KR101479898B1 - 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하부평판에 고정케이싱을 설치하고 상기 고정케이싱에 수중청음기를 끼워 고정하는 단계; 흡음판에 상기 수중청음기가 끼워질 수 있는 청음기홀을 형성하고 상기 하부평판의 상면에 상기 흡음판을 설치하는 단계 및; 상기 하부평판의 가장자리와 상기 흡음판의 가장자리에 동시에 접하도록 고정외판을 설치하여 상기 흡음판이 상기 하부평판에 고정되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 이 경우, 상기 흡음판은 수중에서 전해지는 입사파를 흡수하여 반사파의 생성을 억제하는 한편 상기 수중청음기의 주위를 둘러싸 상기 수중청음기가 흔들리지 않도록 고정하는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 수중 소음 계측 시 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기가 계측하는 신호크기의 저감을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신호조절판에 수중청음기를 견고하게 고정하여 수중청음기가 수중환경에 노출되어 외력을 받더라도 고정상태가 해체되지 않는다. 따라서 수중 소음 계측 시 특정 주파수 대역에서 발생한 강력한 신호 손실에 의해 신호의 활용이 불가능해진다거나 계측결과의 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생하지 않는다.

Description

흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법{Manufacturing Method of Signal Conditioning Plate for Underwater Hydrophone using Sound-Absorbing Materials}

본 발명은 흡음재로 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기가 계측하는 신호크기의 저감을 방지하는 한편 수중청음기를 견고하게 고정할 수 있는 신호조절판에 관한 것이다.

수중에서 소음은 수중청음기(Underwater Hydrophone)(40)를 이용하여 계측하며, 계측의 정도를 높이기 위해 다수의 수중청음기(40)를 배열로 구성하여 사용한다(도 1). 이 때 다수의 수중청음기(40) 배열을 위해 수중청음기(40)를 고정하는 판을 신호조절판(Signal Conditioning Plate)(50)이라 한다. 신호조절판(50)의 용도는 개별 수중청음기(40)를 특정 위치에 고정하며, 신호의 크기를 제어하는 데 있다.

이 때 신호조절판(50)으로 신호의 크기를 제어하는 원리는 다음과 같다. 도 2에서 보는 것과 같이 신호조절판(50)에 의해 고정된 수중청음기(40)에는 수중에서 수중청음기(40)로 곧바로 전해지는 입사파(Pi)와 신호조절판(50)에 의한 반사파(Pr)가 동시에 계측된다. 이 때 반사파(Pr)의 반사각(r)은 신호조절판(50)이 평판인 경우 입사파(Pi)의 입사각(i)과 동일하다. 수중청음기(40)에 의해 계측된 신호를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

P=Pi+Pr=(1+Re^{2ikdcos (r)})Pi [수식 1]

수식 1에서, R은 반사계수이며 일반적으로 신호조절판(50)이 철판인 경우 물과의 음향임피던스 차이가 커서 1에 근접한다. k는 파수(Wave Number)이고 d는 수중청음기(40) 상부 끝단과 신호조절판(50) 표면 사이의 거리인 스탠드오프 거리(Standoff Distance)이다. 이 때 입사파와 반사파 사이에는 2kdcos(r)의 위상차가 존재하는데, 이러한 위상차에 의해 입사파와 반사파 사이의 간섭이 발생하며, 이에 따라 신호의 크기가 결정된다.

수중청음기(40) 상부 끝단과 신호조절판(50) 표면 사이의 거리가 0인 경우, 즉 스탠드오프 거리가 0인 경우에는 입사파와 반사파 사이의 위상차가 없으므로 전 주파수 대역에서 입사파와 반사파의 보강간섭이 발생한다. 따라서 도 3에서 보는 것과 같이 스탠드오프 거리가 0인 경우 신호조절판(50)에 의하면 약 6dB의 신호이득(SR)을 얻을 수 있다. 이 때 신호이득은 다음의 수식 2와 같이 정의된다.

SR=20log10[(Pi+Pr)/Pi](dB) [수식 2]

하지만, 상기한 바와 같이 스탠드오프 거리가 0인 경우는 실제 구현하기가 매우 어려우며 상용으로 출시되고 있는 대부분의 수중청음기(40)는 그 형태 및 설치구조상 도 2에서 보는 것과 같이 수중청음기(40) 상부 끝단이 신호조절판(50) 표면 위로 돌출되는 형태로 고정되어야 한다. 따라서 스탠드오프 거리(d)는 0이 될 수 없으며 각 수중청음기(40)에 따라 스탠드오프 거리가 달라질 수밖에 없다.

이처럼 스탠드오프 거리가 0이 아닌 경우에는 스탠드오프 거리에 따라 입사파와 반사파 간의 위상차가 존재하며 주파수에 따른 특성을 보인다. 도 4는 두께 1cm의 철판으로 이루어진 기존의 신호조절판(50)에서 스탠드오프 거리가 1cm인 수중청음기(40)에서의 입사각에 따른 신호이득을 계산한 결과이다. 도 4에서 신호이득이 (+)인 주파수 영역은 보강간섭이 발생한 영역이고 신호이득이 (-)인 주파수 영역은 상쇄간섭이 발생한 영역이다. 상쇄간섭은 스탠드오프 거리에 의한 위상차에 의해 불가피하게 발생하는 현상이다.

하지만, 이처럼 스탠드오프 거리에 의한 위상차에 따라 상쇄간섭이 발생하면 심한 경우 특정 주파수 대역(도 4에서 40kHz, 45kHz, 75kHz 부근)에서 강력한 신호 손실이 발생하여 상기 주파수 대역에서의 신호는 활용할 수가 없게 되고 전반적으로 계측결과의 신뢰도가 떨어지게 되는 문제가 있다. 통상 신호이득이 -6dB 이하가 되는 주파수 대역을 계측불가 영역이라고 하는데, 이러한 계측불가 영역은 스탠드오프 거리에 따라 달라진다.

한편, 수중청음기(40)의 경우에는 스탠드오프 거리에 의한 위상차 외에도 계측결과의 신뢰도를 떨어뜨리는 중요 요인이 또 있는데 이는 바로 소음 계측 시 수중청음기(40)가 수중환경에 그대로 노출된 상태에 있다는 점이다. 수중에는 파도나 해류와 같은 물의 흐름이 항상 존재하며 수중청음기(40)는 이에 따른 외력을 받게 된다. 이 경우 수중청음기(40)에 가해지는 외력이 특정 크기를 넘어서게 되면 이로 인하여 수중청음기(40)가 흔들리거나 기울어지거나 심한 경우 신호조절판(50)에서 빠져버릴 수도 있다. 그렇게 되면 수중청음기(40)가 계측하는 신호의 크기가 일정하지 못하고 무질서하게 변화하거나 심한 경우 신호 계측이 불가능하게 되어 전반적으로 계측결과의 신뢰도가 떨어지게 된다. 따라서 이상과 같은 문제들을 해결할 필요가 있다.

미세 유체유동센서 및 이를 이용한 수중청음기(특허출원 제10-2009-0000651호)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 흡음재로 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기가 계측하는 신호크기의 저감을 방지하는 한편 수중청음기를 견고하게 고정할 수 있는 신호조절판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 하부평판에 고정케이싱을 설치하고 상기 고정케이싱에 수중청음기를 끼워 고정하는 단계; 흡음판에 상기 수중청음기가 끼워질 수 있는 청음기홀을 형성하고 상기 하부평판의 상면에 상기 흡음판을 설치하는 단계 및; 상기 하부평판의 가장자리와 상기 흡음판의 가장자리에 동시에 접하도록 고정외판을 설치하여 상기 흡음판이 상기 하부평판에 고정되도록 하는 단계;를 포함하여 이루어지며, 이 경우, 상기 흡음판은 수중에서 전해지는 입사파를 흡수하여 반사파의 생성을 억제하는 한편 상기 수중청음기의 주위를 둘러싸 상기 수중청음기가 흔들리지 않도록 고정하는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 하부평판은 철판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 하부평판에는 상기 수중청음기를 다수 개 배열할 수 있도록 상기 고정케이싱을 다수 개 설치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정케이싱은 어댑터의 역할도 동시에 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 흡음판은 평판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 고정외판은 철판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수중 소음 계측 시 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기가 계측하는 신호크기의 저감을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신호조절판에 수중청음기를 견고하게 고정하여 수중청음기가 수중환경에 노출되어 외력을 받더라도 고정상태가 해체되지 않는다. 따라서 수중 소음 계측 시 특정 주파수 대역에서 발생한 강력한 신호 손실에 의해 신호의 활용이 불가능해진다거나 계측결과의 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생하지 않는다.

도 1은 수중청음기 및 수중청음기 배열을 위한 기존의 신호조절판 예시.
도 2는 신호조절판으로 신호의 크기를 제어하는 원리 설명도.
도 3은 스탠드오프 거리가 0인 경우 신호조절판의 신호이득 계산결과.
도 4는 스탠드오프 거리가 1cm인 경우 신호조절판의 신호이득 계산결과.
도 5는 본 발명에 따른 신호조절판의 구성 및 작동원리.
도 6은 본 발명에 따른 흡음판의 형상.
도 7은 본 발명에 따른 흡음판의 성능계측 결과.
도 8은 기존의 철판으로만 이루어진 신호조절판과 본 발명에 따른 신호조절판의 신호이득 비교.

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. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 신호조절판의 구성 및 작동원리를 보여준다.

본 발명은 흡음재로 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기(40)가 계측하는 신호크기의 저감을 방지하는 한편 수중청음기(40)를 견고하게 고정할 수 있는 신호조절판을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 본 발명에 따른 신호조절판은 다음의 과정을 거쳐 그 제작이 이루어진다.

먼저, 하부평판(10)에 고정케이싱(11)을 설치하고 고정케이싱(11)에 수중청음기(40)를 끼워 고정한다. 다음으로, 흡음판(20)에 수중청음기(40)가 끼워질 수 있는 청음기홀(21)을 형성하고 하부평판(10)의 상면에 흡음판(20)을 설치한다. 다음으로, 하부평판(10)의 가장자리와 흡음판(20)의 가장자리에 동시에 접하도록 고정외판(30)을 설치하여 흡음판(20)이 하부평판(10)에 고정되도록 한다.

따라서 본 발명에 따른 신호조절판은 하부평판(10), 흡음판(20) 및 고정외판(30)을 포함하여 이루어진다. 이하, 본 발명에 따른 신호조절판의 구성 및 작동원리에 대하여 상세히 설명한다.

하부평판(10)은 도 5에서 보는 것과 같이 본 발명에 따른 신호조절판의 하부구조를 이루는 것으로, 수중청음기(40)를 끼워 고정할 수 있는 고정케이싱(11)을 구비한다. 따라서 수중 소음 계측 시 고정케이싱(11)에 수중청음기(40)를 끼우면 수중청음기(40)가 하부평판(10)에 고정된 상태가 된다.

이 경우 계측의 정도를 높이기 위해 다수의 수중청음기(40)를 배열로 구성하여 사용하는 것이 일반적이므로 하부평판(10) 또한 다수의 고정케이싱(11)을 구비하는 것이 바람직하다. 이 때 고정케이싱(11)은 어댑터의 역할도 동시에 하는 것이므로 고정케이싱(11)에 신호선(12)을 연결하면 수중청음기(40)가 계측한 신호를 받을 수 있다.

한편, 하부평판(10)은 수중청음기(40)의 견고한 고정을 위해 강성을 가지는 철판으로 이루어지는 것이 바람직한바, 이 경우 하부평판(10)은 각각의 수중청음기(40)가 설계된 위치에 정확하게 견고히 부착되도록 하는 기초 구조재의 역할을 하게 된다.

흡음판(20)은 도 5에서 보는 것과 같이 하부평판(10)의 상면에 설치되어 하부평판(10)과 일체를 이룬다. 흡음판(20)은 흡음재로 이루어져 있어 수중에서 전해지는 입사파를 흡수하여 반사파의 생성을 억제하는 역할을 한다.

따라서 본 발명의 경우 수중청음기(40)에는 도 5에서 보는 것과 같이 수중에서 수중청음기(40)로 곧바로 전해지는 입사파만 계측되며 반사파는 계측되지 않거나 설사 계측되더라도 그 계측되는 정도가 매우 미약해진다. 이 때 반사파가 미약하게나마 계측되는 경우를 대비하여 난반사가 이루어지지 않도록 흡음판(20)은 도 6에서 보는 것과 같이 평판 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명의 경우 (비록 스탠드오프 거리가 0이 아닌 경우라 할지라도) 스탠드오프 거리에 따른 입사파와 반사파 간의 위상차가 존재하지 않으며 그 결과 계측결과에 심각한 영향을 줄 정도의 상쇄간섭 또한 발생하지 않게 된다. 즉, 본 발명에 따르면 흡음판(20)의 작용으로 특정 주파수 대역에서 강력한 신호 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있는 것이다.

이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 흡음판(20)의 성능계측 결과를, 도 8은 기존의 철판으로만 이루어진 신호조절판과 본 발명에 따른 신호조절판의 신호이득 비교결과를 보여준다.

도 7에서 본 발명에 따른 흡음판(20)은 전 주파수대역에서 평균 5dB 이상의 흡음성능(SPL)을 가짐을 알 수 있다. 그리고 도 8에서 기존의 철판으로만 이루어진 신호조절판의 경우 약 40kHz 부근에서 발생한 강력한 신호 손실에 의해 상기 주파수 대역에서의 활용이 불가능한 반면, 본 발명에 따른 신호조절판의 경우 기존의 신호조절판에 비해 상기 주파수 대역에서의 신호 손실이 상당히 약화되었음을 알 수 있다.

이처럼 흡음판(20)은 반사파의 생성을 억제하여 특정 주파수 대역에서의 신호 손실이 발생하는 것을 방지하는 역할을 하지만, 이와 더불어 수중청음기(40)의 주위를 둘러싸 수중청음기(40)가 흔들리지 않도록 견고하게 고정하는 역할을 또한 한다.

즉, 도 5에서 보는 것과 같이 흡음판(20)이 하부평판(10)의 상면에 설치된 상태에서 수중청음기(40)의 주위를 둘러싸게 되면 수중청음기(40)가 수중환경에 그대로 노출되는 것을 최대한 막을 수 있으며 따라서 파도나 해류와 같은 물의 흐름에 따른 외력이 수중청음기(40)에 그대로 가해지는 것을 막을 수 있다. 따라서 이 경우 수중청음기(40)가 외력으로 인하여 흔들리거나 기울어지거나 심한 경우 하부평판(10)에서 빠져버리는 현상은 발생하지 않는다. 이처럼 수중청음기(40)가 외력에도 불구하고 견고한 고정상태를 계속 유지하면 수중청음기(40)가 계측하는 신호의 크기가 일정하게 유지될 수 있으며, 신호의 크기가 무질서하게 변화하거나 수중청음기(40)가 신호를 계측하지 못하는 문제가 발생하지 않는다.

한편, 흡음판(20)은 수중청음기(40)가 끼워질 수 있는 청음기홀(21)을 구비하는데(도 6), 이 경우 청음기홀(21)은 예를 들면 흡음판(20)을 상하로 관통하는 형태로 형성될 수 있다(도 5). 이 때 수중청음기(40)의 크기에 맞도록 그리고 각각의 수중청음기(40)가 설계된 위치에 정확하게 대응하는 개수만큼 청음기홀(21)을 미리 흡음판(20)에 형성해 놓으면 흡음판(20)의 설치작업이 훨씬 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다(도 6).

흡음판(20)을 하부평판(10)에 설치하는 경우 접착제를 이용하여 흡음판(20)을 하부평판(10)에 고정시키는 것도 가능하나, 도 5에서 보는 것과 같이 고정외판(30)을 이용하여 흡음판(20)을 고정시키면 본 발명에 따른 신호조절판의 전체적인 강성을 높여 수중청음기(40) 및 흡음판(20)의 고정이 더욱 견고해지도록 할 수 있어 좋다. 고정외판(30)은 하부평판(10)의 가장자리에 설치되며 이와 동시에 흡음판(20)의 가장자리와도 접하도록 설치되므로 이러한 고정외판(30)의 작용으로 흡음판(20)은 하부평판(10)과 완전히 일체를 이룬 상태로 하부평판(10)에 견고하게 고정된다. 이 경우 고정외판(30)은 흡음판(20)의 견고한 고정을 위해 강성을 가지는 철판으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 수중 소음 계측 시 신호조절판에 의한 반사파를 억제하여 수중청음기(40)가 계측하는 신호크기의 저감을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 신호조절판에 수중청음기(40)를 견고하게 고정하여 수중청음기(40)가 수중환경에 노출되어 외력을 받더라도 고정상태가 해체되지 않는다. 따라서 수중 소음 계측 시 특정 주파수 대역에서 발생한 강력한 신호 손실에 의해 신호의 활용이 불가능해진다거나 계측결과의 신뢰도가 떨어지는 문제가 발생하지 않는다.

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 : 하부평판 11 : 고정케이싱
12 : 신호선 20 : 흡음판
21 : 청음기홀 30 : 고정외판
40 : 수중청음기 50 : 신호조절판

Claims (6)

1. 하부평판(10)에 고정케이싱(11)을 설치하고 상기 고정케이싱(11)에 수중청음기(40)를 끼워 고정하는 단계;
   흡음판(20)에 상기 수중청음기(40)가 끼워질 수 있는 청음기홀(21)을 형성하고 상기 하부평판(10)의 상면에 상기 흡음판(20)을 설치하는 단계 및;
   상기 하부평판(10)의 가장자리와 상기 흡음판(20)의 가장자리에 동시에 접하도록 고정외판(30)을 설치하여 상기 흡음판(20)이 상기 하부평판(10)에 고정되도록 하는 단계;
   를 포함하여 이루어지며, 이 경우,
   상기 흡음판(20)은 수중에서 전해지는 입사파를 흡수하여 반사파의 생성을 억제하는 한편 상기 수중청음기(40)의 주위를 둘러싸 상기 수중청음기(40)가 흔들리지 않도록 고정하며,
   상기 고정케이싱(11)은 어댑터의 역할도 동시에 하는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부평판(10)은 철판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 하부평판(10)에는 상기 수중청음기(40)를 다수 개 배열할 수 있도록 상기 고정케이싱(11)을 다수 개 설치하는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡음판(20)은 평판 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정외판(30)은 철판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 흡음재를 이용한 수중청음기 신호조절판 제작방법.

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