VISOPE-진동소음변위-진단모니터링-한국CBM

2020년 5월 15일 금요일

HVR 토크센서 비틀림진동센서 파워모니터링시스템-연구/진단 모니터링용

계측편람시리즈30-HVR 토크비틀림진동센서파워모니터링-astint.co.kr

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2020년 5월 8일 금요일

초당 1개로 주파수를 볼 수 있는가?

초당 1개의 데이터취득에서 주파수로 확인이 가능한가?

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주파수로 변환된 데이터그래프를 스펙트럼 그래프라고 한다. 시간에 대한 데이터의 크기가 시간파형이라고 하므로 주파수 스펙트럼 그래프는 주파수에 대한 데이터의 크기가 표시되어야 할 것이다. 많은 정보는 짧은 시간 동안에도 빠르게 변하는 물리적 특성을 분해하면서 취득할 수 있으므로 초당 반복수인 ‘주파수(Frequency)’는 스펙트럼 그래프에 이미 많은 정보로 표시되는 것이다. 이렇게 주파수를 보고 싶다고 이렇게 문의가 있었다. “초당 한 개로 전송하고 있는 진동을 주파수로 볼 수 있으려면 어떻게 하면 되나요?”

주파수를 보기 위한 최소샘플링

주파수는 초당반복수를 의미한다. 초당 반복되는 똑 같은 패턴을 확인할 수 없다면 주파수선도인 스펙트럼을 그릴 수 없다. 따라서, 초당 1개의 데이터를 전송한다면 0.5Hz이상의 주파수로 스펙트럼에 표기할 수 없다.

예를들어 진동을 1초에 한 번 측정하여 전송하는데 그 이상의 빠르기(1초에 2회, 1초에 10회, 1초에 1000회 등)를 측정할 수 없으므로 화면상에도 의미있게 그릴 수 없다. 의미있는 주파수는 초당 반복되는 모든 패턴을 한 화면에 동시에 표기되어있는 스펙트럼을 통해서 읽혀지게 되는데 이 것을 그릴 수 없는 것이다.

이론상으로는 초당 2.56개 이상의 데이터를 취득할 수 있어야만 1Hz이상으로 표기할 수 있다. 따라서 1Hz주파수를 위한 최소샘플링은 2.56회가 된다. 일반적으로 1초에 한 번 데이터를 취득하고 전송하는 수준의 느린 물리량 대상 샘플링(온도, 가스 등)은 주파수 변환이 큰 의미가 없으며 진동, 전류 등 초당 수회~수천회의 샘플링이 필요한 신호만 의미가 있다고 하겠다. 그런데 진동신호를 1초에 한 번 1분에 또는 하루에 한 번 전송할 때도 주파수를 확인할 수가 있는데 이 것은 무엇일까? 이 것은 1초당 수천회의 샘플을 한 후, 수회 또는 수분 등의 데이터 평균을 한 신호를 보내는 경우를 의미한다. 이렇게 하면 주파수 스펙트럼을 결과로 볼 수 있는 것이다. 정확히 말하면 데이터샘플링(초당 샘플수)와 데이터전송주기(초당 샘플데이타전송수)를 구분하면 된다는 것이다.

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키워드	Aliasing, 에일리어싱, 샘플링, AD컨버터, 나이키스트, Sampling rate, frequency, 주파수, block size

진동문제 원인 10대 순위

진동문제의 원인 10대 순위

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기계, 회전기계, 전기기계, 구조, 건물을 모두 통틀어서 진동문제는 작건 크건 간에 피해를 발생시키고 있고 그 원인의 해결은 때로는 불가능할 수도 있는 경우가 많다. 그리고 그 원인을 정확히 알 수 있는 방법은 역시 쉽지 않은 분야이므로 우리는 정확하게 찾아서 올바른 대책을 수립하는 것이 전문가로서의 사명이라 하겠다. 다양한 진동의 원인을 정의하기는 어렵지만 그래도 그 원인을 크게 정리하여 10가지로 요약해 본다.

주요 진동원인 10

진동의 원인 10요약 - bisope

	원인	사례
1	질량불평형	회전하는 모든 기계의 발란싱불량
2	축정렬불량	구동부와 피동부의 연결오류, 커플링연결불량
3	느슨함	조임불량, 크랙 및 균열
4	공진	기계-전기-유체 발생진동과 기계, 구조의 고유주파수와의 만남
5	베어링결함	베어링의 파손에 의한 충격진동과 회전체 구조의 대칭균열, 마모진동
6	유체진동	난류, 선회, cavitation, surge, 맥동
7	전기적진동	전류통로파손, 공극이상, 간헐단락, 전기적 비정상 불량현상에 의한 진동에너지로의 치환
8	기어 등 충격진동	기어간 충격 단조기, 브레이커, 기계적 항타기, 충격동반기계의 충격작업
9	마찰, 마모	빈번한 접촉에 기인한 마모, 충격
10	휨	열적비대칭, 회전비대칭

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키워드	질량불평형, 설비진단기본용어, 1X, 스펙트럼, 진동, 공진, 축정렬불량

2020년 4월 24일 금요일

탄성지지와 강지지 (기계 및 구조를 고정하는 방법)

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기계나 구조의 지지를 하는 방법은 주로 진동과 관련된 이유로 선택되는 경우가 대부분이다. 즉 지진에 의한 위치변경방지, 회전이나 굽힘에 의한 파괴방지, 대상체를 진동으로부터 보호 또는 강한 진동을 차단시키는 등에 관한 이유일 것이다. 그런데 이미 건설 및 엔지니어링설계상에서 대처한 이러한 방법들은 크게 두 가지로 나뉘고 있음을 알 수 있다. 다름아닌 차단이 목적인가 또는 강하게 고정하는 것이 목적인가 하는 것이다.

Flexible(Elastic) & Rigid support

탄성지지는 진동의 차단(Isolation)이 목적인 지지방법으로서 지지로 인한 상부 물체가 가진원이든 또는 진동의 전달을 피해야 하는 피물체이든 간에 차진재료의 적절한 설계로 인해 큰 효과를 볼 수 있다. 이때 차진재료로서 사용되는 고무, 공기, 금속스프링, 스펀지재료(경량기포방식) 등은 이형재질의 배치로 인한 응력파전달저항(임피던스 Mismatching)에 의한 차단원리 이외에도 또 다른 원리는 주요한 지지계의 고유주파수를 변동시켜서 공진을 피하자는 공진회피 방식으로 저동조(Low frequency tuned)의 방식, 즉 가진주파수가 고주파에 배치되도록 계의 고유주파수를 최대한 저주파로 marking하는 설계방법이다 이렇게 두 가지 원리를 이용하여 진동을 보통 20~40dB 가량 차진하게 된다. 가진주파수의 종류에 따라서 금속스프링은 저주파 차단에 우수하며 고무재질은 고주파 차진에 우수하므로 현장에서는 두 가지 원리가 조합된 장치를 많이 사용하며 공기는 고급차단기술에 사용된다. 사실 탄성지지 방법은 다층형 공장, 건물내 기계장치, 시험장치류 등에 주로 사용되는 설계방법으로서 그 결과가 사람의 피해와 많이 결부된다.

반면에 강성지지방법은 탄성지지와는 달리 진동체(회전 및 왕복)를 기초(foundation)에 강하게 지지한 방법으로서 강성을 크게 늘려 주요 가진주파수보다 고주파의 고유진동수를 marking하는 설계방법(고동조, high tuned)이나, 대부분의 대형공장 지층 내 생산설비의 지지방법이다. 이 때에는 진동의 전달이 중요하다기 보다는 진동에 대한 기계의 수명을 관리해야 하는 것이 더 중요한 이슈가 된다.

정리하면 탄성지지와 강지지를 구분하는 정석은 계의 고유주파수보다 1.25배 이상인 곳에 운전주파수(회전주파수, 가진주파수)가 있다면 즉, 가동하려면 반드시 고유주파수를 통과해야하는 시스템은 탄성지지이며 고유주파수가 항상 회전주파수보다 상위 주파수에 있을 경우는 강성지지라한다. 쉽게 설명하자면 스프링이나 고무로 지지되어 있으면 탄성지지, 바닥에 직접체결되어 있으면 강성지지, 또다르게 건물에 설치되어 있으면 탄성지지, 공장(전용공업지역, 발전소 등)에 설치되어있으면 강지지로 구분하면 대체로 맞다.

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키워드	방진, 고유주파수, 공진회피, 진동전달률, 탄성지지, 강지지

2020년 4월 17일 금요일

상호채널 분석기법들 (Cross channel analysis functions)

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1개의 채널을 가지고 진동을 측정하고 분석 및 관리한다는 것은 정확한 진단을 추구하는 분석가에게는 매우 고통스러운 일이다. 2개 이상 또는 몇 십 채널 이상의 동시 진동신호를 받아서 측정하게 되면 채널간의 상호비교 및 다양한 함수의 운용프로그램을 활용할 수 가 있는데 이러한 상호채널간의 분석은 ‘cross’라는 단어를 사용하게 된다. 물론 자신의 시간차(auto)에 대한 것도 사용되지만 우선 대표적인 의미는 ‘동시비교’라는 의미가 크게 작용하고 있다 하겠다.

Cross channel capabilities

더 많은 파워풀한 분석기술들은 동시다채널(multi-channel) 분석기를 통해야 비로소 구현할 수 있는 것들이 많다. 1채널 계측기는 일반적인 기계분석의 문제의 약 70%만을 찾으려할 때 충족할 수 있는 수준이며 나머지는 보다 진보된 기계분석이나 모달분석 등을 위해서는 다채널계측기가 필요하다. 동시다채널이라고 하여 혁신적인 수학적 기본을 다시 배우자거나 가능한 모든 함수를 다 배울 필요는 없다. 하지만 다음의 함수는 반드시 알고 있어야 하는 상호채널분석의 대표적인 것이다.

1. Auto-Correlation(자기상관)

;어느 한 신호의 관련성을 확장하기위해서 시간에 따라 교체되는 본인 자체의 신호와의 연관성을 분석한다. 이 것은 과거의 구식분석기들에서 자주사용되었던 것으로 노이즈에 뭍혀있던 신호에서 주기적인 요소를 검출할 때 사용되었다. 현대의 분석기들에서는 파워스펙트럼(power spectrum)이 이러한 함수보다 더 낫다고 할 수 있다.

2. Cross-Correlation(상호상관)

;어느 한 신호와 다른 신호간의 상호관련성을 파악하는 함수이며 노이즈 속에 있는 현재 신호의 특징을 검출할 수 있을 뿐만 아니라 다른 신호와의 비교성을 결정할 수도 있는 것이다.

3. Cross-Spectrum(상호스펙트럼)

;상호상관함수의 푸리에르 변환으로서 가장 많이 사용되는 용도는 물론 전달함수의 결정적근거를 위한 것이라고 할 수 있다.

이러한 상호채널 함수들은 산업현장에서 진동분석가들에게 가장 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 함수는 모두 평균적이고 또한 그 많은 평균화의 수를 증가시켜서 확신성을 주어야 한다. 신호의 질을 높일 수 있으려면 8~32번 정도의 평균화가 그 결과로 신뢰있게 수행되었다고 할 수 있다.

이때 Correlation(상관함수)가 설명되는데 이는 어떤 신호상의 주기신호를 검출할 때 사용되는 함수이며 즉, 자기신호내에 주기신호를 검출하여 Auto, 두신호(두채널)의 공통신호를추출할 때는 Cross라고 한다. 특히 이 Cross crrelation은 time dalay나 전달경로분석, 그리고 위상을 통한 설비진단 등에 많이 사용된다.

키워드	Cross, AUTO, Spectrum, modal test, correlation, 상관함수

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2020년 4월 10일 금요일

한눈에 사례 8 모터

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사례요약 8-모터

설비진동진단사례를 현상에 따라 한눈에 요약하였다. 체크하면서 패턴을 확인하며 학습할 수 있다.

번호	진단의 문제	현상	비고
1	모터 로터바 파손 수 예측	전원주파수 ±2sidebands 64dB 전류스펙트럼
2	모터 볼 내륜결함	1X와 하모닉, BPFI증가, 내륜은 하중이 있을 때만 발생,	내륜에 Flaking
3	모터 볼 결함	BSF+하모닉+변조 4X, 심화FTF도 발생
4	모터 구름베어링 sidebands	고유주파수 Fn에 BSF와의 주파수차이로 Sidebands발생, 고주파베어링 main징후는 Fn이다.	여러 개의 볼이나 롤러에 결함발생시 변조, 보통 볼결함시 2XBSF가 발생.
5	모터 베어링 BSF	Spherical roller bearing, sidebands가 FTF, time pulse의 주기가 404.8ms=2.47Hz	6ms=195Hz, BSF의 2X
6	모터 베어링 cage파손	3564rpm, 수평방향 17.8mm/s, spike energy 6.4G, 축방향 BSF 19.7mm/s	그리스 거의 없어 cage가 부러져->sealed brg로 교체
7	모터 롤러 외륜결함	1.78->9.78mm/s, 비동기 172Hz(외륜결함)	17.78mm spall발생
8	모터 롤러 외륜	1776rpm, 170Hz, 외륜결함
9	모터 내륜 볼 Brg	1200rpm, 98Hz	내륜결함시 스펙트럼진폭은 외륜결함시 진폭보다 일반적으로 작다.
10	모터 스텝모터	FDD용 탈조(脫調, 공급전압낮추고 여자절환주파수 높게 하면 로터의 회전은 여자절환에 추종하지 않게 되는 현상)	저소음화 0.75작게, 모터의 공급전환

키워드	1X, 스펙트럼, 진동분석, 설비진단사례, 진동진단, 사례요약

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EI 무선 wireless 센서 라인업 -모니터링용, 데이터 저장용

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2020년 4월 3일 금요일

감쇠8-감쇠와 임피던스 그리고 인텐시티

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공학용어는 다양한 공학서적에서 다루고 있으며 국가, 학교, 학파 등에 따라서 약간씩 다르게 사용되고 있고 수식의 전개도 같은 이론과 결과이지만 마치 전혀 다른 것처럼 보일 수도 있다. 특히 수학의 결과식과 공학이 원하는 요구형 결과식은 정확히 같지만 매우 다른 식처럼 보일 때를 예로 들 수 있다. 그래서 여러 종류의 책을 읽어서 서로 확인하여야 기본적인 지식을 탄탄히 할 수 있는 것이다. 많이 읽으면 좋다. 소음진동분야에서도 예외가 아니라서 다름에 대한 증명을 하다가 결국 같은 결과임을 알 때가 빈번하다. 유사한 용어를 정리해 보았다.

진동소음분야에서 감쇠(Damping), 임피던스(Impedance), 인텐시티(Intensity)

음향인텐시티(음향강도, I)는 소리의 에너지의 크기를 표현한 것으로서 단위시간당 단위면적을 통과하는 음향에너지, 즉 면적당 음향출력(W)이며 음압(p)과 속도(v)의 곱으로 크기와 방향을 동시에 갖는 벡터량이다. Intensity probe를 사용하여 이를 측정할 수 있는데 두 개이상의 마이크로폰으로 음압구배를 측정하여 속도벡터를 구하는 방법으로 음향카메라, 흡음재료특성의 산출시험(음향파워, 흡음률) 등에 사용된다.

반면에 임피던스(z)는 음향, 기계, 전기계에서 두루 사용되는 용어로서 복소수로 표현(실수부는 저항 resistance,R, 허수부는 reactance,X)하며 특히 음향임피던스는 음압과 체적속도의 비로 나타낸다. 이 때 음향특성임피던스는 단위면적(S)이 1인 경우의 ‘음향에 대한 고유한 저항치’로 간주할 수 있다.

그러면 진동분야에서 자주 사용되는 기계적 임피던스(Zm)는 무엇인가? 이 용어는 단위속도 당 힘을 의미하며 가진력(F)에 대한 그의 속도(v)의 크기비 및 위상을 나타낸다. 원래 임피던스라 함은 작용에 대한 반응, 즉 입력에 대한 출력의 비인데 ‘감쇠(damping)’가 바로 속도에 반응하는 저항력이므로 이 감쇠와 임피던스가 같은 의미라는 것을 알 수 있다. 그러나 인텐시티와는 전혀 다르니 주의하도록 하자.

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키워드,	감쇠, 임피던스, 인텐시티, 기계적임피던스