진동 센서 2

 앞서 진동 센서에 관하여 작성했던 글에 이어서 조금 더 써보겠습니다. 아직도 사용하고 있는지 모르겠지만 예전에는 국내의 제진대 업체들이 간단하게 진동을 측정하는 용도로 RION이라는 일본 회사의 센서와 측정기를 주로 사용했습니다. 아래의 그림과 같은 제품인데 PV-83이라는 3축 가속도 센서와 VM-53이라는 측정기로 구성되어 있습니다. 그림의 제품은 후속 제품인 VM-54이며, 가장 최근에 나온 것은 VM-57이고, PV-83E 센서를 사용합니다.

왼쪽부터 RION의 VM-54, PV-83CW 그리고 VM-57, PV-83E

 그림에서 볼 수 있듯이 VM-54의 화면에는 센서의 측정값이 표시되고, 프로그램 카드를 사용하면 FFT 분석 등이 가능합니다. 또는 BNC 커넥터에 케이블을 연결하여 별도의 계측기로 신호를 전달하면 진동 데이터를 기록하거나 주파수 분석을 할 수 있습니다. 가속도 센서인 PV-83은 측정 주파수 범위가 0.5~315Hz로 진동 기준을 측정하기에는 충분하지만 3축 센서이다 보니 감도가 60mV/(m/s²)으로 낮은 편에 속합니다.

 미세진동을 측정하는 경우에는 주로 감도가 높은 센서를 사용하는데, 제일 처음에 사용했던 센서는 PCB의 393B31이라는 가속도 센서입니다. 393B31은 1축 센서이고, ICP(IEPE) 방식의 센서로 감도는 1.02 V/(m/s²) 또는 10V/g이며, 측정 주파수 범위는 5% 오차인 경우 0.1~200Hz 입니다. 비슷한 센서로는 Wilcoxon의 731A, Brüel & Kjær의 Type 8340 등이 있는데, 731A의 외형이나 사양은 393B31과 거의 똑같습니다. 그런데 393B31 가속도계의 단점이 한 가지 있습니다. 그것은 635그램의 무게인데, 진동 전달률을 측정하려면 센서가 최소한 2개 이상 필요하기 때문에 1.3kg 정도의 무게를 감수해야 합니다.

왼쪽부터 PCB의 393B31, Wilcoxon의 731A, B&K의 8340 가속도계

 그래서 PCB의 393B31과 감도가 같으면서 좀 더 가벼운 센서를 찾아 사용하기 시작한 것이 PCB의 393B05 입니다. 측정가능한 주파수 범위는 5% 오차인 경우 0.7~450Hz로 최저 주파수가 약간 높지만 무게가 50그램으로 393B31의 10분의 1 이하입니다. 지금은 국내의 몇몇 업체에서 393B05 센서를 사용하고 있는 것으로 알고 있습니다. 비슷한 센서로는 Wilcoxon의 731-207이 있는데 PCB의 393B05와 외형이나 사양이 거의 동일합니다. 대다수의 1축 가속도 센서는 원통형이라서 수평방향을 측정할 때는 센서를 옆으로 눕혀야 하는데, 일반적으로는 아래와 같은 마운팅 베이스를 사용하며, 마운팅 베이스에 센서를 3개 설치하면 X, Y, Z 3축의 진동을 한 번에 측정할 수 있습니다.

3축 마운팅 베이스

 센서의 감도가 1V/g 또는 10V/g인 센서를 지진(Seismic) 센서라고 하는데, 대체로 수백 Hz까지만 측정이 가능합니다. 그리고 이보다 낮은 100mV/g, 10mV/g의 감도를 가지는 센서는 충격(Shock) 센서라고 하는데, 임팩트 해머와 함께 모달테스트를 하거나 기계의 상태 모니터링 등에 사용하며, 주로 수 kHz까지 측정할 수 있습니다.