VISOPE-진동소음음향방출분석-진단모니터링-한국CBM: 변위 속도 가속도

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2022년 1월 23일 일요일

18 진동센서와 단위와의 연관성 변위, 속도, 가속도

진동센서와 단위와의 연관성 (변위, 속도, 가속도)

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진동의 단위가 선택되었다면 다음으로는 적절한 센서를 선택해야 한다. 우선 측정하고자 하는 위치에 접촉부착이 가능한지 또는 부착방법이 적절한 지를 확인해야 한다. 만약 고주파(5000Hz이상)일 경우에는 자석식의 부착방법은 적절하지 못하며 축의 거동을 측정하고 싶었다면 접촉식센서는 곤란하다. 또한 속도를 측정하려 했는데 동전식 속도센서를 사용하여 5Hz를 측정한다면 증폭된 오류신호를 얻게 된다. 이러한 이유는 센서를 선택함에 있어 각 센서의 특성이 진폭대역, 주파수대역, 공진대역 등에 따라 다르기 때문이다

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변위, 속도, 가속도 센서의 선택

각 단위별로 출력전압 또는 전류가 비례하므로 단위의 선택은 센서의 선택과 크게 다르지 않다.

설비를 진단하고 상태를 감시하는 용도로 주로 사용되는 센서는 1.슬리브베어링으로 지지된 축(shaft)의 거동을 비접촉으로 직접 측정하는 Eddy current방식의 변위센서(Proximity)와 2.구름베어링으로 축의 진동이 전파되어 베어링하우징 외부에서, 접촉으로 간접 측정하는 가속도센서(Accelerometer) 그리고 3.전원이 필요 없이 작동하는 속도센서(Velocity transducer)가 있다. 그러나 속도센서는 아주 정밀하지만 상하주파수에 고유주파수가 있어서10~1000Hz범위에 한정되는 약점이 있으므로 변위센서와 가속도센서가 많이 사용되는 이유이다.

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2016년 5월 1일 일요일

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

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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 이때 저주파로 변환하면 되는데(진폭은 신뢰할 수 없음, 패턴분석은 가능) 그러한 기능이 없다면 분석에 큰 제한이 있기 마련이다. 따라서 이러한 것을 이해하기 위해서는 변위-속도-가속도간의 그래프 특성을 기계요소의 특성과 반드시 연관시켜서 확인하기 바란다.

변위, 속도, 가속도의 변환

우측의 그래프는 한 곳의 진동을 가속도센서로 측정한 것으로서 단위의 선택에 따라서 그래프를 선택하여 볼 수 있는데 제일 위의 그래프 순서로 변위-속도-가속도의 그래프를 서로 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

수식을 잘 살펴보면 우측의 그림이 이해가 될 것이다. 즉, 위에서 아래로는 미분이, 아래서 위로는 적분으로 변환 계산된다. 미분이 진행될수록 당연히 고주파에서는 가속도 진폭이 커지고 해당 고주파수는 더 크게 잘 표현이 된다. 이 때 고주파에 적합한 분석기계요소는 구름베어링, 기어박스, 모터의 슬롯통과주파수, 압축기 블레이드 통과주파수 등이 있을 것이다. 반면에 적분이 진행할수록 저주파에서는 진폭이 커지고 해당 주파수와 기계결함요소(오일훨, 벨트, 슬리브베어링마찰, 볼 케이지 주파수 등)는 더 크게 잘 표현이 된다.

그러면 진동의 분석은 어떤 그래프로 하여야 하는가? 하나의 포인트로 그렇게 많은 그래프를 보아야 한다면 너무나 많은 분석량 때문에 고민될 것이다. 이 때의 경험적인 규칙은 우선 속도그래프로 보고 일반적인 기준진동스펙트럼 기계패턴과 비교한 후, 정상여부를 판단하고 그 다음에 특별히 기계요소가 고주파를 확인할 필요가 있거나 저주파를 확인해야 할 필요가 있을 경우에 변환하여 해당 그래프를 보는 것이 좋다. 이 것은 속도그래프가 가진 넓은 영역의 객관성과 중간그래프의 의미를 충분히 갖는다고 할 수 있다. 다행스럽게도 ISO의 진동평가도 속도에 우선하므로 속도그래프를 우선하는 것이 좋은 방법일 것이다. 한가지 주의할 점이 있는데 주단위인 변위-속도-가속도의 변환 이외에도 부단위인 P-P, rms간의 변환에도 주의하여 확인해야 한다. 물론 분석 소프트웨어에서 자동으로 계산이 되지만 말이다.

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2015년 12월 14일 월요일

진동센서의 종류와 진동진폭단위의 관련성 (변위, 속도, 가속도)

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변위, 속도, 가속도 센서의 선택

각 단위별로 출력전압 또는 전류가 비례하므로 단위의 선택은 센서의 선택과 크게 다르지 않다.
설비를 진단하고 상태를 감시하는 용도로 주로 사용되는 센서는 슬리브베어링으로 지지된 축(shaft)의 거동을 비접촉으로 직접 측정하는 Eddy current방식의 변위센서(Proximity)와 구름베어링으로 축의 진동이 전파되어 베어링하우징 외부에서, 접촉으로 간접 측정하는 Accelerometer나 그리고 전원이 필요 없이 작동하는 속도센서가 있다. 그러나 속도센서는 아주 정밀하지만 상하주파수에 고유주파수가 있어서10~1000Hz범위에 한정되는 약점이 있으므로 변위센서와 가속도센서가 많이 사용되는 이유이다. 이 것은 센서를 활용하여 진단하거나 모니터링 장비를 제조하는 기업에서 주로 사용한 시스템의 구성요소 중의 하나로서 제조사가 특정한 원리에 맞는 센서를 선택하였으므로 제조사는 이에 대한 공학적 근거도 많이 축적되어 있어야 하고 측정에 대한 신뢰성도 검증이 필요하기 때문에 공학적 수준이 학계보다 상당히 깊은 경우도 많다.

어쨌든 변위센서를 변위센서라고 부르고 가속도센서를 가속도센서라고 부르는 이유는 각 센서별로 각 진폭단위에 비례하는 전기출력을 발생하기 때문이다. 예를들면 가속도센서로 가속도진동을 출력하고 두 번 적분하여 변위로 변환한 값은 정확하지 못한 이유가 있기 때문에 가속도진동은 가속도센서로 측정하는 것이 기본이다.