는 경우에는 상기 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)의 연결부(140, 240) 사이에 시편(1)이 장착된 플레이트(미도시)를 개재하고 연결함으로써 시편을 설치하는 것이 가능하다.

먼저 상기 무반향 성능 계측장치의 본체부(100, 200) 내부에 매질을 채운다. 매질은 본체부(100, 200) 전체에 같은 매질을 채울 수도 있고, 시편(1)을 경계로 하여 다른 매질을 채울 수도 있다.

다음으로 상기 무반향 성능 계측장치의 본체부(100, 200) 내부에 시편(1)을 설치한다. 상기 시편(1)의 설치위치는 측정하고자 하는 성능(ER 또는 TL) 및 환경조건(매질의 종류)에 따라 각각 적합한 위치에 설치한다.

다음으로 상기 무반향 성능 계측장치의 하단에 설치되는 신호 발생부(400)의 하이드로폰(420)(hydro-phone)을 이용하여 연속 또는 불연속 신호를 발생시킨다.

다음으로 상기 본체부(100, 200) 벽면에 설치되어 있는 제1 감지부 또는 제2 감지부의 동적 압력센서(512, 513, 522, 532)를 이용하여 수중에서 전파되는 음향 신호를 측정한다. 이 때 상기 매질의 온도 및 압력을 온도센서(550, 560, 570) 및 압력계(810)를 이용하여 측정할 수 있다.

다음으로 신호의 입사, 반사, 투과 성분을 분리하고 계측 유닛(40)을 통해 음향특성인 ER(Echo Reduction)과 TL(Transmission Loss)을 산출한다.

도 8a는 동일한 매질에서 일반적인 ER/TL 성능을 측정하기 위한 것으로서 하단부로부터 물을 본체부(100, 200) 내부로 투입하여 제1 본체부(100)와 제2 본체부(200)의 내부 공간에 채우고, 시편(1)을 제1 신호 감지부(510)와 제2 신호 감지부(530)의 사이에 위치시킨다.

다음으로 하이드로폰(420)에서 톤버스트 신호를 발생시킨다. 이 때 ER은 제2 신호 감지부(530)에서 입사신호와 반사신호를 모두 측정하여 수행한다. TL은 입사신호를 제1 신호 감지부(500)에서 측정하고 투과되는 신호를 제2 신호 감지부(530)에서 측정하여 수행한다.

도 8b는 다른 매질에서 불연속 신호에 따른 무반향 성능을 계측하기 위한 것으로서, 상기 제2 본체부(200)의 내부 공간에 물을 채우고 시편(1)을 제2 신호 감지부(530)의 상단에 위치시킨다. 이에 따라 시편(1)의 하부는 물과 접하고 시편(1)의 상부는 공기와 접한다.

다음으로 하이드로폰(420)에서 톤버스트 신호를 발생시킨다. 이 때 ER 측정은 제2 신호 감지부(530)의 센서(532)에서 입사신호와 반사신호를 모두 측정하여 수행한다.

이 경우 제1 신호 감지부(510)를 이루는 어느 하나의 센서(512, 513, 522)로 입사신호와 반사신호를 측정하여 성능시험을 수행할 수 있으나 시편(1)과 거리가 가까워 측정오차가 발생할 우려가 있으므로 제2 신호 감지부(530)의 센서(532)로 측정하여 수행하는 것이 바람직하다.

도 8c는 다른 매질에서 연속 신호에 따른 무반향 성능을 계측하기 위한 것으로서, 상기 제2 본체부(200)의 내부 공간에 물을 채우고 시편(1)을 제2 신호 감지부(530)의 상단에 위치시킨다. 이에 따라 시편(1)의 하부는 물과 접하고 시편(1)의 상부는 공기와 접한다.

다음으로 하이드로폰(420)에서는 연속신호를 발생시킨다. 이 때 ER 측정은 제1 신호 감지부(510)를 이루는 센서(512, 513, 522)에 의해 입사신호와 반사신호를 측정하여 수행한다.

즉 제1 신호 감지부(510)를 이루는 센서(512, 513, 522)를 상부로부터 제1 센서(512), 제2 센서(513), 제3 센서(522)라고 할 때 입사신호는 제3 센서(513)로 측정하고 파장이 긴 연속신호의 경우는 제2 센서(513)에서 반사신호를 측정하고 파장이 짧은 연속신호의 경우는 제1 센서(512)에서 반사신호를 측정한다. 이는 파장에 대응하여 정확하게 무반향 성능을 계측하기 위함이다.

또한 상기 각 측정시에 압력 및 온도를 조절하면서 신호를 측정할 수 있다.

상기와 같은 방법에 의해 측정된 ER 또는 TL 값은 도 9의 그래프와 같이 나타난다. 이 때 도 9a는 ER을 나타내는 그래프이고 도 9b는 TL을 나타내는 그래프이다.

또한 그래프에서, 가로축은 하이드로폰(420)으로부터 발생되는 신호의 주파수값을 의미하고 세로축은 발생된 주파수값에 따른 ER 또는 TL 값의 크기(dB)를 의미한다.

다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치의 특성에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 무반향 성능 시험장치의 특성을 나타내는 그래프이다.

도 10a는 도 2의 무반향 성능 계측장치에서 시편(1)을 설치하고 하이드로폰(420)이 불연속 신호인 톤버스트(tone burst) 신호를 발생시킬 때 제2 감지부의 센서(532)에서 검출되는 신호의 시간 이력을 보여주고 있다.

이 신호에서 첫 번째와 두 번째 톤버스트 신호가 각각 시편(1)에 입사되는 입사파와 시편(1)에 의해 반사된 반사파를 나타내는 것으로 이들의 진폭으로부터 반향음 감소성능 ER을 계산할 수 있다.

ER = 20log₁₀(입사음압진폭/반사음압진폭)

도 9b에는 상기 무반향 성능 시험장치의 계측 정확도를 유추할 수 있는 계측자료로 음향특성이 잘 알려진 두가지 재료 알루미늄과 스테인리스 시편(1)의 반향음 감소성능을 계측하여 이론적 결과와 비교한 것이다.

측정시 가진신호로는 3 kHz와 10 kHz의 톤버스트 신호를 사용하였다. 이 결과에서는 최대 오차가 2 dB 이하로 나타나고 있으며 평균 약 1 dB 정도임을 짐작할 수 있다. 따라서 계측 정확도가 높음을 알 수 있다.

도 9c는 동일한 재료에 대하여 가진 신호로 연속신호를 사용하였을 때와 톤버스트 신호를 사용했을 때 계측결과를 비교한 것이다.

이 결과 역시 두 가지 서로 다른 가진 신호를 사용하였을 때 나타난 최대 오차가 약 2 dB 정도임을 말해주고 있다.

따라서 가진 신호의 종류가 달라져도 거의 동일한 반향음 감소성능을 보임을 알 수 있고 이에 따라 계측 정확도가 높음을 알 수 있다.

따라서 일정 주파수 범위에 걸쳐 반향음 감소성능을 계측하여야 할 경우에는 여러 번에 걸쳐 계측을 수행해야 하는 톤버스트 신호보다는 단 한번의 계측으로 결과를 얻을 수 있는 연속신호를 사용하는 방법이 유리함을 알 수 있다.

표 1은 내부에 시편(1)이 없을 때 제1 신호 감지부(510)를 이루는 3개의 센서 중 하나와 제2 신호 감지부(530)를 이루는 센서의 검출신호를 비교함으로서 내부 유체에서의 음속을 측정한 것이다.

이 결과로부터 관과 유체의 연성정도 등 상기 무반향 성능 계측장치의 기본 음향특성을 짐작할 수 있다.

표 1은 압력에 따른 유체 내 음속(m/sec)을 나타낸다. 표 1의 결과에 의하면 상기 무반향 성능 계측장치 내부의 유체 내 음속이 자유음장의 음속에 비하여 약 5 % 줄어든 것으로 나타나고 있다. 또한 미미하나마 압력에 의한 영향도 나타나고 있음을 보여준다.

이러한 영향을 반영하여 계측을 수행하면 더욱 정확한 무반향 성능의 계측이 가능하다.

압력	1 기압	10 기압	20 기압
계측	1,423	1,425	1,429
이론(자유음장)	1,490	1,492	1,493
오차	4.5%	4.4%	4.3%

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 내부의 공간에 유체가 채워지는 제1 본체부;
   일단이 상기 제1 본체부에 결합되고 상기 제1 본체부와 연통되며 내부의 공간에 유체가 채워지는 제2 본체부;
   상기 제1 본체부의 일단에 결합되고 시편을 상기 제1 본체부의 내부의 공간 또는 상기 제2 본체부의 내부의 공간에 위치하도록 고정하는 시편 고정부;
   상기 제1 본체부 또는 제2 본체부의 내부의 공간으로 연속 또는 불연속 신호를 방출하는 신호 발생부 및
   상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부의 내부의 공간에 존재하는 신호를 감지하는 신호 감지부
   를 포함하는 무반향 성능 시험장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부는, 관 형상으로 이루어지는 몸체와, 상기 몸체의 외주를 감싸도록 배치되는 파이프 및 상기 파이프를 감싸는 보온커버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 몸체 및 상기 파이프는 열전도성 소재로 이루어지고 상기 보온커버는 보온성 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 신호 감지부는 상기 제1 본체부 또는 제2 본체부에 설치되고, 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 신호감지부는, 상기 제1 본체부 또는 제2 본체부에 결합되고 함몰된 공간이 형성되는 하우징과, 센서가 결합된 상태에서 상기 하우징의 함몰된 공간에 설치되는 센서블록과, 상기 센서블록을 덮도록 상기 하우징과 결합하는 플랜지를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 신호감지부는, 상기 센서블록의 측면이 상기 하우징과 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 제1 밀폐부 및 상기 센서블록이 상기 하우징 및 상기 플랜지와 접촉하는 부분에 걸쳐 배치되는 제2 밀폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 신호 발생부는, 상기 제2 본체부의 일단을 밀폐하는 고정 플레이트 및 상기 고정 플레이트에 장착되는 하이드로폰을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 본체부의 일단과 상기 제2 본체부의 일단에는 각각 관통홀이 형성되는 리브가 구비되고 상기 관통홀이 일치하도록 리브를 맞댄 상태에서 상기 관통홀에 체결부재가 체결됨으로써 상기 제1 본체부와 상기 제2 본체부가 결합되는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 체결부재는,
   상기 관통홀에 결합되고 축방향으로 홈이 형성되는 핀 및 상기 홈에 체결되는 볼트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 시험장치.
10. 직립하여 연결되는 복수의 관으로 이루어지고, 상기 복수의 관의 내부에는 유체가 투입될 수 있도록 이루어지며, 연속 또는 불연속 신호를 방출하여 상기 복수의 관의 내부에 위치하는 시편의 흡음 성능을 측정하는 측정 유닛;
    상기 측정 유닛에 연결되고 상기 측정 유닛에 투입되는 유체의 압력을 조절하는 압력조절 유닛;
    상기 측정 유닛에 연결되고 상기 측정 유닛에 투입되는 유체의 온도를 조절하는 온도조절 유닛 및
    상기 측정 유닛에서 측정되는 신호를 입력받아 시편의 음향 특성을 계측하는 계측 유닛
    을 포함하는 무반향 성능 계측 시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 시편은 상기 복수의 관의 내부를 2개의 영역으로 구획하고, 상기 2개의 영역은 서로 다른 유체로 채워지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 계측 시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 측정 유닛은, 상호 근접하여 설치되는 3개의 신호 감지 센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 계측 시스템.
13. 제10항에 있어서,
    상기 압력조절 유닛은 내부 유체를 최대 50기압으로 가압할 수 있도록 하고 상기 온도조절 유닛은 내부 유체를 2~30℃ 범위에서 임의로 조정할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 무반향 성능 계측 시스템.

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