회전기계설비진단의 진단기술별 특징

회전기계설비진단의 진단기술별 특징

기계가 아픈 상태의 그 위치와 원인을 알아내는 것은 사람의 건강 이상원인을 알아내는 것과 유사하므로 이러한 방법으로 결함을 찾아내는 방법을 설비진단이라고 한다. 청진기만 가지고 진단하던 한의학과는 최근의 건강의학은 많은 검사기술에 의존한다. 기계진단도 마찬가지이다. 진동진단기술에만 의존하던 진단기법은 다양성을 요구하며 초음파, 열화상, 전기분석 등 실제로 다양하게 사용되고 있다. 설비진단기술을 정리하여 본다.

설비진단기술의 종류 및 특징

종류	특징
초음파(Ultrasonic) AE	조기감지, 청취가능, 저속감지, 부속기능(누설감지)
진동(Vibration)	모든 신호를 포함하고 있는 광역진단기술, 전기결함취약, 저속측정취약, 측정시주의, 분석 후 판단에 전문가지식이 필요. 온라인모니터링과 상태모니터링에 필수적인 신호.
모터전류분석(MCSA; Current)	측정이 매우 쉽다. 분석은 어렵다. 일부 기계적 결함분석에 어려움
모터 자속 분석(Flux), 축전류분석(Shaft current)	조기발견, 축전류누설(모터분석)에 국한.
윤활분석(Lubrications)	마모, 수분, 오염상태를 분석, 비교적 조기발견, 측정과 분석이 복잡함, 온라인보다 간헐적인 상태진단에 적합.
열화상분석(Infrared thermography)	열분석, 전기장치분석가능, 고가의 장비, 육안분석으로 매우 쉬운 이해도, 오진(방사율 이해)가능성 있음.

아래의 그림은 Machine life bathtub curve 중 후반기를 표시하였는데, 그 위에 표시된 각 설비진단도구의 주요 활용 감지영역을 비교해 볼 수 있다.  진동은 거의 모든 결함신호를 검출할 수 있는 중요하고 최선의 기술이지만 조기 결함진단 측면에서, 그리고 정확성 측면에서 취약한 면이 있다. 이를 윤활이나 기타 전기결함분석 툴, 또는 초음파를 통해 기술을 보완할 수 있다.

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컴프레샤(압축기)의 공기누출(누설)과 초음파

컴프레샤(압축기)의 공기누출(누설)과 초음파

 

SYNERGYS TECK사의 Leak shooter는 압축기실에서 발생하는 누설감지에 탁월한 기능이 보고되고 있다. 컴프레샤의 공기누설은 공장에서 발생하는 낭비요소 중에서 가장 무시할 수 없는 부분이라고 할 수 있다. 보이지도 않고 냄새도 없고 잘 들리지도 않는 이 누설소음은 소위 "hissing" 음이라고 불린다.  결국 보이지 않는 것은 관심도 멀게 되어 자칫 예지보전활동영역에서 제외될 수 있는 가능성을 방지하기 위해서는 적절한 기술적인 보강이 이루어져야 한다. Leak shooter technology 는 소음이 심한 현장에서도 심플하게 누설감지를 함으로써, 컴프레샤실에서 흘러나오는 비용을 절감시킬 수 있다. (2^nd profit center).  또한, 진보된 디지털 필터링 테크닉으로 인간이 들을 수 없는 고주파 음향대역인 초음파를 가청주파수 대역으로 변환하여 헤드폰으로 그 음을 들을 수 있다.

 

공기누설(air leaks)은 ‘가청주파수대역’과 ‘초음파대역’을 모두 발생

가청주파수대역은 보통 산업현장의 소음인 130 decibels 정도에서는 들을 수도 없을 뿐만 아니라 다른 요소에 반사되거나 간접적인 특성을 갖기 때문에 오히려 무의미하다.

하지만 초음파는 다르다. 누설의 초음파 감지는 직접적이고 Leak shooter는 현장의 많은 소음으로부터 디지털 필터링을 거치기 때문에 매우 유용하게 사용될 수 있다.

정규 PM(기간정비)을 통해 컴프레샤를 보수할 때 확인해 보면, 압축공기가 깨끗하지만은 않다는 것을 확인해 볼 수 있을 것이다. 즉, 파이프 스케일, 산화철, 다른 오염물질들이 발견되기도 하는데, 이러한 물질들이 반복적으로 설비시스템에 가해지게 되면 누설량이 커지거나 새로운 누설이 계속 발생하게 된다.  심지어는 압력이 떨어지면 작업이 불가능하다며 오히려 컴프레샤 압력을 높이다가 위험을 초래할 수도 있다. 따라서 누설위치와 양을 정확히 확인하여 근본적인 원인을 제거하는 것이 최선의 방법이다.

일반적으로 컴프레샤의 메인트넌스는 일년에 3~4번정도 정기적으로 완전히 점검하여 누설을 검사하는 것이 정상이다.

전세계적으로 이 컴프레샤들은 큰 대형모터에 의해서 기동하게 된다. 누설이 적다면 이 모터의 크기와 수량도 감소하게 될 것이고, 결국 에너지 절감에 직접적으로 관련이 있다. 전기적 소모량과 모터의 수명 등을 계산해 본다면 10 and 15%정도의 에너지 절감이 보고되고 있다.

 

결론적으로 초음파는 인간이 들을 수 없는 주파수대역(상위 20 kHz)에 존재한다. 시중에서 시판되고 있는 저렴한 초음파 측정기라고 불리는 것들은 기능측면에서 Leak shooter와는 완전히 다른 소음증폭기(noise amplifiers)라고 할 수 있다. 즉, 초음파를 감지할 수 있는 간단한 전기회로를 구성한 것이다. 그러나. 이것은 고도의 전문경험이 필요하며 ‘특정주파수대역’만을 감지하도록 구성하려면 추가비용이 발생하게 된다.

Leak shooter에는 세계적인 초음파 진단기의 축적된 초음파 탐지기술력이 내장되어 있다.

그러면, 산업환경의 고주파 노이즈와 컴프레샤의 누설음을 구별하는 가장 적합한 주파수는 무엇인가?  왜 40kHz 인가? 

누설공기는 넓은 광역 주파수대역을 발생시킨다. 일반적으로 누설음은 높은 주파수대역에서 더 높은 에너지를 발생시키게 된다. 그러나, 주파수 대역을 더 높게 할수록, 초음파와 관련 깊은 공기 전도성(conductive air)은 감소하게 된다. 만약 공기의 전도성(감쇠); conductivity (attenuation)과 함께 주파수 에너지(frequency energy)를 그래프에 같이 그려본다면 40 kHz 근처에서 두 선분이 만나는 것을 확인 할 수 있을 것이다. 그리고 Leak shooter는 이 주파수를 선택하고, 다른 성분을 필터링하는 작업, 즉, 다른 잡음으로부터의 방해를 최소화함과 동시에 원거리에서 발생하는 초음파의 감지를 최대화할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 바로 이런 조합원리가 Leak shooter를 가장 효율적이고 가장 유명한 초음파 진단기로 만들고 있다.

 

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키워드	AE, 음향방출, 초음파감지기, 초음파 카메라, 초음파 설비진단기, 가스누출 초음파, 초음파의 원리, 공기누설, 공기누출, Leakage

 

초음파의 이론과 응용

초음파의 이론과 응용

초음파는 높은 에너지를 가지고 있으며 진동시 발생되는 공동현상(Cavitation) 그리고 지향성(directivity)의 특유한 성질을 이용하여 응집작용, 분산작용, 화학작용, 생물학작용 및 각종 탐지에 응용되고 있으며, 의학적 목적(산부인과 외), 군사용 목적으로 그 활용도는 넓고 다양하다.

초음파의 원리핵심: ‘고에너지’, ‘지향성’

응집작용

기체나 액체에 초음파를 통해주면 매질은 진동하게 된다. 이때 매질 속에 고체의 미립자가 있는 경우 이 미립자는 유체매질과 같은 속도로 진동하지 못하고 미립자끼리 뭉쳐지게 된다. 이와 같은 현상은 가스의 정화장치나 액체 속의 고체 미립자를 제거하는데 사용된다.

분산작용

매질에 초음파를 연속적으로 통해 주면 매질의 진동으로 매질을 이루는 물질에 공동현상이 생겨나 보다 작은 입자나 분자로 나누어지는 현상을 이용한 것으로, 도료의 미립자화, 광유와  물과의 혼합, 가습기 등 여러 곳에 응용되고 있다.

파괴작용

초음파의 진동 에너지를 이용한 것으로 초음파드릴을 사용하여 유리, 도자기, 보석, 공구용 강철 등에 구멍을 뚫거나 가공하는데 사용된다.

화학작용

액체에 강력한 초음파를 발생시키면 공동현상으로 물질이 분해되어 여러 가지 화학반응이 일어난다. 물에 강력한 초음파를 발생시키면 물이 분해되어 H+와 OH‾ 등으로 전리되고 이들이 다시 화합하여 질산(NHO₃)이나 과산화수소(H₂O₂) 등이 산출되기도 한다. 이와 같은 화학작용은 용액의 농도나 전도를 변화시켜 여러 가지 화학반응에 이용된다.

생물학적작용

강력한 초음파를 생물에 작용시키면 생리에 변화를 가져온다. 동물이나 곤충에 작용하면 평형감각을 잃거나, 심하면 생명을 잃는 수도 있다.

비파괴검사

초음파의 지향성을 이용한 것으로 초음파를 검사하는 물체에 투과시켜 투과된 펄스나 반사된 펄스를 조사하는 것이며, 초음파 Holography를 이용한다.

기타

해저탐사, 물체의 두께 및 거리측정, 어군탐사, 의학용, 군사용 사용.

기계, 설비진단

초음파의 지향성을 이용한 것으로, 기계나 설비에서 발생하는 마찰음, 공기 및 유체의 누설음, 누출음, 파열음, 전기코로나 음을 채집하여 가청주파수로 변환하면 그 특성을 관찰하여 파손 및 누설 정도를 파악할 수 있는 기술.

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키워드	AE, 음향방출, 초음파감지기, 초음파 카메라, 초음파 설비진단기, 가스누출 초음파, 초음파의 원리

 

AVM (Acoustic Vibration Monitoring; 음향진동감시)기술

AVM (Acoustic Vibration Monitoring; 음향진동감시)기술

초음파 또는 음향진동(Acoustic vibration)은 움직이는 기계요소(bearing, coupling, gear mesh, std..)들 사이의 고체와 고체간의 마찰(friction)에 의해서 발생하는 에너지이다. 이 에너지는 아주 높고 불안정한 상태로서 AC전압과 전류로 변형시킬 수 있다. 음향진동감시기술을 잘 활용하기 위해서는 이 에너지를 선형적이고 지속적인 상태로 만들어야 한다.

 

 

고체기인 초음파 및 음향진동(Structure borne Ultrasonic vibration or sound)

음향방출(Acoustic Emission)이라고도 불리우는 초음파 음향방출 진동은 초음파 감지기를 통해 초음파량을 전기신호로 바꾸어 그 크기를 단위로 표기한다. 이때 ’True RMS’전환기술을 적용하고 있다.  RMS는 “Root Mean Squared”를 의미한다. 이 것은 AC전압값을 측정할 때, 각 값의 자승의 합들의 평균값에 루트를 씌운 것으로서 기본적으로 dB로 표현하는데 이 값으로 아래와 같은 기계적인 현상을 전기적인 신호로 변환할 때 측정값을 수치화하기 위해 사용되는 기술로서 널리 활용되고 있다.

l  Air Leakage (가스누출)

l  Stress(응력)

l  Vibration (진동)

l  Shock(충격)

l  Expansion(팽창)

l  Bearing noise and acoustic vibration (베어링 잡음과 음향진동)

전기적인 신호는 위와 같은 기계적인 거동으로부터 생성되는데, 이 과정에서 잡음과 비주기적이고 비정기적인 신호를 True RMS를 통해 일정하고 정확하고 지속적인 측정값을 기할 수 있게 된다. True RMS의 기능을 탑재한 초음파 감지기는 수 초 동안 수 천 개의 데이터를 샘플링하여 디지털 데시벨 값으로서 피크 평균값을 제공하게 된다.

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설비관리 및 결함검사 계측장비류 모음

설비관리 및 결함검사 계측장비류 모음

계측장비를 보유한 부서는 기계와 설비가 정상상태인지 아닌지를 검사할 수 있는 능력이 있는 인원들이 모여있어야 한다. 전문가로부터 습득한 것을 최적의 계측장비를 이용하여 측정하고 그 결과로 기계의 수명을 판단하고 생산에 차질을 빚을 수 있는 순간을 포착하도록 정확한 검사결과를 이슈화 해야 한다. “계측할 수 없으면 개선할 수 없다!”는 것을 명심해야 한다. 우리는 계측기 구매가격의 수백배 Output을 얻어야 한다. 왜냐하면 우리설비는 우리가 제일 잘 알고 있기 때문이다. 그래서 만약 좋은 계측기가 우리 부서에서 썩고 있다면 월급받는 것을 부끄러워 해야 한다.

계측과 센싱시스템 교육  "최적의 장비 및 시스템을 추천"

최고의 계측장비 및 최고의 모니터링시스템이 모두 고가격은 아닙니다.

가장 합리적이고 효과적인 계측장비는 원하는 결과를 신뢰성 있게 나타내는 장비입니다.

제일 중요한 것은 어렵지 않아야 한다는 것입니다.

 

 

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초음파 가스누출 카메라 및 기계결함 탐지기

초음파 가스누출 카메라 및 기계결함 탐지기

정상적이 아닌 가스의 누출은 때때로 큰 위험요소일 경우가 높다. 이는 인간의 생명에 위해 요소가 될 가능성이 있어서 자칫 큰 대형 사고를 유발할 수 있다. 정상적인 가스의 누출이라도 에너지의 누설을 방지하는 것에 익숙해서는 안된다. 압축공기의 누설은 전기에너지를 낭비하며 궁극적으로는 생산비용을 늘리는 결과가 된다. 이때 가스의 누설 및 누출은 고체와 유체와의 마찰을 통해 초음파가 발생(Acoustic Emission)하게 된다. 또한 초음파는 ‘직진한다.’

초음파 공기음(Airborne)과 고체음(Structureborne)

고체와 유체 또는 고체와 고체간의 마찰음은 인간의 귀에 들릴 수도 있지만 그때는 이미 늦거나 손해가 큰 상태일 수도 있다. 하지만 초음파(음향방출)는 귀에 들리기 그 이전에부터 발생되고 있었다는 것을 알아야 한다. 다만 우리 귀에 들리지 못했을 뿐이다. 문제는 소리가 나고 진동이 난다는 것으로부터 알아내는 것이다.

1.     초음파를 동영상으로 보기 ( http://www.youtube.com/watch?v=LypsVCVNc_A&feature=player_embedded&x-yt-ts=1421914688&x-yt-cl=84503534 )

2.     초음파를 음성으로 듣기

(http://blog.naver.com/vs72/10021769165 )

초음파 설비진단기 Leak shooter는 기계의 마찰음, 결함 및 충격음의 발견 이외에도 초음파가 발생하는 공기누설음, 전기 코로나의 정량측정 등을 아주 효과적으로 측정하고 관리할 수 있다. 무엇보다도 화면으로 발생위치를 파악하고 정량적인 크기인 ‘dB’값을 보며 또한 직접 변환된 초음파를 귀로 들어 봄으로써 정상 비정상여부를 판단할 수 있다는 장점이 있다.

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초음파설비진단기, 초음파설비진단카메라, 초음파발생기, 초음파 발생장치, 밀폐검사, 누설검사, Leak shooter, 가스누출, 초음파 가스누출, 초음파 누출.

다용도 적외선 열화상카메라 IRtek Ti160 Thermo kwik의 활용

다용도 적외선 열화상카메라 IRtek Ti160 Thermo kwik의 활용

적외선 열화상 카메라를 이용하는 검사방법은 매우 직관적이고 편리하다. 해외여행을 다녀온 사람은 공항 입국장에 설치된 열화상카메라를 한 번쯤은 확인해 볼 수 있었을 것이다. 중급이상의 열화상카메라에는 실제 카메라의 실사사진과 열화상사진을 같이 촬영할 수 있고 간단히 화면을 저장하거나 필요에 따라서 현장에 메모가 불가능 할 경우에 음성저장도 될 수 있는 기능이 있어야 좋다. 열화상카메라는 상대적인 열노출 상태를 색으로 비교하여 화면에 표시해주며 절대적인 온도를 표기해 줄 수 있어야 한다.

적외선 열화상카메라의 선택방법

다양한 기능은 고급제품에는 항상 포함되는 것이다. 그러나 반드시 필요한 기능이 포함되어 있는가는 매우 중요한 선택기준이 될 것이다.

선택기준 (중요판단기준 순서)

a.     화소수가 높은가? 대형 액정화면인가? (적절성판단, 반드시 높아야 하는지는 가격대로 판단)

b.     아날로그 Zooming 장치의 유무 (멀리 있는 화상을 측정해야 하는 여부)

c.     실사와 화상을 같이 촬영할 수 있는가?(중요한 기능, 열화상만 촬영할 수 있을 경우 비교불가)

d.     저장방법(SD카드로 간단히, 많은 양을 저장할 수 있는가?, 음성을 같이 저장?)

e.     가벼운가?(소지 편의성)

f.      충격 및 적정한 방수기능 (때때로 측정 중에 빈번히 발생하는 행위)

g.     빠르기와 다양한 기능.

예) IRtek Ti160 Thermo kwik

1.     추천사용도:

다용도 적외선 열화상카메라 (설비검사, 진단용, 감시용, 의료용, 설비관리용, 기계전기설비)

2.     장점:

중간가격대 준전문가용 열화상카메라, 음성녹음 포함 사진 저장, 2배 광학zoom, 1300만 화소, IP54충격보장 2m높이, 다양한 자동측정설정, 빠른 데이터 취득.

TEL: 02-6475-8178   FAX: 02-6971-8178   mail: sales@astint.co.kr

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열화상카메라, Infrared, 열화상, 설비진단, 의료용, AI, 적외선 카메라

기밀성 확인방법-초음파발생기의 활용

기밀성 확인방법-초음파발생기의 활용

초음파를 이용해서 밀폐성을 검사하는 방법이 있다. 조선산업의 탱크 밀폐성, 자동차 실내의 누설범위, 압력탱크 또는 기밀실의 누설검사, 냉장실과 음향실의 누설검사 등에 적용되는 이 Application방법은 초음파의 직진성과 에너지 전파성질을 이용한 것으로 밀폐공간에 무지향성 초음파발생기를 설치하고 기밀된 외부의 틈에서 초음파 진단기 또는 초음파 진단카메라 등으로 귀로 듣고 눈으로 보고 사진을 찍어서 누설되는 위치를 파악하는 검사방법이다.

초음파발생기를 이용하여 밀폐 검사에 적용

자체적으로 발생하는 초음파가 없거나 신호가 미약할 경우에는 초음파발생기를 이용하면 효과적인 밀폐상태를 파악하는 데 도움이 된다.

즉, 밀폐실내의 내부에 초음파 발생기를 두고, 자동차의 외부에서 초음파진단기 Leak shooter를 이용해서 초음파가 발생하는 곳을 추적하면 누설되는 곳을 쉽게 찾을 수 있다. 이는 자동차나 조선업의 해치커버 또는 밀폐가 있어야 하는 곳에서 생산관리, 품질제어, 품질검사 등에 활용되는 기법으로서 매우 쉽고 간단한 검사기법이라고 할 수 있다.

초음파 설비진단기 Leak shooter는 기계의 마찰음, 결함 및 충격음의 발견 이외에도 초음파가 발생하는 공기누설음, 전기 코로나의 정량측정 등을 아주 효과적으로 측정하고 관리할 수 있다. 무엇보다도 정량적인 수치 ‘dB’값 과 직접 귀로 들어 봄으로써 정상 비정상여부를 판단할 수 있다는 장점이 있다. 그리고 또한 이를 응용해서 품질관리(QC)나 생산성향상에도 적용하고 있는데, 특히 조선업의 해치커버의 밀폐성여부, 자동차의 밀폐성여부도 이에 해당한다.

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가스누출 감지 카메라-초음파 Leak shooter

가스누출 감지 카메라-초음파 Leak shooter

기체와 액체를 의미하는 유체는 고체와의 마찰이 발생할 때 초음파(Ultrasonic)를 발생한다. 이를 음향방출(Acoustic emission)이라는 비파괴 검사용어로 사용되기도 하는데 이 때 발생하는 초음파는 직접적으로 소음이나 진동으로 파생되기 전에는 초음파 자체를 사람이 들을 수는 없다. 또한 진동으로 느낄 수도 없다. 그래서 초음파 감지기는 가청음역대의 주파수로 이 초음파를 변환하여 헤드폰으로 듣고 이상현상을 판단하게 된다. 그런데 최근에 프랑스(Synergys technologies)에서 칼라 액정 화면에 가스가 누출되는 위치를 표기할 수 있는 초음파 가스 감지기를 선보였고 전세계적으로 선풍적인 관심을 보이고 있다.

카메라형 초음파 감지기를 안전과 에너지 절감에 이용

화면에 물리적 상태를 표기할 수 있다는 것은 혁명이다. 특히 가스누출감지기(초음파) Leak shooter는 초음파가 발생하는 누설위치를 그 양을 표시(dB)하여 칼라화면에 표기해주므로 만일에 있을 가스누설로 인한 대형사고를 방지하는 안전 검사장치로서 아주 유용하게 사용할 수 있다.

특히 최근의 대형사고들로 인해 가스누출현상을 사전에 방지할 수 있는 검사장치를 최신 기술로 파악할 수 있다는 것은 매우 좋은 방법이 될 수 있다. 초음파는 우리가 들을 수 없으므로 변환장치가 필요한데 동종의 초음파 누출감지기는 헤드폰 만으로 그 양을 판단할 수 있었지만 본 Leak shooter (LK1000)은 화면에 그 위치까지 표기 할 수 있는 매우 혁신적인 계측 감지기라고 할 수 있다.

초음파가 발생하는 곳을 눈으로 추적하면 가스가 누출(Leak)되는 곳을 쉽게 찾을 수 있다.

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다양한 설비진단의 기술과 적합한 계측기의 선택

다양한 설비진단의 기술과 적합한 계측기의 선택

초음파는 가청주파수(20Hz~20kHz)를 상위하는 음파(종파)로서 투과성질이 있고 에너지를 집적할 수 있는 장점이 있다. 사용처는 자동차 후방감지기에서부터 산업용(위치제어, 비파괴검사), 의학과 군사용으로 다양한데 그중에서 초음파(Ultrasonic)를 이용한 설비진단방법은 진동과 열화상으로 할 수 없었던, 오일로 할 수 없었던 그 영역이 따로 존재함이 있다. 그 것은 다름아닌 직감(오감)의 사용에 의한 ‘편리성’이다. 이러한 편리성은 인체의 진단과 비교하면 청진기(진동)과 초음파촬영의 차이점으로 비교할 수 있다. 어쨌든, 중요한 점은 “직접 듣고 보고 판단한다.”는 점이다. 인간의 감각은 생각보다 아주 뛰어나서, 변화량을 기억하고 집어내는 능력(dB의 원리)은 훌륭하기 때문이다.

진동, 열화상, 윤활분석과 초음파의 비교1

영역구분	진동 , 윤활, 열화상 및 기타	초음파
진단 및 평가방법	FFT spectrum분석, wave분석, 윤활마모, 오염도등 채취분석, MCSA분석 등 고도의 해석지식필요	측정한 자료를 가청영역으로 변환하여 귀로 듣고 판단하거나, Level(uV)을 측정하여 비교한다.
측정방법	측정오차에 매우 염려하며, 공진에 대한 고려, 여러 방향에서 측정하여 방향성을 고려(진동)	한 곳을 수직으로 접촉(고체음) 측정 또는 음향센서로 근접, 비접촉 측정.
기계의 속도 (주파수대역)	고속에 적용, 초고속 및 초저속의 기계는 측정곤란	저속, 고속의 음향진동특성을 모두 관찰가능.
판단기준	기계의 상태판단(30Hz~30kHz), 윤활은 초기발견과 관리방법이 적절하며 열화상은 초기보다는 말기에 가깝다.	결함의 초기발견(40kHz)
투자비 회수율	고가의 끝없는 투자, 장기적인 효과 예상	Assembly detector구성, 즉각적인 설비상태판단, PM직접적 근거제시
Leakage적용 (공기,전기)	전문장비 추가로 설치, 별도교육 필요. 열화상도 변형 적용 후 반응.	누설의 위치와 양, 코로나 방전상태 등을 즉각 판단.

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설비진단기술, 설비진단계측기, 진동과 초음파의 차이, 열화상카메라, 초음파설비진단기, 초음파설비진단카메라, 진동스펙트럼, 라우트, 루트모드.