KR101580922B1 - 관성형 벡터 수중 청음기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음파의 방향정보와 음압신호를 동시에 측정할 수 있는 관성형 벡터 수중 청음기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기는, 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 내부에 위치하고, 입자의 속도를 측정하는 가속도계(12)와, 상기 하우징(11)의 내부에서, 상기 가속도계(12)의 외측에 위치하고, 링형태로 형성되는 압전 소자(15)를 포함한다.

Description

관성형 벡터 수중 청음기{INERTIAL VECTOR TYPE HYDROPHONE}

본 발명은 수중에서 음파를 측정하는 수중 청음기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음파의 방향정보와 음압신호를 동시에 측정할 수 있는 관성형 벡터 수중 청음기에 관한 것이다.

수상함 또는 잠수함 등에서는 음원을 감지하는 수중 청음기가 장착되어 있다.

수중에서는 전파의 전송이 어려우므로, 음파를 이용하여 각종 정보를 획득한다. 상기 수중 청음기를 이용하여, 수상함 또는 잠수함에서 발신된 후 반사되어 음파를 수신하거나, 수중에 위치한 음원으로부터 발신된 음파를 수신함으로써, 각종 정보를 획득한다.

통상적으로 상기 수중 청음기에서는 원통형 압전체를 사용하여 음파의 크기를 측정한다.

상기 원통형 압전체는 보통 세라믹 파우더를 소결하여 형상을 성형하여 제조되는데, 성형된 세라믹에 전극을 입히고, 분극함으로써, 원통형 압전체를 제조한다.

이러한 원통형 압전체를 이용하여 제작된 종래 기술에 따른 수중 청음기는 그 내부의 음향적 중심에 상기 원통형 압전체의 중심이 위치하도록 한다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 수중 청음기는 하나의 음향신호에 대해서만, 그 크기를 측정할 수 있을 뿐, 음원의 위치를 추정하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 음원의 방향을 알기 위해서는 상기 복수의 수중 청음기를 설치하거나, 상기 수중 청음기의 위치를 변경하여 설치해야 하는 불편함이 있다.

하기의 선행기술문헌은 ‘수중 음향센서'에 관한 것으로서, 수중 음향센서의 운용, 운송, 보관, 설치과정에서 전면추와 음향창에 자체 중량으로 인한 하중이 적게 걸리도록 하고, 수압과 외부 충격에 관계없이 음파 전달특성이 안정적이도록 하여 내구성과 정확도를 향상시키며, 음향센서 전체의 길이와 무게를 최소화한 수중 음향센서에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-0946753 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 하나의 수중 청음기에서 수신된 음파의 크기뿐만 아니라 방향도 측정할 수 있는 관성형 벡터 수중 청음기를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기는, 상기 하우징의 내부에 위치하고, 입자의 속도를 측정하는 가속도계와, 상기 하우징의 내부에서, 상기 가속도계의 외측에 위치하고, 원통형태로 형성되는 압전 소자를 포함한다.

가속도계는 3차원 가속도계인 것을 특징으로 한다.

상기 가속도계를 상기 하우징 내에서 고정하기 위해 상기 가속도계의 상부와 하부에는 각각 상부 몰딩과 하부 몰딩이 배치되고, 상기 가속도계는 상기 상부 몰딩의 저면과 상기 하부 몰딩의 상부면 사이에 형성된 수용홈에 위치하고, 상기 압전 소자는 상기 상부 몰딩과 상기 하부 몰딩의 외부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 몰딩과 상기 하부 몰딩은 기포강화 플라스틱(Syntactic Foam) 소재로 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기 상부 몰딩 및 상기 하부 몰딩과 상기 압전 소자의 사이에는 상기 상부 몰딩 및 상기 하부 몰딩과 상기 압전 소자의 압축력을 상쇄시키기기 위해 고분자재질로 이루어지는 완충실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 하우징은 에폭시를 재질로 하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 수중 청음기는 중성부력을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기에 따르면, 하나의 수중 청음기이 이용하여 부가적인 장비없이도 3차원 가속계와 압전소자를 이용하여 음파의 크기뿐만 아니라, 상기 음파의 음원이 위치한 곳의 방향을 감지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기에서 일부를 절개한 상태를 도시한 부분절개사시도.
도 2는 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기의 분해사시도.
도 3은 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기의 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기는, 하우징(11)의 내부에서 상부 몰딩(13), 3차원 가속도계(12) 및 하부 몰딩(14)은 위로부터 아래로 배열되고, 상기 상부 몰딩(13)과 상기 하부 몰딩(14)이 조립된 상태에서, 그 외측에 완충실린더(16)와 압전 소자(15)가 배치되고, 상기 가속도계(12)와 상기 압전 소자(15)에 의해 수신된 음파에 대한 음원의 방향과 음파의 크기를 별도의 장비없이도 추정할 수 있다.

하우징(11)은 원통형 구조로 내부가 중공으로 형성되고, 그 내부에 후술되는 각 구성요소가 장착된다. 상기 하우징(11)을 통하여 수중으로 전달된 음파가 상기 하우징(11)의 내부로 전달되고, 상기 하우징(11)의 내부에 설치되는 구성요소를 보호한다.

상기 하우징(11)은 음파를 효율적으로 전달할 수 있도록 에폭시를 재질로 하여 이루어지는 것이 바람직하다. 특히, 상기 하우징(11)은 STYCAST 계열의 에폭시가 적용되는 것이 바람직하다.

가속도계(12)는 상기 하우징(11)의 중심에 위치한다. 상기 가속도계(12)는 3차원 가속도계로서, 상기 가속도계(12)에서 입자의 속도에 따른 신호를 각 축별로 출력한다.

따라서, 상기 하우징(11)을 통하여 그 내부에 위치한 상기 가속도계(12)로 음파가 전달되면, 상기 가속도계(12)로부터 출력된 신호를 이용하여 음원의 방향을 추정할 수 있다. 특히 상기 가속도계(12)는 3축 가속도계가 적용됨으로써, 상기 3축 가속도계로부터 출력된 3개의 가속도 신호의 상호 위상각도를 이용하여 음원의 방향을 추정할 수 있다.

상부 몰딩(13)과 하부 몰딩(14)는 상기 하우징(11)의 내부에서 상기 가속도계(12)가 일정한 위치를 유지하도록 상기 가속도계(12)를 고정한다. 상기 가속도계(12)는 상기 하우징(11)의 중심에 위치해야 하므로, 상부 몰딩(13)과 하부 몰딩(14)으로 분리된 상태로 몰딩을 제조하고, 상기 상부 몰딩(13)의 저면과 상기 하부 몰딩(14)의 상부면에 각각 상기 가속도계(12)를 수용할 수 있는 홈을 형성함으로써, 상기 상부 몰딩(13)과 상기 하부 몰딩(14)이 조립된 상태에서, 그 중심에 상기 가속도계(12)가 위치하도록 한다.

여기서, 상기 상부 몰딩(13)과 하부 몰딩(14)은 비중이 낮은 소재로서, 기포강화 플라스틱(Syntactic Foam) 소재로 제조됨으로써, 상기 가속도계(12)를 고정될 수 있고, 외부로부터 전달되는 음압을 상기 가속도계(12)로 전달한다.

압전 소자(15)는 분할되지 않은 일체의 원통형태로 형성되어, 상기 상부 몰딩(13)와 하부 몰딩(14)의 조립체 둘레에 설치된다. 상기 압전 소자(15)를 이용하여 상기 수중 청음기(1)에서 수신한 음파의 크기를 감지하게 된다. 상기 압전 소자(15)는 분말 세라믹 또는 단결정으로 형성되는 것이 바람직하다.

완충실린더(16)는 상기 압전 소자(15)와 같이 분할되지 않은 일체의 원통형태로 형성되고, 서로 조립된 상기 상부 몰딩(13) 및 상기 하부 몰딩(14)과 상기 압전 소자(15)의 사이에 위치한다. 즉, 상기 완충실린더(16)는 상부 몰딩(13)과 상기 하부 몰딩(14)의 둘레에 형성된 결합홈에 끼워지고, 그 내측면이 상기 상부 몰딩(13)과 상기 하부 몰딩(14)의 외측면과 접하고, 외측면은 상기 압전소자(15)의 내측면에 접하되, 상기 상부 몰딩(13), 상기 하부 몰딩(14) 및 상기 압전소자(15)에 동시에 접한다. 상기 완충실린더(16)는 고분자물질로 이루어져 상기 상부 몰딩(13) 및 하부 몰딩(14)와 상기 압전 소자(15) 사이에서 압축력을 상쇄시킨다.

여기서, 상기 완충실런더(16)가 적용되는 이유는 수신된 음파가 손실없이 내부에 위치한 상기 가속도계(12)까지 전달되어야 하는데, 상기 완충실린더(16)를 적용함으로써, 상기 압전소자(15) 전체의 등가 수중밀도를 물의 밀도와 최대한 근접하게 설계하기 위함이다.

상기 하우징(11)의 내부에서 상기 상부 몰딩(13), 상기 가속도계(12) 및 상기 하부 몰딩(14)은 위로부터 아래로 배열되고, 상기 상부 몰딩(13)과 상기 하부 몰딩(14)이 조립된 상태에서, 그 외측에 상기 완충실린더(16)와 상기 압전 소자(15)가 배치된다.

한편, 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기는 완성된 상태에서 부력과 중력이 평행한 상태인 중성부력을 갖도록 하여 수중에서 일정한 위치를 유지할 수 있도록 전체 비중이 조절되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 관성형 벡터 수중 청음기(1)는 중성부력을 갖고 있어서, 수중에 위치한다.

수중에 위치한 상기 수중 청음기(1)는 음원으로부터 발신된 음파를 수신한다. 수신된 음파는 하우징(11)을 통하여 상기 하우징(11)의 내부로 전달된다.

상기 하우징(11)의 내부로 전달된 음파에 의해서 상기 압전 소자(15)와 상기 3차원 가속도계(12)로부터 상기 음파에 따른 출력이 발생하고, 이로부터, 상기 음파의 크기와 방향을 추정할 수 있다.

즉, 상기 3차원 가속도계(12)를 통하여 상기 음파를 발생시킨 음원의 방향을 추정하고, 상기 압전 소자(15)를 통하여 상기 음파의 크기를 측정할 수 있어서, 음원 탐지의 효율성을 향상시킬 수 있다.

1 : 수중 청음기 11 : 하우징
12 : 가속도계 13 : 상부 몰딩
14 : 하부 몰딩 15 : 압전 소자
16 : 완충실린더

Claims (7)

1. 하우징과,
   상기 하우징의 내부에 위치하고, 입자의 속도를 측정하는 가속도계와,
   상기 하우징의 내부에서, 상기 가속도계의 외측에 위치하고, 일체의 원통형태로 형성되는 압전 소자를 포함하고,
   상기 가속도계를 상기 하우징 내에서 고정하기 위해 상기 가속도계의 상부와 하부에는 각각 상부 몰딩과 하부 몰딩이 배치되고,
   상기 가속도계는 상기 상부 몰딩의 저면과 상기 하부 몰딩의 상부면 사이에 형성된 수용홈에 위치하고, 상기 압전 소자는 상기 상부 몰딩과 상기 하부 몰딩의 외부에 위치하며,
   상기 상부 몰딩 및 상기 하부 몰딩과 상기 압전 소자의 사이에는 원통형태로 형성되고 상기 상부 몰딩 및 상기 하부 몰딩과 상기 압전 소자의 압축력을 상쇄시키기기 위해 고분자재질로 이루어지는 완충실린더를 더 포함하고,
   상기 완충실린더는 상기 상부 몰딩 및 상기 하부 몰딩의 외측면에 각각 형성된 결합홈에 수용되고, 그 내측면이 상기 상부 몰딩의 외측면과 상기 하부 몰딩의 외측면에 동시에 접하면서 외측면이 상기 압전소자의 내측면에도 동시에 접하는 것을 특징으로 하는 관성형 벡터 수중 청음기.
   
2. 제1항에 있어서,
   가속도계는 3차원 가속도계인 것을 특징으로 하는 관성형 벡터 수중 청음기.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부 몰딩과 상기 하부 몰딩은 기포강화 플라스틱(Syntactic Foam) 소재로 제조되는 것을 특징으로 하는 관성형 벡터 수중 청음기.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 에폭시를 재질로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 관성형 벡터 수중 청음기.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 수중 청음기는 중성부력을 갖는 것을 특징으로 하는 관성형 벡터 수중 청음기.

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