VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 8월 2016

2016년 8월 27일 토요일

계측편람- 초소형 데이터 저장장치, 진동온도압력(데이터 기록 및 저장용) -MIDE slam stick Data logger

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FFT (Fast fourier transform)-파형분리

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최초의 진동은 중국에서 측정하였지만 대부분의 진동이론과 진동의 응용은 서유럽에서 시작되었고 현재의 진동관련 산업은 미국이 가장 보편적인 중심이다. 따라서 공용단어를 번역하는 것도 가지각색이다. 소음진동분야에서 예를 들면 옥타브와 주파수분석이 다른 말인 것으로 알고 있는 것, FFT란 단어는 가장 많이 사용되는 진동단어이지만 주파수분석으로 이해하고 있는 것 등이다. 이미 상식인데 되돌리기 어렵기도 하다.

FFT(고속푸리에 변환)

FFT는 푸리에란 과학자가 개발한 변환식을 간편화한 재개발 변환식이다. 그 변환식은 어떠한 복잡한 주기파형도 조화파(정현파)의 합으로 표현할 수 있다. 이 것을 표현할 때 이것이 스펙트럼을 의미하는 것은 아닌 것에 주의하는 것이 좋다. 즉, 분리된 조화파를 초당 반복수를 나타내는 그래프에 나타낸 것을 스펙트럼이라고 할 뿐이다. 물론, 스펙트럼이 분리된 주파수를 확인하기 매우 편리하여 설비진단 및 주파수분석분야에 활용되지만 다시 말해서 스펙트럼이 FFT는 아니라는 것은 말뜻으로 구분할 수 있어야 한다. 그래서 필자는’ FFT를 ‘파형분리식’, ‘FFT계측기를 파형분리기’로 호명하는 것이 좋다고 생각한다.

고속(Fast)푸리에(Fourier) 변환(Transform)이란? 단순히 푸리에 변환을 이산화하여 계산을 수행하는 이산푸리에 변환의 계산에 있어 삼각함수의 주기성을 이용하여 계산속도의 효율을 높이는 알고리즘이다. 즉, 무한 계산을 모두 수행하지 않고 동일한 값을 생략하는 기법으로 계산량을 줄인 것이다. 1962년Cooley, Tukey가 제안하였으며 현재의 분석기의 출현을 가능하게 한 방법이다.

따라서 FFT analyzer란 시간신호를 입력 받아서 고속푸리에 변환을 행하여 주파수 분석을 함으로써 신호의 특성을 파악하는 장비를 통칭하는 용어이다. 일반적으로 신호분석기(Signal analyzer), 스펙트럼분석기(Spectrum analyzer) 등과 혼용하여 사용된다.

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2016년 8월 20일 토요일

설비진단 진동평가기준 1 (ISO10816)

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소음과 진동으로 인해 사람이 고통 받으면 그 한계를 법적으로 구분하여 사람을 보호한다. 또한 대부분의 진동은 지진 또는 기계에 의해 발생하므로, 우선 인간을 위한 기준으로 모든 것을 판단한다. 하지만, 설비진단은 사람이 아닌 기계가 중심이다. 즉, 기계가 얼마나 고통을 받는지, 기계가 얼마나 수명을 유지할 수 있는지를 판단할 만한 기준이 있어야 했다.

평가기준(회전기계) ISO10816-3 산업용기계

진동의 측면에서 살펴보면 크게 두 가지 기준이 있는데 하나는 비접촉 변위진동센서를 이용하여 기계의 축의 변위(Peak to Peak, ㎛)를 관찰하는 것과 다른 하나는 가속도 센서를 이용하여 진동속도(rms, mm/s)의 값을 측정하는 것이다. 이 중에서 가속도 센서를 이용하여 측정하는 방법은 베어링 케이싱에 접촉형센서(가속도센서)를 부착하고 진동계에서 값을 읽는 방법으로 가장 많이 사용되고 있는 손쉬운 기계상태평가방법이다. 하지만, 어느 부분이 어떻게 이상이 있는지는 알기 위해서는 진동부분에서도 ‘스펙트럼분석’, ‘공진분석’, ‘Time wave분석’, ‘Trend분석’, 등을 이해하여야 한다. 1970년 전부터 사용되던 진동평가기준은 회전수에 따라 얼마만큼의 진폭을 나타내는가(Blake chart, Rathbone chart 1939년, VDI2056 1964년)에 따라 상태를 등급화 했지만, 1989년에 개정된 ISO10816(아래표)에는 ISO2372의 기준을 포함하여 기계의 크기(동력), 종류와 지지형식에 따른 진폭으로 세분화한 것이 특징이다. 하지만, 이것도 절대적 표준은 아니며, 법적인 기준도 전혀 없으므로 각 설비의 상태에 적합한 기준은 제조사 매뉴얼을 가장 많이 참조하며 제조산업의 위험도 및 수준 또는 경험에 의한 MTBF(고장빈도율) 수명판단 등에 따라 각기 달리 정하는 바가 좋을 것이다.

지지형식	상태	진폭 (mm/s, rms)
지지형식	상태	그룹1, 3	그룹2,4
강지지	A/B의 경계값	2.3	1.4
	B/C의 경계값	4.5	2.8
	C/D 의 경계값	7.1	4.5
유연지지	A/B의 경계값	3.5	2.3
	B/C의 경계값	7.1	4.5
	C/D 의 경계값	11	7.1

강지지; 1차고유진동수가 회전수>25%인 경우.

A:양호, B:장시간운전가능, C:보수필요(제한적 운전허용), D:사용불가

그룹1: 대형기계(300kW~50MW), 전기기계(축높이 H=315mm이상)

그룹2: 중형기계(15~300kW), 전기기계(160<H<315mm)

그룹3: 원심,혼류 또는 축류펌프(15kW이상, 분리된 구동장치)

그룹4: 원심,혼류 또는 축류펌프(15kW 이상, 통합된 구동장치)

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2016년 8월 8일 월요일

FFT 진동계측기 사용시 기본용어 및 상식

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서로 사용하는 용어가 같지 않으면 전혀 다른 이해와 결과가 나올 수 있다. 그런데 실제로 계측기 제조사들은 국가도 다르고 기술범위도 약간씩 차이가 있어서 용어를 달리 사용하는 경우가 많다. 즉, 많은 자료나 많은 종류의 계측기를 사용해본 후에야 용어의 차이를 알게 된다는 것이다. 따라서 간단하게라도 FFT 진동계측기 사용시 측정 관련자들과 서로 공유하고 나누는 대화 중에 기본용어 및 상식을 정리하였다.

기본용어 정리(윈도우, 피크홀드, 트리거, 오더, 리키지)

용어	의미
Leakage	누설, 신호를 Block size로 취득할 때, Block의 시작과 끝점이 일치하지 않아서 발생하는 오류결과(스펙트럼 상 진폭과 주파수에 오류 및 부신호 발생)
Window	Leakage오류를 최소화하기 위해 가상신호(윈도우함수)를 곱해서 Block의 시작과 끝점을 기준점(0)으로 수렴하게 하는 함수
Averaging	신호를 여러 번 취득하고 평균하는 방법, 산술평균, 지수평균 등이 있다. 불규칙신호 측정시 노이즈제거 등에 사용된다 이 종류 중에 Synchronous Averaging은 차수만 평균하는 것을 의미한다.)
Overlap	신호평균 처리시 수집한 신호의 일부를 중복 처리하여 생략하는 방법, 0%~50% 가 일반적이고 75%이상이면 오류신호가 발생할 가능성이 증가, 총 신호수집시간이 빨라짐.
Trigger	신호를 수집하도록 하는 시점 또는 종점의 시작을 알리는 기능. Level, Time, Delay 등 조정하여 신호 평균 처리시 자주 사용함.
전달함수	2개의 신호의 비를 취한 것으로 입력/출력 신호간의 상대진폭과 상대위상을 알 수 있다. 예를 들어 속도/힘은 모빌리티라 하고 힘/속도는 임피던스라고 한다. 주파수응답함수는 전달함수의 일종으로서 주파수로 출력되는 힘과 진폭의 비를 말한다.
Order tracking	회전수가 변동할 때 그 회전수 성분 차수만 추적하여 그 해당 진동특성(크기, 주파수)를 그리는 방법.
EU	Engineering unit, 물리단위로 전압출력신호(0~5V) 또는 전류출력신호(4~20mA)를 해당 공학물리단위로 표기할 때 사용할 수 있는 임의 유닛(변위, 가속도, 힘, 압력 등
Aliasing	신호의 취득, 즉 샘플링이 Nyquist 한계주파수(Fs/2)에 미치지 않을 경우, 오류신호가 표기되는 오류, 일반적인 계측기는 이를 이미 Anti-Aliasing filter(Low pass filter)처리 하였음.

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