변위라는 용어들

변위라는 용어들

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진동의 기본 주단위인 변위(Displacement)는 측정이 조금 까다롭기는 해도(접촉형은 설치와 고주파 측정이 어렵고 레이져는 매우 고가격) 속도진동이나 가속도진동과 달리 물리적으로 직감하여 얼마만큼의 양인지를 파악하기 쉽기 때문에 CAE를 통한 동해석에서는 기본적인 진동의 단위로 활용된다. 그런데 이 변위라는 단위는 처짐, 초기, 정상 등의 수식어로 그 뜻을 달리하는 경우가 있어서 아주 혼동하기 쉽다. 이 변위에 대한 정의를 수식을 기준으로 정리하였다.

‘변위’라는 용어의 정리

질량의 변위, 정적처짐, 초기변위 정상상태(Steady state)의 변위 등을 정리하면 아래의 하나의 변위방정식을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

 

변위방정식 질량의 변위 정적처짐 초기변위 초기속도가 만드는 변위 강제력이 가해진변위 정상상태의 변위, bisope

키워드	변위방정식, 속도방정식, 정상상태, 과도상태, transient, displacement,

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측정원리- 비틀림진동센서-Torsional Vibration-HVR

측정원리- 비틀림진동센서-Torsional Vibration-HVR

ATVS 비틀림 진동센서의 실제측정을 데모한 자료입니다. 반사판의 설치없이 최대 40mm까지 거리를 두고 회전체의 비틀림(Torsional)진동을 측정하여 아날로그 신호로 출력하고 있습니다. 이 센서를 이용해서 토크를 측정할 수도 있고 실제 파워(동력)을 모니터링할 수도 있습니다. 진동을 배우셨다면 관심있는 분들이 아주 많을 것입니다. 재미있습니다.

--à  https://youtu.be/LCpQ3XYXdSk

동영상

Analog Torsional Vibration Sensor (ATVS) On-Site Demonstration

On-Site, demonstration video that shows the signal characteristics of the Analog Torsional Vibration Sensor (ATVS) for differen...

youtu.be

 

 

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진동교육, 진동계측기, TPI, 진동진단, EI, phantom, wiser, acoustic cam, 가진기. 진동측정, RPM센서, 진동계, 토크, 비틀림진동

다음의 용도로 사용

-      연구자, 교육자, 설비진단자격보유자, 전문센터보유사 진동분석가, 온라인모니터링시스템의 이상진단. 예측진단팀, 정비팀, Reliability팀, 진단엔지니어링컨설팅사

-      토크/비틀림 계측, 분석 및 감시 (자동차, 선박조선, Military, 항공, 정유 중화학공장, 철강, 제지, 전력, 가스, 에너지, 중공업, 공작기계, 타이어, 시멘트)

-      중요설비진단 (Engine, Gearbox, Motor, Turbine, Universal joint, Pump, Compressor, Roll, Blower, Generator, Machine tool, Robot)

 특징

-      비접촉식 토크, 비틀림진동 측정센서

-      Sampling ~1kHz 비틀림진동(300Hz max)

-      Encorder belt 1hr이내 영구설치

-      각주파수, 토크, 파워산출, 모니터링시스템

-      정밀벨트 (12g/m, 축반경 설치제한없음)

-      아날로그 전압/전류 출력 (0.1V/m/s)

-      사용환경 -73 ~ 230 ^oC

-      내환경성(먼지, 오일, 수분 IP65)

-      비접촉식 (슬립링, telemetry 불필요)

-      토크/비틀림, 파워, 크랙, 피로파괴 모니터링적용

-      Noise 제거기술 탑재

-      토크불안정 및 비틀림진동 등의 계측이 필요한 연구 및 현장에 즉각적용(대형 축 상태모니터링, 비틀림측정 및 토오크산출연구, 파워산출, 비틀림고유주파수산출)

진동모니터링 측정시 센서의 최적위치선정

상태모니터링 측정시 최적센서의 위치선정

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대상체(기계, 구조물)의 상태를 모니터링 하기 위해서는 최적의 위치에 최적의 센서를 설치하는 것이 가장 중요한 기초사항이 된다. 특히 진동모니터링의 경우에는 주어진 센서의 수가 한정되어 있거나 구조의 특성상 센서를 부착할 위치가 제한적일 때 최적의 센서위치선정은 더욱 중요하게 된다. 이때 중요한 일반적 수준의 선정방법은 부하가 가해질 때 가장 취약한 부분과 민감한 부분 그리고 대표할 수 있는 부분을 구분해내는 것이다.

진동센서위치 최적선정의 이론과 실제

이론적으로 최적센서의 위치선정에 관련된 방법은 다음과 같은 기본적인 원칙이 있다.

첫째, 상태감시의 대상을 모델화하고 잠재적 고장모드를 구성한다.

둘째, 고장모드에 의해 파손예상부분의 강성에 대한 응답민감도를 계산한다.

셋째, 계산된 민감도의 크기를 순서대로 정리하여 큰 순서대로 센서를 위치한다.

넷째, 잠재 고장모드 수가 여러 개인 경우 민감도에 가중도를 부여하여 다시 큰 순서대로 센서를 위치한다.

 

위와 같은 이론적인 방법은 민감도 정보를 이용하는 것으로 고장의 상태를 가장 잘 대변하도록 센서를 배치하는 것이 핵심개념이다. 다른 한편으로 이에 비교하여 실제적으로 최적의 진동센서위치 선정에 사용되는 기준으로 다음의 사항을 정리하였다. 이론과 실무적으로 겸하여 참조가 되기를 바란다.

1.     강성이 높으며 베어링의 진동을 가장 잘 확인할 수 있는 방향이 가능한 위치

2.     안전하게 설치 가능한 위치(케이블간섭, 접촉 및 낙하대비)

3.     가급적 3축센서를 이용하되 베어링 하부에 부착

4.     단축센서로 한정될 경우 수직, 수평, 축 방향 순서로 설치

5.     설비요소별로 1개씩만 설치할 경우 모터, 펌프-팬, 기어 순서

6.     중요한 설비우선원칙이지만 만약 중요도를 구분할 수 없으면 자주 고장이 나거나 가격이 높은 요소순서로 부착

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키워드	진동센서, 가속도센서, 고장모드, 모니터링, 진동측정방향, 진동측정위치

 

진동비젼 사례-DragonVision-EI

진동비젼 사례-DragonVision-EI

인간은 관찰력은 뛰어나지만 눈과 손은 실제로 기계보다 둔감할 경우가 많습니다. 진동현상도 정지된 것처럼 보이지만 실제로 아주 빠르게 움직이고 있습니다. 이 것을 이용한 것이 바로 진동비젼 Dragon Vision™ 입니다.

 

진동비젼의 사례 특별제안

 

진동이 발생하고 있는 기계, 구조, 건물 등을 진동 동영상으로 볼 수 있습니다. 간단한 동영상 촬영만으로도 진동을 볼 수 있습니다. DragonVision기술로 진동을 카메라로 촬영하여 저장하고 화면에 보이는 진동을 분석하고 문제점을 찾을 수 있습니다.

다음의 용도로 사용

-      진동원 거동 및 분석 (자동차, 정유 중화학공장, 제지, 전력, 가스, 에너지, 시멘트, 공작기계, 식품제조, 전자생산, 조립생산, 자동차, 조선 관련 사업체, 로봇, 반도체)

-      진동진단, 설비진단 (Motor, Turbine, Pump, Compressor, Roll, Bearing, Fan, Blower, Generator, Paper, Petrochemical, Machine tool, Ship, Cement, Tire , Robot, Automobile, 건설현장, 학교, 연구소)

 

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진동교육, 진동계측, TPI, 진동진단, 발란싱 EI Digivib MX30, Phantom, Motion Amplification, 진동모니터링, 진동시뮬레이터, ODS, DragonVision

 

 

굽힘진동과 비틀림진동

굽힘진동과 비틀림진동

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기계가 움직이기 위해서는 반드시 원동기가 필요하며 그 종류로는 모터, 터빈, 내연기관이 있다. 모든 회전기계는 축(Shaft)이 반드시 존재하므로 이의 거동에 해당하는 운동과 진동의 모드를 나타낼 수 있는데 종진동, 횡진동, 그리고 비틀림진동이다. 흔히 교육과정에서 확인할 수 있는 진동은 직선(횡)운동으로서 상하로 움직이는 바(bar), 보(beam)나 스프링과 질량으로 나타내는 종진동일 것이다.

 

 

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비틀림진동, 질량관성모멘트, 각가속도, 각고유주파수, Torsional

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Torsional vibration

회전기계는 분당 회전수(RPM)으로 주로 정격속도를 표현한다. 정상적인 회전을 갖는다는 것은 분당 일정하게 토오크(Torque)가 가해진다고 할 수 있지만 사실 토오크는 변동(진동)한다. 이 것이 바로 비틀림 거동이고 축에 매우 많은 이의 수를 가진 기어를 설치하여 회전각도를 측정하는 이유이기도 하다. 축은 고유한 비틀림 모드를 가지고 있으므로 비틀림 고유주파수도 있다. 터빈로터 같은 대형 축일 경우 대체로 이는 Pre 1차 위험속도에서 그 위치를 찾을 수 있다.

비틀림 진동은 굽힘진동처럼 수식으로 표현할 수 있다. 가속도는 각가속도로 굽힘강성은 비틀림강성(Kt), (L:길이, G:전단탄성계수, Ip:단면2차모멘트)으로 표현한다. 또한 고유주파수의 표현으로 질량은 질량관성모멘트(J 또는 I), 강성은 Kt [kgm]를 사용한다. 따라서 일정한 힘이 가해질 때 가속도에 대한 저항의 의미처럼 질량관성모멘트(J)는 일정한 모멘트(토오크, T, M)가 가해질 때 각가속도에 대한 저항의 의미라고 할 수 있다. Solid shaft의 경우, J=1/2mr²으로 단위는 [kgm²]을 사용한다.

빅데이타와 빅시그널의 차이

빅데이타와 빅시그널의 차이

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우리가 사용하는 기본적인 데이터는 상상하기에 볼 수 있는 현실적인 외형을 꼽는다면 엑셀스프레드시트에 나열된 난수표 또는 시간 및 공간 등에 관한 결과들일 것이다 그러나 엑셀은 연산하고 저장하기에 최대한계가 있는 데이터 창고이고 그 보다 많은 수의 데이터 모음을 ‘빅데이터, big data)’라고 하며 그 데이터를 운용하고 계산하는 S/W도 별도로 있다. 그런데 인공지능의 결과물을 위한 연료로 사용되는 빅데이타와 빅시그널은 구분해야한다. 그 차이를 생각해 보았는가?

 

Big data & Big signal

빅데이타는 인구, 교통, 날씨, 경제, 사고, 재난, 역사 등의 자료를 모집한 큰 자료로서 통계적 흐름을 판단하고 최종적으로 결정적인 판단을 할 수 있는 용도로 사용되며 멀리는 인공지능에 요구되는 핵심적인 두뇌학습에 근간이 되는 경험자료로 볼 수도 있다. 그런데 ‘1/n초’단위로 흐르는 시간에 대한 물리량의 데이터(진동, 소음, 온도, 압력, 유량 등)도 빅데이타라고 불러야 할까?

많은 사람들, 심지어 인공지능 관련 과학자들도 잘 구분하기 어려운 것이 이 것이다. 이 물리량의 데이터는 통계적인 결과나 패턴의 흐름을 판단하기 위한 결정적인 자료로 활용하기에는 결과가 너무 순간이며 너무나도 벅찰 만큼 많다. 이 것은 빅데이타가 아닌 빅시그널(Big signal)로 불러야 한다고 생각한다. 우리는 이 빅시그널에서 원하는 결과를 얻을 수 있는 어떤 특징(Featuring)을 찾아야 하는데 그 특징은 어떤 구분자(패턴분석 또는 정량분석을 위한 경계설정, threshold)를 통한 개별적 결과들을 모두 모아서 비로소 저장하면 이 것을 ‘빅데이타’로 부른다. 이 것을 기본으로 탑재된 자동분석을 이용하는 것이 바로 인공지능이라 할 것이다.

즉, 다시 설명하면 인공지능은 빅데이타가 필요하며 빅데이타는 빅시그널을 분석한 결과들이고 빅시그널은 순간적인 디지털 물리량으로 설명하는 것이다. 이 것을 구분하는 이유는 간단하다. 이러한 빅사이즈 시그널은 특징을 분석하거나 구분자가 없으면 직접 빅데이타로 옮기지도 못하고 장기간 저장도 하지 못하며 쓸모가 없는 데이터인 단순한 시그널이기 때문이다.

요리하지 않은 재료는 먹을 수 없다는 것을 예를 들어 비교해 본다.

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PDM, 예지보전, 설비진단, 진동, 기계진단, 인공지능, 기계학습, 딥러닝, 빅데이타, 빅시그널

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HVR 송변전선 상태 모니터링시스템-연구/유지보수 상태모니터링용

HVR 송변전선 상태 모니터링시스템-연구/유지보수 상태모니터링용

 

 

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다음의 용도로 사용

-      연구자, 송변전유지보수, 전력선진단, 엔지니어링컨설팅사

-      전력송전상태 모니터링, 송변전 탑 모니터링, 산불모니터링, Blackout예방.

 

 특징

-      송변전선 상태 모니터링시스템

-      전류, 온도, 진동가속도, 자이로스코프, GPS, 습도

-      장거리 통신(15~20km)

-      실시간 지도표기(구글map연동)

-      클라우드 IoT베이스

-      Warning (High Line Temperature, Excessive Line Sag, Damaged Insulators, Loose Parts (dampers, marker balls, spacers …), Current Leakage/Discharge, Excessive Vibration, Wind Excitation: Galloping, Lightning Strikes, Foreign object, Tree Contact, Ice Accumulation, Hot Splice)

 

-      드론으로 현재의 송변전선에 설치

-      송변전선 부분 선로이상 확인 최적도구

-      Predictive, Reliability, Pinpoint recovery

-      USA