In order to successfully exploit underwater resources, the first step would be a marine environmental research and exploration on the seafloor. Traditionally one sets up a long-term underwater experimental unit on the seafloor and retrieves the unit later after a certain period time. Essential to these applications is the reliable teleoperation and telemetering of the unit. This study presents ultrasonic-wave remote control system and an underwater sound recognition algorithm that can identify the sound signal without the influence of disturbances due to underwater environmental changes. The proposed method provides a means suitable for units which require low power dissipation and long-time underwater operation. We demonstrate its ability of securing stability and fast sound recognition through experimental methods.
한국전기전자재료학회 2000년도 춘계학술대회 논문집 전자세라믹스 센서 및 박막재료 반도체재료 일렉트렛트 및 응용기술
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pp.168-171
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2000
Underwater acoustic communications have made considerable advances in the past decade. The purpose of this paper is to achieve the underwater communication by ultrasonic sensors and to investigate conditions of good underwater acoustic communicators. As a result of this experiments, the ultrasonic sensors, MA40E7R/S, made by Nicera can be used as ultrasonic transducers for underwater communication using AM(Amplitude Modulation) signal and Transmission Loss is 17.328[dB] at 65[cm]. To make a good underwater communicator, proper diameter of disk PZT transduers is the one of most important factors, because radiation of acoustic wave depends on proper diameter of transduers and the transmission loss strongly depends on the spreading loss.
This paper describes a Frequency Shift Keying (FSK) modulator and demodulator and the experimented underwater data ommunication equipment to transfer the analog echo signal in real-time from an underwater vehicle to the mother ship. The system consists of an echo signal transfer unit equipped to the vehicle and an ultrasonic receiver equipped on the ship. The former includes an ultrasonic transceiver unit of 180kHz for echo detection and a continuous wave transmitter of 50kHz with a FSK modulator for echo transmission to the ship. The latter includes an ultrasonic receiver of 50kHz and the FSK demodulator. The results of experiment are as follows. 1. The characteristics of the FSK modulating and demodulating circuits designed with the use of C-MOS IC 4046 was good and confirmed its usefulness in underwater data communication system.2. The prototype ultrasonic transceiver unit shows profitable driving power while the pulse duration was short less than 3 msec, but it was found that the driving power is not sufficient while the long pulse duration or continuous wave is used. The gain of the ultrasonic receiver was 80 dB and the receiving bandwidth 700Hz (at - 3 dB point).3. It was found that the system designed by the author has some possibility to use in underwater echo transfer.4. At the FSK modulator, the widths of voltage and frequency which represent linearity were 3.5 V, 1600Hz, respectively, at the FSK demodulator 2.6 V, 700Hz, respectively.
This paper describes a Frequency Shift Keying (FSK) modulator and demodulator and the experimented underwater data ommunication equipment to transfer the analog echo signal in real-time from an underwater vehicle to the mother ship. The system consists of an echo signal transfer unit equipped to the vehicle and an ultrasonic receiver equipped on the ship. The former includes an ultrasonic transceiver unit of 180kHz for echo detection and a continuous wave transmitter of 50kHz with a FSK modulator for echo transmission to the ship. The latter includes an ultrasonic receiver of 50kHz and the FSK demodulator. The results of experiment are as follows. 1. The characteristics of the FSK modulating and demodulating circuits designed with the use of C-MOS IC 4046 was good and confirmed its usefulness in underwater data communication system.2. The prototype ultrasonic transceiver unit shows profitable driving power while the pulse duration was short less than 3 msec, but it was found that the driving power is not sufficient while the long pulse duration or continuous wave is used. The gain of the ultrasonic receiver was 80 dB and the receiving bandwidth 700Hz (at - 3 dB point).3. It was found that the system designed by the author has some possibility to use in underwater echo transfer.4. At the FSK modulator, the widths of voltage and frequency which represent linearity were 3.5 V, 1600Hz, respectively, at the FSK demodulator 2.6 V, 700Hz, respectively.
In order to successfully exploit underwater resources, the first step would be a marine environmental research and exploration on the seafloor. Traditionally one sets up a long-term underwater experimental unit on the seafloor and retrieves the unit later after a certain period time. Essential to these applications is the reliable teleoperation and telemetering of the unit. In our proposed ultrasonic-wave remote control system and an underwater sound recognition algorithm that can identify the sound signal without the influence of disturbances due to underwater environmental changes. The proposed method provides a means suitable for units which require low power dissipation and long-time underwater operation. We demonstrate its ability of securing stability and fast sound recognition through experimental methods.
This study presents a detection method for mechanically fabricated defects on underwater steel pipes, using ultrasonic guided waves. Three different diameters (60, 90, and 114 mm) of 1000-mm long steel pipes were considered, along with several experimental design factors such as incident angles, incident distances, and the degrees of defects, to investigate how these factors affected the experimental results - the detectability of the mechanical defects. From the experimental results, we determined that the amplitude and arrival time of the first received wave signals gave a promising clue for distinguishing the existence of the defects and their severities. Between the amplitude and arrival time, the arrival time gave a more promising indication since it was affected by the experimental factors in a constant manner. Therefore, it was shown that the use of ultrasonic guided waves for underwater pipe inspection is feasible.
For the accurate inspection of the resources and space in the ocean, the method of locating the measurement equipments in the seafloor and retrieving these equipments later after a certain period of time. is generally used. In this method, the reliability of retrieving measurement equipments is very important. In our proposed remotely-controlled acoustic release system, an underwater ultrasonic wave recognition algorithm by which we can recognize the sound signal without the influence of disturbances due to underwater environment changes is developed, and a battery is used for the reduction of electric power consumption. we show the effectiveness of our proposed system through experimental results.
수중 산사태의 관측 및 조사는 산사태의 메커니즘의 이해, 설계 및 시공의 유용성, 그리고 손실 감소에 도움을 준다. 본 논문은 실험실 조건의 수중 산사태를 확인하기 위하여 전기저항, 초음파 반사 이미지, 그리고 전단파 토모그래피의 3가지 고해상도 지구물리탐사기법을 수행하였다. 전기저항 탐침에 의한 흙의 전기저항 프로파일은 밀리미터 단위의 해상도로 흙의 공간적 분포 평가를 위한 자세한 정보를 제공해 준다. 임피던스가 다른 물질의 경계면부터의 반사 자료에 의한 초음파 반사 이미지는 밀리미터 단위의 해상도로 사면 형상 및 시료 층상을 탐지해 낼 수 있다. 전단파 이동 시간으로부터 얻어지는 경계 정보의 역산에 의한 픽셀단위 수중 산사태의 이미지를 만들 수 있다. 실험결과 초음파 이미지와 전기저항은 서로 보완적인 정보를 제공할 수 있으며, 전단파 토모그래피 이미지와 연합하여 수중 산사태의 3차원 이미지를 얻을 수 있다. 본 연구는 지구물리탐사기법들이 수중 산사태 및 해안의 공간적 분포의 탐지에 효과적인 기법이 될 수 있음을 보여준다.
The need of data transmission in oceans and other underwater mediums are increasing day by day, so as the research. The underwater medium is very different from that of air. Propagation of electromagnetic wave in water or underground is very difficult because of the conductivity of the propagation materials. In this case, we usually use acoustic signals as ultrasonic but, they are not easy to transfer long distance with coherent method because of time varying multipaths, Doppler effects and attenuations. So, we use non-coherent methods such as FSK or ASK to communicate between long distances. But, as the propagation speed of acoustic wave is very slow, BW of the channel is narrow. It is very hard to guaranty the enough speed for the transmission of digital image data. In previous studies, we proposed this data communication protocol theoretically. In this paper, an underwater channel is modeled and this protocol is tested in this channel condition. The results show that the protocol is 4-6 times faster than ASK. Some relations and results are shown depending on the data length, channel length, bit rate etc.
심해저 자원의 확보를 위해서는 먼저 해양환경을 탐사하고 관측해야하며 이를 위해서 계측장비를 해저에 위치시키고 탐사가 끝난 후 회수하는 방법을 사용하는데 이 경우 계절변화에 따른 염분의 농도 및 온도 변화로 다양한 형태의 외란성 노이즈가 발생하여 제어 안정성과 수중통신에 대한 신뢰성이 떨어지고 있다. 그래서 기존의 제어방법은 수신된 제어정보를 하드웨어적인 방법으로 식별하고 기준 정보와 비교하며 이 과정을 수차례 반복하여 획득한 데이터를 제어정보로 활용하고 있다. 이는 제어의 신뢰성이 중요시 되는 시스템에서는 제어안정성 및 효율성이 떨어지고 있다. 따라서 본 논문에서는 해양환경 변화에 대한 제어안정성 및 동작신뢰성을 향상시킨 수중 탐측장비 회수용 원격 이탈제어 시스템을 제안하고자 한다. 그리고 제어알고리즘 및 원격 이탈제어 시스템의 적합성을 실험을 통하여 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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