KR101176605B1 - 스캐닝 소나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부공간이 마련되고 방수 가능한 몸체를 갖는 하우징; 기 하우징의 내부공간에 회전 가능하게 수납된 초음파 트랜스듀서; 상기 하우징 내에 수납되어 상기 초음파 트랜스듀서에 회전력을 제공하는 모터; 및 정부와, 상기 고정부와 비접촉으로 신호 전달이 가능하게 커플링된 상태에서 상기 고정부에 대하여 상대적으로 회전하고 상기 초음파 트랜스듀서와 일체로 회전하는 회전부를 구비한 로터리 트랜스포머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나를 개시한다.

Description

스캐닝 소나{SCANNING SONAR}
본 발명은 수중에서 사용되는 소나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초음파 트랜스듀서의 회전에 따른 스캐닝을 통해 수중 환경을 영상화하는 구조를 가진 스캐닝 소나에 관한 것이다.
스캐닝 소나는 초음파 트랜스듀서가 회전하면서 스캐닝 작업을 수행하는 것으로서, 주로 수중 물체의 탐지나 표정에 사용된다.
도 1에 도시된 바와 같이 스캐닝 소나(1)는 초음파 트랜스듀서를 회전시켜 주변을 스캐닝하고 탐지된 수중 물체를 소정의 디스플레이상에 표시하도록 구성된다.
일반적으로 스캐닝 소나(1)는 도 2에 도시된 바와 같은 수중장비에 장착되어 사용된다.
도 3에는 종래기술에 따른 스캐닝 소나의 주요 구성이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 종래기술에 따른 스캐닝 소나는 초음파 트랜스듀서(10)와, 초음파 트랜스듀서(10)에 회전력을 제공하는 모터(20)와, 회전부인 초음파 트랜스듀서(10)와 상기 초음파 트랜스듀서(10)에 대하여 상대적으로 고정된 부분 간에 전기신호를 전송하기 위한 슬립 링(Slip ring)(30)을 포함한다.
상기와 같은 구조에 따르면 모터(20)에 의해 초음파 트랜스듀서(10)가 회전하는 도중에 초음파 트랜스듀서(10)에 고정된 브러쉬(Brush)(32)와 고정부측에 마련된 링(31) 간에 접촉상태가 유지되어 전기신호의 전송이 가능하다.
그러나, 슬립 링(30)은 브러쉬(32)와 링(31) 간에 기계적 접촉이 유지된 상태에서 신호의 전송이 이루어지므로 소음이 발생할 뿐만 아니라 마모가 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 슬립 링(30)에 마모가 발생함에 따라 브러쉬(32)와 링(31) 간의 접촉이 제대로 이루어지지 않을 경우 신호 전송의 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.
대안으로, 대한민국 공개특허공보 제2007-0026151호는 초음파 트랜스듀서를 기계적으로 스캐닝하기 위한 초음파 트랜스듀서용 모터 구동기구를 개시하고 있다. 상기 초음파 트랜스듀서용 모터 구동기구는 모터에 연결된 아암의 회전 동작을 어레이와 연결된 아암의 회전 동작으로 변화시키는 선형 부싱 또는 캠을 구비한 것에 기술적 특징이 있다.
하지만, 상기와 같이 기계적으로 스캐닝되는 초음파 트랜스듀서용 모터 구동기구는 아암이 기계적으로 접촉하는 부위에서 마모가 쉽게 발생하여 내구성이 좋지 않은 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 회전하는 초음파 트랜스듀서에 대하여 비접촉으로 신호를 전송할 수 있는 구조를 가진 스캐닝 소나를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 내부공간이 마련되고 방수 가능한 몸체를 갖는 하우징; 기 하우징의 내부공간에 회전 가능하게 수납된 초음파 트랜스듀서; 상기 하우징 내에 수납되어 상기 초음파 트랜스듀서에 회전력을 제공하는 모터; 및 정부와, 상기 고정부와 비접촉으로 신호 전달이 가능하게 커플링된 상태에서 상기 고정부에 대하여 상대적으로 회전하고 상기 초음파 트랜스듀서와 일체로 회전하는 회전부를 구비한 로터리 트랜스포머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나를 제공한다.
상기 로터리 트랜스포머는, 상기 고정부와 상기 회전부에 각각 구비되어 상호 대향하는 한 쌍의 페라이트 코어와, 상기 페라이트 코어에 각각 권선된 한 쌍의 코일을 구비하고, 상기 고정부와 상기 회전부가 전자기적으로 커플링된 구조를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 스캐닝 소나는 상기 초음파 트랜스듀서가 실장되는 트랜스듀서 마운트 기판; 및 상기 모터가 실장되는 모터 마운트 기판;을 더 포함할 수 있다.
상기 로터리 트랜스포머는 상기 트랜스듀서 마운트 기판과 모터 마운트 기판 사이에 개재되고, 상기 고정부는 상기 모터 마운트 기판에 고정되고, 상기 회전부는 상기 트랜스듀서 마운트 기판에 고정될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 모터를 수용하는 동시에 상기 모터 마운트 기판을 지지하는 엔드캡; 및 상기 엔드캡에 방수 가능하게 체결되고, 상기 초음파 트랜스듀서, 트랜스듀서 마운트 기판, 로터리 트랜스듀서 및 모터 마운트 기판을 캡핑하는 어커스틱 부트;를 포함할 수 있다.
상기 어커스틱 부트의 내부 빈 공간에는 오일이 채워지는 것이 바람직하다.
상기 엔드캡과 상기 어커스틱 부트 사이에 개재되어 방수기능을 제공하는 실링부재가 개재되는 것이 바람직하다.
본 발명의 적용시 회전하는 초음파 트랜스듀서에 대하여 비접촉식의 신호 전송이 이루어질 수 있으므로 회전부와 고정부 간의 커플링 지점에서 마모와 소음이 발생하지 않아 스캐닝 소나의 내구성과 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 스캐닝 소나의 개념도,
도 2는 스캐닝 소나가 적용된 수중장비를 보여주는 사진,
도 3은 종래기술에 따른 스캐닝 소나의 구성도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐닝 소나의 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐닝 소나의 구성을 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스캐닝 소나는 하우징(100)과, 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 수납된 초음파 트랜스듀서(110)와, 초음파 트랜스듀서(110)에 회전력을 제공하는 모터(130)와, 초음파 트랜스듀서(110)와 모터(130) 사이에 개재된 로터리 트랜스포머(120)를 포함한다.
초음파 트랜스듀서(110)는 하우징(100)의 내부공간에 회전 가능하게 수납된다. 초음파 트랜스듀서(110)는 트랜스듀서 마운트 기판(111)에 실장되고 상기 트랜스듀서 마운트 기판(111)과 일체로 회전한다. 초음파 트랜스듀서(110)는 송신 펄스를 입력받아 초음파를 발생시키는 한편, 소정의 수중 물체에 의해 반사되어 되돌아오는 초음파를 수신하여 전기 에너지로 변환하는 기능을 갖는 압전세라믹 초음파 진동자를 구비하는 것이 바람직하다.
모터(130)는 모터 마운트 기판(125)에 실장된 상태로 소정의 엔드캡(End cap)에 수용된다. 모터(130)의 회전 샤프트 일부는 트랜스듀서 마운트 기판(111)에 고정되어 초음파 트랜스듀서(110)에 회전력을 전달한다.
로터리 트랜스포머(120)는 초음파 트랜스듀서(110)와 모터(130) 사이에 개재되어 상기 초음파 트랜스듀서(110)와 모터 마운트 기판(125) 간에 신호 전송 기능을 제공한다. 로터리 트랜스포머(120)는 모터 마운트 기판(125)에 고정된 고정부(121)와, 모터(130)의 샤프트에 고정되는 동시에 초음파 트랜스듀서(110)에 실질적으로 연결되어 고정부(121)에 대하여 상대적으로 회전하는 회전부(122)를 포함한다.
로터리 트랜스포머(120)는 고정부(121)와 회전부(122)에 각각 마련되어 상호 대향하는 한 쌍의 페라이트 코어(121a,122a)와, 한 쌍의 페라이트 코어(121a,122a)에 각각 권선된 한 쌍의 코일(121b,122b)을 구비한다.
구체적으로, 고정부(121)는 모터 마운트 기판(125)에 부착되는 페라이트 코어(121a)와 상기 페라이트 코어(121a)에 권선된 코일(121b)을 구비하고, 회전부(122)는 모터(130)의 샤프트 및 트랜스듀서 마운트 기판(111)에 고정되는 페라이트 코어(122a)와 상기 페라이트 코어(122a)에 권선된 코일(122b)을 구비한다. 여기서, 고정부(121)의 코일(121b)은 모터 마운트 기판(125)에 연결되어 소정의 프로세서 마운트 기판(미도시)에 접속되고, 회전부(122)의 코일(122b)은 트랜스듀서 마운트 기판(111)에 연결된다.
고정부(121)와 회전부(122)는 상호 비접촉 상태를 유지하고, 코일들(121b,122b) 간의 전자기 유도작용에 의해 상호 전자기적으로 커플링된다.
하우징(100)은 내부공간이 마련되고 침수가 방지되도록 방수 가능한 몸체를 갖는다. 구체적으로, 하우징(100)은 모터(130)를 수용하는 동시에 상기 모터 마운트 기판(125)을 지지하는 엔드캡과, 엔드캡의 상부에 방수 가능하게 체결되고 내,외부 간에 초음파를 통과시키는 어커스틱 부트(Acoustic boot)(102)를 포함한다.
상기 엔드캡은 소정의 모터 수용공간을 구비한다. 상기 모터 수용공간 주변의 엔드캡 테두리단에는 모터 마운트 기판(125)이 걸쳐져서 지지되는 것이 바람직하다.
상기 엔드캡의 후미에는 소정 형상의 백쉘(Backshell)(103)이 결합된다. 백쉘(103)은 엔드캡을 지지하고, 스캐닝 소나의 전반적인 제어를 담당하는 프로세서(Processor)가 실장된 프로세서 마운트 기판을 수용한다.
어커스틱 부트(102)는 초음파 트랜스듀서(110), 트랜스듀서 마운트 기판(111), 로터리 트랜스듀서(120) 및 모터 마운트 기판(125)을 캡핑한다. 어커스틱 부트(102)는 엔드캡의 상부 외주면에 착탈 가능하게 결합되고, 어커스틱 부트(102)와 엔드캡 사이에는 방수가 가능하도록 오링(O-ring) 형태의 실링부재(150)가 개재된다.
방수성능의 극대화를 위하여 어커스틱 부트(102)의 내부 빈 공간에는 오일(160)이 채워지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가진 스캐닝 소나는 도 2에 도시된 바와 같은 통상의 수중장비에 장착되어 사용되거나, 단독으로 사용되어 스캐닝을 통해 수중 환경을 영상화한다.
모터(130)의 샤프트가 회전함에 따라 초음파 트랜스듀서(110)는 하우징(100) 내부에서 일정 속도로 회전하면서 초음파의 발생과 수신 처리를 진행하고, 그에 따라 스캐닝된 주변 영상은 소정의 디스플레이 상에 표시된다.
스캐닝의 진행시 로터리 트랜스듀서(120)의 회전부(122)는 초음파 트랜스듀서(110)와 일체로 회전한다. 또한, 로터리 트랜스듀서(120)의 회전부(122)는 모터 마운트 기판(125)에 고정된 고정부(121)와 신호를 송수신한다. 로터리 트랜스듀서(120)의 회전부(122)와 고정부(121)는 상호 비접촉 상태에서 전자기적으로 커플링되므로 마모나 소음의 발생없이 초음파 트랜스듀서(110)의 작동과 관련된 양방향 신호 전송이 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 하우징 102: 어커스틱 부트
103: 백쉘 110: 초음파 트랜스듀서
111: 트랜스듀서 마운트 기판 120: 로터리 트랜스포머
121: 고정부 122: 회전부
121a,122a: 페라이트 코어 121b,122b: 코일
125: 모터 마운트 기판 130: 모터
150: 실링부재 160: 오일

Claims (6)

  1. 스캐닝 소나에 있어서,
    내부공간이 마련되고 방수 가능한 몸체를 갖는 하우징;
    상기 하우징의 내부공간에 회전 가능하게 수납된 초음파 트랜스듀서;
    상기 하우징 내에 수납되어 상기 초음파 트랜스듀서에 회전력을 제공하는 모터; 및
    고정부와, 상기 고정부와 비접촉으로 신호 전달이 가능하게 커플링된 상태에서 상기 고정부에 대하여 상대적으로 회전하고 상기 초음파 트랜스듀서와 일체로 회전하는 회전부를 구비한 로터리 트랜스포머;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 로터리 트랜스포머는,
    상기 고정부와 상기 회전부에 각각 구비되어 상호 대향하는 한 쌍의 페라이트 코어와, 상기 페라이트 코어에 각각 권선된 한 쌍의 코일을 구비하고,
    상기 고정부와 상기 회전부가 전자기적으로 커플링된 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 초음파 트랜스듀서가 실장되는 트랜스듀서 마운트 기판; 및
    상기 모터가 실장되는 모터 마운트 기판;을 더 포함하고,
    상기 로터리 트랜스포머는 상기 트랜스듀서 마운트 기판과 모터 마운트 기판 사이에 개재되고, 상기 고정부는 상기 모터 마운트 기판에 고정되고, 상기 회전부는 상기 트랜스듀서 마운트 기판에 고정된 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나.
  4. 제3항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 모터를 수용하는 동시에 상기 모터 마운트 기판을 지지하는 엔드캡; 및
    상기 엔드캡에 방수 가능하게 체결되고, 상기 초음파 트랜스듀서, 트랜스듀서 마운트 기판, 로터리 트랜스듀서 및 모터 마운트 기판을 캡핑하는 어커스틱 부트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 어커스틱 부트의 내부 빈 공간에는 오일이 채워지는 것을 특징으로 하는 스캐닝 소나.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 엔드캡과 상기 어커스틱 부트 사이에 개재되어 방수기능을 제공하는 실링부재;를 더 포함하는 스캐닝 소나.
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