가속도센서(Acclerometer)가 왜 진동센서(vibration transducer, vibration sensor)인가?

가속도센서가 왜 진동센서인가? (vibration transducer, vibration sensor)

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온도를 측정하려면 온도계를 이용하면 되고 소음을 측정하려면 소음계측기를 구비하면 된다. 물론 그 값이 법적인 인정을 받으려면 환경부 형식승인을 받은 제품을 그 것도 측정자격을 가진 엔지니어가 공식적인 법적인 측정기준에 맞추어 측정한 결과만이 인정받을 수 있기는 하지만 말이다. 한편, 이 소음계에는 센서가 장착되어 있는데 이 것을 ‘Microphone’이라고 하며 대체로 압전방식과 콘덴서 방식을 사용하고 공기의 압력변동을 측정하여 전기신호로 변환하는 기능을 한다. 그런데 생각해 보면 이 마이크로폰의 궁극적 목표는 사람의 소음에 대한 불편함을 계측하는 데에 있지만 반면에 진동의 측정은 사람의 불편함을 측정하기 위한 것은 거의 사용되지 않고 대부분 사람의 안전과 기계의 안전(비용절감, 유지보수)에 그 목적이 있다. 그러면 보편적인 진동계측기의 센서는 무엇일까? 바로 가속도센서 ‘Accelerometer’이다.

가속도센서는 진동측정으로 가장 많이 사용

진동을 측정하려하면 무조건 가속도센서를 사용해야 하는 것은 아니다. 이에 상응하는 변위센서나 속도센서도 있다. 이러한 센서는 진폭의 단위(변위-속도-가속도)때문에 그러한데 진폭은 힘, 에너지, 응력으로 대신 표현할 수 있어야 하며 진폭이 반복해야 진동이므로 이 진폭의 단위에 비례하는 출력값(voltage, Ampair)을 내는 센서를 사용해야 하는 것이다. 대부분의 진동계에 설치된 가속도센서는 결국 이 진동의 단위인 가속도의 진폭을 가장 정확하고 간편하고 저렴하게 측정할 수 있기 때문이라는 것은 짐작이 될 것이다.

가속도센서는 다시 대체로 압전소자(Piezoelectric)로 만들어져 있으며 반복된 진폭이 진동량을 측정하는데 압전소자의 경우에는 항상 받고 있는 압력이므로 중력가속도(g)를 측정할 수는 없다. 즉, 현재의 +와 –를 구분할 수 있을 뿐이다. 그래서 정지된 정압(static)을 측정하려면 다른 형식의 센서(로드셀)을 사용한다. 그런데, 가속도센서는 변동하는 최대압력과 최소압력을(동압, Dynamic) 측정하는데 이 결과를 계측기에 보고하는데 이 때 계측기의 역할은 이에 중간함수(AC커플링)를 사용하여 중간기준선을 중심으로 반복하는 진동신호로 변환한다. 이 변환된 신호가 진동이며 그래서 가속도센서가 진동센서인 것이다. 또 하나, 진동은 힘으로 표현하고 싶은데 ‘F=ma’라는 세상에서 가장 중요한 뉴우튼의 방정식은 잊지 않았을 것이다. 여기에 가속도가 있지 않은가?

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