88 변위센서3 종류와 약점v2

변위센서3 (종류와 약점)

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변위(Displacement)는 기준선을 중심으로 변화한 최대거리를 의미하므로 직관적으로 진동의 최대 진폭을 판단하기 좋고 그 양이 응력의 크기를 표현 대체할 수 있으므로 각종기준에 사용되는 진동의 주단위(변위, 속도, 가속도) 중 하나이다. 특히 구조의 직접적인 처짐과 진동, 파이프의 진동감시, 슬리브베어링을 사용하는 축거동을 ‘상시감시(On line Monitoring)’할 때 많이 사용되고 있다. 그래서 저주파용 가속도센서의 활용이 많은 이유이기도 하다. 이 때 사용되는 센서는 변위를 직접 출력하면 정확하고 평가하기 좋으나 한편, 그 설치와 방향성 그리고 주파수의 한계성 때문에 사용이 제한적일 경우도 많다는 점도 있다.

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변위센서의 다양성과 약점에 대한 이해

변위센서는 매우 정밀하며 직관적이고 결과가 정확하다. 그 장점은 명확하지만 반면에 단점에 대해 알지 못하면 설계나 측정을 위한 선택에 오류를 범할 수 있으므로 대표적인 변위센서의 원리에 따른 종류 그리고 그에 따른 특징(단점)에 대해서 정리하였으니 변위센서의 성능에 대해 의심이 없기를 바란다.

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참고로, 보편적인 사항으로 CAE FEM해석(유한요소해석)시뮬레이션에 적용하는 실측자료는 바로 이 변위센서를 통한 계측값을 이용하는 것이 옳다. 왜냐하면 대부분 구조의 해석에 활용되는 유한요소해석은 결과도 ‘변위’의 값을 요구하는 경우가 대부분인데, 그 측정의 편의성 때문

84 음파는 어떻게 빛이 없는 곳에도 전달되는가 굴절과 회절v2

음파는 어떻게 빛이 없는 곳에도 전달되는가? (굴절과 회절)

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우리는 빛이 그 무엇보다 빠르다고 배웠고 그래서 강력한 에너지를 가지고 있다는 의미를 그끼고 있다. 따라서 빛이 도달하는 곳에는 뜨거운 에너지가 있었다. 그런데 소리가 도달하는 곳은 꼭 그렇지 만은 않았다. 어두운 곳에서도 소리는 들렸다. 막혀있어도 들렸다.

눈에 보이지 않는 곳에도 소리와 빛이 전달된다면, 장애물을 통과했거나, 다른 평면에 2차 반사된 것으로 볼 수 있다고 하자. 그런데 만약 그런 것이 없는 그 뒷면 구석에도 소리를 들을 수 있다면 도대체 이를 어떻게 설명할 수 있을까?

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Huygens–Fresnel principle(호이겐스의 원리)

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파동(Wave)은 빛, 음, 표면파, 지진, 진동 등의 형태로 나타나며, 반사와 굴절, 회절의 특징을 갖는다. 빛은 매질의 진동방향과 파의 전파방향이 다른 횡파이나, 음은 파의 전파방향으로 소밀(밀도가 낮은, 밀도가 높은 매질)의 파동을 갖는 종파이다. 음의 진행방향을 음선(Sound ray)라 지칭하면, 그 수직인 면을 ‘파면’(파동이 전파되어 나갈 때 위상이 같은 점을 모두 이어서 얻어진 면)이라 한다.

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막힌, 좁은, 어두운 그 곳에서 소리가 들릴 수 있는 원리는 호이겐스의 원리로 설명한다. “어느 파면상의 각 점은 다음 파면의 점파원이 되어 구면파가 발생한다. 이들 점파원이 만드는 구면파의 모두에 접하는 포락면이 다음의 파면이 된다.” 호이겐스의 원리를 사용하면 파동의 반사, 굴절, 간섭, 회절현상을 설명할 수 있다.

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구분	굴 절(Refraction)	회 절(Diffraction)
설명	음선이 구부러지는 현상	장애물 뒤의 영역에서도 음이 전파되는 현상
이론	Snell의 법칙 ;매질이 변동할 때 입사각과 투과각이 변동함.	Huygens–Fresnel principle (호이겐스의 원리)
현상	-음속이 낮은 쪽으로 굴절한다. -온도가 낮은 쪽으로 굴절한다. -바람이 불어가는 방향으로 굴절한다.	-파장이 클수록 많이 회절한다. -장애물의 크기가 작을수록(구멍이 작을수록 많이 회절한다

79 옥타브와 FFT분석 octave, spectrum 소음과 진동 주파수분석 수정v2

옥타브와 FFT분석 (octave, spectrum)-소음과 진동 주파수분석-수정

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물리적 현상(진동,소음 등)을 센서를 이용해서 측정하거나, 임의신호발생장치에 의해서 오실로스코프를 이용하면 '시간'의 경과에 따른 파동의 '진폭'을 확인할 수 있다. 이 진폭은 변위, 속도, 가속도의 값으로 표현되며 이와 같은 그래프를 ‘시간파형’ 또는 ‘waveform’이라고 말한다. 이 시간파형은 실질적 현장이라면 이상적인 정현파가 아닌 이상 항상, 복잡하고, 자연스러운 형태를 띄게 되는데, 이 형태를 분석해 보면 많은 파형이 포함되어 있음을 알 수 있다. 그래서 수학자들은 이 복잡한 주기함수들을 단순한 여러 개의 조화함수들로 분해(FT)할 수 있었고, 그 중에서도 다시 규칙적 항들을 생략하여 연산을 빠르게 한 FFT를 고안하였다. 이 것이 FFT이므로 이 것이 결코 '스펙트럼과는 같은 말이 아님'을 이해하여야 한다. 즉, FFT를 통하여 분리된 조화파형들은 스펙트럼(Spectrum)이라고 하는 그래프에 ‘주파수-진폭’으로 바꿔 표현되었을 뿐이라는 것이다.

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FFT, Octave옥타브, Spectrum, bands

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스펙트럼그래프를 이용하면 여러 주파수 성분을 한 눈에 파악할 수 있고 이상 거동상태를 쉽게 파악할 수 있기 때문에 설비진단 및 기타 진동분석에 대단히 많이 활용되고 있다. 이것을 '주파수분석'이라고 한다.

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중간생략--------

​참고로 Y축의 Log는 'dB'이고, X축의 logarithm은 바로 이 'Octave'이므로 이 두 가지가 모두 인간의 둔감력을 가로와 세로로 모두 표현하는 방법인 것이다.

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정리하여 설명하면, '옥타브'는 FFT처리 후, '정비형 필터'를 사용한 주파수-진폭 그래프이다. 반면에 'FFT분석'이란 말은 FFT처리 후, Spectrum 그래프(정폭형, 정비형 모두)로 확인하는 모든 주파수 분석을 의미한다고 할 수 있다.

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