KR100818187B1

KR100818187B1 - 고장력 인장부재를 갖춘 신호케이블 일체형 음향센서선배열 시스템

Info

Publication number: KR100818187B1
Application number: KR1020060100152A
Authority: KR
Inventors: 권오조; 설재수; 김원호; 김영규
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2008-03-31
Anticipated expiration: 2026-10-16

Abstract

본 발명은 수중에서의 음파 신호를 감지하기 위하여 해저 바닥에 음향센서를 수평 또는 수직 형태로 설치하고 회수할 수 있는 수중 음파 감지용 음향센서 선배열 시스템(1)에 관한 것이다. 음향센서 선배열 시스템(1)은 설치 및 회수 작업 과정과 수중에 설치 이후 파도 및 조류와 같은 외력에 견딜 수 있도록 고장력 인장부재가 구비된 신호케이블(8)과 일정한 간격으로 선형으로 배열된 음향센서조립체(9)로 구성된다. 음향센서조립체(9)는 수중청음기조립체(10)로부터 전기신호를 전송하기 위하여 신호케이블 내에 신호선이 인출되어 커넥터조립체(11)에 연결된 후 폴리우렌탄 진공 몰딩을 이용하여 수중청음기조립체(10)를 장착할 수 있는 홈 형상을 갖는 일체형 장착부(12)를 구비하고 수중청음기조립체(10)를 외부 충격으로부터 보호하고 잡음 발생을 최소화하기 위하여 플라스틱 보호덮개(13)가 그 주위를 감싸는 구조를 갖는다.

음향센서, 수중청음기

Description

고장력 인장부재를 갖춘 신호케이블 일체형 음향센서 선배열 시스템 {Signal Cable Integrated Acoustic Sensor Line Array System With High Tension Element}

도 1은 음향센서 선배열 시스템의 수중 설치 장면을 나타낸 도면이고,

도 2는 음향센서조립체의 외형 조립도이고,

도 3은 음향센서조립체의 조립 단면도로써, 각각 (a)평면도, (b)정면도, (c)우측면도이고,

도 4는 일체형 장착부의 외형을 나타낸 사시도이고,

도 5는 수중청음기조립체의 외형 조립도이고,

도 6은 수중청음기조립체의 조립 단면도로써, 각각 (a)평면도, (b)정면도, (c)좌측면도이고,

도 7은 센서케이스의 외형을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

(1): 음향센서 선배열 시스템

(8): 신호케이블

(9): 음향센서조립체

(10): 수중청음기조립체

(12): 일체형 장착부

(13): 보호덮개

(20): 수중청음기

(21): 전치증폭기

(22): 센서케이스

본 발명은 수중의 음파 신호를 감지하기 위한 음향센서 선배열 시스템에 관한 것으로, 고장력의 인장부재를 갖춘 신호케이블에 전치증폭기를 내장한 다수의 음향센서조립체가 일정한 간격으로 수 백여 m의 길이를 갖는 선형 배열로 구성되어 수중에 수직 형태로 설치하거나 해저 바닥에 수평 형태로 설치되어 운용된다.

일반적으로 해양 음향탐지 및 지질 탐사를 위하여 음향센서를 이용한 음향신호 감지 방법이 널리 사용되고 있다. 한편 수중 내의 음장 분포 및 음향 신호 발생원의 위치를 보다 정확히 탐지하기 위하여 다수의 음향센서를 측정 구역에 배열하여 많은 음향신호 정보를 얻어야 한다.

다수의 음향센서를 배열하는 방법으로 선형으로 일정한 간격을 두고 배치하는 구성이 널리 사용되고 있으며 다수의 음향센서로부터 감지된 음향신호를 측정 선박이나 저장 장치로 송신하기 위해서는 다수의 전원 및 신호선으로 구성된 신호케이블이 음향센서과 함께 결합되어야 한다. 또한 음향센서 선배열 시스템은 선박으로 운반하여 측정 해역에 부이와 무게 추를 이용하여 수직 형태 혹은 수평 형태 로 해저에 설치되어 운용된다.

상기와 같이 해양에서 음향센서 선배열 시스템을 설치, 회수 등의 운용과정 중에는 음향센서의 자체 하중 및 무게 추에 의한 인장 하중과 파도와 너울 등의 해상 상태에 의해 인장 하중이 작용하게 되며 설치, 회수를 위해 사용되는 롤러 등과 같은 부속 장비에 의해 눌림과 충격 등이 음향센서에 가해진다. 기존의 기술에서는 음향센서 선배열 시스템과 별도의 장력 케이블을 부가적으로 설치하여 운용하여 설치 및 회수 시간이 많이 소요되었으며 장력 케이블을 보관하기 위한 별도의 운반 윈치 등이 소요되었다.

음향센서 선배열 시스템은 수심 수 백여 m 깊이에 설치되어 운용되기 때문에 높은 수압이 음향센서에 가해지게 되는데 이러한 높은 수압과 수중의 높은 염분을 견딜 수 있는 구조가 고안되어야 하며 음향센서에 고장이 발생하였을 때 교체가 용이하여야 한다.

그리고 파도와 같은 해수의 유동으로 인해서 음향센서 선배열 시스템 움직임이 음향신호에 잡음으로 유기되는데 이러한 잡음은 음향센서조립체와 장착부 간의 불완전한 접촉 등으로 발생하는 바, 마찰을 감소시켜 잡음을 억제할 필요가 있다.

이와 함께 음향신호가 음향센서에 전달되는 과정에서 간섭이 최소화 되도록 음향센서 주위의 부가 구조물을 최소화하고 음향적으로 투과성이 우수한 재질로 고안되어야 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서 본 발명에서는 연신율이 작은 고장력 인장부 재가 구비된 신호케이블에 음향센서를 일정한 간격으로 장착하는 구조로 된 신호케이블 일체형 음향센서 선배열 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명인 음향센서 선배열 시스템은 고장력 인장부재와 신호선 및 전원선이 구비된 신호케이블과, 신호케이블을 따라 일정한 간격으로 배열되어 신호케이블에 일체화되어 부착되는 구조를 가지며 수중 음파신호를 감지하는 다수의 음향센서조립체로 구성된다.

음향센서조립체는 수중의 음파신호를 감지하여 전기신호로 변환하는 수중청음기조립체, 한쪽이 신호케이블과 연결되고 다른 한쪽으로 수중청음기조립체와 연결되어 그 사이에서 음향신호가 전송되고 전원이 공급되도록 하는 수밀 커넥터, 수중청음기조립체가 그 위에 설치되는 구조를 가지며 수밀 커넥터가 부착된 일체형 장착부 및 수중청음기조립체와 일체형 장착부를 감싸는 보호덮개로 구성된다.

음향센서 장착부는 높은 해수압에서 견딜 수 있도록 폴리우레탄 진공 몰딩으로 형상화하고 신호전송을 위한 수밀 커넥터만 인출되도록 하여 해수가 침투되지 않도록 하였다. 또한 장착부는 음향센서조립체 외형이 외부로 돌출되어 충격이나 외력을 받지 않도록 홈 형상으로 구성하여 음향센서조립체가 안전하게 보호되도록 하고 원통형 보호 덮개로 외부를 완전히 둘러싸도록 하였다. 음향센서조립체도 장착부와 같이 폴리우레탄 진공 몰딩으로 외부를 완전히 감싸주어 해수가 침투되는 것을 방지하였으며 음향센서에 고장이 발생했을 경우 보수를 위하여 수밀 커넥터 체결 구조를 적용하여 탈부착이 용이하도록 하였다. 음향센서조립체와 장착부 간의 고정 접촉부에 완충성을 갖는 스폰지 지지 구조를 갖도록 하여 잡음을 억제하였다.

이하 도면을 참조하여 실제로 제작한 음향센서 선배열 시스템의 구조와 기능을 자세히 설명하도록 하겠다.

도 1은 본 발명으로 구성된 음향센서 선배열 시스템(1)의 실제 수중 설치 모습으로 해저 고정을 위한 무게 추(2)와 부이(3)에 의해서 수중(4)에 수직으로 설치하는 형태, 음향센서 선배열 시스템(1) 양단에 무게 추(2)를 연결하여 해저 바닥에 수평으로 설치하는 형태와 선박(5)에서 권취기를 이용하여 수중(4)에 수직으로 내려 설치하는 형태로 나눌 수 있다. 수중(4)에 수평 혹은 수직으로 설치된 음향센서 선배열 시스템(1)는 수중 음원(6)에서 발생하여 수중 매개체(4)를 통하여 전달되는 음파신호(7)를 감지하여 저장장치 혹은 선박(5)의 신호처리장치로 전송하는 기능을 갖는다. 그리고 음향센서 선배열 시스템(1)은 신호선 및 전원선과 인장부재를 구비한 신호케이블(8)에 일정한 간격으로 다수의 음향센서조립체(9)가 선형으로 장착되어 구성된다.

도 2는 본 고안에 따른 음향센서조립체(9)가 전체적으로 도시된 외형도이다. 음향센서조립체(9)는 고장력 인장부재를 구비하여 음향센서 선배열 시스템(1)의 수중에 설치 및 회수 시 작용하는 장력을 견딜 수 있도록 하며 음향신호를 전송하고 전원을 공급하기 위한 신호케이블(8), 수중의 음파신호를 감지하여 전기신호로 변환하는 수중청음기조립체(10), 상기 수중청음기조립체(10)를 설치 할 수 있도록 홈 형상을 갖고 신호전송 및 전원공급용 수밀 커넥터(암)(11)가 부착된 일체형 장착부(12), 그리고 상기의 조립체를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 보호덮개(13)로 구성된다. 일체형 장착부(12)는 일체형 재질로 만들어질 수 있다.

도 3은 음향센서조립체(9)의 상세 조립도로 일체형 장착부(12)의 내부에 인장부재(14)가 위치하고, 그 주위에 신호선(15)과 전원선(15)이 배치되고 외부가 폴리우레탄으로 둘러싸인 신호케이블(8)로부터 수밀 커넥터(암)(11)가 인출된다. 그리고 수중청음기조립체(10)가 안전하게 장착될 수 있도록 상단에 길이 방향으로 U형 홈 형상을 갖도록 하면서 신호케이블(8)의 외부 피복제(16)인 폴리우레탄과 완전한 접착을 이룰 수 있도록 진공 몰딩공정을 통하여 장착부(12)를 형상화한다. 또한 장착부의 양쪽 측면부에는 보호덮개(13)를 고정할 수 있도록 나사탭(17)을 삽입하여 몰딩 한다. 수중청음기조립체(10)는 수밀 커넥터(암)(11)에 연결된 후 장착부의 U형 홈에 장착되며 이 때 수중청음기조립체(10)와 장착부(12) 접촉면에서 접촉소음이 발생하지 않도록 그 사이에 스폰지(18)를 채워주고 사용되는 스폰지(18)는 음향간섭이 최소화 될 수 있는 폴리우레탄 재질로 제작된 오픈셀(Open-cell) 스폰지를 적용할 수 있다.

도 4는 신호케이블(8)에 폴리우레탄으로 형상화된 장착부(12)의 외부 형상을 보여주고 있다. 장착부(12)와 신호케이블의 외부 피복제(16)는 완벽한 수밀을 위하여 동일한 폴리우레탄 재질로 진공 몰딩하여 완전한 접착이 이루어지도록 하였으며, 수중청음기조립체(10)의 커넥터(수)(19)에 신호선 및 전원선을 연결할 수 있도록 수밀 커넥터(암)(11)가 인출되도록 하였다. 수중청음기조립체(10)가 장착부(12)에 장착된 후 외형이 도출되지 않도록 하기 위해 U형 홈 형상을 갖추도록 하였다. 또한 신호케이블(8)의 중심에 있는 장력부재(14)와 신호선/전원선은 중간에 절단되 지 않고 연속적 이어질 수 있도록 하여 신뢰성을 높였다.

도 5는 수중청음기조립체(10)의 외형도이고 도 6은 수중청음기조립체(10)의 조립도로, 수중 음파신호를 전기신호로 변환하는 압전세라믹형 수중청음기(20); 수중청음기로부터 출력되는 미소 전기신호를 증폭하고 주파수 필터링을 갖춘 콘디셔닝 전치증폭기(21); 수중청음기(20)와 전치증폭기(21)를 일체형으로 구성하기 위한 알루미늄 재질의 센서케이스(22); 전치증폭기 출력 신호를 신호케이블(8)의 신호선으로 전송하고, 신호케이블(8)의 전원선으로부터 전치증폭기(21) 구동용 전원을 공급 받기위한 수밀 커넥터(수)(19); 수중청음기조립체(10)가 수압에 의해 해수가 침투 되지 않도록 하기 위하여 진공 몰딩한 폴리우레탄 몰딩 피복(23)으로 구성되었다.

도 7은 수중청음기(20)와 전치증폭기(21)가 장착되는 일체형 센서케이스(22)의 외형을 보여준다. 일체형 센서케이스(22)를 고안함으로서 수중청음기(20)와 전치증폭기(21) 조립체의 소형화하고 수중청음기(20)와 전치증폭기(21) 사이의 거리를 줄여 잡음 유기를 최소화하였다. 그리고 센서케이스(22)는 알루미늄 재질로 설계하여 외부 전기 잡음이 수중청음기에 전달되는 것을 차단하였다. 수중청음기는 센서케이스의 원통형 관(24)에 장착되며 원통형 관(24)은 외부 음파 투과가 용이하도록 4곳에 길이 방향으로 홈(31)을 내었으며 전치증폭기(21)가 장착되는 사각형 홈(25)으로 수중청음기 출력 신호선을 연결할 수 있도록 사각형 홈(25)과 수중청음기(20) 연결면(26)에 구멍(27)을 만들고 그 반대 면에는 수밀 커넥터(수)(19)를 조립할 수 있도록 암나사(28)를 만들었다. 센서케이스(22) 외부에 몰딩 피복(23)을 진공 몰딩 할 때 몰딩 피복(23)과 센서케이스(22)가 잘 부착되도록 한 쪽 끝단에 이 중 홈(29)을 내었다. 그리고 전치증폭기(21)가 장착되는 사각형 홈(26) 바닥에는 전치증폭기(21)를 고정 할 수 있도록 암나사(30)를 바닥 모서리 4면에 가공한다.

상기 본 발명의 작용은 다음과 같다.

수중의 음파신호를 전기신호로 변환하는 수중청음기(20)는 외부 전기 잡음의 차단을 위하여 알루미늄 재질의 센서케이스(22)의 원통형 관(24)에 장착되고 그 신호 출력선은 인접해 있는 센서케이스 사각형 홈(25)에 장착된 전치증폭기(21)에 연결되어 수중청음기(20)의 미소 출력 신호를 증폭 및 주파수 필터링 등의 전기신호 콘디셔닝을 거쳐 신호케이블(8)로부터 인출된 커넥터(암)(11)를 통하여 신호케이블 내의 신호전송선으로 전송된다. 수중청음기(20)와 전치증폭기(21)가 장착된 센서케이스(22) 주위를 폴리우레탄 진공 몰딩을 통하여 일체형 수중청음기조립체(10)로 구성함으로써 해수 침투를 차단하고 소형화 구조를 얻을 수 있도록 고안하였다. 장착부(12)의 U형 홈에 장착된 수중청음기조립체(10)는 마찰 소음을 방지하기 위하여 중청음기 장착부 외부에 폴리우레탄 재질의 스폰지(18)로 지지하여 준다. 또한 설치 및 회수시 외력 혹은 충격에 수중청음기조립체(10)에 가해지는 것을 방지하기 위하여 원통형 덮개(13)로 씌워둔다. 원통형 덮개(13)는 음파 전달이 잘 되면서도 충분한 강도를 갖는 재질인 나일론 플라스틱으로 구성하였다.

상기와 같이 본 발명은 고장력의 장력부재를 구비한 신호케이블에 일체형 몰 딩구조를 갖는 음향센서조립체가 일정한 간격으로 설치되어 수중의 음파를 정확히 감지할 수 있도록 한 것이다. 신호케이블의 절단 부위가 없이 연속적인 구조에 음향센서조립체가 장착되는 구조로 설계되어 수중에 설치 및 회수 과정 중 발생되는 인장 내지 비틀림과 같은 외력이 신호케이블에 의해서만 전달되고 음향센서조립체에는 외력이 가해지지 않아 안정된 작업을 가능하게 되었고 음향센서 선배열 시스템의 신뢰성이 향상된다. 수중청음기조립체는 수중청음기와 전치증폭기를 일체형 케이스에 구성하여 폴리우레탄 몰딩구조 고안하여 해수에서 장기적으로 견딜 수 있게 되고 고장시 교체가 용이하다. 따라서 본 고안품은 해상에서 수중 음파신호를 감지하기 위한 높은 신뢰도와 안정성을 갖는 음향센서 선배열 시스템이다.

Claims

수중의 음파 신호를 감지하기 위한 음향센서 선배열 시스템에 있어서,

고장력 인장부재와 신호선 및 전원선이 구비된 신호케이블(8); 및

신호케이블(8)을 따라 일정한 간격으로 배열되어 신호케이블(8)에 일체화되어 부착되는 구조를 가지며, 수중 음파신호(6)를 감지하는 다수의 음향센서조립체(9)

로 구성된 음향센서 선배열 시스템(1).
제1항에 있어서,

상기 음향센서조립체(9)는

수중의 음파신호를 감지하여 전기신호로 변환하는 수중청음기조립체(10);

한쪽이 신호케이블(8)과 연결되고 다른 한쪽으로 수중청음기조립체(10)와 연결되어 그 사이에서 음향신호가 전송되고 전원이 공급되도록 하는 수밀 커넥터(11);

수중청음기조립체(10)가 그 위에 설치되는 구조를 가지며 수밀 커넥터(11)가 부착된 일체형 장착부(12); 및

수중청음기조립체(10)와 일체형 장착부(12)를 감싸는 보호덮개(13)로 구성되는 것을 특징으로 하는 음향센서 선배열 시스템(1).
제2항에 있어서,

신호케이블(8)은 폴리우레탄 피복(16)으로 둘러싸이며,

일체형 장착부(12)는 폴리우레탄으로 구성되어 폴리우레탄 피복(16)과 접착하며, 일체형으로 형상화하여 수밀 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 음향센서 선배열 시스템(1).
제2항 또는 제3항에 있어서,

수중청음기조립체(10)는 수중음파를 전기신호로 변환하는 수중청음기(20), 수중청음기(20)의 미소 전기신호를 증폭하고 주파수 필터링 기능을 갖는 전치증폭기(21), 수중청음기(20)와 전치증폭기(21)를 일체형으로 구성할 수 있도록 소형화한 일체형 센서케이스(22), 전치증폭기(21)의 출력 신호를 신호케이블(8)에 전송하기 위하여 장착부 커넥터(11)에 연결할 수 있는 수밀 커넥터(19) 및 일체형으로 몰딩한 폴리우레탄 몰딩 피복(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 음향센서 선배열 시스템(1).
제4항에 있어서,

일체형 센서케이스(22)는 수중청음기(20)가 장착되고 하나 이상의 홈(31)을 구비하는 금속재질의 원통형 관(24), 원통형 관(24)과 연결되고 한쪽 면이 개방되어 전치증폭기(21)가 그 내부에 장착되는 홈(25), 홈(25)의 한쪽 면에 위치하여 전치증폭기(21)를 고정하는 암나사(30) 및 커넥터(19)가 조립되는 암나사(28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 음향센서 선배열 시스템(1).
제2항 또는 제3항에 있어서,

일체형 장착부(12)는 U자 형 홈을 구비하여 수중청음기조립체(10)가 매입형으로 고정되며,

수중청음기조립체(10)와 일체형 장착부(12) 사이에서 오픈셀 스폰지(18)가 더 부가된 것을 특징으로 하는 음향센서 선배열 시스템(1).