60 오더트래킹과Order tracking과 동기화평균Synchronous averaging

오더트래킹과(Order tracking)과 동기화평균(Synchronous averaging)-주파수분석, 진동분석, 제지설비진단, 공작기계진단, 터빈진단 r

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#진동분석가에게 #Order는 ‘주문’이 아니라 #회전기계의 #Turning speed(회전수)을 의미한다.그리고 회전수에 대비해서 어떤, 몇번째? 패턴을 나타내는지에 대한 #스펙트럼 차수분석(Order analysis)도 그렇다. 그런데 ‘Synchronous averaging’라는 용어는 또 무엇인가? 전문가의 입장에서도 Order tracking과는 종종 구분을 하기 어려운 경우도 있어서 이 용어에 대해서도 설명하고자 한다. 동기평균화는 많은 회전체가 동시에 존재하는 제지 및 철강분야 Roll의 분석 등에 사용하는데 불편하게도 속도가 변동한다면 Order tracking도 synchronous averaging과 같이 사용되므로 이 두 용어를 정확히 구분할 수 있어야겠다.

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변동하는 회전수를 추적하거나 원하는 회전수만 관찰하는 것

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회전수가 변동하는 #Variable speed rotating machine의 경우(공작기계, 제지, 철강기계, 발전터빈, 선박축계, 로봇 등)에는 차수분석이 까다롭기 때문에 그 것을 모니터링 하는 것도 어렵다. 이 때에는..............

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키워드	진동, 오더트랙킹, 회전수분석, 동기화분석, 평균화, 회전차수추적

피크홀드와 오버랩(Peak hold & Overlap)

피크홀드와 오버랩(Peak hold & Overlap)

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신호를 측정하거나 측정된 신호를 후처리 할 때 원하는 신호가 포함되게 하려면 다양한 기법들을 사용할 줄 알아야 한다. 신호의 움직임을 멈출 수도 있지만 최고의 값을 멈추게 하여 그 충격량이나 충격스펙트럼을 이용하여 분석하는 경우가 있다. 이 때에는 스펙트럼이나 시간파형에서 피크를 멈추어야(Peak hold) 한다. 또한 신호의 값들은 취득할 때 순간순간 다르지 않고 Noise가 포함되는 경우가 많기 때문에 사용되는 평균화 단계 시, 연산시간을 단축하기 위해서 중폭되는 부분을 재연산하지 않는 과정을 덮어쓰기(Overlapping)이라 하여 정밀 FFT계측기에 반드시 설정 옵션이 있다.

Peak hold & Overlap

피크홀드는 FRF(주파수 응답함수)를 구할 때 자주 사용된다. 가진력의 가진주파수에 반응하는 고유주파수(natural frequency)를 일으키게 하는 Modal test에서 스펙트럼 화면은 보통 정지되어서 최고값을 유지시켜주어야 한다. 그리고 보통 이 값들을 다시 평균화하는 과정을 거친다. 1채널 진동 FFT장비의 경우에 간이시험으로 고유주파수를 알아낼 수도 있는데 이 것은 망치나 나무 등으로 물체를 가격한 상태에서 가속도센서를 통해 측정된 스펙트럼을 확인하는 방법이다. 물론 다양한 노이즈와 공진여부를 확인하는 과정이 강제주파수와의 혼합등, 정확성이 떨어지기는 하지만 간단하게 고유주파수를 추정할 수 있는 방법이다. 이 때에는 반드시 이 peak hold기능을 사용해야 한다. 또한 불규칙적 또는 규칙적으로 변동하는 값의 최대값을 알고 싶을 때(슬리브베어링의 Oil whirl, beat파형시의 스펙트럼 등) 유용하다.

Overlapping을 잘 설정하면 정상신호의 신호 처리시 구간별 신호의 평균 값을 취하여 기대 값을 구할 때 각 구간을 겹쳐서 취하게 되면 최종 평균화 후 연산속도도 빠를 뿐만 아니라 각 구간에 취하여진 창문함수(window)의 영향을 최소화 할 수 있다.  보통 50%를 권장하며 때에 따라 70%도 사용한다. %가 높을수록 window의 영향을 줄일 수 있으나 연산시간의 감축효과는 없어지게 된다.

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관련 Tag

피크홀드, 오버랩, 평균화, 신호처리, 잡음제거, 진동신호, Averaging

동기화 시간 평균(Synchronous time averaging)

동기화 시간 평균(Synchronous time averaging)

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모든 평균화 기법들은 대체로 트리거(trigger)에 의한 이벤트인가? 아닌가?로 구분할 수 있다. 이러한 트리거 이벤트에 의한 평균화를 ‘동기화평균(synchronous averaging)’이라고 한다. 이 경우에 트리거 신호에 따라서 윈도우가 시작되고 그 틀에 맞춰 신호의 취득이 이루어 진다. 트리거 신호와 진동신호간의 위상관계 등을 알아낼 수 있고 tach펄스에 의해서 주파수 그래프에 표시할 수도 있는데 이를 ‘오더트랙킹(order tracking)’이라고 부른다. 이 경우에는 주파수가 변화하더라도 그래프에는 order(차수)와의 관계만 표시되는 특징이 있다.

Synchronous time Averaging(동기화 시간평균)

샘플링요율(sampling rate)은 최대주파수(fmax)에 2.56배를 한 것으로 다시 샘플수는 라인수에 2.56배를 한 것과 같다. 시간 평균화는 주파수도메인에서 수행된다. 잡음과 신호는 모두 평균값으로 평균화된다. 신호가 한 번 약간다르게 변화한다면 주파수에는 ‘skirt’효과로 광대역 주파수군에 편입된다. 아주 비슷한 주파수군 들도 이렇게 포함되어 함께 표현된다. ‘동기화시간평균(synchronous time averaging)’은 트리거에 의해서 주파수도메인이 아닌 time domain에서 수행하는 평균화를 말한다. 이렇게 되면 노이즈의 발생을 편입하는 것이 아니고 원천적으로 비동기화(non-synchronous)성분을 차단한다. 예를들어30Hz tach 펄스로 트리거하여 10배 차수(10X TS)의 진동을 보려한다면 최소 30*2.56*10=768Hz의 샘플링 rate를 설정하여야 한다. 이 경우에 tach펄스에 동기화되지 않은 모든 요소는 ‘0’으로 평균화될 것이다. 이 밖에 샘플링 rate가 tach 펄스에 묶여 있기 때문에 주파수로 변환하더라도 작은 변화의 주파수들이 skirt효과에 편입되는 것 같은 현상이 아예나타나지 않는다.

동기화시간평균은 아주 작은 진폭을 가진 신호나 다양한 회전수들이 함께 나타나는 기어박스, roll머신 등에 유용하게 사용할 수 있다. 특히 특정 주파수만을 관찰하고 싶어서 그 이외의 잡음으로 고려하는 비동기성분을 제거하려 할 때 아주 효과적이다. 응용하여 각 요소들을 분리하여(각 회전수에 다른 tach 펄스) 측정된 결과로 에너지의 분배를 파악할 수 도 있다.

키워드	평균화, 신호처리, 잡음제거, 진동신호, Averaging, synchronous, skirt효과

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Order tracking과 Synchronous averaging(추적과 포커싱의 차이)

Order tracking과 Synchronous averaging(추적과 포커싱의 차이)

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진동분석가에게 Order는 ‘주문’이 아니라 회전기계의 Turning speed(회전수)라는 것이 너무나 익숙하며 당연한 용어이다. 회전수에 대비해서 어떤 패턴을 나타내는지에 대한 스펙트럼 차수분석(Order analysis)도 그렇다. 그런데 ‘Synchronous averaging’이라는 용어가 있다. 이 것은 무엇일까? 전문가의 입장에서도 Order tracking과는 종종 구분을 하기 어려운 경우도 있어서 이 용어에 대해서도 알고 있어야 한다. 동기평균화는 많은 회전체가 동시에 존재하는 제지 및 철강분야 Roll의 분석 등에 사용하는데 불편하게도 속도가 변동한다면 Order tracking도 같이 사용되므로 이 두 용어를 정확히 구분할 수 있어야겠다.

변동 회전수를 추적하는 것과 특정 회전수만 관찰하는 것의 차이

회전수가 변동하는 Variable speed rotating machine의 경우에는 차수분석이 까다롭고 물론 그 것을 모니터링 하는 것도 어렵다. 이 때에는 항상 회전수센서(RPM센서, Tachometer, key phasor 등)가 필요한데 이를 기준으로 회전수가 변동이 되더라도 order(1차 회전수 대비한 차수)를 찾아내야 한다. 이 것을 ‘회전수를 추적한다’라고 한다. 반면에 다양한 회전체가 동시에 근접하여 서로 다른 진동 주파수로 간섭하고 복잡하여 분석이 어려울 때 특정한 회전체의 회전수성분만 찾아서 분석하고 나머지는 평균화시키지 않는 방법을 동기평균화분석이라고 한다.  ‘평균화’라는 용어가 잡음(noise)을 제거하기 위해서라는 개념, 물론 이 것도 회전수센서를 기준으로 계산한다는 개념을 우선 알고 있어야 한다. 다시 이 두 가지를 쉽게 구분할 수 있도록 정리하였다.

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키워드	진동, 오더트랙킹, 회전수분석, 동기화분석, 평균화, 회전차수추적