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수중 도플러 로그용 야누스형 초음파 트랜스듀서 개발
Development of an Janus-type Ultrasonic Transducer for Underwater Doppler Log Applications 원문보기

한국음향학회지= The journal of the acoustical society of Korea, v.19 no.7, 2000년, pp.77 - 84  

이수성 (경북대학교 센서공학과) ,  노용래 (경북대학교 센서공학과)

초록
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도플러 로그용 센서를 이용하여 선박의 속도를 측정하면, 선박의 수평방향 이외의 움직임, 즉 피칭이나 롤링 등에 의한 측정 속도의 부정확성이 문제가 된다. 본 연구에서는 이러한 피칭과 수중이라는 환경요인에 기인하여 다른 속도 측정용 센서들이 가지는 문제점을 극복할 수 있는 야누스형 초음파 트랜스듀서를 개발하였다. 트랜스듀서 개발을 위하여 그 작동 구조를 해석하고 그에 따라 시제품을 제작한 후, 실험적인 성능 평가를 이루었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In measurement of ship speed with a Doppler log sensor, we encounter the nonhorizontal movement of a ship, i.e. pitching and rolling, and that causes inaccuracy of the measurement. In this study, we develop a Janus type ultrasonic transducer that can resolve the problems in accuracy due to the pitch...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 본 연구에서는 위와 같은 통상의 선속 측정용 센서들이 가지는 문제를 해결하기 위해 야누스형 초음파도플러 로그용 트랜스듀서를 개발하고 작동 원리를 해석하였다. 야누스형 센서란 초음파를 발생시키는 2개 또는 4개의 진동자를 수평으로부터 일정한 각을 가지도록 원주상에 등간격으로 배열한 구조를 가져, 피칭에 의한 선속 측정의 오차를 개선할 수 있으며, 기계적, 화학적 충격에 강한 외장(case)을 도입하여 수중의 가혹한 환경 하에서 유지보수가 용이하며, 크기가 작고, 설치가 쉽다는 장점들을 가지는 센서 형태이다[4].
  • 본 논문에서는 바닷물 속의 부유물들에 의해 산란된초음파 신호를 이용하는 야누스형 초음파 트랜스듀서에 대해 설명한다. 바닷물 속의 부유물(기포, 플랑크톤 등등) 들은 수면으로부터 불과 몇 미터 내외에 집중적으로 분포하고 있으므로 초음파는 이 곳에서 가장 산란이 많이 된다.
  • 본 연구에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 도플러 로그용 야누스 형 초음파 트랜스듀서의 작동 미케니즘을 해석하고, 그에 따라 시작품을 설계하고 제작하였으며, 그 성능을 평가하였다. 개발된 센서를 이용해 선속을 측정하면 피칭에 의한 영향을 최소화 할 수 있으며, 또한 수중에서 음속의 온도 염도, 압력의 변화에 의한 복잡한 영향을 보상할 수 있을 것으로 사료된다.
  • 야누스형 센서란 초음파를 발생시키는 2개 또는 4개의 진동자를 수평으로부터 일정한 각을 가지도록 원주상에 등간격으로 배열한 구조를 가져, 피칭에 의한 선속 측정의 오차를 개선할 수 있으며, 기계적, 화학적 충격에 강한 외장(case)을 도입하여 수중의 가혹한 환경 하에서 유지보수가 용이하며, 크기가 작고, 설치가 쉽다는 장점들을 가지는 센서 형태이다[4]. 본 연구에서는 이러한 특성을 가지는 야누스형 초음파 도플러 센서의 작동 미케니즘을 해석하고 그 시작품을 제작함으로써 향후 실재 환경에서의 활용을 위한 기반을 마련하고자 한다.
  • 초음파 트랜스듀서가 도플러 편이를 획득할 수 있는지를 확인하기 위해, 수조에 반사체가 일정한 속도를 가지고 움직일 수 있도록 장치하여, 반사체가 움직이는 동안 수신주파수를 측정하여 도플러효과를 검증하기 위한 실험을 하였다. 실제 사용환경에서는 반사체는 거의 고정되어있고 트랜스듀서가 선박속도와 일치하게 이동하며 피칭에 의해 수면과 빔 사이의 각이 수시로 변하지만, 실험실 환경에서 센서를 움직이게 하는 것에 어려움이 있어서, 대신에 반사체만을 이동하게 하여 도플러 편이를 측정할 수 있도록 하였다.
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