총진동진폭(진동량, overall진폭)과 총소음도(소음량, dB합, allpass)의 확실한 설명

 총진동진폭(진동량, overall진폭)과 총소음도(소음량, dB합, allpass)의 확실한 설명

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진동과 소음을 각종 기준과 법규정 한계치 등과 비교하여 평가하려면 진동량(Overall진폭)과 소음량(총소음도)를 이해하여야 한다. 환경진동계나 환경소음계로 측정한 결과는 계측기에서 나온 그대로 정치와 비교하면 되지만 이 값들이 어떻게 산출되었는지를 알고 싶을 때가 있다. 특히 주파수별로 진폭이 다르게 측정될 것이고 각 종 가중함수들이 주파수별로 달리 적용되는데 어떻게 이렇게 하나의 값으로 표기할 수 있을까? 진동에서 단위(변위, 속도, 가속도, dB)와 부단위(P-P, 0-P, rms)를 선택할 수 있고 소음에서도 dB로 단위가 나오는데 이 것을 어떻게 해야 하는지.. 이러한 질문들엥 대한 것, 이러한 과정 중에서 혼동을 갖는 Overall의 산출방법과 dB의 합산에 대해서 설명한다.

진동량, 총진폭합, 총소음도로 사용되는 Overall과 dB합 또는 Allpass

우선 dB의 합산부터 설명한다. 주파수별로 측정된 dBn값이 있다. 그 값은 진동가속도레벨(VAL, 진동가속도차이를 환산한)일 수도 있고 진동레벨(VL, 주파수별 가중도가 적용된)일 수도 있고 음압레벨(SPL, 주파수별 가중도가 적용된), 음향파워레벨(PWL)일 수도 있다. 이 값은 주파수별로 각각 계산되므로 하나의 값으로 합산해야만 법규정 값과 비교할 수 있다. 이 것을 총진폭합(dB합, all pass, 총소음도, 총진동합 등)이라고 한다. 이 때 dB값의 합산은 대수합으로 해야 하므로 dB를 log로 다시 풀어서 합산한다. 이 것을 dB합산방법이라고 한다. dB로 결과가 나왔다면 이 방법을 사용해야 한다.

 

키워드	Overall, 오버롤, db, dB(V), 진동량, allpass, 진동측정

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진동평가를 위한 측정 및 방법 두가지

 진동평가를 위한 측정 및 방법 두가지

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어떠한 대상(시험체, 기계 구조, 건물 등)의 진동을 측정하여 그 크기를 정량화하여 평가하려고 할 때 평가단위와 진동센서의 출력단위가 같지 않아서 어려움을 갖는 질문을 받는다. 예를 들어 평가를 하기 위해 기계의 제조사건설사를 통해 제공받은 관리 메뉴얼에 따르면 변위로 평가하라고 되어 있는데 현재 측정하고 있는 계측센서가 가속도센서일 경우 변위로 변환(단순히 두 번 적분)하여 구할 수 있는 것인지에 대한 내용이다. 어떻게 해야 맞는 것인가?

진동단위변환과 측정용 센서 그리고 평가단위

우선, 가장 좋은 방법은 본래 물리량의 단위로 비례하여 출력하는 센서를 사용하여 나온 값으로 평가하는 것이다. 이 것은 가속도센서로 G나 m/s²을 기본으로 평가하는 대상인 인체환경진동, 지진정밀기계류에는 센서출력값의 단위를 그대로 사용하거나 그 단위를 기본으로 추가 변환식에서 산출된 값을 사용한다.  또한 변위센서로 측정해야 하는 축변위 거동감시 대형회전기계류, 파이프대형구조물 등은 변위단위로 평가하는 것 등을 예로 들 수 있다.

그런데 가장 많은 기계류 평가단위로 사용되고 있는 ‘속도인 경우 속도센서라 일반적이지 않고 가지고 있더라도 제한적(고가격, 사용주파수한계, 크기제한)이므로 가속도센서를 사용하여 적분하여 속도단위로 평가하는 것이 일반적이다. 특히 여기에는 주파수관련 이론사항에 대하여 중요하게 생각해야 한다. 가속도는 고주파 영역에서 더 잘 관찰되고 변위는 저주파영역이 더 크게 보인다. 따라서 구름베어링, 기어가 주요 관찰해야 하는 부품인 경우, 가속도로 측정하는 것이 옳고 좋다. 반면에 오일거동, 축의 저주파진동은 상대적으로 저주파이므로 또한 대체로 슬리브베어링을 사용하는 변위센서가 좋은 것이다. 이러한 질문이 많다. 구름베어링을 사용하는 펌프의 제조사에서 제공받은 진동체크 메뉴얼에 변위(µm, p-p)로 평가하게 되어 있다면 가속도센서로 측정된 결과값을 두 번 적분하여 변위로 평가하면 되는가?에 대한 것이다. 이 것은 이렇게 답변한다. 제조사의 진동체크 방식이 국제진동평가방식이 정립되기 매우 오래 전에 작성된 방식, 슬리브베어링을 사용하는 베어링도 혼용하여 평가하고 있다는 것은 명확한 잘못인 것이다. 실험실처럼 단일파형이 나타나지 않는 현장에서 두 번 적분하면 실제 변위와의 오차가 심해서 당연히 정확하지 않은 것이므로 rms속도로 평가하는 방식이 국제적이고 가장 일반적인 것이다.

키워드	진동기준, ISO, 진동평가, 가속도, 변위, 적분, 진동량, overall

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Filtered & UnFiltered (계측기의 종류와 진동평가)

 Filtered & UnFiltered (계측기의 종류와 진동평가)

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진동계를 이용하여 기계의 진동을 평가하는 방법으로 보통 계측기의 단위를 설정하고 측정하여 계측기 액정화면에 나타나는 값을 일고 난 후, ISO나 API등의 기준과 비교하여 그 상태를 평가한다. 그런데 계측기의 종류에 대하여 전제한 조건인 ‘Filtered’ 계측기는 무엇인가를 묻는 경우가 있다. 설비의 진동을 측정할 경우, 허용진동기준을 언급한 각종 플랜트 시방에 따르면 가끔 이 용어에 따라서 기준을 달리 할 수 있음을 보여주고 있으므로 사용하고 있는 계측기를 확인할 수 있어야 평가할 수 있다.

 

Filtered 계측기-측정 주파수가 한정된 계측기

시방서에 있는 설명의 내용으로 다음과 같은 설명서가 적혀있다. ‘Shaft vibrations are judged on the basis of the unfiltered peak to peak shaft displacement S(p-p) measured on the major orbit axis relative to the bearing housing’ 이 것을 해석하면 이렇다.  ‘축진동은 베어링의 하우징에 대하여 그 상대적으로 주요 궤도(Orbit)의 축에서 측정된 ‘Unfiltered Peak to Peak’ 축변위량으로 평가하도록 규정되어 있다’ 전문가가 아니기 때문에 설명서 치고는 쉽지 않은 말로 이해 될 것이다.

여기서 ‘unfiltered’란 측정구역에 사용된 모든 주파수를 포함한 진동량(Overall Amplitude)을 의미한다. 특히 ISO나 API등에서 측정하는 주파수를 정해 놓은 경우가 있는데 이 때 ‘Filtered’라는 용어를 사용하므로 이에 비교되는 말이다. 위에서 설명하고 있는 ‘Unfiltered Peak to Peak’ 축변위량으로 ISO에서는 진폭으로, API에서는 베어링의 클리어런스와 비교하여 평가하는 방법을 사용하기도 한다.  그런데 여기서 내가 가지고 있는 계측기는 그러면 filtered냐 Unfiltered인가?를 가장 알고 싶어하는 의문이다. 그래서 이를 간단히 정리하면 다음과 같다.

 

Filtered	주파수를 한정한 진동계측기 예) 10~1000Hz 한정.	예) 진동스펙트럼분석기 Overall값, 최근 디지털 진동계, 저가격 주파수 한정제품,
UnFiltered	주파수를 한정하지 않은 계측기 예) 주파수 설정방법이 없음	예) 저가격 아날로그 진동계, Bently GE 시간파형 P-P Overall(True peak)                 bisope

가장 쉬운 구별법은 계측기에서 주파수를 설정할 수 있으면 ‘Filtered’계측기로 보면 된다. 그 때에는 해당기준에 맞춰 값을 읽어서 평가하면 되는 것이다. 여기서 오해하지 말아야 할 점은 이 Filtered 계측기가 과거에는 고가의 계측기였는데 이제는 저가의 계측기도 가능하다는 점이다.

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키워드	진동기준, ANSI, API, ISO, filtered, 주파수 필터링, 진동량

 

진동량과 소음량 (Overall과 dB합)

 진동량과 소음량 (Overall과 dB합)

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진동과 소음을 각종 기준과 법규정 한계치 등으로 평가하려면 진동량(Overall)과 소음량(총소음도)를 이해하여야 한다. 환경진동계나 환경소음계로 측정한 결과는 계측기에서 나온 그대로 규정치와 비교하면 되지만 이 값들이 어떻게 산출되었는지를 알고 싶을 때가 있다. 특히 주파수별로 진폭이 다르게 측정될 것이고 각 종 가중함수들이 주파수별로 달리 적용되는데 어떻게 이렇게 하나의 값으로 표기할 수 있을까? 진동에서 단위(변위, 속도, 가속도, dB)와 부단위(P-P, 0-P, rms)를 선택할 수 있고 소음에서도 dB로 단위가 나오는데 이 것을 어떻게 해야 하는지.. 이러한 과정 중에서 혼동을 갖는 Overall의 산출방법과 dB의 합산에 대해서 설명한다.

진동량, 총진폭합, 총소음도로 사용되는 Overall과 dB합 또는 Allpass

우선 dB의 합산부터 설명한다. 주파수별로 측정된 dBn값이 있다. 그 값은 진동가속도레벨(VAL, 진동가속도차이를 환산한)일 수도 있고 진동레벨(VL, 주파수별 가중도가 적용된)일 수도 있고 음압레벨(SPL, 주파수별 가중도가 적용된), 음향파워레벨(PWL)일 수도 있다. 이 값은 주파수별로 각각 계산되므로 하나의 값으로 합산해야만 법규정 값과 비교할 수 있다. 이 것을 총진폭합(dB합, all pass, 총소음도, 총진동합 등)이라고 한다. 이 때 dB값의 합산은 대수합으로 해야 하므로 dB를 log로 다시 풀어서 합산한다. 이 것을 dB합산방법이라고 한다. dB로 결과가 나왔다면 이 방법을 사용해야 한다.

 

한편, Overall을 구하는 방법은 dB값의 합산과 다르다. 각 주파수별로 측정된 진폭(An)의 단위(변위, 속도, 가속도)와 부단위(P-P, 0-P, rms)가 있고 각 진폭을 파워(Power) 합산해야 한다. 이 값은 전체 진폭의 목적이 물리적으로 소산되는 ‘에너지’와 ‘파워’의 양을 평가한다는데 많은 부분이 내재되어 있다.

과거의 진폭은 모두 dB로 표시한 적이 있으나 최근의 진폭의 결과는 소음은 dB로 평가하더라도 진동은 각 기본 물리량(변위, 속도, 가속도)으로 직접 표현하는 것이 일반적이다. 다만, 법규에 진동을 dB로 평가하는 부분이 있어서 이 때만 dB합산 방법을 참고하면 되겠다.

 

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키워드	Overall, 오버롤, db, dB(V), 진동량, allpass