KR20180102771A

KR20180102771A - 음향 탐지장치

Info

Publication number: KR20180102771A
Application number: KR1020170029331A
Authority: KR
Inventors: 김상훈; 추연성
Original assignee: 목포해양대학교 산학협력단
Priority date: 2017-03-08
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2018-09-18
Also published as: US20180259643A1; CN108572367A; JP2018146563A

Abstract

본 발명은 상면 플레이트; 상기 상면 플레이트와 이격되어 나란히 배치되는 하면 플레이트; 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 결합되어 음파를 굴절시키는 굴절부; 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 배치되어 상기 굴절부를 통과한 음파를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지된 음파의 크기나 방향을 시각적 또는 청각적으로 나타내는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 가시화 장치를 제공한다.

Description

음향 탐지장치{SONAR DEVICE}

본 발명은 음향 탐지장치에 관한 것으로, 특히 룬버그(Luneburg) 렌즈 기술을 음향학적으로 구현하여 음원의 방향이나 움직임을 관측할 수 있는 음향 탐지장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박에는 레이더가 장착되어 주변 선박의 위치와 방향 등 움직임을 알 수 있다. 그럼에도 불구하고 짙은 안개가 낀다거나 시야가 매우 안 좋은 경우에는 출항하지 않으며, 출항한 경우에는 가까운 항구로 대피한다. 레이더로 다른 선박의 위치를 파악하므로 시야에 관계없이 항해가 가능할 것 같으나 레이더에는 경고 기능이 없다. 따라서 시야가 확보되지 않는 경우 항해사가 필요한 시점에 필요한 지점을 관측하고 있지 않으면 사고 발생 위험이 급격히 증가하게 된다.

선박은 크기가 다양하여 정지거리가 수 km에 이를 수 있고, 해상에서 충돌사고가 발생하면 그 피해 규모가 엄청나다. 매년 배수량 수만 톤급 이상의 대형 선박들 간의 충돌사고만 수 십여 건에 이르고, 작은 선박들 간의 충돌사고는 이루 셀 수 없을 만큼 많이 발생하고 있다.

이러한 이유로 모든 선박에는, 자동차의 경음기와 마찬가지로, 소리를 내서 주변 선박들에게 자신의 위치를 알림으로써 충돌사고를 미연에 방지하는 기적소리 발생장치가 의무적으로 부착되어 있고, 국제협약에 의하여 단음(1초)과 장음(4~6초)의 2가지 신호를 사용한다.

항해사는 시야가 안 좋은 경우 기적소리를 통해 다른 선박들에게 자신의 위치를 알릴뿐만 아니라, 다른 선박에서 들리는 기적소리를 이용하여 다른 이들의 위치를 판단해야 하는데, 항해사의 청력만 가지고 선박의 정확한 접근 방향을 파악하기는 어렵다. 특히 둘 이상의 장소에서 기적소리가 들리는 경우 선박의 위치를 파악하는데 항해사의 많은 경험과 노하우가 요구된다.

이에 따라 해양 선진국에서는 SRS(Sound Reception System)라는 음향 수신 장치를 개발하여 사용하고 있다. SRS는 선박의 맨 앞과 맨 뒤 그리고 양 옆에, 모두 4개의 마이크를 설치하고, 각 마이크로 들어오는 소리를 비교하여 벡터로 계산함으로써 음원의 방향을 찾는 장치이다.

하지만 이러한 SRS는 기적소리가 두 곳 이상에서 날 때는 음원의 방향을 정확히 찾기 어려우며, 전자적 장치로 고장이 나도 수리가 어렵다. 또한 고가의 장비이기 때문에 대중화가 어려운 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 룬버그 렌즈(음향 메타렌즈라고도 함) 기술을 이용하여 선박에서 보내진 기적소리의 방향과, 음원(기적을 울린 선박)까지의 거리 또는 음원의 진행방향이나 선회방향을 정확히 탐지하고, 둘 이상의 장소에서 수신된 음원의 방향을 정확하게 판단할 수 있는 음향 탐지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 상면 플레이트; 상기 상면 플레이트와 이격되어 나란히 배치되는 하면 플레이트; 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 결합되어 음파를 굴절시키는 굴절부; 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 배치되어 상기 굴절부를 통과한 음파를 감지하는 센서부 및 상기 센서부에서 감지된 음파의 크기나 방향을 시각적 또는 청각적으로 나타내는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 음파 가시화 장치를 제공한다.

상기 굴절부는 공기 또는 물과 서로 다른 임피던스를 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 굴절부는 상기 굴절부들 사이를 통과하는 매질의 탄성계수 또는 밀도를 변화시켜 굴절시킬 수 있다.

상기 굴절부는 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 중심부분으로부터 가장자리부분 방향으로 갈수록 직경 또는 단면적이 점차 작아질 수 있다.

상기 굴절부는 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 중심부분으로부터 가장자리 방향으로 갈수록 굴절률이 점차 감소하여, 일 측에서 유입된 음파를 정반대쪽인 타 측에서 모이도록 할 수 있다.

상기 굴절부는 상기 상면 플레이트의 저면에서 하면 플레이트의 상면을 연결하는 기둥 형상으로 마련되고, 일 단면이 원, 타원 또는 적어도 삼각형 이상의 다각형으로 형성될 수 있다.

상기 센서부는 상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 가장자리 부분에 상기 굴절부의 측면에 인접하여 위치하고, 복수개가 서로 등간격 또는 등각으로 배치될 수 있다.

상기 음파 가시화 장치는 상기 센서부 각각의 위치에서 감지된 음파신호를 전달받아 전기신호로 변환하여 상기 출력부로 전송하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 음파 가시화 장치는 현 위치로부터 음파를 먼저 송신하고, 목표물로부터 반향된 음파가 상기 굴절부로 수신되도록 하는 송수파부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 송수파부를 통하여 음파를 송파하고, 반향된 음파를 수신하도록 제어하는 능동제어방식 또는 외부에서 발생된 음파를 수신하도록 제어하는 수동제어방식 중 적어도 하나의 제어방식으로 제어할 수 있다.

상기 제어부는 능동제어방식으로 가동되는 경우, 현 위치와 목표물 사이의 거리, 방향, 속도 중 적어도 하나 이상을 상기 출력부에 나타낼 수 있다.

상기 제어부는 상기 센서부를 통하여 적어도 둘 이상의 음파가 동시에 감지된 경우, 이를 상기 출력부 상에서 동시에 나타내도록 제어할 수 있다.

본 발명에 의한 음향 탐지장치에 따르면,

첫째, 수중에서 또는 수상에서 시야확보가 불가능한 상황에서도 단거리 또는 원거리의 물체를 정확하게 식별할 수 있고,

둘째, 음원의 방향이나 거리 또는 움직임을 시각 또는 청각을 통하여 확인할 수 있어 직관적인 판단이 용이하며,

셋째, 음파를 발생시켜 물체에 부딪히고 돌아오는 파형을 읽을 수 있어 능동형과 수동형 탐지가 모두 가능하고,

넷째, 소형 경량화가 가능하여 대형 선박이나, 소형 어선 또는 잠수부의 수경에도 적용이 가능하며,

다섯째, 간단한 구성으로 제작할 있기 때문에 제조원가가 절감되어 대중화가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 탐지장치를 도시하는 블럭도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 음향 탐지장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 음향 탐지장치의 센서부 위치를 도시하는 참고도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 음향 탐지장치의 굴절부의 위치를 도시하는 참고도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 음향 탐지장치의 굴절부 중 일부를 확대하여 도시하는 참고도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 음향 탐지장치의 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 음파가 굴절된 포커싱 상태를 도시하는 참고도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 음향 탐지장치를 도시하는 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 음향 탐지장치를 도시하는 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 음향 탐지장치의 센서부 위치를 도시하는 참고도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 음향 탐지장치의 굴절부의 위치를 도시하는 참고도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 음향 탐지장치의 굴절부 중 일부를 확대하여 도시하는 참고도이고, 도 6은 도 1에 나타낸 음향 탐지장치의 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 음파가 굴절된 포커싱 상태를 도시하는 참고도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 음향 탐지장치(100)는 원통형 또는 원반형상으로 구성되고, 상면 플레이트(110)와, 상면 플레이트(110)와 이격되어 나란히 배치되는 하면 플레이트(120)와, 상면 플레이트(110)와 하면 플레이트(120) 사이에 복수개 결합되어 음파를 굴절시키는 굴절부(130)와, 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 굴절부(130)를 통과한 음파를 감지하는 센서부(140)와, 센서부(140)에서 감지된 음파의 크기나 방향을 시각적 또는 청각적으로 나타내는 출력부(170)와, 센서부(140) 각각의 위치에서 감지된 음파신호를 전달받아 전기신호로 변환하여 출력부(170)로 전송하는 제어부(150) 및 현 위치로부터 음파를 먼저 송신하고, 목표물로부터 반향된 음파가 굴절부(130)로 수신되도록 하는 송수파부(160)를 포함한다.

상기 상면 플레이트(110)와 하면 플레이트(120)는 얇은 원형 판재 형상으로 음향 탐지를 거치하기 위한 위치, 예컨대 선박의 데크 상면(공기중)이나 바닥면(수중)에 결합되는 구조를 갖는다.

이러한 음향 탐지장치(100)는 공기 중에 위치하여 기적소리를 탐지하거나, 또는 수중에 위치하여 물속에서 송수신되는 음파를 이용하여 수중 탐지를 모두 할 수 있다.

그리고 굴절부(130)는 음파가 통과하는 부분으로 일 측에서 유입된 음파가 굴절부(130)를 통과하면서 타 측의 한 점으로 굴절되면서 포커싱이 이루어진다. 이때 굴절부(130)의 가장자리 부분에서 두 물질의 경계면에서는 두 물질의 임피던스를 최대로 일치시킴으로써 반사파를 줄일 수 있다.

굴절부(130)는 상면 플레이트(110)의 저면에서 하면 플레이트(120)의 상면을 연결하는 기둥 형상으로 마련되고, 일 단면이 원, 타원 또는 적어도 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 굴절부는 공기 또는 물과 서로 다른 임피던스(음향 임피던스=밀도×속력)를 갖는 재질로 이루어진다. 보다 바람직하게는 굴절부의 재질은 공기 중에서는 공기보다 임피던스가 큰 플라스틱과 같은 합성 수지재, 유리, 목재, 금속재 등으로 형성된다. 또한 물속에서는 물보다 임피던스가 큰 금속재, 공기, 진공 등으로 형성될 수 있다. 물론 적용 환경에 따라서 공기 또는 물 보다 임피던스가 큰 재질은 모두 적용이 가능하다.

여기서 상면 플레이트(110)와 하면 플레이트(120) 및 굴절부(130)가 결합된 형태를 음향렌즈(10)라고 표현한다. 이런 음향렌즈(10)는 음파가 굴절부(130)를 통과하면서 한 점으로 포커싱이 이루어져야 하는데, 이를 위해서는 굴절부(130)의 굴절률이 위치에 따라서 각각 다르게 형성되어야만 한다. 이런 렌즈를 굴절률 변화형 렌즈(GRIN 렌즈, GRadient INdex lens)라 한다.

공기 중에서 반지름이 a인 원형의 음향렌즈(10) 일 측에 입사한 파동이 반대편인 타 측 가장자리의 한 점에 수차 없이 완벽히 모이는 경우는 굴절률이 다음 수학식 1과 같이 반지름의 함수로 주어져야 한다.

여기서, a는 음향렌즈(10)의 반경이고, r은 굴절부(130)의 반경이고, 0≤r≤a 이다. 굴절률은 음향렌즈(10)의 중심에서 1.414로 가장 크고, 가장자리 부분에서는 공기와 같은 1이다. 따라서 음향렌즈(10)의 중앙에 들어오는 음파의 속도는 느려지고, 가장자리 부분에 들어오는 음파의 속도는 빨라져 음향렌즈(10)의 반대편 가장자리 부분에 수차 없이 초점이 맺힌다. 이때 음향렌즈(10)의 타 측 가장자리 부분에서 음파가 모이면서 소리 세기의 진폭이 약 2~5배 커지고 소리 레벨로는 약 10dB 이상 증가하여 초점부분을 구분할 수 있어 음원의 방향을 알 수 있다. 또한 초점을 맺게하는 음원의 진폭이 음원이 다가오는 경우 커지고, 멀어지는 경우 작아져서 음원의 움직임을 알 수 있게 된다. 그리고 음향 룬버그 렌즈를 음향학적으로 구현하는 것은 음파의 속도를 조절하는 것이다. 음속은 아래 수학식 2와 같이 공기의 밀도(ρ)와 부피 탄성률(매질의 탄성계수; B)의 함수로 이루어진다.

여기서, 탄성률 B는 대기압의 함수로 굴절부(130)에서 거의 상수이므로 공기의 밀도를 조절하면 속도가 변화하고 아래 수학식 3과 같이 밀도에 따라 굴절률이 변하게 된다.

여기서, i는 굴절률이 반지름의 함수여서 동심원형으로 동일하므로 중심에서 i번째 위치의 굴절률이다.

는 배경속력이고,

는 배경밀도다.

그리고 음향렌즈(10)의 중앙부분은 소리가 지나가는 길을 좁게 형성하여 공기의 밀도가 커지도록 구성한다. 또한 음향렌즈(10)의 가장자리 부분으로 갈수록 공기의 길을 넓게 형성하여 공기의 밀도가 작아지도록 구성한다. 그러면 입사한 음파의 파동이 음향렌즈(10) 내부에서 속도가 서로 다르기 때문에 굴절이 이루어진다. 이때 휘어진 음파가 정확히 음향렌즈(10)의 반대편에 모이는데, 음파가 모인 위치에는 음파가 모이지 않은 다른 위치에 비하여 음압이 상대적으로 크기 때문에 센서부(140)에 많은 전류가 흐르게 된다. 그리고 음파가 모인 위치에 인접한 센서부(140)의 전류를 이용하여 제어부(150)에서 음향신호를 광신호로 변환하면 출력부(170)를 통하여 사용자가 눈으로 음원의 모습을 볼 수 있는 소나가 된다.

또한 파동의 가역현상으로 인해 음향렌즈(10)의 가장자리 부분에서 나간 파동은 음향렌즈(10)를 통과한 후에 평면파로 바뀌어 나가게 되므로 이를 통해서 수동형 또는 능동형 소나로 선택적으로 또는 겸용하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

여기서 수동(手動)형 소나(Passive sonar)는 음파를 인위적으로 송신하지 않고, 단지 목표물이 발생한 음파를 수신하여 목표물에 관한 정보를 얻는 소나로서, 주로 잠수함을 탐지하기 위하여 군사적인 목적으로 주로 사용되고 있다. 대표적인 수동 소나로는 잠수함을 탐지하기 위해 해저에 설치된 음향 감시 시스템(SOSUS; Sound surveillance system)과 함정에서 사용되는 예인 배열 소나 시스템(TASS; Towed array sonar system) 등이 있다. 수동 소나에서는 잠수함 등의 표적이 방사한 잡음을 수신하여 표적의 방위, 거리 및 이동속도 등의 정보를 얻고, 더욱이 수신 신호의 주파수 스펙트럼을 분석하여 표적을 식별하고 있다.

또한 능동(能動)형 소나(Active sona)는 현 위치에서 인위적으로 음파를 수중 또는 해저 지층에 송신하고 목표물로부터의 반향된 음파를 수신하여 목표물에 관한 정보를 얻는 소나로서, 대표적인 능동형 소나에는 수심을 측정하기 위한 음향측심기(Echo sounder), 어군을 탐지하기 위한 어군탐지기(Fish finder), 잠수함 등의 표적을 탐지하기 위해 함정에 설치된 선체고정 소나(Hull mounted sonar) 등이 있다. 능동형 소나에서는 일반적으로 펄스파 또는 주파수 변조파 등의 음파를 능동적으로 송파하고, 해저, 어군 및 잠수함 등의 목표물에 의한 반향을 수신하여 표적에 관한 거리, 방위, 형상 및 이동속도 등에 관한 정보를 얻을 수 있다.

다시 말해, 수동형 소나에는 송수파부(160)가 없고, 능동형 소나에는 송수파부(160)가 구비된다.

앞서 수학식 1에서와 같이, 음파의 굴절률은 반지름의 함수이므로 렌즈를 동심원 형태로 만든다. 음향렌즈(10)의 모양은 반드시 원형일 필요가 없으며 반원형이나 사각형도 가능하다. 이때 음향렌즈(10)의 모양에 따른 굴절률은 수학식 1을 통한 계산에 의하여 적용할 수 있다.

음향렌즈(10)가 원형인 경우 음향렌즈를 잘게 나누어 기둥간 사이가 좁을수록 상한 주파수 영역이 올라가고, 또한 음향렌즈(10) 전체의 직경이 클수록 하한 주파수 영역이 내려간다. 즉 사용가능한 파장의 영역은 아래 수학식 4를 통하여 도출할 수 있다.

b는 각 굴절부(130) 구성요소 간 간격이고, D는 음향렌즈(10)의 직경이다. 또한 v는 배경 음속으로 공기 중에서는 약 340m/sec이고, 수중에서는 약 1,500 m/sec이다.

만약 2차원의 원통형 소나를 적용할 경우, 음향렌즈(10)의 높이는 사용하고자 하는 음파의 파장보다 작아야 뚜렷한 해상도를 얻을 수 있다. 이때 음향렌즈(10)의 높이가 파장보다 길어지면 해상도가 떨어질 수 있다. 물론 음향렌즈(10)의 적용환경과 목적에 따라서 음향렌즈(10)의 크기나 굴절부의 간격 등은 얼마든지 단순 설계변경 사항으로 변형될 수 있다.

예컨대, 도 4 및 도 5를 참조하여 2차원의 원통형인 굴절부가 4각 배치구조를 갖는 음향렌즈인 경우, 굴절부가 15열(N=15)이고, 굴절부와 인접한 굴절부의 기둥 간격(

2b)과 직경(

2a)의 비율을 도출하면 아래 표 1과 같다.

i
1	0.8698
2	0.8680
3	0.8642
4	0.8584
5	0.8503
6	0.8396
7	0.8256
8	0.8077
9	0.7848
10	0.7553
11	0.5393
12	0.6650
13	0.5930
14	0.4854
15	0.2946

여기서 i=1이 음향렌즈(10)의 중심 부분에 해당하고, i=15가 음향렌즈(10)의 가장자리부분에 해당한다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이, 복수개의 굴절부(130)의 지름이 음향렌즈(10)의 중심 부분에서 가장 두껍고, 가장자리 부분에서 가장 얇게 형성된다. 그리고 상기 표 1에서 굴절부(130)의 간격과 직경의 비율에서 나타난 바와 같이, 음향렌즈(10)의 중앙부분은 소리가 지나가는 길(통로)을 좁게 형성하여 공기의 밀도가 커지도록 구성되고, 가장자리 부분은 상대적으로 길을 넓게 형성하여 밀도가 작아지도록 형성된다. 음파의 속력은 수학식 3에 의하여, 밀도와 반대로, 중심부분에서 가장 늦고 가장자리로 갈수록 빨라져, 파동이 굴절부 내부에서 휘어져 가장자리에 이르면 수차(aberration) 없이 입사한 부분의 반대쪽 한 점에 모이게 된다. 또한 굴절부는 공기나 물과 임피던스를 다르게 하여 음파가 통과하는 통로(공간)의 크기를 조절할 수 있는 것이면 모두 가능한데, 일 단면이 원, 타원 또는 적어도 삼각형 이상의 다각형으로 형성될 수 있다.

이렇게 만들어진 2차원 원통형의 굴절부(130)를 적용한 음향렌즈(10)를 가지고 컴퓨터 시뮬레이션을 수행한 결과 도 6에 도시된 바와 같이 음파의 굴절된 상태를 확인할 수 있다.

도 6을 살펴보면, 주파수 f=3,000Hz의 소리가 음향렌즈(10)의 좌측, 즉 9시 방향(도 3의 센서부 방향 및 위치 참조)에서 우측인 3시 방향으로 진행한다. 이때 좌측에서는 평면파가 진행하다가 음향렌즈(10)를 통과하면서 점점 굴절되어 3시 방향에서 포커싱이 이루어지며 구면파의 형상을 나타내게 된다. 도 3에서 센서부(140)의 위치는 시계상에서 시간 단위로, 즉 30도 마다 서로 등간격 또는 등각으로 배치된 것을 일 예로 도시하였으나, 보다 정밀한 센싱을 위해서는 더 조밀한 간격이나 각도로 센서부(140)를 구비할 수도 있다.

3시방향에서 포커싱 된 소리는 음향렌즈(10)의 주변에서 변화된 색상의 차이로도 그 크기 변화를 알 수 있다. 음향렌즈(10)의 좌측에서는 옅은 하늘색과 노란색의 평면파로 그 크기는 약 -1~1 사이를 나타내고 있고, 음향렌즈(10)를 통과한 직후 우측에서는 진한 파랑과 빨강색의 구면파로 그 크기가 약 -3~3 정도를 나타내어 소리의 세기가 약 3배 정도 커진 것을 확인할 수 있다.

이로써 출력부(170)에서는 3시 방향의 센서부(140)에서 전달받은 데이터를 근거로 9시 방향에 목표물이 위치하는 것을 표시하고, 이에 따른 목표물과의 거리와 이동 방향 또는 선회 방향에 대해서 표시함으로써 사용자 주변의 목표물의 위치와 방향을 정확하게 확인할 수 있게 된다. 물론 도면에 도시하지는 않았지만, 사용자가 확인할 수 있는 시각적인 디스플레이 장치 외에 청각적으로 확인할 수 있는 스피커(미도시)나 부저 또는 센서부(140)의 데이터 값을 읽어서 들려주는 방식으로도 적용할 수 있다. 물론 출력부(170)는 항해사의 근무 위치에서 아날로그 방식이나 디지털 방식으로 음원의 음직임을 확인할 수 있도록 청각과 시각을 통해서 알려줄 수 있다.

또한 이러한 음향렌즈(10)를 소형화하고, 초음파를 사용하면, 빛이 도달하지 않는 바다 속에서 잠수부들이 돌고래와 같이 음파를 이용하여 목표물을 확인할 수 있다. 예컨대, 잠수부의 수경에 출력부(170)를 장착하고, 음향렌즈(10)를 머리나 등에 장착한 후, 송수파부(160)에서 초음파를 시야 방향으로 보내면 반향된 초음파를 감지하여 이를 수경에서 디스플레이함으로써 빛이 없는 공간에서도 시각적으로 목표물을 확인할 수 있는 것이다.

그리고 적어도 둘 이상의 음파가 동시에 음향렌즈(10)에 들어오는 경우, 제어부(150)는 센서부(140)를 통하여 감지된 데이터가 출력부(170) 상에서 동시에 나타나도록 제어할 수 있다. 따라서 사용자가 시야 확보가 힘든 상황에 둘 이상의 목표물에서 동시에 울린 기적소리를 정확하게 감지할 수 있고, 이들의 방향이나 거리를 알 수 있기 때문에 비전문가도 이를 쉽게 파악할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100 : 음향 탐지장치
110 : 상면 플레이트 120 : 하면 플레이트
130 : 굴절부 140 : 센서부
150 : 제어부 160 : 송수파부
170 : 출력부 10 : 음향렌즈

Claims

상면 플레이트;
상기 상면 플레이트와 이격되어 나란히 배치되는 하면 플레이트;
상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 결합되어 음파를 굴절시키는 굴절부;
상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에 복수개 배치되어 상기 굴절부를 통과한 음파를 감지하는 센서부 및
상기 센서부에서 감지된 음파의 크기나 방향을 시각적 또는 청각적으로 나타내는 출력부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절부는,
공기 또는 물과 서로 다른 임피던스를 갖는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절부는,
상기 굴절부들 사이를 통과하는 매질의 탄성계수 또는 밀도를 변화시켜 굴절시키는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절부는,
상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 중심부분으로부터 가장자리부분 방향으로 갈수록 직경 또는 단면적이 점차 작아지거나, 또는 중심부분으로부터 가장자리부분 방향으로 갈수록 음파가 통과할 수 있는 통로가 넓어지는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 4에 있어서,
상기 굴절부는,
상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 중심부분으로부터 가장자리 방향으로 갈수록 굴절률이 점차 감소하여 음파의 속력이 빨라지고, 일 측에서 유입된 음파를 정반대쪽인 타 측에서 모이도록 하는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 굴절부는,
상기 상면 플레이트의 저면에서 하면 플레이트의 상면을 연결하는 기둥 형상으로 마련되고, 일 단면이 원, 타원 또는 적어도 삼각형 이상의 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 1에 있어서,
상기 센서부는,
상기 상면 플레이트와 하면 플레이트 사이에서 가장자리 부분에 상기 굴절부의 측면에 인접하여 위치하고, 복수개가 서로 등간격 또는 등각으로 배치되는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 7에 있어서,
상기 센서부 각각의 위치에서 감지된 음파신호를 전달받아 전기신호로 변환하여 상기 출력부로 전송하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 8에 있어서,
현 위치로부터 음파를 먼저 송신하고, 목표물로부터 반향된 음파가 상기 굴절부로 수신되도록 하는 송수파부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는,
상기 송수파부를 통하여 음파를 송파하고, 반향된 음파를 수신하도록 제어하는 능동제어방식 또는 외부에서 발생된 음파를 수신하도록 제어하는 수동제어방식 중 적어도 하나의 제어방식으로 제어하는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제어부는,
능동제어방식으로 가동되는 경우, 현 위치와 목표물 사이의 거리, 방향, 속도 중 적어도 하나 이상을 상기 출력부에 나타내는 것을 특징으로 하는 음향 탐지장치.