KR20230105135A - 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전방에서 유입되는 압력신호를 반사시키는 반사 배플에 있어서, 외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체 및 상기 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체를 포함하는, 반사 배플을 개시한다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서를 적용함으로써 유한한 크기를 가지는 판형 다채널 수신센서 구조에서 복수의 채널 사이에 음향임피던스가 낮은 물질을 배치하여 음향산란에 의한 채널간 편차를 개선할 수 있다.

Description

반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서{REFLECTIVE BAFFLE AND UNDERWATER ACOUSTIC SENSOR HAVING THE SAME}

본 발명은 수중에서 발생하는 음향신호를 감지하도록 구성되는 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

잠수함에 적용되는 고주파용 수중음향배열센서는 표적 함정이나 잠수함의 기구류들의 개폐 시 발생하는 방수펄스소음, 어뢰에서 송신하는 능동 송신신호를 탐지하거나 기뢰 등의 소형 표적들을 탐지하여 회피하는데 사용된다.

일반적인 선체부착형 수동소나 음향센서의 경우, 플랫폼의 자체소음 영향 억제 및 신호 수신 특성을 향상시키기 위해 음향창, 하이드로폰, 배플 등의 복합 구조로 구성되어 있다.

잠수함에 사용되는 수동배열센서는 수중 음향신호 정보를 얻기 위하여 일반적으로 단일 혹은 다수의 하이드로폰과 반사 배플 및 차음배플로 구성되는 스테이브(stave)를 원통형 또는 판형으로 배열하여 사용한다. 일반적으로 스테이브는 하이드로폰, 반사 배플 및 차음배플로 구성된다.

하이드로폰은 압전소자로 제작되어 음향 압력신호를 전기신호로 바꾸어주는 기능을 수행한다. 여기서 압전소자는 외력을 가하면 전기분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질을 가진 소재를 의미한다.

배플은 목적에 따라 여러 가지 음향기능구조를 가지도록 설계할 수 있다.

차음배플은 수동배열센서 후방에서 유입되는 진동 및 음향 소음을 차단하여 전방에 대한 탐지 성능을 향상시키기 위한 것으로, 음향 임피던스가 낮은 소재를 적용하여 음향 및 진동 차단성능을 극대화 시킬 수 있도록 설계한다. 차음배플은 일반적으로 낮은 음향 임피던스를 가지도록 폴리머 또는 폴리머 폼(polymer foam) 소재가 적용된다.

종래의 반사 배플은 음향 임피던스가 높은 재질로 구성되어 전방에서 유입되는 음파를 반사하여 하이드로폰에 입력되는 음압을 증폭시키는 기능을 수행한다.

음향 임피던스(acoustic impedance)는 매질의 속도와 음압 사이의 비율을 말하며, 진동수에 대한 함수로 나타난다.

일반적으로 하이드로폰 후방에 근접하여 음향 임피던스가 매우 높은 배플(hard baffle)을 배치할 경우 전면에서 입사되는 음향신호를 반사하여 하이드로폰이 수신하는 음압을 증폭하고 후면 선체쪽에서 들어오는 소음 및 투과파의 재반사 성분 등을 차단함으로써 하이드로폰 수신신호의 특성을 안정화시킬 수 있다.

하지만, 입사파의 파장 대비 유한한 크기를 가지는 판형 배플 위에 다채널의 하이드로폰이 구성된 센서 구조에서는 배플에 의한 입사파의 음향 산란 특성이 하이드로폰 위치에 따라 달라지게 되고, 이는 각 하이드로폰 채널의 수신감도 편차를 유발할 수 있다.

따라서, 유한한 크기를 가지는 배플에서의 음향산란에 의한 센서 채널 별 수신감도 편차를 최소화할 수 있는 기술의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 목적은, 유한한 크기를 가지는 판형 다채널 수신센서 구조에서 복수의 채널 사이에 음향임피던스가 낮은 물질을 배치하여 음향산란에 의한 채널간 편차를 개선할 수 있는 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서를 제공하는데 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전방에서 유입되는 압력신호를 반사시키는 반사 배플에 있어서, 외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체; 및 상기 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체;를 포함한다.

여기서, 상기 음파가 입사하는 방향의 반대 측에 위치하며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체가 결합되는 베이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스부는, 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 상기 베이스부의 일면에 상기 길이 방향으로 교차 배열되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스부의 음향 임피던스는, 상기 제1 반사체의 음향 임피던스와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 적어도 하나의 제1 반사체는, 제1 직육면체 형상으로 형성되고, 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 제2 직육면체 형상으로 형성되며, 상기 제1 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 제2 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제2 반사체는, 교차 배열되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 반사체는, 길이 방향으로 길게 형성되는 하나의 제3 직육면체 형상으로 형성되고, 상기 제2 반사체는, 상기 제3 직육면체 형상으로 형성된 제1 반사체의 전방 측에 일정한 간격으로 이격되어 직사각형 형태로 도포되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 음향 임피던스는 상기 음파가 전달되는 매질의 음향 임피던스보다 크고, 상기 제2 음향 임피던스는 상기 음파가 전달되는 매질의 음향 임피던스보다 작은 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중음향센서는, 전방으로부터 유입되는 음파에 의한 압력신호를 전기신호로 변환시키도록 이루어지는 복수의 하이드로폰; 및 상기 하이드로폰의 후방 측에 형성되어, 전방에서 유입되는 상기 압력신호를 상기 하이드로폰을 향하도록 반사시키고, 외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체 및 상기 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체를 포함하는 반사 배플을 포함한다.

여기서, 상기 반사 배플은, 상기 음파가 입사하는 방향의 반대 측에 위치하며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체가 결합되는 베이스부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스부는, 길이 방향으로 길게 형성되며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 상기 베이스부의 일면에 상기 길이 방향으로 교차 배열되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 베이스부의 음향 임피던스는, 상기 제1 반사체의 음향 임피던스와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 적어도 하나의 제1 반사체는, 제1 직육면체 형상으로 형성되고, 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 제2 직육면체 형상으로 형성되며, 상기 제1 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 제2 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제2 반사체는, 교차 배열되는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중음향배열센서는, 상기 수중음향센서가 복수로 이루어지고, 복수의 상기 수중음향센서가 배열을 이루도록 배치될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서를 적용함으로써 유한한 크기를 가지는 판형 다채널 수신센서 구조에서 복수의 채널 사이에 음향임피던스가 낮은 물질을 배치하여 음향산란에 의한 채널간 편차를 개선할 수 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중음향센서의 단면을 개념적으로 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 배플을 다양한 각도에서 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반사 배플들을 도시한 도면이다.
도 4는 음향산란 효과를 확인하는 실험을 하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 배플과 금속재질의 반사 배플을 도시한 도면이다.
도 5는 반사 배플을 고정시킨 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 음압측정센서의 위치에 따른 음압을 나타내는 그래프이다.
도 6 내지 도 7는 반사 배플을 고정시킨 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.
도 8은 반사 배플을 고정시키지 않은 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 음압측정센서의 위치에 따른 음압을 나타내는 그래프이다.
도 9 내지 도 10은 반사 배플을 고정시키지 않은 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함 하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

또한, 본 명세서에 기재된 '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.

이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반사 배플 및 이를 구비하는 수중음향센서의 다양한 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.

본 명세서에 기재된 실시 예들은 판형 다채널 수신센서에서 채널간 균일한 수신감도 구현을 위한 방안으로 적용 가능하며, 빔포밍 기법을 이용한 탐지용 소나 등에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수중음향센서의 단면을 개념적으로 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 배플을 다양한 각도에서 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 수중음향센서(10)는 반사 배플(100) 및 복수의 하이드로폰(200)을 포함할 수 있다.

수중음향센서(10)는 복수의 하이드로폰과 반사 배플 및 차음배플로 구성되는 스테이브(stave)일 수 있다.

수중음향배열센서(미도시)의 수중음향센서(10)는 음향신호가 수중음향센서(10)의 전방으로부터 유입되도록 배치될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 수중음향배열센서(미도시)는 수중환경에서 발생하는 음향신호에 대한 정보를 획득 가능하도록 이루어진다. 상기 수중음향배열센서는, 상기 수중음향센서(10)가 복수로 이루어지며, 복수의 상기 수중음향센서(10)가 배열을 이루도록 배치되어 구성될 수 있다. 상기 수중음향센서(10)의 배열은 원통형 또는 판형으로 이루어질 수 있다.

복수의 하이드로폰(200)은 전방으로부터 유입되는 음파에 의한 압력신호를 전기신호로 변환시키도록 이루어질 수 있다. 또한, 하이드로폰(200)은 구형상으로 이루어질 수 있다. 하이드로폰(200)은 도 1에 도시된 바와 같이 복수로 이루어질 수 있으며, 각각의 하이드로폰(200)은 미리 설정된 간격을 갖도록 이격 배치될 수 있다. 복수의 하이드로폰(200)은 등간격 또는 비등간격으로 선형 배치될 수 있다. 또한, 하이드로폰(200)은 예를 들어, 압전소자(piezoelectric element)로 이루어질 수 있다. 다만, 하이드로폰(110)의 형상은 구형으로 한정된 것은 아니고, 구형이 아닌 원통형, 디스크형 또는 직육면체의 형태를 갖도록 이루어질 수 있다.

압전소자는 압전 효과 즉, 기계적 압력을 인가하면 전압이 발생하고, 전압을 인가하면 기계적 변형이 생기는 현상을 지닌 소자로서, 외력을 가하면 전기 분극이 일어나서 전위차가 생기고, 반대로 전압을 가하면 변형이나 변형력이 생기는 성질을 가진 소자를 의미하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 복수의 하이드로폰(200-1, 200-2, 200-3 및 200-4)은 도 1에 도시된 바와 같이 반사 배플(100)의 제1 반사체(110)가 차지하는 면들의 전방 측에 각각 위치하는 것이 바람직하다. 도 1에서는 하이드로폰(200)이 4개 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 하이드로폰(200)을 측정 주파수 대역의 반파장 간격으로 배열할 경우 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR) 측면에서 10 log n dB(여기서 n은, 하이드로폰(110)의 개수를 의미한다)의 이득을 얻을 수 있으며, 이를 배열이득(Array Gain)이라고 한다.

본 발명의 도 1을 기준으로 수중음향센서(10)의 상측을 전방으로 정의하고, 수중음향센서(10)의 하측을 후방으로 정의하여 설명하기로 한다.

반사 배플(100)은 음향 임피던스가 상이한 복수의 물질로 구현되며, 하이드로폰(200)의 후방 측에 형성되어, 전방에서 유입되는 압력신호를 하이드로폰(200)을 향하도록 반사시킬 수 있다. 이에 따라, 반사 배플(100)은 하이드로폰(200)에 입력되는 음압을 증폭시키는 역할을 수행할 수 있다.

반사 배플(100) 외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체(110) 및 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체(120)를 포함할 수 있다.

또한, 반사 배플(100)은 반사 배플(100)의 외부에 고정되도록 구현되는 베이스부(130)를 포함할 수 있다. 베이스부(130)는 음파가 입사하는 방향의 반대 측에 위치하며, 적어도 하나의 제1 반사체(110)와 적어도 하나의 제2 반사체(120)가 고정될 수 있도록 구현될 수 있다.

베이스부(130)의 소재는 구조적으로 강인한 강화 플라스틱이나 금속 소재 및 복합체 소재 등을 이용하여 제작될 수 있다.

베이스부(130)가 고정되는 반사 배플(100)의 외부는, 수중운동체의 외벽일 수 있고, 수중음향센서(10)가 위치하는 별도의 하우징(미도시)일 수 있다. 베이스부(130)는 미리 알려진 다양한 방법을 통하여 수중운동체에 고정될 수 있도록 형성될 수 있다.

적어도 하나의 제1 반사체(110)와 적어도 하나의 제2 반사체(120)는 베이스부(130)의 상부면에 위치할 수 있다.

수중음향센서(10)에 있어서, 적어도 하나의 제1 반사체(110)와 적어도 하나의 제2 반사체(120)가 위치하는 베이스부(130)의 상부면은 하이드로폰(200)을 향하는 방향으로 위치하는 것이 바람직하다.

베이스부(130)는 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하며, 도 1에 도시된 바와 같이 직육면체 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에서 '길이 방향'이라 함은 도 2의 (b)에 도시된 반사 배플(100)을 기준으로 가로 방향이고, '폭 방향'이라 함은 도 2의 (b)에 도시된 반사 배플(100)을 을 기준으로 세로 방향이다. '높이 방향'이라 함은 '길이 방향'과 '폭 방향'이 이루는 면과 수직되는 방향이다. 다른 도면에서는 상기에서 지칭한 '길이 방향', '폭 방향' 및 '높이 방향'과 대응되도록 해석하고, 이하에서는 상기에서 지정한 방향을 기준으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 적어도 하나의 제1 반사체(110)와 적어도 하나의 제2 반사체(120)는 베이스부(130)의 상부면에 길이 방향으로 교차 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 베이스부(130)의 음향 임피던스는 적어도 하나의 제1 반사체(110)와 실질적으로 동일한 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 물질은 금속 물질일 수 있다. 보다 상세하게는, 제1 반사체(110)은 높은 반사강도를 가질 수 있도록, 음파가 전달되는 매질보다 음향 임피던스가 높은 소재인 알루미늄(aluminuim) 또는 스틸(steel) 소재로 이루어질 수 있다.

제1 반사체(110)는 입사된 음향신호를 반사하는 기능을 수행할 수 있다.

여기서, 음향신호는 수동소나 음향센서가 수신하는 음향신호(배경소음 및 표적신호 등)를 의미하는 것이 바람직하며, 반사 배플(100)에 반사되어 하이드로폰(200)으로 입력될 수 있다.

여기서, 음향 임피던스는 소재의 밀도와 음속의 곱으로 표현된다.

제2 반사체(120)는 제1 반사체(110)와 더불어 음향신호를 반사하지만, 음향 임피던스가 높은 제1 반사체(110)와는 반대로 음향신호 반사 시 역위상에 가까운 위상 변화를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 제2 음향 임피던스 특성을 갖는 물질은 다공성 물질일 수 있다. 보다 상세하게는, 제2 반사체(120)는 음파가 전달되는 매질보다 음향 임피던스가 낮은 소재인 코르크 또는 폴리머 폼 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 수중음향센서(10)는, 차음배플(미도시)을 더 포함할 수 있다.

차음배플은 반사 배플(100)의 후방 측에 마련되고, 후방으로부터 유입되는 소음 및 진동을 차단시키도록 이루어질 수 있다. 보다 상세하게는, 차음배플은 반사 배플(100)의 후방 측에 마련되고, 수중음향센서(10)의 전방에 대하여 반대측인 후방으로부터 유입되는 소음 및/또는 진동을 차단시키도록 이루어질 수 있다. 차음배플은 수중환경에서 발생하는 음파가 전달되는 매질보다 낮은 음향 임피던스를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 차음배플은 폴리머 또는 폴리머 폼(polymer foam)으로 이루어질 수 있다. 차음배플은 낮은 음향 임피던스을 갖는 물질들의 특성상 일반적으로 낮은 강성을 나타낸다.

도 1에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시 예에서 수중음향센서(10)와 연결된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 반사 배플들을 도시한 도면이다.

먼저, 도 3의 (a)에 도시된 반사 배플(100-1)에 대해 설명한다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 수중음향센서(10)의 반사 배플(100-1)에서, 적어도 하나의 제1 반사체(110-1)는, 제1 직육면체 형상으로 형성되고, 적어도 하나의 제2 반사체(120-1)는, 제2 직육면체 형상으로 형성되며, 적어도 하나의 제1 반사체(110-1)와 적어도 하나의 제2 반사체(120-1)는 교차 배열될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른, 적어도 하나의 제1 반사체(110-1)와 적어도 하나의 제2 반사체(120-1)는 미리 알려진 다양한 방법으로 분리되지 않도록 접합되어 교차 배열될 수 있다.

또한, 복수의 하이드로폰(200)은, 복수의 제1 직육면체 형상으로 형성되는 제1 반사체(110-1)의 전방 측에 각각 위치하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 3의 (b)에 도시된 반사 배플(100-2)에 대해 설명한다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 수중음향센서(10)의 반사 배플(100-2)에서, 제1 반사체(110-2)는 제3 직육면체 형상으로 형성되고, 제2 반사체(120-2)는 제3 직육면체 형상으로 형성된 제1 반사체(110-2)의 전방 측에 일정한 간격으로 이격되어 직사각형 형태로 도포될 수 있다.

여기서, 제3 직육면체 형상은 길이 방향으로 길게 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 복수의 하이드로폰(200)은 반사 배플(100-2)의 제2 반사체(120-2)가 도포되지 않은 부분(즉, 제1 반사체(110-2)가 차지하는 면)의 전방 측에 각각 위치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제4 실시 예에 따르면, 반사 배플(100)은 일정한 간격으로 이격된 복수의 홈이 하이드로폰(200)을 향하는 면에 형성되며, 길이 방향으로 길게 형성된 제4 직육면체 형상의 제1 반사체(110) 및 복수의 홈에 각각 위치하도록 구현되는 복수의 제2 반사체(120)을 포함할 수 있다.

여기서, 복수의 제2 반사체(120)은 제4 직육면체 형상의 제1 반사체(110)와 폭이 같은 제5 직육면체 형상으로 구현되며, 복수의 홈은, 복수의 제2 반사체(120)가 복수의 홈에 각각 체결되는 경우, 하이드로폰(200)이 위치한 방향으로 돌출되는 부분이 없도록 복수의 제2 반사체(120)의 형상에 대응되도록 형성될 수 있다.

상기 본 발명의 실시 예의 번호는 설명을 위한 것일 뿐, 실시 예의 우열을 나타내지 않는다.

한편, 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 베이스부(130)는 또는 제1 반사체(110)는 지지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 지지부(미도시)는 베이스부(130)는 또는 제1 반사체(110)의 후방 측에 마련되며, 지지부(미도시)의 상면이 베이스부(130)는 또는 제1 반사체(110)의 저면과 접하도록 형성될 수 있다. 지지부(미도시)의 구성에 의하면, 수중환경에서 압력이나 충격 발생 시 반사 배플(100) 및/또는 수중음향센서(10)의 구조를 안정적으로 지지하여, 수중음향센서(10)의 변형 및 파손을 방지할 수 있다. 지지부의 소재는 구조적으로 강인한 강화 플라스틱이나 금속 소재 및 복합체 소재 등을 이용하여 만들어질 수 있다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 반사 배플(100)은 제2 반사체(120)가 중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 반사체(120)는 홀수개로 구성되는 것이 바람직하다. 제2 반사체(120)는 반사 배플(100)에 위치하는 제1 반사체(110)의 개수보다 개수가 하나 더 많은 것이 바람직하다(이 경우, 자연스럽게 제1 반사체(110)의 개수는 짝수개가 된다). 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 제2 반사체(120)는 5개, 제1 반사체(110)는 4개로 구성될 수 있다.

상기의 설명과 도면에서 제1 반사체(110), 제2 반사체(120) 및 베이스부(130)의 형상에 대하여, 직육면체로 도시되어 있고, 직육면체라고 기재하고 있으나, 제1 반사체(110), 제2 반사체(120) 및 베이스부(130)의 형태는 반드시 직육면체에 한정되는 것은 아니고, 테두리가 라운딩 처리된 직육면체의 형태 등 반사 배플(110)이 의도하는 효과를 해치지 아니하는 범위 내에서 다양하게 변경 실시 될 수 있다.

도 4는 음향산란 효과를 확인하는 실험을 하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 배플과 금속재질의 반사 배플을 도시한 도면이다.

도 4의 (a)는 음향산란 효과를 확인하는 실험을 하기 위한 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 물질로만 구현된 반사 배플을 도시한 도면이다.

도 4의 (b)는 음향산란 효과를 확인하는 실험을 하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 반사 배플을 도시한 도면이다.

음파의 입사 방향은 도시한 바와 같고, P1, P2, P3 및 P4의 위치에 음압 (absolute total acoustic pressure) 측정 센서(예를 들어, 하이드로폰)가 등간격으로 배치되어 있다.

이하의 실험에서 사용되는 제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)의 음향 임피던스는 표 1과 같다.

도 5는 반사 배플을 고정시킨 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 음압 측정 센서의 위치에 따른 음압을 나타내는 그래프이다.

반사 배플(100)이 기구적 진동(공진 등)의 영향을 최대한 적게 받도록 반사 배플(100)을 반사 배플(100) 외부의 물체와 고정하여 반사 배플(100)을 구성하는 물질의 형상에 따른 음향산란 효과만을 확인하였다.

도 5을 참조하면, 본 발명에 따른, 제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)를 포함하는 반사 배플(100)을 적용한 경우가 제1 반사체(110)만을 적용한 반사 배플에 비하여 음압 측정 위치간 음압 차이가 작게 나는 것을 확인 할 수 있다. P1과 P4 그리고 P2와 P3는 서로 반사 배플(100)의 중심을 기준으로 좌우로 대칭되는 위치이므로 그래프 상에서 겹쳐져서 표현된다.

본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 제1 음향 임피던스는 매질(예를 들어, 물)의 음향 임피던스보다 크고, 제2 음향 임피던스는 매질(예를 들어, 물)의 음향 임피던스보다 작을 수 있다.

예를 들어, 물의 음향 임피던스는 1,478,038 rayls이므로, 제1 음향 임피던스는 2Mrayls이고, 제2 음향 임피던스는 1Mrayls일 수 있다.

도 6 내지 도 7은 반사 배플을 고정시킨 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.

도 6은 제1 반사체(110) 만을 적용한 반사 배플을 적용한 실험에서의 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.

도 7은 제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)을 포함하는 반사 배플(100)을 적용한 실험에서의 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 6을 참조하여, 제1 반사체(110) 만을 적용한 반사 배플 표면 근처에서의 음장분포를 보면, 반사 배플 크기 대비 입사파의 파장이 큰 저주파의 경우(도 6의 (a)) 중심부에서 가장자리(edge)로 갈수록 회절 등의 산란 효과로 인해 음압 크기가 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

하지만, 주파수가 커질수록 반사 배플 중심부에서도 입사파의 파장 크기에 따라 음압 크기가 증폭되는 패턴이 주기적으로 달라짐을 관찰할 수 있으며, 이로 인해 각각의 음압 측정 위치(음압 측정 센서 위치)에서의 음압 크기도 차이가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 7을 참조하여, 제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)를 포함하는 반사 배플(100) 표면 근처에서의 음장분포를 보면, 제1 반사체(110)가 차지하는 구간과 제2 반사체(120)가 차지하는 구간의 표면 근처에 서로 반대 위상의 음장이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

하지만, 제1 반사체(110)가 차지하는 구간의 음압 측정 위치에서의 음압 크기는 위치 별로 차이가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 즉, 하이드로폰 채널이 위치한 구간 주변에 음향 임피던스가 낮은 재료를 배치하여 각 구간의 좌/우 음향 경계조건 영향을 최대한 동일하게 만들어 줌으로써 전체 반사 배플 크기에 의한 산란 영향을 줄이면서 하이드로폰 채널 별 위치에 따른 수신 음압 편차를 줄일 수 있다.

도 8은 반사 배플을 고정시키지 않은 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 음압 측정 센서의 위치에 따른 음압을 나타내는 그래프이다.

도 8 이하는 반사 배플(100)을 고정시키지 않음에 따라, 반사 배플(100)에서 발생하는 고유 진동수 등의 영향과 배플의 기구적 진동 및 형상에 따른 음향산란 효과를 반영한 실험 데이터를 나타낸다. 따라서, 도 8 이하의 실험 데이터는 도 5 내지 도 7에 도시된 실험 데이터와 달리 실제 상황과 보다 더 근사한 실험 데이터를 나타낸다.

도 8 이하를 참조하면, 제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)를 포함하는 반사 배플(100)이 제1 반사체(110) 만을 적용한 반사 배플에 비해 채널간 음압 차이가 작은 것을 확인 할 수 있다. 주파수 0.7 인근에서 나타나는 압력변화는 배플의 기구적 공진에 따른 현상이다.

도 9 내지 도 10은 반사 배플을 고정시키지 않은 조건하의 도 4의 실험구조 상에서 주파수별 음압 형상을 나타내는 도면이다.

제1 반사체(110)만을 적용한 반사 배플의 경우 주파수에 따른 파장 크기에 따라 음압 크기가 증폭되는 구간이 나뉘면서 동시에 주파수 0.7에서는 배플 5차 공진 모드도 같이 나타난다.

제1 반사체(110)와 제2 반사체(120)를 포함하는 반사 배플(100)의 경우 주파수 0.7에서는 배플 공진모드는 나타나지만 제2 반사체(120)에 의해 음압 측정 위치 별로 고른 음압 분포가 형성되는 것을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 수중음향센서
100: 반사 배플
110: 제1 반사체
120: 제2 반사체
130: 베이스부

Claims (13)

1. 전방에서 유입되는 압력신호를 반사시키는 반사 배플에 있어서,
   외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체; 및
   상기 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체;를 포함하는, 반사 배플.
2. 제1항에 있어서,
   상기 음파가 입사하는 방향의 반대 측에 위치하며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체가 결합되는 베이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
3. 제2항에 있어서,
   상기 베이스부는,
   길이 방향으로 길게 형성되며,
   상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 상기 베이스부의 일면에 상기 길이 방향으로 교차 배열되는 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
4. 제3항에 있어서,
   상기 베이스부의 음향 임피던스는, 상기 제1 반사체의 음향 임피던스와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
5. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 제1 반사체는, 제1 직육면체 형상으로 형성되고,
   상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 제2 직육면체 형상으로 형성되며,
   상기 제1 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 제2 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제2 반사체는, 교차 배열되는 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제1 반사체는,
   길이 방향으로 길게 형성되는 하나의 제3 직육면체 형상으로 형성되고,
   상기 제2 반사체는,
   상기 제3 직육면체 형상으로 형성된 제1 반사체의 전방 측에 일정한 간격으로 이격되어 직사각형 형태로 도포되는 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 음향 임피던스는 상기 음파가 전달되는 매질의 음향 임피던스보다 크고,
   상기 제2 음향 임피던스는 상기 음파가 전달되는 매질의 음향 임피던스보다 작은 것을 특징으로 하는, 반사 배플.
8. 전방으로부터 유입되는 음파에 의한 압력신호를 전기신호로 변환시키도록 이루어지는 복수의 하이드로폰; 및
   상기 하이드로폰의 후방 측에 형성되어, 전방에서 유입되는 상기 압력신호를 상기 하이드로폰을 향하도록 반사시키고, 외부로부터 입사되는 음파에 대하여 제1 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제1 반사체 및 상기 제1 음향 임피던스보다 작은 제2 음향 임피던스의 특성을 갖는 적어도 하나의 제2 반사체를 포함하는 반사 배플을 포함하는, 수중음향센서.
9. 제8항에 있어서,
   상기 반사 배플은,
   상기 음파가 입사하는 방향의 반대 측에 위치하며, 상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체가 결합되는 베이스부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수중음향센서.
10. 제9항에 있어서,
    상기 베이스부는,
    길이 방향으로 길게 형성되며,
    상기 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 상기 베이스부의 일면에 상기 길이 방향으로 교차 배열되는 것을 특징으로 하는, 수중음향센서.
11. 제10항에 있어서,
    상기 베이스부의 음향 임피던스는, 상기 제1 반사체의 음향 임피던스와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는, 수중음향센서.
12. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 반사체는, 제1 직육면체 형상으로 형성되고,
    상기 적어도 하나의 제2 반사체는, 제2 직육면체 형상으로 형성되며,
    상기 제1 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제1 반사체와 상기 제2 직육면체 형상으로 형성된 적어도 하나의 제2 반사체는, 교차 배열되는 것을 특징으로 하는, 수중음향센서.
13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 수중음향센서가 복수로 이루어지고, 복수의 상기 수중음향센서가 배열을 이루도록 배치되는, 수중음향배열센서.

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