가속도센서5 (센서의 Frequency range, 주파수응답 정확성 구역)
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센서를 선택함에 있어 중요한 순위를 따진다면 단연 감도(Sensitivity)와 Frequency range일 것이다. 하나의 센서가 모든 진폭을 측정할 수 있다면 좋겠지만 감도에 따라 다르기 때문에 절대로 그렇게 할 수 가 없다. 또한 모든 센서가 모든 주파수를 측정한다면 센서를 선택해야 할 이유도 없다. 여기에는 진동센서 종류별, 더 세분화해서 각 진동 가속도센서 종류별로 고유하게 측정이 정확한 구역의 주파수 구간이 있기 때문이다. 이 것이 Frequency range이다.
Frequency range (주파수 감도 편차, 주파수응답 정확성 구역)
가속도센서는 측정 가능한 주파수의 범위(예: 0.5 ~ 10kHz)를 표기하는데 이 범위의 정의는 사용자에 따라 약간씩 달라서 측정이 정확한 구역의 최고, 최소 주파수 범위를 선택할 수 있다.
Frequency range는 센서가 제대로 맞는 신호를 출력해 줄 수 있는 신뢰가 있는 구역을 의미하며 센서의 비선형성(Non-linearity)과는 의미가 약간 다르다. 그러나 이 신뢰있는 구역을 선형구간이라고 표현할 수는 있겠다.
주파수 구역과 오류진폭의 기준을 살펴보면 오류로 판단할 수 있는 진폭의 변화율을 예) ±3dB, ±5%, ±10% 등으로 선택하고 이때 해당되는 주파수를 선형구역으로 판단하는 것이다. 다시 말하면 전체 값들 중에 ±5%, ±10%이상의 오류값을 나타내는 구역을 설명하거나, ±3dB 로 표현하는 기준값대비 √2배 변화값이 되는 구역(±3dB=20log√2, -29%, + 41%)은 선형구간이 아닌 즉, 결과가 저주파와 고주파에서 그만큼 부정확한, 이 구역의 한계에 해당하는 주파수 구역인 예)2Hz~20,000Hz이외에는 사용하지 말라는 의미이다. 이 것은 센서의 감도가 흔들리는 양(%)을 의미하기도 하는데 한 예로 100mV/g 의 감도인 센서가 ±5%의 tolerance를 갖고 있다면 이 센서의 실제 감도는 95mV/g에서 105mV/g 사이의 감도를 갖는다.
선택의 문제로서 ±3dB보다는 ±10%가 더 정확한 선형구간이며 ±5%는 더 엄격한 결과를 정의한다고 할 수 있다. 보통 ±3dB의 센서 주파수 진폭응답 선형성을 선택한다. 그리고 센서별 주파수 반응 그래프를 잘 살펴보면 고주파의 한계를 결정하는 것은 ‘Resonant(공진)’으로서 사용한계가 센서 자체의 고유주파수구역의 근접여부에 달려있음을 알 수 있다. 반면에 저주파의 한계는 센서 소자의 반응능력과 관련되어 있는 것과 마찬가지로 고유한 값에 기인한다.
진동센서의 Frequency range에 관한 사용 예를 정리하면 다음과 같다.
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Vibration Transducer
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변위(Displacement)
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속도(Velocity)
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가속도(Acceleration)
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Frequency range(선형구간)
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DC~AC(0~1000Hz)
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AC(10~1000Hz)
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AC(0.1~100,000Hz까지 다양함)
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비고
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Proximity probe sensor manual에는 0Hz~10kHz(-3dB)로 표기.
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센서의 크기가 크고 전원이 필요가 없으나 고유주파수가 10Hz이하로 사용하기 곤란
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대부분 ICP타입을 사용하며 내충격이 좋은 편이고 다양한 크기, 형태로 사용가능.
DC측정가능(MEMS)
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