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진동측정기란?

 일반적으로 진동측정기는 기계적인 진동신호를 전기신호로 변환시켜주는 변환기를 연결하여 가속도(m/s2),속도(m/s),변위(mm)에 따른 측정값을 계산하여 분석하는 장비입니다.  

<SVANTEK 102A 진동측정기> 

 진동은 물체의 위치, 방향, 모양 기타 물리적 양들이 어떤 기준 값 또는 평형 위치 주위에서 시간에 따라 반복해서 변화하는 것입니다. 

진동은 역학적 계 뿐 아니라, 심장, 박동, 악기의 진동, 천문학에서의 변광성의 주기적인 팽창 등 거의 모든 과학 영역에서 일어날 수 있습니다. 진동은 마찰력과 외력의 유무에 따라 조화진동,감쇠진동과 강제진동으로 크게 나누어 볼 수 있습니다.

진동의 심한 정도를 나타내는 특정인 진폭은 다양한 방법으로 정량화 되어 지며, 대표적으로 아래와 같이 표현합니다. 

* Peak-to-peak: 피크-피크 값은 파의 최대 변화를 나타내기에 편리합니다. 따라서 진동의 변위가 중요한 경우 사용됩니다. 

* Peak: 피크값은 짧은 시간에 일어나는 충격 등과 같은 크기를 나타내기에 유용합니다. 그러나 이 값은 단지 최대 값만을 표시 할 뿐이며, 시간에 대한 변화량은 나타내지 않습니다.

* Average: 평균값은 정류된 값으로 파의 시간에 대한 변화량을 표시하지만 어떤 유용한 물리적 양과는 직접 관련이 없기에 실제적으로는 사용범위가 국한 되어 있습니다.

* RMS: RMS(Root mean square) 값은 시간에 대한 변화량을 고려하고, 진동의 파괴적 능력을 나타내는 에너지량과 직접 관련된 진폭을 표시하므로 진동의 크기를 표현하는데 가장 적합합니다. 

< 당사 진동측정 SYSTEM>

위 이미지는 당사의 진동 측정 SYSTEM입니다. 

진동측정기의 측정구성은 

-진동을 발생하는 Vibration Exciter, 

-전원을 공급해주는 Power Amplifier, 

-Sensor의 출력값을 증폭시켜주는 Conditioning Amplifier, 

- 증폭된 출력값을 읽어주는 Digital Multimeter 로 구성되어 있습니다. 

의뢰해주시는 진동측정기를 위 사진처럼 진동을 발생하는 Vibration Exciter에 연결하여 일정량의 진동을 가해 가속도(m/s2),속도(m/s),변위(mm)를 분석하여 측정합니다. 당사는 진동측정기 측정시 정확한 측정과 안정된 데이터를 얻어내고, 혹시라도  발생할 수 있는 오류를 최소화하기 위해 Labview 프로그램을 통한 자동화 측정 방식을 개발하여 측정하고 있습니다. 

<진동측정기 당사 자동화 프로그램>

자동화 측정은 GPIB통신을 이용하여 각 장비에 맞는 명령어를 프로그램화 하여 직접 데이터를 추출합니다. 같은 포인트를 반복하여 측정하고 분석하여 신뢰할 수 있는 값을 얻어냅니다. 이미 수많은 측정과 노하우로 진동측정기의 각 모델별로 다양한 자동화 프로그램을 개발하여 측정에 사용하고 있습니다.  

앞서 말씀드린대로 진동측정기는 가속도(Acceleration), 속도(Velocity), 변위(displacement) 별로 각각 환산된 측정값을 표현하며, 이는 진동을 측정하는데 있어 아주 중요한 세가지 표현방법입니다. 이에 대해 설명 드리자면 다음과 같습니다.  

[가속도(Acceleration)]

가속도란 속도벡터가 단위 시간동안 얼마나 변했는지를 나타내는 벡터량입니다. 단위는 m/s2 를 사용합니다. 예를 들어 나무에서 떨어지는 사과와 같이 지표면 가까이에서 낙하하는 물체는 일정한 크기의 가속도로 속력이 증가합니다. 실제로 중력은 지구 중심과 물체사이의 거리에 따라 크기가 다르므로 중력가속도 또한 거리에 따라 다릅니다. 하지만 지표면 가까이에서는 그 이동거리가 지구반지름에 비해 매우 짧으므로 물체에 작용하는 중력의 크기 변화를 무시할 수 있습니다. 따라서 물체가 낙하하는 가속도의 크기는 약 9.8m/s² 으로 일정하며,이를 중력가속도라 합니다. 

[속도(Velocity)]

단위 시간동안에 이동한 위치 벡터의 변위로서, 물체의 빠르기를 나타내는 벡터량입니다. 물체의 빠르기를 이동한 방향과 함께 나타낸다는 점에서 속력과는 차이가 있습니다.

움직이는 물체의 위치가 변하는 정도를 나타내는 물리량이므로 동안 위치가 변한정도 의 비로 정의할 수 있습니다. 이렇게 정의한 속도를 평균속도라 합니다.

평균속도를 측정하는 시간간격을 짧게하여 0에 접근시킨 극한값을 순간속도라 합니다. 즉, 물체가 갖는 어떠한 순간의 속도를 말합니다. 

[변위(displacement)] 

점 P에 있던 물체가 위치를 바꾸어 점 Q로 옮겼다고 하면 물체의 변위는 벡터 로 나타낼 수 있습니다. 벡터 는 P에서 Q까지의 길이를 나타내는 양입니다.

이동거리는 경로에 따라 달라지지만 변위는 경로와 무관합니다. 예를 들어 직선거리가 2m 인 점 P와 Q가 있을 때, 곡선으로 이어진 길을 따라 P에서 Q로 이동하면 이동거리는 2 m 보다 크게 됩니다. 하지만 변위의 크기는 2 m 입니다. 그리고 P에서 출발하여 직선으로 된 길을 따라 Q에 갔다가 다시 P로 돌아온다면, 이동거리는 4 m 인 반면 변위는 결국 0이 됩니다.  

이렇게 가속도,속도,변위의 관계는 변위 -> 속도 -> 가속도 이며, 진동하는 물체의 진폭값을 이용해 주어진 변위의 값을 t에 대해서만 종속되어서 변하는 속도와 가속도 형태를 감안해 t로 미분해주면 속도, 속도를 다시 미분하면 가속도에 값을 구할 수 있습니다. 

오늘은  간단하게 진동측정기의 측정법 및 중요사항들을  알아보았습니다. 한국캘랩은 수준 높은 측정, 분석  및 오랜경험을 바탕으로 신뢰할 수 있는 값을 고객님들께 전달해 드리고 있습니다. 또한 자동화 측정매뉴얼화로 고객 여러분들의 정확하고 신속한 교정서비스를 제공해드리기 위해 항상 노력하고 있습니다. 진동측정기 교정을 원하신다면, 주저하지 마시고 한국캘랩과 함께 하시기 바랍니다.

이미지 출처

*진동측정기 당사프로그램 – CAL-LAB 프로그램

*변위 그림파일 – CAL-LAB 절차서

*SVANTEK 102A 진동측정기 – SVANTEK 매뉴얼