KR20110138697A - Multiplex wave absorption apparatus for rejection derived noise by surface of the sea motion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해면파로 인해 발생되는 유기 소음을 억제하여 정확한 표적의 신호를 측정하기 위한 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an underwater acoustic measurement device equipped with a multi-wave absorber for suppressing the organic noise generated by the surface waves to measure the signal of the correct target.
본 발명은 부표형 방식의 수중음향 신호 측정 시, 해수면 파동에 의한 저주파 잡음 및 순간과도 음압을 억제하고 표적의 순수한 음향신호만을 측정하기 위해, 다중의 파동 흡수 장치를 통해 수중 청음부 안정화와 해면파 유기소음을 제거한 기술이다.In the present invention, when the subsurface acoustic signal is measured, in order to suppress low frequency noise and transient transient sound pressure due to sea level waves and measure pure sound signals of targets, the stabilization and sea level of the underwater listening part are controlled through multiple wave absorption devices. This technology removes wave organic noise.
일반적으로 음향신호를 측정방식은 선박에서 부표를 띄워 부표 하부에 청음부를 메달아 측정하는 방식과 해저 면에 추를 고정시키고 수중 부이를 이용하여 수중에 청음부를 고정 설치하는 방법이 있다.In general, the measurement method of the acoustic signal is to float the buoy in the vessel to measure the hearing part hanging on the bottom of the buoy, and to fix the weight on the bottom of the sea floor and to install the listening part in the water using the buoy underwater.
국내에서는 고정 설치가 가능한 해역확보의 어려움으로 선박에서 부표를 이용한 측정방법을 채택하고 있다. 이는 측정해역을 옮겨 가면서 이동운용에 편리한 반면, 해수면 파동으로 청음센서가 움직임에 따라 저주파 잡음 및 음의 단절(포화)현상이 발생하는 단점이 있다. 바다에서는 대부분의 경우 바람에 의한 자연적인 해면파가 존재할 뿐만 아니라 측정하고자 하는 선박이 청음부 부표를 인접 통과할 경우에 발생된 파도에 의해 부표의 상하 움직임은 피할 수 없는 환경이다. In Korea, due to the difficulty of securing a sea area that can be fixedly installed, the vessel uses a buoy measurement method. This is convenient for mobile operation while moving the measurement area, but low frequency noise and sound breakage (saturation) occurs as the acoustic sensor moves due to sea level waves. In the sea, in most cases, there are natural sea waves caused by wind, and the up and down movement of the buoy is inevitable due to the waves generated when the ship to be measured passes adjacent to the sound buoy.
결과적으로, 해수면 파동현상은 표적의 순수한 음압을 정량적으로 측정하는데 심각한 장애 요인으로 작용함에 따라 정확한 수중소음 측정을 위해서는 해면 운동에 의한 유기소음을 제거할 수 있는 장치가 필요하다.
As a result, sea level wave phenomenon acts as a serious obstacle in quantitatively measuring the pure sound pressure of the target, and therefore, an apparatus capable of removing organic noise due to sea level motion is required for accurate underwater noise measurement.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 해면파에 의해 발생하는 청음센서의 상하 움직임과 이로 인한 유기 소음을 억제하고 순수한 표적의 음향신호만을 측정하기 위해, 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, the multi-wave absorbing device is provided in order to suppress the vertical movement of the acoustic sensor caused by the surface wave and the resulting organic noise and to measure only the acoustic signal of the pure target. It is an object to provide an underwater acoustic measurement device.
본 발명은 해면파에 의한 수중 소음을 제거하기 위한 수중 음향 측정 장치에 있어서, 원통형 모양으로 수면에 위치하는 원통형 수면부이; 표적에 대한 신호를 측정하기 위한 청음부; 및 상기 청음부 하단에 위치하여 상기 청음부의 상하 움직임을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.The present invention is an underwater acoustic measurement device for removing the underwater noise by the surface wave, Cylindrical water surface portion which is located on the surface of the cylindrical shape; A listening unit for measuring a signal to the target; And a control unit positioned at a lower end of the listening unit to control vertical movement of the listening unit.
또한, 상기 원통형 수면부의 하단에 연결되어, 파동의 수직방향 작용력을 흡수하기 위한 탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is connected to the lower end of the cylindrical water surface, characterized in that it further comprises an elastic portion for absorbing the vertical action force of the wave.
또한, 상기 청음부 상단 및 상기 탄성부 하단에 연결되어, 상기 원통형 수면부이에 작용하는 부력을 분산하기 위한 수중부이를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is connected to the upper end of the listening portion and the elastic portion, characterized in that it further comprises an underwater buoy for dispersing buoyancy acting on the cylindrical water buoy.
또한, 상기 제어부는 원판 모양인 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit is characterized in that the disk shape.
또한, 상기 탄성부는 고탄성 고무줄인 것을 특징으로 한다.
In addition, the elastic portion is characterized in that the high elastic rubber band.
본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치를 사용할 경우, 부표형 방식의 수중음향 신호 측정 시, 해수면 파동에 의한 저주파 잡음 및 순간과도 음압을 억제하고 표적의 순수한 음향신호만을 측정할 수 있다.
When using the underwater acoustic measurement device equipped with the multi-wave absorber according to the present invention, when measuring the underwater acoustic signal of the buoy type method, it suppresses low frequency noise and instantaneous sound pressure caused by the sea surface wave and measures only the pure acoustic signal of the target. can do.
도 1은 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치의 구조를 나타낸 도.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 원통형 수면부이와 제어부를 적용하였을 때, 원형 수면부이에 작용하는 힘과 원통형 수면부이의 수직 운동 진폭을 계산하기 위한 이론적 개념도.
도 3은 파고 2m, 주기 4초에 해당하는 정현파의 속도, 진폭, 가속도 변화에 대한 결과를 나타낸 도.
도 4는 도 3에 해당하는 정현파 발생 시, 본 발명에 따른 파동 흡수 장치 특히, 원통형 부이 및 제어부를 적용하기 전과 후의 파동 흡수 측정 결과를 나타낸 도.
도 5는 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치를 적용하지 않은 상태에서 실제 해상 실험을 통한 측정부에서의 음압 측정 결과를 나타낸 도.
도 6은 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치를 적용한 상태에서 실제 해상 실험을 통한 측정부에서의 음압 측정 결과를 나타낸 도.
도 7은 다중 파동 흡수장치 적용 전후의 저주파 대역 소음 준위의 비교 결과를 나타낸 도.1 is a view showing the structure of a water acoustic measurement device equipped with a multi-wave absorber according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for calculating a vertical motion amplitude of a cylindrical sleeper and a force acting on the circular sleeper when the cylindrical sleeper and the controller are applied as an embodiment of the present invention. FIG.
Figure 3 is a view showing the results for the speed, amplitude, acceleration change of the sine wave corresponding to wave height 2m, period 4 seconds.
FIG. 4 is a view illustrating wave absorption measurement results before and after applying a wave absorbing device, in particular, a cylindrical buoy and a controller, according to the present invention, when a sinusoidal wave corresponding to FIG. 3 is generated. FIG.
5 is a view showing the sound pressure measurement results in the measurement unit through the actual sea experiment in the state without applying the multi-wave absorber according to the present invention.
Figure 6 is a view showing the sound pressure measurement results in the measurement unit through the actual sea experiment in the state in which the multi-wave absorber according to the present invention is applied.
7 is a view showing a comparison result of low frequency band noise levels before and after applying a multi-wave absorber;
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 해면파 유기 소음 제거를 위한 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an underwater acoustic measurement apparatus equipped with a multi-wave absorber for removing sea wave organic noise according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 절차도에서 각각의 절차에 참조부호를 부가하거나 도면에서 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 절차 및 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되어 있더라도 동일한 부호를 부여하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 기술 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the procedures of each drawing, the reference numerals are added to the respective procedures or the reference numerals are added to the components in the drawings. The same procedures and components are given the same reference numerals even though they are shown in different drawings. Be careful. In addition, in describing the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되어서는 아니 되며 당업자에 의해서 다양하게 변형 실시될 수 있음은 물론이다.
In addition, the following describes a preferred embodiment of the present invention, but the technical idea of the present invention is not limited or limited thereto and can be variously modified by those skilled in the art.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치가 구비된 수중 음향 측정 장치의 구조를 나타낸다.First, Figure 1 shows the structure of an underwater acoustic measurement device equipped with a multi-wave absorber according to the present invention.
해면파에 의한 유기 소음 제거를 위한 다중 파동 흡수 장치(100)는 원통형 수면부이(110), 탄성부(120), 수중부이(130), 청음부(140), 제어부(150)로 구성되어 있다.
The multi-wave absorbing
원통형 수면부이(Spar Buoy)(110)는 수면 부분에 위치하며, 파고의 변화량에 대해 단위 높이 대비 부력 변화량이 작도록 원통형 부이 형태의 모양을 갖는다. 상기 원통형 수면부이(110)의 상부에는 안테나(160)가 연결되어 있어, 측정 선박과의 신호를 송수신할 수 있다. 상기 안테나(160)는 GPS 송수신기, 레이더 반사기일 수 있다.Cylindrical sleep buoy (Spar Buoy) 110 is located on the surface of the water, and has a cylindrical buoy shape so that the change in buoyancy change relative to the unit height with respect to the amount of change in crest height. The
탄성부(120)(Compliant Link)는 상기 원통형 수면부이(110)의 하단에 연결되어, 파동의 수직방향 작용력을 흡수한다. 해면파에 의한 수면부이의 움직임이 수중 청음부에 전달되기 전 탄성부(120)가 늘어날 수 있도록 수면부이 아래 설치하여 수중 청음부의 상하 움직임을 최대한 억제한다. 이는 청음부 하단에 청음부의 직선유지를 위해 설치한 추의 무게를 고려하여 적당한 탄성을 유지할 수 있도록 한다. 또한, 상기 탄성부(120)는 고탄성 고무줄일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.An elastic portion 120 (Compliant Link) is connected to the lower end of the cylindrical water-
수중부이(Sub-Surface Buoy)(130)는 상기 청음부 상단 및 상기 탄성부(120) 하단에 연결되어 있다. 수면부이에 작용하는 부력을 적게 할 수 있는 기능을 하며, 수중에 설치되는 관계로 원통형 수면부이(110)에 작용하는 부력을 분산 할 뿐만 아니라 제어부와 같은 저항체 역할의 기능도 있다. 이는 수면부이의 부력과 추의 균형을 적절히 조절하여 원통형 부이의 형상을 최적화한다. 또한, 상기 수중부이(130) 일측 면에는 측정 선박과의 신호를 송수신할 수 있도록 신호 케이블(180)이 연결되어 있다.
Sub-surface buoy (130) is connected to the top of the listening portion and the bottom of the
청음부(140)는 표적에 대한 신호를 측정하는 부분으로, 소리의 미세한 음압을 감지한다. 상기 청음부(140) 주변에 유체가 흐르거나 순간적인 수압변동이 발생할 경우, 상기 청음부(140)에서는 매우 큰 음에너지로 인식하게 된다.
The
제어부(Heave Resister)(150)는 수중부의 상하 움직임에 대한 저항체 역할을 할 수 있는 원판형태로 신호선 하단 추의 상부에 연결되어 있다. 수면 부이에 작용하는 파동 진폭은 수심에 따라 지수 함수적으로 감소하는 관계로 100m 이상의 심도에서는 일반적인 해면파는 존재하지 않는다. 따라서, 수중의 수직 변위가 없는 심도에 제어부(150)를 설치하여 저항효율을 증가시킨다. 또한, 상기 제어부의 하단부에는 균형추(170)가 연결되어 있어 상기 제어부(150)의 균형을 잡아주는 역할을 한다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 원통형 수면부이(110)와 제어부(150)를 적용하였을 때, 원통형 수면부이(110)에 작용하는 힘과 원통형 수면부이(110)의 수직 운동 진폭을 계산하기 위한 이론적 개념도이다.2 is an embodiment of the present invention, when the
먼저, 도 2에 대한 설명에 앞서 하기 수학식에 적용되는 파라미터의 정의는 다음과 같다.First, prior to the description of FIG. 2, the definition of the parameter applied to the following equation is as follows.
x: 부이의 수직운동 진폭x: vertical amplitude of buoy
r: 파고r: digging
D: 부이의 흘수D: buoy
K: Wave Number(2π/L)K: Wave Number (2π / L)
ω: 파도주기(2πf)ω: wave period (2πf)
n: 감쇠계수n: damping coefficient
mv: 가상질량(부이무게+부가질량)mv: imaginary mass (buoy weight + added mass)
b: 선형마찰계수b: linear friction coefficient
p: 수직운동의 자연주기p: natural cycle of vertical motion
σ: Wave와 부이의 위상각σ: phase angle of wave and buoy
c: 복원상수(c=ρgA)c: constant of restoration (c = ρgA)
dv/dt: 가속도(a)dv / dt: acceleration (a)
A: 수직 방향의 물체 단면적A: Cross section of the object in the vertical direction
Vol: 부이의 체적Vol: volume of buoys
v: 파동의 승강속도v: lift speed of the wave
y: 기준면에서 파고표면까지 거리(y=r cos ωt, r=파고)y: distance from reference surface to crest surface (y = r cos ωt, r = crest)
z: 기준면에서 부이 하부까지 수직거리
z: vertical distance from the reference plane to the bottom of the buoy
해면파 즉, 정현파(sine wave) 작용 시, 원통형 수면부이(110)에 작용하는 총 힘(F)은 부력(P), 물의 마찰력 또는 복원력(Q), 및 관성력(I)의 합이 된다. 여기서, 부력(P)은 , 물의 마찰력(Q)은 , 관성력(I)은 이 된다. 따라서, 원통형 수면부이(110)에 작용하는 총 힘(F)은 하기 [수학식 1]을 만족한다.When the surface wave, sine wave (sine wave) action, the total force (F) acting on the
또한, 원통형 수면부이(110)의 수직 변화 즉, 진폭(x)은 하기 [수학식 2]와 같다.In addition, the vertical change, that is, the amplitude (x) of the
도 3은 파고 2m, 주기 4초에 해당하는 정현파의 속도, 진폭, 가속도 변화에 대한 결과를 나타낸 도면이다. 파고 2m, 주기 4초에 해당하는 정현파를 이용하여 실험을 한 이유는, 상기 조건을 만족하는 정현파의 경우 실제 해상에서 발생하는 해면파의 특성과 유사하기 때문이다. 여기서, 해면파의 운동은 하기 [수학식 3]과 같이 정의된다.3 is a diagram showing the results of changes in the velocity, amplitude, and acceleration of a sine wave corresponding to a wave height of 2 m and a period of 4 seconds. The reason for the experiment using the sine wave corresponding to the wave height of 2m and the period of 4 seconds is that the sine wave satisfying the above conditions is similar to the characteristics of the surface wave generated in the actual sea. Here, the motion of the surface wave is defined as in Equation 3 below.
도 4는 도 3에 해당하는 정현파 발생 시, 본 발명에 따른 파동 흡수 장치 특히, 원통형 수면부이(110) 및 제어부(150)를 적용하기 전과 후의 파동 흡수 측정 결과를 나타낸다.
4 illustrates wave absorption measurement results before and after applying the wave absorbing device, in particular, the
도 4에서 도시된 바와 같이, 파동 흡수 장치로 구형 부이만을 적용하였을 경우 부이가 받는 힘의 변화량은 1100~1980N이 되고, 본 발명에 따른 원통형 수면부이(110)와 제어부(150)를 적용하였을 경우에는 원통형 수면부이(110)가 받는 힘의 변화량은 930~1020N이 된다. As shown in FIG. 4, when only the spherical buoy is applied as the wave absorbing device, the amount of change in force received by the buoy becomes 1100 to 1980 N, and the
즉, 다중 파동 흡수 장치 적용 전후의 경우, 작용하는 힘의 변화량을 분석한 결과 주기적인 파동현상에도 불구하고 원통형 수면부이(110)와 제어부(150)만으로도 시간에 따른 힘의 변화 현상이 약 1/10 수준으로 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 수면의 파동현상을 제어하여 수중부의 안정화에 대한 효율성이 매우 우수함을 보여준다. 또한, 탄성부(120)와 수중부이(130)의 역할을 더 반영하여 측정한다면, 파동 흡수 효율은 1/10 수준보다 훨씬 더 우수한 결과를 얻을 수 있게 된다.
That is, before and after applying the multi-wave absorbing device, as a result of analyzing the amount of change in the force acting, despite the periodic wave phenomenon, the change in force with time only by the
도 5는 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치를 적용하지 않은 상태에서 실제 해상 실험을 통한 청음부에서의 음압 측정 결과를 나타낸다. Figure 5 shows the sound pressure measurement results in the listening section through the actual sea experiments without the multi-wave absorber according to the present invention.
즉, 다중 파동 흡수장치를 적용하지 않은 상태에서 평균 해면파고 2m 정도의 환경에서 함정이 약 100m에서 접근, 최단근접거리(CPA) 250m를 통과하여 1000m 거리까지 멀어지는 동안 측정한 음압이다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 함정이 접근하기 전부터 바람에 의한 파도로 음압이 포화상태(Saturation)에 이르는 현상이 발생하고 있으며, CPA 통과 후에는 함정의 조파영향에 의해 수신음의 단절현상이 더욱 심하게 발생하고 있는 것을 볼 수 있다.
That is, the sound pressure was measured while the ship was approaching at about 100m and passing through the shortest close distance (CPA) 250m to the distance of 1000m in the environment of 2m average sea wave wave without applying the multi-wave absorber. As shown in FIG. 5, the phenomenon that the sound pressure reaches saturation due to wind waves before the trap approaches, and after the CPA pass, severely interruption of the received sound due to the harmonic effect of the trap. You can see it happening.
도 6은 본 발명에 따른 다중 파동 흡수장치를 적용한 상태에서 실제 해상 실험을 통한 청음부에서의 음압 측정 결과를 나타낸다.Figure 6 shows the result of the sound pressure measurement in the listening section through the actual sea experiment in the state in which the multi-wave absorber according to the present invention is applied.
도 6에서 도시된 바와 같이, 도 5에서 나타난 음압의 순간적 변동현상은 전혀 나타나고 있지 않음을 볼 수 있다. 이와 같은 결과는 다중의 파동 흡수 장치가 해면파의 수직운동을 흡수하여 완충 역할을 함으로써 수중에 위치한 청음부를 안정화시키기 때문이다.
As shown in FIG. 6, it can be seen that the instantaneous fluctuation of the sound pressure shown in FIG. 5 does not appear at all. This result is because the multiple wave absorbing devices absorb the vertical motion of the sea wave and act as a buffer, thereby stabilizing the hearing unit located in the water.
도 7은 다중 파동 흡수장치 적용 전후의 저주파 대역 소음 준위의 비교 결과를 나타낸다.7 shows a comparison result of the low frequency noise levels before and after applying the multi-wave absorber.
본 발명에 따른 다중 파동 흡수 장치 적용 후의 소음 준위가 다중 파동 흡수 장치를 적용하기 전보다 상당히 낮게 나타나고 있음을 알 수 있다. 즉 본 발명에 다른 다중 파동 흡수 장치를 사용할 경우, 수중 소음 측정에 상당히 도움이 됨을 알 수 있다.
It can be seen that the noise level after applying the multi-wave absorber according to the present invention is significantly lower than before applying the multi-wave absorber. In other words, when using the multi-wave absorbing device according to the present invention, it can be seen that it is very helpful for underwater noise measurement.
100: 수중 음향 측정 장치 160: 안테나
110: 원통형 수면부이 170: 균형추
120: 탄성부 180: 신호 케이블
130: 수중 부이
140: 청음부
150: 제어부100: underwater acoustic measurement device 160: antenna
110: cylindrical sleeping portion 170: balance weight
120: elastic portion 180: signal cable
130: Underwater buoy
140: listening part
150: control unit
Claims (5)
원통형 모양으로 수면에 위치하는 원통형 수면부이;
표적에 대한 신호를 측정하기 위한 청음부; 및
상기 청음부 하단에 위치하여 상기 청음부의 상하 움직임을 제어하는
제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 음향 측정 장치.
In the underwater acoustic measurement device for removing the underwater noise by the sea wave,
Cylindrical sleeping portion located on the water surface in a cylindrical shape;
A listening unit for measuring a signal to the target; And
Located at the bottom of the listening unit to control the vertical movement of the listening unit
Underwater acoustic measurement device comprising a control unit.
상기 원통형 수면부의 하단에 연결되어, 파동의 수직방향 작용력을 흡수하기 위한 탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 음향 측정 장치.
The method of claim 1,
Underwater acoustic measurement device is connected to the lower end of the cylindrical water surface portion, further comprising an elastic portion for absorbing the vertical force of the wave.
상기 청음부 상단 및 상기 탄성부 하단에 연결되어, 상기 원통형 수면부이에 작용하는 부력을 분산하기 위한 수중부이를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 음향 측정 장치.
The method of claim 2,
Underwater acoustic measurement device is connected to the top of the listening portion and the bottom of the elastic portion, further comprising an underwater buoy for dispersing buoyancy acting on the cylindrical water buoy.
상기 제어부는 원판 모양인 것을 특징으로 하는 수중 음향 측정 장치.
The method of claim 1,
Underwater acoustic measurement apparatus, characterized in that the control unit has a disk shape.
상기 탄성부는 고탄성 고무줄인 것을 특징으로 하는 수중 음향 측정 장치.The method of claim 1,
Underwater acoustic measurement device, characterized in that the elastic portion is a high elastic rubber band.
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| KR102189038B1 (en) | 2019-10-17 | 2020-12-09 | 국방과학연구소 | A buoy-type underwater acoustic measurement system having a variable motion-stabilizer |
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2010
- 2010-06-21 KR KR1020100058738A patent/KR101120981B1/en active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104908890A (en) * | 2015-06-23 | 2015-09-16 | 国家海洋技术中心 | Real-time analysis and transmission drifting buoy system for ambient sea noise profile data |
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| Publication number | Publication date |
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