KR20200099347A

KR20200099347A - 변동압력 계측장치

Info

Publication number: KR20200099347A
Application number: KR1020190017237A
Authority: KR
Inventors: 곽동희; 박성건; 박준호; 성상경; 손성완
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-24
Also published as: KR102315004B1

Abstract

변동압력 계측장치에 관한 것으로, 본체, 본체 내측 상부에 구비되어 본체가 선체 외판에 부착되도록 하는 부착부, 본체의 내측 하부에 구비되고, 프로펠러에 의한 변동압력을 계측하여 압력계측정보를 생성하는 압력센서, 본체에 내장되고, 압력센서에서 계측되어 생성된 압력계측정보를 저장하는 메모리부, 본체에 내장되고, 메모리부에 저장된 압력계측정보를 외부장치와 송수신하는 통신부, 본체에 내장되어, 압력센서의 압력 계측을 제어하고, 통신부의 압력계측정보 송수신을 제어하며, 전원을 온오프 하기 위한 온오프 동작 신호를 생성하는 제어부 및 본체에 내장되고, 제어부의 온오프 동작 신호에 따라 압력센서를 구동하기 위한 구동부를 포함하여 구성된다.

Description

변동압력 계측장치{Apparatus for measuring fluctuating pressure}

본 발명은 변동압력 계측장치에 관한 것으로, 특히 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 계측하기 위한 변동압력 계측장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박이 바다에서 항해를 할 때 선체에는 바닷물에 의한 수압 등 여러가지 외부압력을 받을 수 있다. 특히, 선체의 후미 근처에서는 프로펠러(추진기) 및 프로펠러 캐비테이션에 의해 선체 표면의 압력이 변동하게 된다.

이러한 프로펠러의 변동압력은 선박 진동소음의 주요한 소음원이 된다.

변동압력 파악을 위해 이론식, 수치해석 및 모형시험 방법 등을 이용하고 있는 실정이나, 이러한 방법들은 복잡한 물리적인 변수로 인해 실제 선체에 작용하는 변동압력을 정확하게 예측하기는 어려운 실정이다. 이에 따라, 실선 변동압력 계측을 수행하고 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌 1에는 선체의 외부에 부착하여 프로펠러에 의해 발생하는 변동압력을 계측하기 위한 변동압력 계측장치가 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 측정하기 위한 압력센서, 이 압력센서의 측정신호를 저장하기 위한 신호저장기를 포함하여 구성되고, 상기 압력센서와 신호저장기를 일체형 패키지 구조로 결합시키는 결합수단인 케이싱을 마련하여 선체의 외판에 부착된다. 이로 인해, 선체 외판에 통신케이블 관통용 홀을 뚫거나 또는 선체외판으로 통신케이블을 연결하는 작업이 삭제됨에 따라 작업공수 절감에 따른 비용절감 효과를 기대한다.

그러나, <특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 상기와 같은 효과를 기대할 수 있으나, 원하는 기간에 변동압력을 계측하기에는 어려움이 있고, 유동 간섭에 의해 데이터 왜곡이 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 공개실용신안공보 20-2011-0004268호 (2011.04.29) (선체 변동압력 계측장치)

본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 계측하기 위한 변동압력 계측장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 원하는 기간에 계측하기 위한 변동압력 계측장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 또 다른 과제는 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 계측하는 경우, 유동 간섭에 의한 데이터 왜곡이 발생하지 않도록 부피를 줄인 변동압력 계측장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 변동압력 계측장치는 본체; 상기 본체 내측 상부에 구비되어 상기 본체가 선체 외판에 부착되도록 하는 부착부; 상기 본체의 내측 하부에 구비되고, 상기 프로펠러에 의한 변동압력을 계측하여 압력계측정보를 생성하는 압력센서; 상기 본체에 내장되고, 상기 압력센서에서 계측되어 생성된 압력계측정보를 저장하는 메모리부; 상기 본체에 내장되고, 상기 메모리부에 저장된 압력계측정보를 외부장치와 송수신하는 통신부; 상기 본체에 내장되어, 상기 압력센서의 압력 계측을 제어하고, 상기 통신부의 압력계측정보 송수신을 제어하며, 전원을 온오프 하기 위한 온오프 동작 신호를 생성하는 제어부; 및 상기 본체에 내장되고, 상기 제어부의 온오프 동작 신호에 따라 상기 압력센서를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 온오프 시간을 지정하는 타이머가 연결되며, 상기 구동부는 상기 타이머에 의해 지정된 기간 동안 상기 압력센서를 구동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동부는 소형의 저용량 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통신부는 상기 외부장치와 수중통신 또는 수중-수상통신 중 어느 하나를 통해 통신하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 변동압력 계측장치에 의하면, 계측 장비의 설치비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또, 유동 간섭에 의한 데이터 왜곡이 발생하지 않도록 부피를 줄이고, 프로펠러에 의해 발생되는 변동압력을 원하는 기간에 계측할 수 있으므로, 불필요한 데이터 취득을 제거할 수 있는 효과가 있다.

또한, 전문 인력을 동원할 필요가 없어짐에 따라 고용인원 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 사용상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 수중통신의 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 수중-수상 통신의 예를 나타낸 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하 본 발명에 따른 변동압력 계측장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 사용상태를 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 변동압력 계측장치(1)는 원하는 기간에 변동압력을 계측하고, 변동압력을 계측하는 경우 데이터의 왜곡이 없도록 하기 위하여 부피를 줄인 것으로, 본체(10), 부착부(20), 압력센서(30), 메모리부(40), 통신부(50), 제어부(60) 및 구동부(70)를 포함한다.

본체(10)는 가로가 세로보다 긴 직육면체 형상으로 형성될 수 있고, 내부에 부착부(20), 압력센서(30), 메모리부(40), 통신부(50), 제어부(60), 타이머(61) 및 구동부(70)가 내장된다. 이를 위해, 본체(10)는 내부에 상기 각각의 구성요소가 내장될 수 있도록 내부에 수납부를 갖는 케이싱 형태로 형성될 수 있다.

이때, 본체(10)는 내장된 상기 구성요소가 파손된 경우, 교환할 수 있는 구성으로 구현되는 것이 바람직하다.

또한, 이러한 본체(10)는 부착부(20)에 의해 선체 외판에 밀착되게 되는데, 이를 위해 상부가 플렉시블(flexible)한 재질로 구성되는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 본체(10)의 하부 표면은 선박의 항해 시 파도와 같은 외부조건으로부터 내부 장치들을 보호할 수 있도록 딱딱한 재질 즉, 경질의 금속으로 코팅되어 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본체(10)는 선박이 항해함에 따라 수중에 잠기게 되므로, 내부에 장착된 각 구성요소에 물이 유입되지 않도록 실링처리 되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본체(10)의 전체 크기는 가로 200mm, 세로 200mm, 높이 15mm 미만으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되지 않고, 소형화 되는 구동부(70)의 크기에 맞춰 더 작아질 수도 있다.

부착부(20)는 본체(10)의 내측 상부에 구비되어 본체(10)가 선체 외판에 부착되도록 하는 역할을 한다. 이러한 부착부(20)는 마그네틱 즉, 영구자석으로 이루어질 수 있다. 또한, 도면에는 부착부(20)가 4개 구비된 것으로 도시되어 있으나, 이는 일례일 뿐 부착부(20)가 선체의 외판에 원활하게 부착될 수 있는 개수이면 몇개이던 문제가 되지 않는다.

한편, 부착부(20)는 영구자석을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 견고하게 부착될 수 있는 구성이면 어떠한 구성이던 문제가 되지 않는다. 예컨대, 부착부(20)는 나노접착과 같은 방법을 통해 선체 외판에 부착될 수도 있다.

압력센서(30)는 본체(10)의 내측 하부에 구비되고, 후술할 제어부(60)의 제어에 따라 프로펠러(P)에 의한 변동압력을 계측하여 압력계측정보를 생성한다. 이때, 압력센서(30)는 액체 또는 기체의 압력을 검출하고, 계측이나 제어에 사용하기 쉬운 전기신호로 변환하여 전송하는 일반적인 압력센서를 사용할 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않고 공지의 압력계측 수단을 다양하게 사용할 수 있다.

한편, 도면에는 본체(10)의 내측 하부에 압력센서(30)를 1개 구비한 것으로 도시하였으나, 이는 일례일 뿐 복수개 구비하는 실시 예도 가능하다.

메모리부(40)는 본체(10)에 내장되고, 압력센서(30)에서 계측되어 생성된 압력계측정보를 저장한다. 이를 위해, 메모리부(40)는 통신부(50)를 통해 압력센서(30)와 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다. 이때, 메모리부(40)가 통신부(50)를 통해 압력센서(30)와 전기적으로 접속되는 것은 해당 분야의 기술자에겐 자명한 사실이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이와 같은 메모리부(40)는 저장기능을 가지고 있는 일반적인 메모리로 이루어질 수 있으며, 설명의 편의를 위해 구분한 것일 뿐, 제어부(60)에 포함되어 구성될 수 있다.

통신부(50)는 본체(10)에 내장되고, 제어부(60)의 제어에 따라 메모리부(40)에 저장된 압력계측정보를 후술할 외부장치(80)와 송수신하는 역할을 한다.

이때, 외부장치(80)는 선박의 선교에 구비된 장치로써, 압력계측정보를 수신할 수 있는 장치 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 외부장치(80)는 실시간으로 후술할 구동부(70)의 전원을 온오프하는 기능을 갖는 것이 바람직하다.

한편, 도면에는 외부장치(80)를 선박의 선교에 구비된 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 변동압력 계측장치(1)로부터 압력계측정보를 수신할 수 있는 위치이면 어떠한 위치이던 문제가 되지 않는다.

통신부(50)는 통신모듈을 포함하고, 블루투스, 지그비, 로라(LoRa), 와이파이(wi-fi)와 같은 무선통신 프로토콜 중 어느 하나로 구현되어 외부장치(80)와 연동할 수 있다.

이때, 상기와 같은 무선통신 프로토콜은 선박의 선체가 물에 잠기지 않은 경우 즉, 공기 중에는 제약 없이 사용할 수 있으나, 선박이 물에 잠기게 된 경우에는 전자파, 광파 등을 사용하기에 다소 제약이 있으므로, 통신을 구현하기에 어려움이 발생한다.

이에 따라, 수중통신 및 수중-수상통신을 사용할 수 있다. 이때, 통신부(50)는 각각 역할이 달라질 수 있다.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 수중통신 및 수중-수상 통신과 수중통신 및 수중-수상통신에서 사용되는 통신부(50)의 역할에 대해 상세하게 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 수중통신의 예를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 변동압력 계측장치의 수중-수상 통신의 예를 나타낸 도면이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 수중통신을 구현하는 경우, 작업자는 선박의 갑판에서 수면 아래로 수중장비(H)를 내리게 된다. 여기서, 수중장비(H)는 예컨대 물속에서 전달되는 데이터를 수신하기 위한 하이드로폰(음파수신기)일 수 있다.

수면 아래로 내려진 수중장비(H)는 통신부(50)로부터 송신되는 데이터를 수신하여 외부장치(80)로 송신하게 된다. 이때 도면에는 자세하게 도시되어 있지 않으나, 통신부(50)는 수중에서 데이터 송신을 위한 트랜스듀서 즉, 음파송신기로 구성될 수 있다.

이에 따라, 통신부(50)와 외부장치(80)는 수면 아래로 내려온 수중장비(H)를 통해 수중통신을 구현할 수 있게 된다. 이에 따라, 외부장치(80)에서는 실시간 계측된 변동압력을 모니터링할 수 있게된다.

이와는 달리, 수중장비(H)를 이용하지 않고 수중에서 수상으로 직접 통신하기 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 수면상에 해상통신 부표(90)를 구비할 수 있다.

도 5를 참조하면, 해상통신 부표(90)는 변동압력 계측장치(1)에서 계측된 압력계측정보를 수상으로 즉, 외부장치(80)로 원활하게 송신하기 위한 모뎀으로 구현되고, 선박으로부터 일정간격 이격되어 배치된다.

이때, 해상통신 부표(90)는 선박으로부터 일정간격 이격되어 배치되는 것이 아니라, 선박의 일측에 부착될 수도 있다. 즉, 해상통신 부표(90)는 선박과 일체로 형성되어, 통신부(50)로부터 수신한 데이터를 외부장치(80)로 무선통신 기술을 통해 송신할 수 있는 것이다.

이와 같은 해상통신 부표(90)는 한편으로는 수중통신을 통해 통신부(50)로부터 압력계측정보를 수신하고, 다른 한편으로는 wi-fi 등의 통신을 이용하여 외부장치(80)에 압력계측정보를 송신하는 역할을 한다. 이를 위해, 해상통신 부표(90)는 통신부(50)로부터 송신된 데이터를 수신할 수 있는 모뎀과, 통신부(50)로부터 수신한 데이터를 외부장치(80)로 송신할 수 있는 모뎀을 둘다 갖추고 있는 것이 바람직하다.

한편, 수중-수상 통신을 하는 경우, 통신부(50)는 해상통신 부표(90)에 압력계측정보를 송신하기 위한 모뎀으로 구현되는 것이 바람직하다. 예컨대, 통신부(50)는 수중통신 모뎀으로 이루어질 수 있고, 음파를 통해 해상통신 부표(90)로 압력계측정보를 송신한다.

그러나, 통신부(50)는 이에 한정되지 않고, 해상통신 부표(90)로 압력계측정보를 원활하게 송신할 수 있는 다양한 통신수단을 갖출 수 있다.

이에 따라, 통신부(50)와 외부장치(80)는 수면에 배치된 해상통신 부표(90)를 통해 수중-수상통신을 구현할 수 있게 된다. 이로 인해, 외부장치(80)에서는 실시간 계측된 변동압력을 모니터링할 수 있게 된다.

다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제어부(60)는 본체(10)에 내장되어, 압력센서(30)의 압력 계측과 통신부(50)의 압력계측정보 송수신을 제어하며, 전원을 온오프 하기 위한 온오프 동작 신호를 생성한다. 또한, 제어부(60)는 온오프 동작 신호에 따라 구동부(70)의 온오프 구동을 제어한다. 이러한 제어부(60)는 마이크로컨트롤러유닛(MCU)으로 마련되어 각종 정보의 연산, 가공 등을 수행할 수 있다.

또한, 제어부(60)는 온오프 시간을 지정하는 즉, 원하는 기간에 구동부(70)를 구동시키기 위한 타이머(61)가 연결될 수 있다.

여기서, 타이머(61)는 본체(10)에 내장되고, 제어부(60)의 제어에 따라 원하는 기간에만 구동부(70)를 구동시키기 위해, 구동부(70)의 온오프 시간을 설정하는 역할을 한다. 구체적으로 타이머(61)는 온오프 타이머로 이루어질 수 있고, 외부장치(80)로부터 온오프 시간이 설정되는 것이 바람직하다.

타이머(61)는 외부장치(80)로부터 온오프 시간이 설정된 경우, 통신부(50)를 통해 설정된 값을 입력받는 것이 바람직하다. 이를 위해, 통신부(50)는 타이머(61)를 사용하는 경우, 온오프 신호를 송수신 하는 역할을 수행하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 타이머(61)가 외부장치(80)로부터 설정된 값을 입력받으면, 구동부(70)는 통신부(50)를 통해 온오프 신호를 입력받아 타이머(61)에 의해 지정된 기간동안에만 제어부(60)의 제어에 따라 압력센서(30)를 구동하게 된다. 즉, 압력센서(30)는 타이머(61)로부터 지정된 기간에만 변동압력을 계측하게 된다.

구동부(70)는 본체(10)에 내장되고, 제어부(60)의 온오프 동작 신호에 따라 압력센서(30)를 구동하기 위한 것으로, 소형의 저용량 배터리로 이루어지는 것이 바람직하다. 한편, 상술한 바와 같이, 구동부(70)는 타이머(61)에 의해 지정된 기간 동안에만 압력센서(30)를 구동하는 것이 바람직하다.

이때, 구동부(70)를 소형의 저용량 배터리로 구성하고, 타이머(61)를 이용하여 전원을 온오프 하는 이유를 설명하면 다음과 같다. 선박을 시운전 하는 경우, 보통 4박 5일이상 하게 되고, 시운전 일정중에 선박의 내구도 테스트 기간에 따른 변동압력 데이터 취득이 필요하게 된다. 시운전 전부터 계측 장치의 전원이 켜진 상태로 시운전을 마칠 때까지 데이터 취득이 계속된다면 전원을 유지하기 위한 배터리와 큰 배터리 용량이 요구된다. 이러한 경우, 계측 시스템의 부피가 커지게 됨에 따라, 유동 간섭에 의해 제대로된 데이터 취득이 힘들게 된다.

이에 따라, 유동 간섭에 의한 데이터 왜곡이 없도록 구동부(70)를 소형의 저용량 배터리로 구성함과 아울러, 타이머(61)를 이용하여 내구도 테스트 시점으로 예상되는 기간에만 계측장치가 작동하도록 하고, 계측 후 자동으로 전원을 오프시켜 불필요한 데이터 취득을 제거하도록 할 수 있다. 지정된 기간에 계측된 압력계측정보는 메모리부(40)에 저장되고, 저장된 압력계측정보는 계측 종료 후 외부장치(80)를 통해 확인될 수 있다.

한편, 타이머(61)를 사용하는 경우, 지정된 기간에 계측된 압력계측정보는 메모리부(40)에 저장되므로, 통신부(50)는 필요에 따라 제거하는 것이 바람직하다.

반면, 수중통신 및 수중-수상 통신을 하는 경우, 통신부(50)는 실시간 데이터를 송수신해야 하기 때문에 구비되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 계측 장비의 설치비용을 절감할 수 있고, 원하는 기간동안 계측이 이루어지도록 할 수 있으며, 전문 인력을 동원할 필요가 없어짐에 따라 고용인원 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 선주, 선급 승인을 용이하도록 할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

1: 변동압력 계측장치 10: 본체
20: 부착부 30: 압력센서
40: 메모리부 50: 통신부
60: 제어부 61: 타이머
70: 구동부 80: 외부장치
90: 해상통신 부표 H: 수중장비

Claims

프로펠러에 의한 변동압력을 계측하기 위한 변동압력 계측장치에 있어서,
본체;
상기 본체 내측 상부에 구비되어 상기 본체가 선체 외판에 부착되도록 하는 부착부;
상기 본체의 내측 하부에 구비되고, 상기 프로펠러에 의한 변동압력을 계측하여 압력계측정보를 생성하는 압력센서;
상기 본체에 내장되고, 상기 압력센서에서 계측되어 생성된 압력계측정보를 저장하는 메모리부;
상기 본체에 내장되고, 상기 메모리부에 저장된 압력계측정보를 외부장치와 송수신하는 통신부;
상기 본체에 내장되어, 상기 압력센서의 압력 계측을 제어하고, 상기 통신부의 압력계측정보 송수신을 제어하며, 전원을 온오프 하기 위한 온오프 동작 신호를 생성하는 제어부; 및
상기 본체에 내장되고, 상기 제어부의 온오프 동작 신호에 따라 상기 압력센서를 구동하기 위한 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변동압력 계측장치.
청구항 1에서, 상기 제어부는,
온오프 시간을 지정하는 타이머가 연결되며,
상기 구동부는
상기 타이머에 의해 지정된 기간 동안 상기 압력센서를 구동하는 것을 특징으로 하는 변동압력 계측장치.
청구항 1 또는 청구항 2에서, 상기 구동부는,
소형의 저용량 배터리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 변동압력 계측장치.