진동의 진폭 단위 (진폭을 표현하는 방법-변위, 속도, 가속도, RMS, PEAK)

진동의 진폭 단위 (진폭을 표현하는 방법-변위, 속도, 가속도, RMS, PEAK)

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진동은 어떤 기준위치를 기준으로 교번(반복)하는 운동형태를 말한다. 기준위치란, 예를 들어 축의 중심선이나, 흔들리는 물체의 최고위치와 최저위치의 중간점이라고 할 수 도 있겠다. 또한 진동은 최초의 힘(Force) 또는 지속적인 힘이 있어야만 움직임이 가능하므로 진폭을 표현한다고 하는 것은 힘 또는 힘과 관련된 변수를 표현한다고 해야 맞는 표현이다.  즉, 진동의 진폭은 변위, 속도 그리고 가속도로 표현되며 진동하는 물체 또는 평가를 위한 대상에 따라서 달리 적용해야 한다.

변위, 속도, 가속도

진폭은 변위-속도-가속도의 ‘주단위’에 더하여 ‘부가적인’ 단위로 반드시 당연히 알고 있거나 추가표현을 해주어야 하는데 바로 실효치(RMS)와 최고값(Peak)이다. 일반적으로 진동의 거동을 해당 단위의 실선으로 표기할 때에 최고값으로 진폭을 표현하지 않고 그 실효치(Root Mean Square)로 표현하는 이유는 속도나 가속도의 경우에 그래프의 뽀족한 개념보다 면적개념이 에너지와 관련이 더 깊고 에너지가 힘의 단일 최고치보다 파손에 더 깊은 관련이 있다는 공학적 해석과 성문기준(ISO 등)으로 정해져 있기 때문이다. 물론 이 해석은 동하중(Dynamic Load)일 경우에 해당된다.

변위(Displacement), 속도(Velosity), 가속도(Acceleration)에 대한 특징과 적용분야를 정리하면 다음과 같다.

단위(Units)	변위(Displacement)	속도(Velocity)	가속도(Acceleration)
주요사용단위	µm	mm/s	m/s² ,G
부가표기단위	P-P (peak to peak)	RMS(기계), Peak(구조)	RMS
주요주파수(관찰대역)	100Hz이하 저주파	10~3000Hz	3000Hz~(고주파대역)
주요주파수(센서)	LVDT, Proximity probe ~1000Hz	Seismic, Capacity 10~1000Hz	Accelerometer 0~20,000Hz
적용원리	실제거동표현, 응력 및 힘에 관련(σ=Eε, F=kx)	에너지/피로(Fatigue), 기계진동심각도 (E=1/2mv²)	힘, 결함  (F=ma)
주요적용대상	대형고속기계 축거동감시, 파이프	회전기계진단(ISO), 구조안전, 발파	기계 및 구조진동, 인체반응
기계적용상세	터빈, 배관, 유막베어링	모터, 펌프 및 팬, 전기, 유체	구름베어링, 기어박스

 

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