KR19990054191A - 수중음파 탐지시스템의 회전 감지부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중음향탐지 시스템의 회전감지부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음탐기의 측면에 회전감지장치를 부착하고, 음탐기의 회전에 따른 신호를 출력함으로서, 수중음원으로부터의 거리 및 방위를 정확히 진단할 수 있는 음향센서부에 관한 것이다.

본 발명은, 회전상태에 따라 전압출력을 발생하는 회전감지센서와, 상기 회전감지센서의 출력을 차동증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터의 출력중에서 교류분의 제거하기 위한 필터회로부를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템의 회전센서부에 있어서, 상기 필터회로부의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기와; 상기 제 1 연산증폭기의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기와; 상기 전류감지용 저항기를 통한 출력측에, 저항기를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기와 같은 저항값의 저항기가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전센서부의 회로구조를 제공하여, 본 발명은, 음향탐지기의 음향모듈의 뒤틀림을 전기신호로 변환하여 함상에 전송함으로서, 음향 탐지장치와 수중음원의 상태를 정확히 진단하여, 음향센서로부터 감지되는 목표물의 정보를 해석하고 계산하는데 필요한 데이터를 확보할 수 있게 한다.

Description

수중음파 탐지시스템의 회전 감지부

본 발명은 수중음향탐지 시스템의 회전감지부에 관한 것으로, 보다 상세하게는 음탐기의 측면에 회전감지장치를 부착하고, 음탐기의 회전에 따른 신호를 출력함으로서, 수중음원으로부터의 거리 및 방위를 정확히 진단할 수 있는 음향센서부에 관한 것이다.

일반적으로 수중의 음향 신호를 감지하여 음향원의 정확한 위치 등을 탐지하기 위한 음향탐지기에 있어서, 수중의 음파를 감지하는 방식은 음향에너지를 방사하여 그 음향에너지가 물체로부터 반사되는 것을 수신하는 능동 소나(Sonar)방식과, 다른 음원으로부터 방사하는 음향에너지만을 수신하는 수동 소나방식이 있다.

도 1은 일반적인 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템을 개략적으로 나타낸 블럭회로도이다. 이 음향탐지기 시스템은, 수중의 음향 신호를 감지하고 이를 전기적 아날로그 신호로 변환하고 이를 다시 디지털 신호로 변환한 후 다중화하여 전송하기 위한 음향센서부(10)와; 상기 음향센서부(10)를 함상(40)에 연결하기 위한 예인케이블(30)과; 상기 예인케이블(30)에 의해 상기 음향센서부(10)와 연결되는 함상(40)을 포함하여 구성된다.

또한 상기 함상(40)은 음향센서부(10)로부터 전송된 먹스신호를 처리하는 데이터 수신장치(42)와, 상기 데이터 수신장치(42)로부터 수신된 전기신호 데이터를 분류, 검색, 처리하여 음향신호를 복원하는 자료처리부(44)로 구성되는 한편, 상기 음향센서부(10)를 제어하고 전원을 공급하는 제어신호 및 전원공급부(46)를 포함하여 구성된다.

수중에서 발생하는 음향은 해수 입자의 기계적인 소밀 작용에 의해 주변으로 전파된다. 이러한 음향진동은 주파수의 제곱과 진폭과의 곱에 정비례하는 크기로 수중청음기(12)에 도달되어 체적변화를 일으키고, 수중청음기(12)는 상기 체적변화에 반응하여 그 음파와 동형인 전기파형에 해당하는 전기적 신호를 발생한다. 이러한 전기신호는 잡음제거를 위한 차동증폭기(14)를 거쳐 먹스부(16)에 입력된다.

먹스부(16)에 입력된 신호는 순차적으로 멀티플렉싱되어진 후 샘플링 및 양자화 과정을 거쳐 디지털 신호화된 후, 진동격리모듈(미도시)을 거쳐 예인케이블(30)을 통하여 함상(40)으로 전송한다. 이때의 전송신호는 전류의 변화 또는 전압의 변화형태로 표현될 수 있으나, 예인케이블(30)은 수킬로미터에 이르는 장거리이므로, 전류형태로 변환하여 전송하는 것이 일반적이다.

그러나 상기와 같이 수중에 놓여진 음향 모듈은 해수의 흐름, 선박의 이동 등에 의해 방위의 상태가 달라지며, 특히 예인에 따라 그 모듈이 뒤틀리는 효과가 발생한다. 따라서, 동일한 거리에 위치한 수중음원이라도 모듈이 뒤틀리며 회전함에 따라 그 탐지 위치가 변화하는 문제가 발생한다. 따라서, 음향모듈의 회전상태를 감지하여 이를 함상에 전송할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 음향모듈의 회전정도에 따라 변화하는 전기적 출력을 함상에 전송하여, 센서모듈의 뒤틀림을 산정할 수 있는 자료를 제공함으로서, 목표물의 위치정보를 해석하고 계산하여 음탐기의 수중청음상태를 정확히 진단할 수 있는 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템의 회로구성을 개략적으로 나타낸 블럭회로도,

도 2는 본 발명이 적용되는 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템의 음향센서부의 외관을 개략적으로 나타낸 구성도,

도 3은 본 발명에 따라 구성한 회전센서부의 회로구성을 보인 블럭회로도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 ; 음향센서부 30 ; 예인케이블

40 ; 함상 51 ; 꼬리로프 조립체

52 ; 비음향모듈 53 ; 음향모듈

54 ; 신호전송모듈 55 ; 진동차단모듈

510 ; 회전센서 515 ; 증폭부

520 ; 필터회로부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 회전상태에 따라 전압출력을 발생하는 회전감지센서와, 상기 회전감지센서의 출력을 차동증폭하는 증폭부와, 상기 증폭부로부터의 출력중에서 교류분의 제거하기 위한 필터회로부를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템의 회전센서부에 있어서, 상기 필터회로부의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기와; 상기 제 1 연산증폭기의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기와; 상기 전류감지용 저항기를 통한 출력측에, 저항기를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기와 같은 저항값의 저항기가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전센서부의 회로구조를 제공한다.

이때, 상기 상기 제 1 연산증폭기의 출력과 전류감지용 저항기 사이에 연결된 저항기와, 상기 전류감지용 저항기의 일단과 상기 제 2 연산증폭기의 정단자(+)에 연결된 저항기의 구성을 통하여, 외부에서 유입되는 서지전압으로부터 상기 제 1 및 제 2 연산증폭기(U1, U2)를 보호하는 작용이 달성될 수 있다.

또한 상기 제 1 연산증폭기의 출력과 그 부단자(-)에 연결된 커패시터로서, 아날로그 신호로 입력되는 스위칭 작용에 대한 동작을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 일실시예가 가능하다.

이와 같은 회전센서부를 통하여, 음탐기의 뒤틀림을 수치상으로 인식할 수 있는 장치가 구현될 수 있다.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명이 적용되는 선배열 예인형 수중음향 탐지시스템의 음향센서부의 외관을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

음향센서부는 꼬리로프조립체(51), 비음향모듈(52), 음향모듈(53), 신호전송모듈(54), 진동차단모듈(55), 그리고 예인케이블(30)을 포함하여 구성된다.

음향센서부는 폴리우레탄 튜브내에 일정한 간격으로 수중청음기를 배열하고 사용 주파수 대역에 따라 이를 몇개씩 그룹핑(Grouping)하여 사용하며, 수중에서 예인함에 따른 강한 인장력을 견딜수 있어야 하고, 중성부력 유지 및 예인시 발생되는 소음을 억제할 수 있어야 한다.

음향모듈의 외부호스는 케블라로 내심이 되어있는 폴리우레탄 호스를 사용하며, 예인시 발생하는 인장력을 견디기 위해서 내부에 인장멤버(Steel strength member)를 갖는 지지구조를 갖는다.

꼬리로프조립체(51)와 진동차단모듈(55)은 음향센서부의 주위에 발생되는 진동과 예인시의 진동을 감쇠시켜 오신호 포착 등을 방지하기 위한 것이다.

비음향모듈(52)은 방위(Heading), 깊이(Depth), 온도(Temperature) 등의 보조신호를 감지하여 전송하기 위한 것이다. 이러한 보조신호는 음향신호와 더불어 신호다중화방법이 적용되어 함상으로 전송된다.

도 3은 본 발명에 따라 구성한 회전감지부의 회로구성을 보이는 회로도이다.

본 발명에 따른 회전감지부 회로는, 회전상태에 따라 전압출력을 발생하는 회전감지센서(510)와, 상기 회전감지센서(510)의 출력을 차동증폭하는 증폭부(515)와, 상기 증폭부(515)로부터의 출력중에서 교류분의 제거하기 위한 필터회로부(520)와, 두개의 연산증폭기(U1, U2)를 포함하여 바람직하게 구성된다.

회전감지센서(510)는 음향모듈의 뒤틀림에 따라, 전압출력이 변화하는 타입의 센서이다. 회전감지센서(510)는 각각 3개가 설치된다. 각 센서는 롤(roll), 피치(pitch) 그리고 아지머스(azimuth)의 변화의 가속도를 감지한다.

도 3에서는 이러한 3개의 회전축 중에서 하나의 회전축에 대해서만 설명하고 있다. 그러나 나머지 2개의 회전축에 대해서도 동일한 회로가 적용된다.

본 발명에서는 모듈의 360도 회전에 대하여 ±2.5V의 전압변화가 출력되는 센서를 사용하여 회로를 구성하였다. 즉, 회전감지센서(510)는 음향모듈이 0도의 기중위치에서는 전압출력은 0V이지만, 모듈이 90도에서는 -2.5V의 출력, 그리고 180도에서는 다시 0V의 출력, 그리고 270도의 위치에서는 +2.5V의 전압을 출력한다.

이러한 전압출력은 차동형식으로 출력되는 한편, 증폭부(515)에 입력된다. 증폭부(515)는 차동증폭기로서, 회전감지센서(510)로부터의 신호중에서의 잡음성분을 제거하는 특성이 우수하다.

필터회로부(520)는 상기 증폭부(515)의 출력중에 섞여있는 교류분을 제거하여 순수한 전압신호를 얻기 위한 것이다.

본 발명의 회전감지부는 상기 회전감지센서(510)와 차동증폭부(515) 그리고, 필터회로부(520)를 통해 출력되는 전압형태의 회전감지신호를 전류형태로 변환하여 출력한다.

도 3의 회로에서 각각의 저항의 기능에 대해 설명한다. 저항기(R11)는 출력전류의 감지를 위한 저항기이다. 회전감지센서(510)의 출력에 따라 이 저항기(R11) 양단의 전압이 변화하지만, 출력측에서는 이 저항기를 통하여 흐르는 전류의 변화가 전송된다.

저항기(R13)는 외부에서 유입될 가능성이 있는 서지전압에서 연산증폭기(U2)를 보호하기 위한 것이다.

한편, 커패시터(C1)는 연산증폭기(U1)의 안정화를 위한 커패시터이다. 연산증폭기(U1)의 입력단은 아날로그 신호에 의하여 스위칭되는 회로이므로, 동작파형의 순간변화에 대하여 이를 안정화시키는 것이 필요하다.

이때, 연산증폭기(U1, U2)는 저 오프세트, 저잡음, 고속 특성 외에 전류 출력이 일정치 이상 되는 것을 사용하여야 한다.

한편, 본 발명에 따라 전류형태로 변환된 회전신호는 그 후단의 비음향모듈을 거쳐 음향센서부에서 다중화되어 함상에 전송된다.

이상 설명에서 알 수 있는 바와같이 본 발명은, 음향탐지기의 음향모듈의 뒤틀림을 전기신호로 변환하여 함상에 전송함으로서, 음향 탐지장치와 수중음원의 상태를 정확히 진단하여, 음향센서로부터 감지되는 목표물의 정보를 해석하고 계산하는데 필요한 데이터를 확보할 수 있게 한다.

Claims (3)

1. 회전상태에 따라 전압출력을 발생하는 회전감지센서(510)와, 상기 회전감지센서(510)의 출력을 차동증폭하는 증폭부(515)와, 상기 증폭부(515)로부터의 출력중에서 교류분의 제거하기 위한 필터회로부(520)를 포함하여 구성되는 수중음향 탐지시스템의 회전센서부에 있어서,

   상기 필터회로부(520)의 차동출력을 입력으로 하는 제 1 연산증폭기(U1)와;

   상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력에 연결되어 출력전류를 감지하는 전류감지용 저항기(R11)와;

   상기 전류감지용 저항기(R11)를 통한 출력측에, 저항기(R13를 통하여 그 정단자(+)에 전압입력을 가지며, 그 부단자(-)와 그 출력측에 상기 저항기(R13)과 같은 저항값의 저항기(R14)가 연결되어 버퍼증폭을 달성하는 제 2 연산증폭기(U2)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 회전센서부의 회로구조.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력과 전류감지용 저항기(R11) 사이에 연결된 저항기(R10)와,

   상기 전류감지용 저항기(R11)의 일단과 상기 제 2 연산증폭기(U2)의 정단자(+)에 연결된 저항기(R13)로 구성되어,

   외부에서 유입되는 서지전압으로부터 상기 제 1 및 제 2 연산증폭기(U1, U2)를 보호하는 것을 특징으로 하는 회전센서부의 회로구조.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 연산증폭기(U1)의 출력과 그 부단자(-)에 연결된 커패시터(C1)로서, 아날로그 신호로 입력되는 스위칭 작용에 대한 동작을 안정화시키는 것을 특징으로 하는 회전센서부의 회로구조.