KR20070102468A - 전기-음향 변환기 - Google Patents
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Abstract
반사기(11)와, 이 반사기(11)로부터 축방향으로 소정 거리만큼 떨어져 위치하며 음파의 입사방향으로 반사기(11)의 상류에 배치되고, 특히 중공(中空) 세라믹 구의 형태인 하이드로폰(12)을 구비하는 수중에서 사용 가능한 전기-음향 변환기에 있어서, 상기 하이드로폰(12)과 동심인 반사기 링(16)은 급격한 위상의 변화 없이 특정 위상의 프로파일을 얻기 위해 보트 본체의 외측 스킨에 접촉시킨 후에도 여전히 평면인 반사기(11)의 전방에 배치되며, 반사기 링(16)의 내측 링 벽(161)은 하이드로폰(12)으로부터 반경방향으로 소정 거리만큼 떨어져 위치한다. 본 발명의 경우에는, 하이드로폰(12)을 반사기(11)로부터 먼 쪽을 향하는 반사기 링(16)의 단부 표면(162)에서 소정 거리(h)만큼 떨어지게 배치함으로써 상기 하이드로폰(12)과 반사기 링(16)을 공간적으로 연관시키며, 상기 하이드로폰(12)은 반사기 링(16)의 단부 표면을 넘어 적어도 부분적으로 돌출되도록 배치되거나, 아니면 반사기 링(16)의 단부 표면(162) 아래로 오목하게 들어가도록 배치될 수 있다.
Description
본 발명은 청구항 1의 전제부에 의해 그 특징이 한정되는 일반적인 형태의 수중에서 사용 가능한 전기-음향 변환기에 관한 것이다.
공지된 수중 안테나용 전기-음향 변환기 장치(DE 43 39 798 A1)에는 복수의 하이드로폰이 마련되는데, 이들 하이드로폰은 동일 간격으로 장착부 상에 수직으로 일렬로 배치되고, 캐스팅 기법을 이용하여 처리할 수 있는 엘라스토머, 바람직하게는 폴리우레탄으로 이루어진 음향학적으로 투과성이 있는 경질의 캡슐 내에 음파의 입사방향으로 하이드로폰들의 후방에 배치된 반사판과 함께 매립되어 양호한 수신 특성을 유지하면서 수중 안테나를 간단하게 설치할 수 있도록 한다. 반사기는 음파에 대해 소프트(soft)한 스프링과 질량체(mass)를 포함하는 스프링/질량체 시스템의 형태이며, 상기 질량체는 금속판에 의해 제공되고, 음파에 대해 소프트한 스프링은 음파에 대해 소프트하며 바람직하게는 알루미늄으로 이루어지는 것인 금속판의 후면(하이드로폰으로부터 멀어지는 방향으로 향함)에 배치된 패널에 의해 제공된다.
압력 본체(pressure body)와 외측 스킨을 구비한 보트 본체가 마련된 공지된 잠수함(DE 101 28 973 C1)에는 음향 펄스를 발산하는 어뢰를 감지하기 위한 감지기 가 설치되며, 전방향으로 수신 가능하고 상기 보트 본체의 표면에 걸쳐 불확정적인 방식으로 분포하며 상기 보트 본체의 외측 스킨에 직접 장착되는 다수의 하이드로폰이 상기 감지기에 마련된다. 하이드로폰은, 선택된 하이드로폰들로부터의 출력 신호들의 지연 시간 차이를 이용하여 어뢰의 위치를 탐지하기 위해 어뢰의 방향을 측정하는 신호 처리 유닛에 접속된다. 어뢰로부터의 거리는, 바람직하게는 보트 본체 상에서 서로 멀리 떨어져 위치하는 다양한 하이드로폰의 군(郡)들에 의해 측정되는 방향각(direction angles)을 이용한 삼각 계산법에 의해 구해진다.
본 발명은, 설치 후에 어떠한 급격한 위상 변화도 없이 일정한 위상의 프로파일을 가지며, 따라서 해당 주파수 범위 내에서 하이드로폰의 자유 필드(freefield) 특성을 보이고 보트 본체의 외측 스킨에 접촉시켜 설치하는 하이드로폰을 구비하는 전기-음향 변환기를 구성하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 청구항 1에서 한정하는 특징에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기-음향 변환기는, 이 변환기의 위상 프로파일이 대체로 일정하며, 보강 간섭에 의해 유발되는 어떠한 파형도 발생하지 않도록 하고 상쇄 간섭에 의해 유발되는 어떠한 급격한 위상 변화도 발생하지 않도록 하는 반사기 링과 그 장치(하이드로폰의 위치에 맞도록 제공됨)를 제공하는 장점을 갖는다. 따라서, 소위 위상-기초 신호 해석(phase-based signal analysis)에 따른 변환기 신호의 해석이 가능하며, 환언하면 선택된 3개 이상의 변환기를 이용하여, 예를 들어 목표물의 거리와 방향을 측정하는 알고리즘에 대해 선택된 변환기의 동기성에 기초한 신호 평가를 수행한다. 또한, 본 발명에 따른 변환기는, 위상 프로파일의 선형성을 잃지 않으면서, 음파의 입사방향을 향하는 반사기 링의 전면에 대해 하이드로폰의 간격을 변화시킴으로써, 최대의 수신 감도를 갖는 변환기의 중앙 주파수 또는 주 주파수를 필요에 따라 저주파나 고주파로 이동시킬 수 있다. 변환기는, 예를 들어 1 kHz 내지 100 kHz의 범위인 넓은 주파수 범위에 걸쳐서 자유 필드에 위치한 하이드로폰과 같은 방식으로 거동한다.
본 발명의 유리한 발전 및 수정과 함께, 본 발명에 따른 전기-음향 변환기의 유리한 실시예는 종속항에 기재되어 있다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 반사기는 바람직하게는 황동판인 금속판, 그리고 이 금속판 상에 안착하며 음파의 입사방향으로 금속판의 전방에 배치되는 경질의 폼 패널로 이루어진다. 반사기는 변환기의 바람직한 전후비(front-to-back ratio), 소위 반사 인자를 얻기 위해, 그리고 장착부 측에 입사하는 음파의 간섭을 억제하기 위해 사용된다.
본 발명은 도면에 도시된 하나의 전형적인 실시예를 참고로 이후의 명세서에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 전기-음향 변환기의 종방향 단면을 도시하고 있다.
도 2는 도 1에 도시된 변환기에 있어서 하이드로폰의 다양한 설치 위치에 따른 변환기의 수신 감도를 주파수의 함수로 나타낸 선도이다.
수중에서 사용 가능한 전기-음향 변환기는, 도 1에 종방향 단면의 형태로 도시된 바와 같이, 중공(中空) 세라믹 구, 소위 구형 세라믹에 의해 형성되며 반사기(11)의 전방에 음파의 입사방향으로 소정 거리만큼 떨어져 배치되는 하이드로폰(12) 및 반사기(11)를 구비한다. 반사기(11)는 전형적인 실시예에서는 황동판인 금속판(13)을 포함하며, 음파의 입사방향을 향해 있는 금속판의 전면에는 경질의 폼 패널(14)이 접합된다. 하이드로폰(12)은 경질의 폼으로 이루어진 스페이서(15)에 접합되며, 이 스페이서는 하이드로폰으로부터 멀리 떨어진 단부에서 경질의 폼 패널(14) 상에 지지된다. 반사기(11)는 스프링/질량체 시스템과 같이 거동하며, 변환기의 원하는 전후비, 소위 반사 인자를 얻기 위해, 그리고 변환기를 지지하는 장착부에서 발생하는 음파의 간섭을 충분히 억제시키기 위해 사용된다.
하이드로폰(12)과 동심인 반사기 링(16)은 반사기(11)의 전방에 배치되며, 환형 공간(163)을 둘러싸고 있는 반사기 링의 내측 표면(161)은 하이드로폰(12)으로부터 반경방향으로 소정 거리만큼 떨어져 있다. 이 경우, 반사기 링(16)과 하이드로폰(12)은, 반사기(11)로부터 먼 쪽을 향하며 음파의 입사방향을 향해 있는 반사기 링(16)의 단부 표면(162)으로부터 소정 거리(h)만큼 떨어져서 하이드로폰(12)이 위치하도록 공간적으로 연관되어 있다. 거리(h)가 양수인 경우, 하이드로폰(12)은 적어도 부분적으로 단부 표면(162)을 넘어 돌출되는 반면, 거리(h)가 음수인 경우, 하이드로폰(12)은 적어도 부분적으로 단부 표면(162) 아래로 오목하게 들어가게 된다. 이 경우, 반사기 링(16)은 경질의 폼으로 이루어진 하나 이상의 스페이서(17)를 매개로 하여 반사기(11)의 경질의 폼 패널(14) 상에 지지된다. 도 1에 도시된 전형적인 실시예에서는, 하이드로폰(12)이 반사기 링(16)의 전방 단부 표면(162)을 넘어 부분적으로 돌출되며, 거리(h)는 구 표면에서 음파의 입사방향으로 가장 먼 지점과 단부 표면(162) 사이의 거리를 가리킨다. 전술한 위치에 설치되는 경우, 변환기는 예를 들어 1 kHz 내지 100 kHz인 변환기의 주파수 범위에 대해 도 2의 선도에서 곡선(a)으로 개략적으로 나타낸 바와 같은 수신 감도(G)를 갖는다. 변환기의 수신 감도는 주 주파수(main frequency)나 중앙 주파수(f*)에서 최대이다.
변환기의 감도가 최대인 지점은 스페이서(15)의 높이를 변화시킴에 따라 주로 행해지는 바와 같은 하이드로폰(12)의 설치 위치 변경에 의해 고주파 또는 저주파로 이동한다. 거리(h)가 증가하면, 수신 감도의 최대값은 도 2에 화살표(+h)로 나타낸 바와 같이 저주파 쪽으로 이동한다. 그리고 변환기의 수신 감도를 주파수의 함수로서 나타내면, 예를 들어 도 2에 곡선(b)으로 도시된 바와 같은 형태를 갖는다. 또한, 하이드로폰(12)은 스페이서(15)의 높이를 짧게 함으로써 반사기 링(16)의 전방 단부 표면(162) 아래로 오목하게 들어갈 수 있으며, 이 경우 거리(h)는 음수이다. 이 경우, 변환기의 최대 수신 감도는 도 2에 화살표(-h)로 나타낸 바와 같이 고주파 쪽으로 이동한다. 하이드로폰(12)이 완전히 반사기 링(16)의 내부 환형 공간(163)에 있고 반사기 링(16)의 전방 단부 표면(162) 아래로 일정 거리(-h)만큼 오목하게 들어가 있는 경우라면, 변환기는 도 2에 예시적으로 주파수의 함수인 곡선(c)으로 나타낸 수신 감도를 갖는다. 반사기 링(16)의 두께는 변환기의 주파수 영역에 맞도록 설정되어, 수신 감도의 선형성이 유지된다, 환언하면 반사기 링(16)은 전체 주파수 영역에 걸쳐 거의 이상적인 반사기와 같이 거동한다.
하이드로폰(12)은, 스페이서(15)의 중앙을 통과하여 경질의 폼 패널(14)을 지나 금속판(13)을 관통하는 전기 접속용 전도체(18)를 매개로 하여 공지된 방식으로 전기 설비(19)에 접속되며, 하이드로폰 자체가 도 1에 도시되어 있을 뿐인 플러그(20)를 매개로 하여 접속될 수도 있다. 음파를 통과시키는 플라스틱으로 이루어진 캡슐(21)로 전술한 전기-음향 변환기의 모든 구성요소들을 에워싼다. 캐스팅 기법을 사용하여 처리 가능한 엘라스토머, 바람직하게는 폴리우레탄이 상기 플라스틱으로 사용된다. 캡슐(21)에는 전기-음향 변환기를 장착부에 부착하기 위한 부착 수단(22)이 마련된다. 예를 들어, 캡슐(21)에 형성된 관통 채널 등의 부착 수단(22)이 있으며, 부착 수단을 통해 장착 나사가 통과할 수 있다.
전술한 전기-음향 변환기는, 특히 잠수함의 보트 본체와 변환기, 보다 엄밀하게는 음파의 입사방향을 향하는 캡슐(21)의 전면과 변환기를 접합하도록 구성되며, 잠수함 본체의 외측 스킨에 삽입되어 이 외측 스킨에 접촉하고, 잠수함 본체의 압력 본체에 부착된다. 보트 본체의 외측 스킨은 도 1에 도면 부호 23으로 도시되어 있다.
Claims (10)
- 반사기(11)와, 이 반사기(11)로부터 축방향으로 소정 거리만큼 떨어져 위치하며 음파의 입사방향으로 반사기(11)의 전방에 배치되고 중공(中空) 세라믹 구의 형태인 것인 하이드로폰(12)을 구비하는 전기-음향 변환기에 있어서,상기 하이드로폰(12)과 동심인 반사기 링(16)이 반사기(11)의 전방에 위치하며, 반사기 링의 내측 링 표면(161)이 하이드로폰(12)으로부터 반경방향으로 소정 거리만큼 떨어져 위치하고, 상기 하이드로폰(12)과 반사기 링(16)은, 하이드로폰(12)이 반사기(11)로부터 먼 쪽을 향하는 반사기 링(16)의 단부 표면(162)으로부터 소정 거리(h)에 배치되도록 물리적으로 연관되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항에 있어서, 상기 하이드로폰(12)은 양의 거리(h)만큼 반사기 링(16)의 단부 표면(162)을 넘어서 적어도 부분적으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항에 있어서, 상기 하이드로폰(12)은 음의 거리(h)만큼 반사기 링(16)의 단부 표면(162) 아래로 오목하게 들어가 있는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 하이드로폰(12)은 경질의 폼(foam)으로 이루어진 스페이서(15)를 이용하여 반사기(11) 상에 지지되어 공간적으로 연관되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반사기 링(16)은 경질의 폼으로 이루어진 하나 이상의 스페이서(17)를 매개로 하여 반사기(11) 상에 지지되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반사기(11)의 두께는 하이드로폰(12)의 대상 주파수 영역에 맞도록 조절되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반사기 링(16)은 경질의 폼으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반사기(11)는, 바람직하게는 황동판인 것인 금속판(13)과, 음파의 입사방향을 향하는 금속판의 전면 상에서 상기 금속판(13)을 덮고 있는 경질의 폼 패널(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 반사기(11), 반사기 링(16), 스페이서(15)와 하이드로폰(12)과 같은 모든 변환기 구성요소는, 음파 투과성이 있는 플라스틱, 특히 캐스팅 기법을 이용하여 처리 가능한 탄성 엘라스토머로 이루어지는 캡슐(21)에 둘러싸여 있고, 변환기의 부착을 위한 부착 수단(22)이 상기 캡슐(21) 내에 주조되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
- 제9항에 있어서, 잠수함의 보트 본체는 압력 본체(pressure body)와 외측 스킨(23)을 구비하고, 음파의 입사방향을 향하는 캡슐(21)의 전면이 상기 보트 본체의 외측 스킨과 접촉하도록, 변환기가 보트 본체에 접촉하게 되는 것을 특징으로 하는 전기-음향 변환기.
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