'진동 측정'이라는 글을 통해서 진동 측정 방법에 대하여 간단하게 설명을 해드렸지만 실제로 진동을 측정하기 위해서 필요한 것이 무엇인지, 어떻게 하면 측정을 잘할 수 있는지를 알려드리기 위해서 추가로 글을 남깁니다. 진동을 측정하기 위해서는 몇 가지 준비물이 필요한데, 기본적으로 센서, DAQ 장치, 분석 프로그램, 양면테이프 등이 있어야 합니다.
1. 센서
센서는 주로 가속도 센서를 사용하는데, 가속도계는 출력의 선형성이 좋고, 측정 가능한 주파수의 범위가 넓은 것 등의 장점이 있습니다. 단점은 전원 공급이 필요하다는 것인데, 요즘에는 대부분의 DAQ 장치가 IEPE(ICP, CCLD, IsoTron, DeltaTron 등)를 지원하여 센서에 전원을 공급하면서 데이터 수집도 가능하기 때문에 별도의 앰프를 구매하여 가지고 다닐 필요가 없습니다.
기계나 환경의 진동을 측정할 때는 주로 가속도 센서를 사용하고, 변위 센서는 비접촉 방식으로 제품의 불량 등을 검출할 때 사용하며, 속도 센서는 지진 계측 등에 사용합니다.
진동을 측정할 때, 한 방향만 측정 가능한 1축 센서를 사용한다면 X, Y, Z 축을 한 번에 측정하기 위해서는 3개의 센서가 필요하고, 진동 전달률을 측정하기 위해서는 2개의 센서가 필요합니다. X, Y, Z 축의 진동 전달률을 한 번에 측정하고자 한다면 6개의 센서가 필요합니다. 그런데 한 개의 센서로 X, Y, Z 축을 측정 가능한 3축 센서를 사용한다면, 센서가 2개만 있어도 X, Y, Z 축 및 진동 전달률 측정이 가능합니다. 다만, 3축 센서는 1축 센서보다 민감도나 해상도 등의 성능이 떨어지는 경우가 많기 때문에 원하는 사양에 해당하는지 확인할 필요가 있습니다.
아래의 센서는 PCB라는 회사의 ICP(IEPE) 타입 가속도 센서 393B05입니다.
2. DAQ 장치
DAQ 장치의 DAQ는 Data Acquisition의 줄임말로 데이터를 수집하는 장치를 말합니다. 진동 센서뿐만 아니라 소음을 측정하는 마이크로폰이나 경사계, 온도계 등 다양한 센서의 데이터를 DAQ 장치로 수집할 수 있습니다.
DAQ 장치는 Brüel & Kjær나 LMS, NI 등 여러 회사에서 판매하고 있는데, 장치를 판매하는 회사들은 대체로 장치 전용의 분석 프로그램을 함께 제공하고 있습니다. 이 중에 NI(National Instruments)는 자체적으로 LabVIEW, LabWindows/CVI라는 프로그래밍 툴을 제공하고 있으며, 필요하다면 원하는 대로 측정 프로그램을 만들어서 사용할 수 있습니다.
아래의 DAQ 장치는 NI의 제품으로 4채널의 IEPE 기능(20V, 2.1mA)을 지원하는 모델입니다.
3. 분석 프로그램
분석 프로그램은 DAQ 장치를 통해 수집한 센서의 데이터를 처리하는 프로그램으로 FFT, PSD, Octave, Modal 분석 등의 다양한 기능을 가지고 있습니다. 아주 간단하게 진동을 측정하는 경우에는 주로 FFT, FRF, 1/3 Octave 분석과 같은 기능을 사용하며, 좀 더 다양하게 분석을 하는 경우에는 PSD 등의 기능을 활용합니다. Brüel & Kjær는 BK Connect라는 프로그램을 제공하며, LMS는 Test.Lab, Test.Xpress와 같은 프로그램을 제공하고 있습니다.
아래의 스크린샷은 NI의 LabVIEW로 제작한 진동 측정 프로그램입니다.
4. 양면테이프
양면테이프는 진동을 측정하고자 하는 장소에 센서를 고정시키는 역할을 합니다. 다만 주의할 점은 측정 주파수가 수백Hz 정도라면 얇은 양면테이프를 센서에 붙여서 측정해도 상관없지만, 측정 주파수가 1000Hz 이상이면 밀랍(Beeswax)이나 스터드(고정 나사) 등과 같이 더 강력한 고정 방법을 사용해야 합니다. 즉, 측정을 긴 시간에 걸쳐서 해야 하거나 측정 주파수가 높다면 센서를 측정 장소에 아주 강력하게 고정해야 합니다.
아래의 렌더링은 수직 방향 진동전달률을 측정하는 방법을 나타낸 것입니다. 수평 방향을 측정할 때는 센서를 옆으로 눕혀서 좌우 또는 앞뒤 방향을 향하도록 하여 X, Y축을 측정할 수 있습니다. 두 번째 렌더링은 센서 6개를 사용하여 3축의 진동전달률을 한 번에 측정하는 방법으로 센서 2개를 사용할 때 보다 측정 시간이 짧고, 같은 시간대의 X, Y, Z축 데이터를 수집할 수 있다는 장점이 있습니다.
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