48 하모닉과 사이드밴드 진동에서 Harmonics과 Sidebands가 발생하는 이유 진동주파수분석

기계가 진동이 문제가 되어 설비진단에서 진동의 원인을 밝히고자 할 때 진동의 신호분석은 반드시 필요한 과정이다. 센서와 DAQ, FFT(Machinery analyzer, Data collector 등으로 불리우기도 함)를 통해 측정된 신호는 기본적으로 시간파형(Waveform)과 주파수파형(Spectrum)으로 분석하게 되고 이 때 설비의 결함분석을 위한 첫 번째 과정이 있다. 바로 스펙트럼의 주파수 하모닉 성분을 확인하는 절차이다.

Harmonic & Sidebands

하모닉(동기성분, 조화파 스펙트럼, Harmonics)은 설비진단에서 공공으로 명명된 ‘1X’(Order)의 배수의 성분을 말하며 스펙트럼에서 나란히 회전주파수의 간격을 두고 피크로 확인된다. 

즉, 회전주파수(Turning Speed)가 30Hz일 때 60Hz는 2X가 되고 180Hz는 6X가 되는 것이다. 예를 들어 회전하는 축에 부착된 날개의 수가 6개가 있다면 한 번 회전시 6번의 이벤트가 발생하므로 6X의 주파수가 그 회전기계에서 잘 관찰된다. 

하모닉이 발생하는 원인은 .

 

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44 진동의 단위변환과 주파수의 관련성2 변위, 속도, 가속도의 그래프 비교 공학단위

진동의 단위변환과 주파수의 관련성2 (변위, 속도, 가속도의 그래프 비교)-공학단위-수정

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측정된 데이터를 분석하기 위해서는 정확한 측정도 중요하지만 측정된 데이터가 얼마나 많은 정보를 포함하고 있는가의 여부도 중요하다. 만약, 측정된 스펙트럼데이타가 변위그래프로 되어 있을 경우, 기어박스의 분석을 하기 위해서 고주파를 잘 확인할 수 있는 가속도 그래프로 변환할 수 없다면 이 것은 측정은 하였으나 분석을 전혀 할 수 없는 정보일 수 밖에 없다. 또한 가속도센서로 가속도 그래프를 보는 것이 가장 좋은 방법이지만 저주파가 잘 보여야 하는 벨트나 오일유동진동 때문에 변위를 확인하고 싶다면 ....

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변위, 속도, 가속도의 단위 및 스펙트럼 그래프 변환

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우측의 그래프는 한 포인트를 진동가속도센서로 측정한 것으로서 단위의 선택에 따라서 그래프를 선택하여 볼 수 있는데 제일 위의 스펙트럼 그래프 순서로 변위-속도-가속도의 그래프로 변환하였다.

변환의 알고리즘은 시간파형을 각 단위별로 별도로 측정하여 스펙트럼 변환할 수도 있지만 계측기 제조사마다 세부방식은 다를 수 있다. 그러나 대체로 가속도센서에서 출발한 가속도 시간파형을 FFT처리한 다음, 가속도 스펙트럼 그래프로 변환한 후, 각 주파수별로 계산하여 속도 및 변위로 적분해 주는 방법을 취한다. 그 때의 변환식은

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수식을 먼저 살펴보면 위에서 아래로는 적분이, 아래서 위로는 미분으로 변환 계산된다.

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