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센서 측정 How-to 가이드 : 가속도

1. 가속도 측정 개요

진동은 물체가 평형 위치에서 운동을 반복하는 현상을 뜻합니다. 진동하는 기계 시스템의 보편적인 예로는 질량-스프링-감쇠 시스템 (spring-mass-damper system) (그림 1)이 있습니다.

 

그림 1. Spring-Mass-Damper System

 

소리 및 진동은 서로 다른 매체에서의 진동이며, 진동과 마찬가지로 소리를 생성하며, 공기 중 이동하는 음향파는 고체 물질에서 진동을 생성합니다. 두 가지의 배경 이론은 상호 연관되어 있으므로 소리 및 진동을 측정하는 것은 본질적으로 유사합니다.

 

IEPE 센서
소리 및 진동 측정을 위한 일반적 인디케이터에는 가속 및 소리 압력 레벨이 있습니다. 이 같은 인디케이터는 보통 가속도계(충격 및 진동) 및 마이크(소리)와 같은 디바이스를 사용하여 측정됩니다.

가속도 및 압력을 측정하기 위한 여러 센서는 압전(피에조: piezoelectric) 생성 법칙에 기반합니다. 압전(piezoelectric) 효과는 세라믹과 수정 결정에 압력을 가하면 전압이 발생하는 현상입니다. 이 같은 기계적 스트레스는 가속, 변형 및 압력과 같은 힘에 의해 발생됩니다. 마이크의 경우, 음향 압력파는 진동판(diaphragm), 즉 얇은 막을 유발하여 진동하며 스트레스를 압전(piezoelectric) 수정(crystal)으로 보냅니다. 반면 가속도계에는 충격 및 진동에 대한 반응으로 수정에 힘을 직접 가하는 큰 질량 (seismic mass)이 있습니다. 생성된 전압은 수정 내부 스트레스에 비례합니다.

압전(piezoelectric} 센서의 한 종류인 IEPE (integral electronic piezoelectric)은 압전 결정(piezoelectric crystals)에 증폭기를 통합했습니다. 압전 트랜스듀서에서 생성된 전하가 극미하여 센서에서 생성된 전기 신호는 노이즈에 영향 받기 쉽습니다. 따라서 신호를 증폭 및 컨디셔닝하고 출력 임피던스를 줄이기 위해 민감한 전자기기를 사용해야 합니다. 따라서, IEPE는 향상된 노이즈 면역 및 더욱 편리한 패키지를 위해 민감한 전자 기기를 트랜스듀서에 가능한 한 가깝게 통합하는 단계를 구현합니다. 일반적인 IEPE 센서는 외부 전류 소스에서 전원을 공급받으며, 압전 수정의 다양한 부하와 관련된 출력 전압을 변조합니다. IEPE 센서는 센서 여기(전류) 및 신호 출력(전압)을 위해 하나 또는 두 개 와이어를 사용합니다.

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2.   가속도 측정 방법

    • 사용 가능한 NI 장비
      • C Series – 9230, 9232, 9233, 9234
      • PCI(e) – PCI-4461, PCI-4462, PCI-4472, PCI-4472B, PCI-4474
      • PXI(e) – PXIe-4464, PXIe-4463, PXIe-4499, PXIe-4497, PXIe-4492, PXI-4462, PXI-4461, PXI-4498, PXI-4496, PXI-4495
      • USB – USB-4431, USB-4432
    • 결선도

    그림 2. NI 9234를 사용한 결선도

     

    3.   DAQmx 블록 다이어그램 플로우

      그림 3. IEPE-Continuous Input.vi의 블록 다이어그램

       

      4.   관련 링크