음파탐지기

음파탐지기(sonar)

영어 이름으로 소나라고도 한다.물체에서 방출되거나 반사되는 음파를 음파탐지기에 의해서 탐지·분석하여 내장된 정보를 알아낸다. 'sonar'는 'sound navigation ranging'(소리항해와 항속거리 측정) 따온 용어이다.

음파탐지기는 3가지 종류로 나눌 수 있다.

능동 음파탐지기에서는 음향발신기가 음파를 발생시키면 이 파동이 외부로 전파되어 목표물에 의해서 반사된다. 수신기가 이 반사신호를 탐지하고 분석하면 목표물까지의 거리, 방향과 상대운동 속도를 알 수 있다. 수동 음파탐지기는 목표물(함선·잠수함·어뢰 등)에 의해서 생성되는 소리를 수신하는 감지장치만으로 이루어져 있다. 이와 같이 탐지된 파형을 분석하면 방향과 거리뿐만 아니라 특성도 확인할 수 있다. 음파탐지기의 3번째 종류는 음향통신 시스템인데 이것은 음향 경로의 양단에 송신기와 수신기가 필요하다.

음파탐지기는 빙산을 탐지하는 방법으로서 처음 제안되었다. 음파탐지기에 대한 관심은 제1차 세계대전중에 잠수함전의 위협에 의해서 점차 고조되었다. 초기의 수동형 탐지기는 여러 개의 마이크를 도선으로 끌고 다녔는데 1916년까지 잠수함을 탐지하는 데 사용되었으며, 1918년에 이르러 실용적인 능동형 탐지기가 영국과 미국의 과학자에 의해 제작되었다. 이후로 계속 음향측심기와 고속 주사 소나(rapid-scanning sonar), 측면 주사 소나(side-scan sonar)와 WPESS 소나(within-pulse electronic-sector-scanning sonar)가 개발되었다.

근래에는 음파탐지기의 용도가 다양하여 군사분야에서는 잠수함을 탐지·확인·위치파악하는 장치가 많이 이용되고 있다. 또한 음향유도어뢰·음향지뢰·지뢰 탐지 등에도 이용된다. 비군사적으로는 어군 탐지, 측심, 해저지도 작성, 도플러 항해법, 잠수부를 위한 음향위치 탐지 등에 이용된다. 음파탐지기의 발전에서 주된 진보는 음향변환기의 발명과 효율적인 음향발신기의 설계이다. 여기에는 수정·전기석 같은 압전 결정(piezoelectric crystal), 철·니켈 같은 자기변형 물질, 티탄산바륨과 같은 전기 일그러짐이 있는 물질이 사용된다. 이 물질들은 전기장이나 자기장을 걸어주면 형태가 변하므로 전기 에너지를 음향 에너지로 변환시킬 수 있다. 기름이 가득 찬 틀에 적절히 장착하면 광범위한 주파수 범위에서 음향 에너지를 생성하는 것이 가능하다.

능동형 탐지기에서는 음파탐지기 부호(sonobuoy)를 공중에서 살포해 발신기로 이용하기도 하고, 발신기를 함선의 선체에 장착하거나 헬리콥터로 매달고 다니기도 한다. 보통 수신과 발신에는 동일한 변환기를 사용한다. 수동형 탐지기는 대개 선체에 장착되며, 음파탐지기 부호에서 전개되거나 함선으로 끌고다니기도 한다. 어떤 수동형 탐지기는 지속적인 정찰을 위해 때로는 해저에 커다란 배열로 설치한다.