샘플링(Sampling rate, frequency, time, number, block size)
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물리적인 신호를 화면상에 표현해주려면 Analogue신호를 Digital화하는 과정을 거친다. 그러나 센서로부터 받은 신호를 계측기에서 구현하는 것도 있고 더 앞서서 센서내부에서 Digital화한 신호를 계측기에 보낼 수도 있다. 모두 AD converter가 어디에 설치되어 있는지의 차이이다. 디지털은 선을 세밀한 점들의 합산으로 표현한다고 할 수도 있으므로 이 점들을 구할 때 데이터의 샘플링(Sampling)이라는 말이 사용된다. 즉, 샘플링을 잘 해야 데이터가 애초의 아날로그처럼 왜곡되지 않게 정확하게 표현할 수 있다는 것이다. Aliasing이 바로 첫번째 주의 사항이다.
데이타Sampling
똑 같은 분해능(Resolution, 진폭의 세밀도)이라도 일정한 시간동안에 샘플링의 수가 적으면 데이터의 재현에 오류가 생긴다. 이 때 전체 총 샘플링시간(Time)은 주파수간 간격(Bandwidth)의 역수이며 샘플시간(Δt)과 샘플수(N, samples, number, block size)의 곱한 값이된다. 또한 샘플시간의 역수는 샘플주파수(Fs)이며 Aliasing오류가 생기지 않게 하기 위해 Nyquist cutoff주파수로 Fs/2.56=Fmax의 주파수를 비로소 화면에 볼 수 있는 것이다. 그리고 Sampling rate란 초당 샘플수를 의미하므로 결국 샘플주파수(Fs)와 같은 말이 된다. 추가로 Line수는 Fmax를 주파수간격(Bw)로 나눈 값을 의미한다.
자주 궁금해 할 수 있는 내용을 정리하여 아래처럼 쉽게 설명할 수 도 있으니 참고하길 바란다.
- 1000Hz까지 보려면 초당 샘플링 개수를 2560개는 할 수 있어야 한다.
- 1000Hz까지 보려면 샘플시간(Δt)이 1/2560초(0.00039초)가 되어야 한다.
- 1000Hz까지 볼 때, 1000line으로 설정하면 주파수간 간격(Bw)이 1Hz가 된다.
- 1000Hz까지 볼 때, 주파수간 간격(Bw)을 더 좁힐수록, 예를 들어 0.1Hz간격으로 하게 되면 취득시간이 1Hz간격보다 10배가 늘어난 10초가 된다. 그리고 같은 조건으로 Line수를 10배 높일수록 측정시간이 10배 길어진다.
- 샘플링요율(sampling rate)은 계측기가 측정할 수 있는 최대 주파수(Fmax)의 2배를 의미한다.
- 일반적으로 진동계측기(FFT Data Acquisition system)는 최대주파수를 더 많이 표현하기 위하여 그리고 anti-Aliasing filter를 필수적으로 사용하였으므로 보통 최대주파수의 2.56배가 아닌 최대주파수의2배로 샘플링주파수를 설정해 놓았다.
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키워드
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Aliasing, 에일리어싱, 샘플링, AD컨버터, 나이키스트, Sampling rate, frequency, time, number, block size
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