Design and Evaluations of Underwater Hydrophone with Self Noise Suppressing Structures -Part Ⅰ. Noise Transfer Characteristics & Effects of Structure Modifications -

저 잡음 수중 청음기의 설계 방안 연구 -Ⅰ. 잡음 전달 특성 및 구조 변경 영향 -

The hydrophones is mounted in many applications on a vibrating surface and functions as an underwater acoustic signal receiver without sensing the vibrations from the mounting surface. However, their performance is usually degraded by the interference of exterior noises such as acoustic cavitation in water stream, host structural vibration in the hull, and propeller motions. This paper describes the design and evaluation of a self noise suppressing hydrophones which shows very poor sensitivity to the external noises, first, effects of the external noise on the its receiver performance is simulated with finite element method(FEM). Second, the geometrical variations are implemented on the original structure that include additional air pockets and acoustic walls which work as acoustic shied or scatter of the noises. The results show that the effect of the external noise is the most significant when it is applied near to the bottom of the side wall of the hydrophones. The transverse noise induced by the outside water flow is isolated most effectively when a thin compliant (damping) layer combined with two air pockets is inserted to the circumference of the nose. Noise level is reduced about fifty nine percent of that of the original structure.

수중 청음기는 진동하는 물체 위에 설치되어 다양한 외부 잡음 원이 유입되는 환경에 노출되어 있다. 외부 잡음 원으로는 수중 청음기가 설치된 구조물 자체의 진동, 프로펠러 잡음, 그리고 유동 유기 잡음들이 있고, 이들 외부 잡음원은 실제 강도가 상당히 높아서 센서의 정확한 작동에 장애가 되고 있다. 본 연구에서는 외부 잡음에 무관한 고 정밀도, 저 잡음 특성을 갖는 수중 청음기를 개발하기 위하여 유한 요소법(FEM)을 사용하여 잡음 전달 특성의 분석 및 air pocket과 음향 감쇠층의 다양한 조합으로 이루어진 개선된 구조의 수중 청음기를 설계하고, 내 잡음성 평가를 하였다. 그 결과 센서 측면 하단부에 잡음 원이 위치할 경우 가장 큰 잡음 신호로 작용하므로 구조를 변경한 결과 기존 수중 청음기에 비해 59% 이상 내 잡음성을 증진 시켰다.