KR101806127B1

KR101806127B1 - 해저퇴적층 검사 장치용 도파관

Info

Publication number: KR101806127B1
Application number: KR1020160128446A
Authority: KR
Inventors: 김병남; 최복경; 정섬규; 김응
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2016-10-05
Filing date: 2016-10-05
Publication date: 2017-12-08

Abstract

본 발명은 해저퇴적층 검사 장치용 도파관에 관한 것으로, 상면이 개방되고, 내부에 수용공간을 가지는 본체를 포함하고, 상기 본체는 상기 본체 일단에 마련되어 음파신호를 송신하는 송신기가 결합되는 제1 결합부분, 상기 제1 결합부분에 대응되는 타단에 마련되어 상기 송신기를 통해 송신된 음파신호를 수신하는 수신기가 결합되는 제2 결합부분, 및 상기 제1 결합부분과 상기 제2 결합부분의 배치선상과 직각을 이루는 관통홀이 형성되어 상기 관통홀에 해저퇴적층 시료가 담긴 피스톤코어가 관통 삽입되는 삽입부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관을 제공한다.
본 발명에 의하면, 실제 해저퇴적물과 가까운 상태로 채취된 피스톤코어 자체를 도파관에 마련된 삽입부에 고정하여 해저퇴적물의 음향특성을 측정하는데 있어서 음향센서를 피스톤 코어에 비접촉 방식으로 도파관 내부에 설치하므로 해저퇴적물의 상태교란 없이 정확한 음향특성측정을 가능하게 하는 효과가 있다.

Description

해저퇴적층 검사 장치용 도파관 {WAVEGUIDE FOR INSPECTION DEVICE OF OCEAN SEDIMENTS LAYER}

본 발명은 해저퇴적층 검사 장치용 도파관에 관한 것이다.

해양에 대한 연구는 해양이 물로 이루어져 있기 때문에 물에서 감쇠가 심한 전자기파의 이용보다 주로 음파를 이용하고 있으며, 음파는 액체, 고체 등의 매질을 구성하고 있는 분자간의 진동을 통해 전파되는 파동을 의미한다.

음파를 이용하여 어군탐지, 잠수함 및 기뢰탐지, 해저퇴적층 탐사 등의 역할을 수행하는 소나와 같은 수중음향시스템의 운용 영역이 심해보다 얕은 수역인 천해로 옮겨옴에 따라, 해수면과 해저면의 경계조건은 수중 음파전달에 있어 중요한 요인으로 작용한다.

여기서, 해저면은 해저퇴적층과 해양의 경계영역으로, 물리적인 특성이 해양과 다르기 때문에 수중에서의 음파전달 양상을 이해하기 위해서는 해저퇴적층의 기초적환경변수인 음속과 감쇠 등의 음향특성을 도출할 수 있는 지음향적 모델이 요구되고 있다.

해저퇴적층은 모래질, 뻘질 또는 모래질과 뻘질이 혼합된 형태로 구성됨에 따라 음향특성 측정값의 차이가 발생하며, 해저퇴적층의 구성에 따라 잠수함 및 기뢰 등과 같은 수중에서 탐지 가능한 물체의 음파탐지 값이 상이해지므로 수중음파의 주파수에 따른 해저퇴적층의 음향특성측정에 대한 연구가 다각도로 진행되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1248829호(이하 '종래기술' 이라 칭함)에서는 해저퇴적물을 채취한 피스톤코어로부터 일부분 시료를 채취하고, 채취된 시료로부터 수평 및 수직방향에 대한 음파전달속도를 측정하는 기술을 제시한 바 있다. 이를 위해 시료가 담긴 케이스의 각각의 면에는 홀이 형성되어 있어, 형성된 홀에 송신기와 수신기를 설치하여 채취된 해저퇴적층 시료의 음파전달속도를 측정하고 있다.

그러나, 종래기술은 시료가 담긴 케이스에 송신기와 수신기를 장착하여 음파를 송신 및 수신함으로써 음파전달속도를 측정하는데 있어, 송신기와 수신기의 고정을 위한 별도의 고정수단이 구비되어 있지 않아 송신기와 수신기의 미세한 각도변화에도 음향특성측정 결과의 값이 상이하게 나오는 문제점이 존재한다. 또한, 해저퇴적층 시료의 측정이 지상에서 이루어지고 있어 장시간 방치 시 퇴적층의 형태가 유지되기 어려워 시료를 분석하는데 있어서 실험적 오차가 발생하는 불가피한 문제점이 존재한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 실제 해저퇴적물과 가까운 상태로 채취된 피스톤코어 자체의 음파의 속도 및 감쇠 등의 음향특성 측정이 가능한 해저퇴적층 검사 장치용 도파관을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 해저퇴적층 검사 장치용 도파관은 상면이 개방되고, 음파신호를 전달하기 위한 매질로 물이 수용되는 내부 수용공간을 가지는 본체;를 포함하고, 상기 본체는, 상기 본체 일단에 마련되어 음파신호를 송신하는 송신기가 결합되는 제1 결합부분; 상기 제1 결합부분에 대응되는 타단에 마련되어 상기 송신기를 통해 송신된 음파신호를 수신하는 수신기가 결합되는 제2 결합부분; 상기 제1 결합부분과 상기 제2 결합부분의 배치선상과 직각을 이루는 관통홀이 형성되어 상기 관통홀에 해저퇴적층 시료가 담긴 피스톤코어가 관통 삽입되는 삽입부분; 및 상기 본체 하부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성되어 내부 수용공간에 수용된 물을 배출시키는 배수부분;을 포함하며, 상기 내부 수용공간은 상기 삽입부분에 중심을 기준으로 상기 제1 결합부분 방향의 제1 수용공간과 상기 제2 결합부분 방향의 제2 수용공간으로 나뉘며, 상기 제1 수용공간은 상기 제2 수용공간에 비해 적어도 1.5배 ~ 2.5배의 길이를 가질 수 있다.

또한, 투명 재질로 마련되어 상기 본체 상면에 결합되는 상부덮개;를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 배수부분은 적어도 하나 이상의 배수홀이 형성되어 있고, 상기 배수홀을 막는 배수마개를 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 도파관 내부에 음파의 전파매질로 이용되는 물이 수용되고, 송신기와 피스톤코어의 거리가 원거리음장 조건을 만족하도록 실제 해저퇴적물과 가까운 상태로 채취된 피스톤코어 자체를 도파관에 마련된 삽입부에 고정하여 해저퇴적물의 음향특성을 측정하는데 있어서, 음향센서를 피스톤 코어에 비접촉 방식으로 도파관 내부에 설치하므로 해저퇴적물의 상태교란 없이 정확한 음향특성측정이 가능하다.

둘째, 제1 결합부분, 제2 결합부분 및 삽입부분에 실링부재가 추가적으로 구비되어 물이 외부로 새는 것을 방지하고, 도파관을 수직축방향으로 소정간격 이동시키며 해저퇴적층의 음향특성을 측정 할 경우 해저퇴적층이 채취된 피스톤코어를 고정하는 역할 뿐 아니라, 음향특성 측정을 위한 송신기 및 수신기의 추가 고정이 가능하여 측정각도 변화에 의한 오차발생가능성을 방지할 수 있다.

셋째, 도파관 상면에 마련된 투명재질의 상부덮개로 인해 도파관 내부의 송신기와 수신기의 거리 확인이 가능하고, 음파의 전파매질로 이용되는 물의 양 및 기포발생 확인이 용이하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저퇴저층 검사장치를 도시한 것이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 평면도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 사시도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 절단사시도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지되어진 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해저퇴적층 검사 장치(10)를 도시한 것이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)의 단면도이며, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)의 평면도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)의 사시도이다.

도1에 도시된 바와 같이, 해저퇴적층 검사장치(10)는 미도시된 파형측정기, 제어유닛, 증폭기와 도파관(100), 가이드레일(200), 홀더(300), 이송기(400)를 포함할 수 있으며, 해저 퇴적층 시료가 채취된 피스톤코어(P)의 상부와 하부를 홀더(300)로 고정하고, 송신기(T) 및 수신기(R)가 대응되어 연결되고 중앙에 피스톤코어(P)가 삽입된 도파관(100)을 피스톤코어(P)의 수직축방향으로 소정간격 이동시켜가며 해저퇴적층의 높이별 음향특성을 측정할 수 있다.

여기서, 피스톤코어(P)의 상부와 하부를 고정하는 홀더(300)는 수직축방향으로 유동 가능한 가이드레일(200)에 연결되어 피스톤코어의 길이에 따라 적절한 위치를 고정해 줄 수 있으며, 도파관(100)은 이송기(400)에 연결되어 피스톤코어(P)의 수직축방향으로 유동이 가능하다.

이때, 측정에 이용되는 피스톤코어(P)는 해저면에 추와 함께 낙하되어 해저면에 박히게 되고, 해저퇴적층의 시료가 채취되는 해저퇴적층 채취도구를 의미하며, 음향특성 측정에 있어서 측정결과에 미치는 영향이 적은 경질의 튜브형태로 마련될 수 있다.

도2, 도3, 및 도4에 도시된바와 같이 해저퇴적층 검사장치(10)에 이용되는 도파관(100)은 상면이 개방되고, 내부에 수용공간을 가지는 본체(110)와 본체(110) 상면에 결합되는 상부덮개(120)를 포함하여 구성된다.

도2 및 도3을 참조하면, 도파관(100)의 본체(110)는 일단에 송신기(T)가 결합되는 제1 결합부분(111)과 타단에 수신기(R)가 결합되는 제2 결합부분(112) 및 제1 결합부분(111)과 제2 결합부분(112)의 사이에 피스톤코어(P)가 관통 삽입 되는 삽입부분(113)이 마련되어 있다.

여기서, 제1 결합부분(111)과 제2 결합부분(112)에는 각각 송신기(T) 및 수신기(R)가 결합될 수 있는 제1 결합홀(111a)과 제2 결합홀(112a)이 형성되어 있으며, 삽입부분(113)에는 피스톤코어가 관통 삽입될 수 있는 제2 관통홀(113a)이 형성되어 있다.

이때, 피스톤코어(P)는 본체(110) 내부의 수용공간에 위치해야하며, 본체(110) 내부의 수용공간은 삽입부분(113)의 중심으로부터 제1 결합부분(111) 방향의 제1 수용공간(S1) 및 제2 결합부분(112) 방향의 제2 수용공간(S2)로 나뉠 수 있다.

또한, 제1 수용공간(S1)의 길이(D1)와 제2 수용공간(S2)의 길이(D2)는 피스톤코어(P)의 직경, 송신기(T)의 주파수 및 직경에 따라 가변될 수 있으며, 제1 수용공간(S1)의 길이(D1)는 제2 수용공간(S2)의 길이(D2)에 비해 적어도 1.5배 ~ 2.5배의 길이를 가질 수 있다.

여기서, 40 kHz의 주파수를 갖는 송신기를 이용하는 경우를 예로 설명하자면, 제1 결합부분(111)에 결합되는 송신기(T)에서 삽입부분(113)에 관통 삽입된 피스톤코어(P)의 외주면까지의 거리가 파장거리의 약 두 배 정도인 원거리음장 조건 이상의 거리를 만족하는 것이 이상적이기 때문에 송신기(T)와 피스톤코어(P)의 외주면까지의 거리가 원거리음장 조건 이상의 거리를 만족하도록 제1 수용공간(S1)의 길이(D1)는 40 kHz인 주파수의 경우 파장거리의 약 두 배 정도인 약 75 mm 이상의 거리와 피스톤코어(P)의 반경을 포함하여 마련되는 것이 바람직하다.

이때, 제2 결합부분(112)에 결합되는 수신기(R)는 피스톤코어(P)의 외주면에 접촉하여 설치되고, 수신기(R)와 피스톤코어(P)의 접촉여부를 육안으로 확인하기 위해 제2 수용공간의 길이(D2)는 일정 공간 이격되어 있어야 하며, 제1 수용공간의 길이(D1)의 약 0.5배 정도의 길이를 가질 수 있다.

그리고, 본체(110)의 내부 수용공간에는 음파를 전달하는 매질(M)이 채워질 수 있으며, 물이 수용되는 것이 바람직하다.

또한, 송신기(T)가 결합되는 제1 결합홀(111a), 수신기(R)가 결합되는 제2 결합홀(112a) 및 피스톤코어(P)가 삽입되는 제2 관통홀(113a)에 각각 송신기(T), 수신기(R), 및 피스톤코어(P)가 위치하며 발생할 수 있는 간극과 본체(110) 내부 수용공간에 채워진 물이 외부로 새어나가지 않도록 O-링 등의 실링부재(미도시)가 구비될 수 있다.

이때, 제1 결합부분(111), 제2 결합부분(112) 및 삽입부분(113)에 실링부재가 추가적으로 구비되어 해저퇴적층이 채취된 피스톤코어를 고정하는 역할 뿐 아니라, 음향특성 측정을 위한 송신기(T) 및 수신기(R)의 견고한 고정이 가능하여 미세한 측정각도 변화에 의해 오차발생 가능성이 높아지는 음향특성 측정에 있어 정확한 음향특성 측정이 가능하다.

또한, 피스톤코어(P)가 삽입되는 삽입부분의 상부, 하부에 모두 실링부재가 구비될 수 있으며, 해저퇴적층 검사장치(10)에 연결되어 피스톤코어(P)의 수직축방향으로 도파관(100)이 소정간격 이동할 때 상부, 하부 모두 견고하게 고정되어 도파관과 함께 이동되며, 이동시 도파관의 축이 틀어지게 되는 것을 방지하여 축이 틀어짐으로 인해 형성되는 간극으로 인해 음향특성 측정값의 오차발생 및 물이 새는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

도2 및 도3을 참조하면, 본체(110)의 하부에는 수용공간에 수용된 물을 배출 시키는 배수부분(114)이 마련되어 있으며, 배수부분(114)은 적어도 하나이상의 배수홀(114a)이 형성되어 있고, 배수홀(114a)을 막는 배수마개(114b)를 포함하여 마련된다.

여기서, 배수부분(114)은 피스톤코어(P)의 음향특성 측정이 종료되었을 경우 배수마개(114b)를 제거하여 도파관(100) 내부에 수용된 물을 외부로 배출할 때 이용 할 수 있다.

도4를 참조하면, 도파관(100) 본체(110)의 상면에는 상부덮개(120)가 결합된다.

이때, 피스톤코어(P)의 음향특성 측정 시 도파관(100) 내부에 수용된 물의 양은 송신기(T) 및 수신기(R)가 잠길 수 있는 일정 수위를 유지해야하며, 측정 시 음향특성 측정값의 오차를 유발하는 기포발생 여부를 확인해야하기 때문에 상부덮개(120)는 본체(110)의 내부의 송신기(T) 및 수신기(R)의 거리와 물의 양 및 기포 등의 확인이 용이한 투명재질로 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 피스톤코어(P)의 음향특성 측정 시 상부덮개(120)를 통해 도파관(100) 내부에 이물질이 유입되거나 도파관(100) 내부에 수용된 물이 오염된 경우를 육안으로 확인한 경우 배수부분(114)을 통해 이물질이나 오염된 물을 외부로 배출시킨 후 다시 도파관(100)내부에 물을 채워 측정을 수행할 수 있다.

여기서, 상부덮개(120)에는 피스톤코어(P)에 대응되는 제1 관통홀이 형성되어 있어, 피스톤코어(P)가 상부덮개(120)를 관통하여 삽입된다.

또한, 본체(110)의 상면에는 단턱(130)이 형성되어 있어, 단턱(130)에 의해 상부덮개(120)가 지지되어 본체(110)의 상면에 결합된다.

그리고, 제1 결합부분(111) 및 제2 결합부분(112)에는 제1 결합홀(111a) 및 제2 결합홀(112a) 외에도 송신기(T) 및 수신기(R)의 형태에 따라 송신기(T) 및 수신기(R)에 연결된 케이블의 위치가 상이하기 때문에 케이블이 수용될 수 있는 홈이 형성될 수 있다.

아울러, 도3 및 도4를 참조하면 도파관(100)을 해저퇴적층 검사 장치(10)에 연결하기 위한 적어도 하나 이상의 결합홈(140)이 형성되어 있으며, 결합홈(140)과 이송기(400)가 연결되어 해저퇴적층 시료가 담긴 피스톤코어(P)의 수직축방향으로 소정간격 이동하며 해저퇴적층의 음향특성 측정이 가능하다.

또한, 수신기(R)는 송신기(T)를 통해 발생하는 음파가 피스톤코어(P)를 투과하는 신호 외에도 음파가 본체(110) 내벽에 부딪쳐 반사하는 신호를 포함하여 수신함으로써 수신신호에 노이즈와 같이 측정결과 분석에 불필요한 신호가 일부 포함될 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)은 도5에 도시된 바와 같이 본체(110) 내부 수용공간의 벽면에 흡음재(150)가 부착될 수 있어 본체(110) 내벽 방향으로 향하는 음파를 흡수하여 수신신호에 음파가 본체(100) 내벽에 부딪쳐 반사하는 신호가 포함되는 것을 방지하며 측정결과의 정확도를 향상시킬 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에서 흡음재(150)의 형태는 쐐기형으로 마련되었으나, 이에 한정되지 않고 계란판형, 평사각형 등으로 마련될 수 있다.

결국, 본 발명은, 피스톤코어가 관통 삽입되고, 피스톤코어와 수직한 방향으로 송신기 및 수신기가 결합된 도파관을 피스톤코어의 수직축방향으로 소정간격 이동시켜 도파관에 결합된 송신기와 수신기에 의해 피스톤코어에 채취된 해저퇴적층의 시료에 대한 음파속도 및 감쇠 등의 음향특성을 해저퇴적층의 높이별로 측정을 가능하게 한다. 이때, 도파관에 형성된 제1 결합부분, 제2 결합부분 및 삽입부분에 실링부재가 추가적으로 구비되어 물이 외부로 새는 것을 방지하고, 해저퇴적층이 채취된 피스톤코어를 고정하는 역할 뿐 아니라, 음향특성 측정을 위한 송신기 및 수신기의 추가 고정이 가능하여 견고한 고정이 이루어지고, 실제 해저퇴적물과 가까운 상태로 채취된 피스톤코어 자체를 도파관에 마련된 삽입부에 고정하여 해저퇴적물의 음향특성을 측정하는데 있어서 음향센서를 피스톤 코어에 비접촉 방식으로 도파관 내부에 설치하므로 해저퇴적물의 상태교란 없이 정확한 음향특성측정이 가능하다.

위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에, 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해되어져서는 아니 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어져야 할 것이다.

10 : 해저퇴적층 검사장치
100 : 도파관
110 : 본체
111 : 제1 결합부분
111a : 제1 결합홀
112 : 제2 결합부분
112a : 제2 결합홀
113 : 삽입부분
113a : 제2 관통홀
114 : 배수부분
114a : 배수홀
114b : 배수마개
120 : 상부덮개
130 : 단턱
140 : 결합홀
150 : 흡음재
200 : 가이드레일
300 : 홀더
400 : 이송기
P : 피스톤코어
M : 매질
T : 송신기
R : 수신기
S1 : 제1 수용공간
S2 : 제2 수용공간

Claims

상면이 개방되고, 해저퇴적층 시료가 담긴 피스톤코어에 음파신호를 전달하기 위한 매질로 물이 수용되는 내부 수용공간을 가지는 본체;
상기 피스톤코어가 상기 본체 내부 수용공간에 위치하도록 상기 피스톤코어가 관통하는 제1 관통홀을 가지며 상기 본체 상면에 결합되는 상부덮개; 및
상기 본체 내부 수용공간의 벽면에 부착되어 상기 본체 내벽 방향으로 향하는 음파를 흡수하는 흡음재; 를 포함하고,
상기 본체는,
상기 본체 일단에 마련되어 음파신호를 송신하는 송신기가 결합되는 제1 결합부분;
상기 제1 결합부분에 대응되는 타단에 마련되어 상기 송신기를 통해 송신된 음파신호를 수신하는 수신기가 결합되는 제2 결합부분;
상기 제1 결합부분과 상기 제2 결합부분의 배치선상과 직각을 이루는 제2 관통홀이 형성되어 상기 제2 관통홀에 상기 피스톤코어가 관통 삽입되는 삽입부분; 및
상기 본체 하부에 적어도 하나 이상의 홀이 형성되어 내부 수용공간에 수용된 물을 배출시키는 배수부분;을 포함하며,
상기 제1 관통홀과 제2 관통홀은 동일 수직축 상에 위치하고,
상기 내부 수용공간은 상기 삽입부분에 중심을 기준으로 상기 제1 결합부분 방향의 제1 수용공간과 상기 제2 결합부분 방향의 제2 수용공간으로 나뉘며, 상기 삽입부분에 관통 삽입된 상기 피스톤코어가 상기 제1 결합부분에 결합된 송신기에서 송출되는 음파의 원거리 음장에 위치하도록, 상기 제1 수용공간은 상기 제2 수용공간에 비해 적어도 1.5배 ~ 2.5배의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는
도파관.
제1항에 있어서,
상기 상부덮개는 투명 재질로 마련되는 것을 특징으로 하는
도파관.
제1항에 있어서,
상기 배수부분은 적어도 하나 이상의 배수홀이 형성되어 있고, 상기 배수홀을 막는 배수마개를 포함하는 것을 특징으로 하는
도파관.