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에코 사운드 & 스피드 로그 교체작업

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선박수리·관리

2020. 4. 3.

에코 사운드 & 스피드 로그 교체

ECHO SOUNDER & SPEED LOG

 

 


에코 사운드란?

ECHO SOUNDER


에코사운드란 보통 수심을 측정하는 것으로 생각하기 쉬우나 정확히 표현하면 수심을 측정하는 것이 아니라 UKC(Under Keel Clearance=선저여유수심) 라고 해서 선저와 해저와의 간격을 측정하는 것입니다.

선박은 항해 중 특별한 경우가 아니면 선미의 홀수가 더 크게 됩니다.

반향측심기로 선박 바로 밑의 수중 정보를 얻기 위해 초음파를 보낸 다음 해저에서 반사된 반향을 수신하여 수심을 측정하는 장치입니다.

 


발음기로 초음파를 발사하여 그 음파가 해저에서 반사되어 오는 것을 수음기로 수신한 후 그 시간을 측정하여 바다의 깊이를 탐지하는 장치로 대개 정밀도를 중시해 200㎑ 정도의 높은 주파수를 사용한다.

발음체 및 수음체로는 자기변형 효과가 있는 니켈이나 알페르, 전기변형 효과가 있는 티탄산바륨 등이 이용된다. 수신 된 신호의 표시방법은 보통 기록지에 그래프로 발진선과 해저가 나타나도록 하며 해저의 기복 상황이 기록된다.

수심을 측정할 때는 이 그래프에 눈금을 대고 수심을 읽는다.

50~200정도의 고주파의 초음파를 수면에서 해저를 향하여 발사하고 음파의 발사 시로부터 반사파의 수신까지의 시각을 측정하여 수심을 측정하는 기계, 즉 음파의 반사파를 이용한 측심기이다.

파랑·조류에 의한 영향도 없으며 정밀도가 높다.

 

 

  전도 음향측심기  

Inverted Echo Sounder

 

음파를 사용하여 해표면 고도를 측정하는 장치를 말한다. 해저에 설치한 기기로부터 상방으로 음파를 송파하여, 해표면에서 반사하여 되돌아온 음파를 수신하여 음파 전파시간을 연속적으로 측정하는 장치이다.

해수 중 음속을 알고 있으면, 해저면으로부터 해표면까지의거리를 계산할 수 있으므로 해표면 고도의 시간 변동을 측정할 수 있다. 그리고 해표면 고도를 측정하는 다른 장비와 함께 심해에서 사용되어 수온 분포의 변화를 모니터링하는 장치로 사용되기도 한다.

 

일반적인 음향측심기는 선박에 설치되어 선저로부터 하방의 해수중으로 음파를 송신하는 데 비하여 전도음향측심기(IES)는 해저에 설치되어 상방의 해수 중으로 음파를 송신한다.

해저에 설치된 IES에서는 상방으로 펄스음파를 송파하고, 해표면에서 반사하여 되돌아온 음파를 수신하여 음파전파 시간을 연속적으로 측정한다. 그러고나서 음파 전파 시간과 해수 중 음속을 사용하여 해저면으로부터 해표면까지의 거리를 계산함으로써 해표면 고도의 시간변동을 측정하고 있다. 그리고 해표면 고도를 측정하는 다른 장비와 함께 사용되어 수온분포의 변화를 모니터링 하는 장치로 사용되기도 한다.

 

 

  다중빔 음향 측심기  

Multi-beam Echo Sounder

 

배가 이동하면서 다중 음향신호를 발사하고, 이를 다시 수신함으로써 송·수파 가능 범위의 해저 횡단면 전체를 동시에 측심하는 측심기를 말한다. 해저 지형도를 작성하는 데에 사용된다.

기존 음향측심기가 조사선의 수직하부 한 지점의 측심만 할 수 있는 것과는 달리 이 측심기는 송·수파 가능 범위의 해저 횡단면 전체를 동시에 측심할 수 있다.

정밀도에서도 기존의 측심기보다 우수하기 때문에 미국 등 선진국에서는 이것을 이용하여 해저지형도를 다시 작성하고 있다. 측정된 자료는 선상(船上)에 있는 컴퓨터 모니터를 통해서 실시간 등심도(等深圖) 또는 지형도가 컬러그래픽으로 작성되며, 여러 형태의 정보로 분석·처리된다.

천해용과 심해용이 있는데, 심해용은 1만 1000m까지 측정할 수 있다. 미국에서 1960년대 중반 군사용으로 처음 개발하여 독점 생산하였다.

 

ECHO SOUNDER & SPEED LOG 교체 작업, 기존 센서를 탈착해서 신규 센서로 교체 작업 진행

 

― 에코사운드 목적 및 원리

 

① 수심 측정이 목적이며 현재에는 음향 측심의 Echo Sounder(에코 사운드)가 주로 사용된다.
② 송파기에서 해저를 향하여 음파를 발사하고 그 음파가 해저에 반사되어 되돌아온 전파를 수파기에서 수신하기까지 걸린 시간을 측정하여 해저까지의 거리를 구한다.
③ 염분, 온도, 깊이 등에 따라 음파의 전파 속도가 차이가 있으나 약 1,500m/s이다.
④ 주파수가 높을수록 감쇄 현상이 심해지므로 심해 측심을 목적으로 하는 경우 주파수가 낮은 음파를 사용한다.

선미 부분의 홀수도 위험상황에 대해 배제할 수 없으나 항해중이라면 선수방향에서도 홀수에 대해 간과할 수 없기 때문에 먼저 측정되어야한다. 그래야 어느방향으로 항해를 하여도 위험상황으로부터 벗어나기 때문이다.

선수, 선미 두 곳에 Transducer를 설치할 경우 선수쪽의 주파수가 낮은 것은 감쇄가 적은 주파수로 좀 더 깊은 수심을 측정하기 위해서이다. 선미에서는 항해안전을 위한 UKC(Under Keel Clearance=선저여유수심) 를 측정합니다. 물론, 선수, 선미 모두 2가지 기능을 다 할 수 있지만 각각의 위치에 따른 잇점이 있다. 그래서 선수방향에서 50khz 와 선미방향에서 200khz는 선수방향에서는 방향성이 있기 때문에 주파수를 넓게 퍼뜨려 감지를 하고 선미방향에서는 50khz보다 직진성이 강한 200khz로 좁은 범위로 측정되어야 문제가 없는 것

 

에코사운드 설치상의 유의 사항

 

① 버블 현상이 발생하지 않는 장소에 설치한다.
물, 공기 매질의 임피던스 차이 때문에 음파를 산란시키거나 튕겨내기 때문에 버블이 없는곳에 설치한다.
 프로펠러와 Thruster의 소음에 의한 영향이 적은 곳에 설치한다.
Transducer(변환기)는 Side Thruster의 약 1m 앞에 설치되어야 한다.
EX) electroacoustic transducer(전기 음향 변환기)
 Transducer (변환기)는 CWL(Construction Water Line)과 평행하게 설치되어야 한다.
 Doppler Speed Log와 Echo Sounder를 설치할 때 먼저 Speed Log의 위치를 결정한 후 Echo Sounder는Doppler Speed Log의 뒤쪽으로 약 2m 이상 떨어진 위치에 설치한다.

※ Doppler = 어떤 파동의 파동원과 관찰자의 상대속도에 따라 진도수와 파장이 바뀌는 현상을 가리킨다. 소리와 같이 매질을 통해 움직이는 파동에서는 관찰자와 파동원의 매질에 대한 상대속도에 따라 효과가 변한다. 그러나 빛이나 일반상대성이론에서의 자기력과 같이 매질이 필요 없는 파동의 경우 관찰자와 파동원의 상대속도만이 도플러 효과에 영향을 미친다.

 

 


스피드로그란?

SPEED LOG

 

LOG란 배의 속력 및 항정을 측정하는 계기를 말한다. SPEED LOG SYSTEM에 의해 발생되는 SPEED와 DISTANCE SIGNAL은 선박의 NAVIGATION에 중요한 영향을 미치는 RADAR, POSITION FIXING EQUIPMENT,

AUTO PILOT및 FUEL ECONOMIZER 등에 공급된다.

 

SPEED LOG에는 Electromagnetic Log 와 Doppler Log가 있습니다.

 

 

  EM-LOG : Electro Magnetic Log  

 

전자기 유도의 원리를 이용하여 선속을 측정.

후진 시에도 선속이 표시되고 저속에서도 잘 작동, 대수속력 표시.

전자기 유도란 19세기 영국의 화학자인 페러데이에 의해 발견된 것으로

자기장의 변화에 의해 전류가 흐르는 것을 말한다.

Electromagnetic Log는 페러데이의 전자유도 법칙을 이용한 것으로 자계의 방향과 기전력의 방향을

서로 같게 하여 직각에 놓였을 때 transducer를 선저에 돌출시켜 선속에 비례하는 기전력을 측정한다.

 

 

  Doppler log  

 

항해 중인 선박의 선저에서 해저를 향해 발사한 음파의 송신주파수와 수신주파수의 차이가

선속에 비례하는 원리를 이용

 

선체에 설치된 송수파기에 의해 초음파를 해저를 향해 발사하고 해저로부터의 반사

ECHO를 이용하여 선박의 속도를 측정하는 장치를 DOPPLER SONAR라고하며 대수

ECHO를 선속 측정에 응용한 것이 DOPPLER LOG이다.

 

― 실제 측정 원리 ―

 

송수파기가 선저를 향하여 초음파를 발사한다.

그 다음 송수파기는 해저면 혹은 일정깊이의 WATER MASS(PLANKTOM ETC.)로부터 반사된 반사파를 받는다.

여기서, 음파가 발사되어 해저면이나 WATER MASS에 도달될 때 까지는 송수파기가 운동체로, 반대로 반사파가 되돌아 올 때는 송수파기가 정지체로 해저면이나 WATER MASS가 운동체로 대응된다.

 

설치상의 요점

 

① SENSOR는 CWL과 평행하게 설치하여야 한다.
② SENSOR 설치 작업시 기계적인 오차가 생기지 않도록 주의하여야 한다. (예: TWISTING)
③ 모든 CABLE은 가능한 한 기기 내부에 적절히 접지되어야 하며 PROTECTIVE PIPE는 COMPOUND로 SEALING 되어야 한다.
④ SENSOR 및 각 UNIT들은 설치 완료후 기기 내부 및 외부의 오물을 깨끗이 제거해야 한다.
⑤ 설치 시 SENSOR의 FORWARD MARK를 반드시 맞추어야 한다.
⑥ TRANSDUCER로부터 접속상까지의 TRANSDUCER CABLE은 PROTECTIVE PIPE에 의해 보호되어야하며 PIPE의 BENDING 반경은 클수록 좋으며 최소한 500MM 이상 유지하도록 한다.
⑦ TRANSDUCER 설치 후 WELDING 작업 등으로 생긴 외판 요철 부분은 매끈하게 그라인딩 작업을 하여 기포 발생 요인을 없애야 한다.

 

 


선박의 센서 종류

 

1. LEVEL SWITCH : 어떤 한 지점의 레벨을 측정하는 센서

2. LEVEL TRANSMITTER : 여러지점의 레벨을 측정하는 센서

3. LIMIT SWITCH : on/OFF를 체크하는 스위치

4. TEMPERATURE SENSOR : 온도 측정 센서

5. SOLENOID VALVE : 전기로 ON/OFF를 하는 벨브

6. PRESSURE SWITCH : 어떤 압력의 기준치 이하 또는 이상이 되었을때 전기 접점이 개폐되는 스위치

7. DIFFERENT PRESSURE TRANSMITTER : 압력차를 측정하는 센서

8. PRESSURE TRANSMITTER : 압력 측정 센서

9. GAS DETECTOR : GAS를 감지하는 센서

10. LEAKAGE DETECTOR : 누수를 감지하는 센서

11. POSITION TRANSMITTER : 위치정보를 알려 주는 센서

 

선박 센서 교체 및 선박 AS 작업의 경우

보다 작업을 잘 이해하고, 능숙한 작업자가 작업을 진행해야 합니다.

 


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