진동과 초음파(정의 및 용도)
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진동과 소음은 매질인 고체와 공기를 비교하는 것으로 쉽게 구분할 수 있지만 진동과 초음파는 매질의 차이가 아니므로 주파수라는 개념을 알고 있어야 한다. 진동의 실용적 활용 주파수는 0~20,000Hz정도이며 소음은 16~8,000Hz인 반면에 초음파는 2kHz~100kHz를 의미한다. 물론 그 이상은 전파(MHz)영역이다. 설비진단에 초음파가 사용되기 시작한 것은 아무래도 사람이 들을 수 없는 음 또는 음향진동에서 기계의 상태에 관한 정보(신호)를 포함하고 있을 것이라는 추측에서 시작했을 것이다. 그래서 초음파는 공기음(Airborne), 고체음(Structure borne)을 모두 포함하는 영역이다.
초음파의 설비진단에의 적용
초음파는 가청주파수(20Hz~20kHz)를 상위하는 파동(종파)으로서 투과성질이 있고 에너지를 집적할 수 있는 장점이 있다. 사용처는 무궁무진하며 자동차 후방감지기에서부터 시작하여 가장 많이 사용되는 곳은 아무래도 의학과 군사용으로 말할 수 있다. 우리 산업용에 사용되는 예도 많아서, 수위감지기나, 비파괴검사로 아주 많이 사용되고 있다. 기계진단용으로 사용되는 초음파는 고체나 기체의 마찰에 의해서 발생되는 파동을 수동적으로 계측하여 분석하여 기계(설비)의 결함상태를 파악하는 것이다.
영역구분
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진동 및 기타
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초음파
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이론
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FFT spectrum분석, wave분석, 공간분석, MCSA(전류분석) 등의 패턴 분석학문수준
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측정한 자료를 가청영역으로 변환하여 귀나 시각적으로 듣고 판단하거나, Level(uV)을 측정하여 비교한다.
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측정방법
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측정오차에 매우 염려하며, 공진에 대한 고려, 여러 방향에서 측정하여 방향성을 고려한다.
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한 곳을 수직으로 접촉 측정하나, 음향센서로 근접, 비접촉 측정할 수도 있다.
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기계의 속도
(주파수대역)
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고속에 적용, 초고속 및 초저속의 기계는 별도의 기법 활용, 측정어려움
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저속, 고속의 음향진동특성을 비교적 쉽게 관찰가능.
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판단기준
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보통주파수영역에 도달한 상태로 기계의 상태판단(30Hz~30kHz),
ISO(10816, 7919,2631) 등 절대적인 기준과 상대적인 기준
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결함의 초기발견(40kHz), 누설(70kHz), 전기(300kHz) 등 제조사 별로 특징과 사양이 다름.
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투자비 회수율
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고가의 투자, 장기적인 효과 예상
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Assembly detector구성, 즉각적인 설비상태판단.
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Leakage
(공기,전기)
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전문장비 추가로 가능, 다른 설비와 상호비교하여 판단.
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누설의 위치와 양, 코로나 방전상태 등을 즉각 판단.
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해석측면
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장기적인 설비의 상태를 예상하는 근거(고유주파수, 결함이력 등)
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즉각적인 상태 및 변화상태를 감지하는 현상의 조치.
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위의 비교는 인체의 진단과 비교하면 청진기(진동)과 초음파촬영으로 비교할 수 있다. 중요한 점은 “직접 듣거나 보고 판단한다.”는 점이다.
관련 Tag
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초음파, Ultrasonic
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