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Accelerometer (가속도계)

가속 측정 개요

가속도계(accelerometer)는 진동 또는 구조물의 운동 가속을 측정하는 장치입니다. 진동 또는 운동(가속)의 변화에 의한 힘은 질량이 가해지는 힘에 비례하는 전하를 생성하는 압전재료에 압력을 가하게끔 합니다. 전하는 힘에 비례하고 질량은 일정하기 때문에 전하 또한 가속에 비례합니다.

Accelerometer

가속도계(accelerometer)에 관한 더 자세한 정보

압전 센서 piezoelectric force sensor

압전 센서는 고르게 균형 잡힌 강철과 같이 단단합니다. 이러한 단단함과 견고함은 센서가 구조물의 일부로서 기계에 직접 삽입될 수 있게 해줍니다.

가속도계 종류

압전 가속도계(진동 센서)에는 두 가지 유형이 있습니다. 첫 번째 유형은 고 임피던스 전하출력 가속도계 High Impedence accelerometer 입니다. 이러한 유형의 가속도계에서는 압전 결정이 측정기기에 직접 연결되는 전하를 생성합니다. 전하출력은 연구설비에서 주로 사용되는 특수 시설이나 장치를 필요로 합니다. 이러한 유형의 가속도계는 또한 저 임피던스 모형을 사용할 수 없는 고온 음영분야(120도씨 이상)에서 활용됩니다.

두 번째 유형의 가속도계는 저 임피던스 출력 가속도계 Low impedance accelerometer 입니다. 저 임피던스 가속도계는 앞 부분에 전하 가속도계를 갖추고 있으며 그 외에도 초소형 내장회로와 전하를 표준장치들과 용이하게 상호작용할 수 있는 저 임피던스 전압으로 전환시키는 FET 트랜지스터를 갖추고 있습니다. ACC-PS1과 같은 가속도계의 전원 공급장치는 18에서 24 V @ 2 mA의 정전류 범위를 가지는 초소형 회로에 적절한 전원을 공급하고 직류 바이어스 레벨을 제거합니다. 이는 보통 가속도계의 mV/g 등급에 따라 최대 +/- 5V의 영기점 출력신호를 생성합니다. 모든 OMEGA의 가속도계는 이러한 저 임피던스 가속도계입니다.

가속도계 사양 기준


동적 범위(Dynamic Range)는 출력신호를 왜곡 또는 클리핑 하기 전에 가속도계가 측정 가능한 +/- 최대 진폭이며 보통 g 단위로 표기됩니다.

주파수 응답(Frequency Response)은 질량, 결정의 압전 속성 그리고 케이스의 공명 주파수에 의하여 결정됩니다. 이는 가속도의 출력이 규정된 편차치, 보통 +/- 5% 이내인 경우의 주파수 범위입니다. 1g는 32.2 ft/sec2, 386 in/sec2 또는 9.8 m/sec2의 지구중력에 의한 가속입니다.

접지(Grounding) - 가속도계에는 두 가지 유형의 신호 접지가 존재합니다. 케이스 접지형 가속도계는 신호의 저단부가 케이스에 연결되어 있습니다. 케이스는 신호 경로의 일부이며 도전체에 부착 가능하므로 이러한 유형의 가속도계를 사용하는 경우 지면으로부터의 노이즈를 방지하기 위한 주의를 기울여야 합니다. 접지 분리형 가속도계는 전기부품들이 케이스로부터 분리되어 있으며 지면에서 유도되는 노이즈에 훨씬 덜 민감합니다.

고주파 한계(High Frequency Limit)는 출력이 명시된 출력 편차치를 초과하는 경우의 주파수입니다. 이는 보통 가속도계의 기계적 공명에 의하여 통제됩니다.

저주파 차단(Low Frequency Cut-off)은 출력이 명시된 정확도 이하로 낮아지는 경우의 주파수입니다. 출력이 “차단”되지는 않지만 저주파에서 감도는 급격하게 낮아집니다.

전자적 노이즈(Electronic noise)는 증폭 회로에 의하여 생성됩니다. 노이즈는 (주파수 스펙트럼을 초과하는) 광대역 또는 스펙트럼 대역으로 표시되며 특정 주파수로 표기됩니다. 노이즈 등급은 0.0025 g 2-25,000 Hz와 같이 g 단위로 표시됩니다. 노이즈는 보통 주파수가 증가할수록 감소하기 때문에 고주파에서보다 저주파에서의 노이즈가 훨씬 더 문제가 됩니다.

가속도계의 선택 기준


1. 모니터링 가능한 진동 진폭은 얼마인가?

2. 모니터링 가능한 주파수 범위는 얼마인가?

3. 설치 시의 온도 범위는 얼마인가?

4. 모니터링 가능한 표본의 크기 및 모양은 어느 정도인가?

5. 전자기장이 존재하는가?

6. 사용 지역에 높은 수준의 전기적 노이즈가 존재하는가?

7. 가속도계가 장착되는 표면은 접지가 되어 있는가?

8. 주변 환경이 부식을 발생시키는가?

9. 사용 지역이 본질 안전 방폭 사양(저전압 및 진성 안전 방폭)이 요구되는 환경인가?

10. 사용 지역이 습기가 있거나 물청소를 하는 환경인가?

공명 주파수는 센서가 공명하거나 울리는 주파수입니다. 주파수 측정치는 가속도계의 공명 주파수보다 낮아야 합니다.

감도는 g 단위로 측정된 힘에 의하여 생성된 출력전압입니다. 가속도계는 보통 10mV/g 또는 100mV/g의 출력전압을 가지는 두 가지 범주로 나뉩니다. 교류 출력전압의 주파수는 진동의 주파수와 일치하게 됩니다. 출력 수준은 진동의 진폭에 비례하게 됩니다. 저출력 가속도계는 고 진동준위를 측정하는데 사용되는 반면 고출력 가속도계는 저 진동준위를 측정하는데 사용됩니다.

온도 감도는 측정온도에 대한 전압출력입니다. 센서는 출력의 변화를 온도변화에 대하여 규정된 제한 내에서 유지하기 위하여 온도보상이 이루어집니다.

온도 범위는 전하를 저 임피던스 출력으로 전환하는 초소형 전자회로에 의하여 제한되며 범위는 보통 -50에서 120C까지 입니다.

가속도계의 선택을 위한 기타 고려사항

가속도계의 질량은 모니터링을 위한 시스템의 질량보다 훨씬 더 작아야 합니다. 가속도계의 동적 범위는 예상되는 진동 진폭보다 더 넓어야 합니다. 가속도계의 주파수 범위는 예상되는 주파수 범위에 적합하여야 합니다. 가속도계의 감도는 기존의 장치와 호환 가능한 전기출력을 생성하여야 합니다. 고 진폭의 진동을 측정하기 위해서는 저 감도 가속도계를 사용하고 그와 반대로 저 진폭의 진동을 측정하기 위해서는 고 감도의 가속도계를 사용하시기 바랍니다.








적합한 가속도계 선택하기

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Premium Grade Accelerometer 최고 사양 가속도계
고급등급 가속도계는 고등급의 엄선된 결정으로 만들어지며 저 노이즈 회로망을 사용합니다. 316L 스테인리스 강 케이스는 혹독한 산업환경에서도 견딜 수 있도록 밀봉되어 있습니다. 미국의 FM 및 캐나다의 CSA 승인을 받은 본질안전화 장비 또한 선택 가능합니다. ACC793은 표준 상부 케이블 구성이며 ACC797은 저 프로파일 측면 케이블 구성입니다.
Industrial Grade Accelerometer 산업용 가속도계
산업등급 가속도계는 산업계에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 이러한 가속도계는 공작기계부터 페인트 쉐이커까지 모든 분야에서 활용됩니다. 오메가는 선택 가능한 네 가지 모형을 제공합니다. ACC101(그림 참조)은 범용 적용분야를 위한 고품질 저비용 가속도계입니다. ACC 201A는 혹독한 환경에 대비한 밀봉 제품이고 고정 케이블을 갖추고 있으며 무게는 50그램 밖에 되지 않습니다. ACC786A는 상부 케이블을 그리고 ACC787A는 측면 케이블을 갖추고 있으며 두 모형 모두 밀봉되어 있고 날씨에 대비하여 밀봉된 탈착식 케이블을 갖추고 있습니다.
High Vibration Accelerometer 높은 진동용 가속도계
고 진동준위 모니터링을 위하여 사용되는 고진동 가속도계는 산업등급 가속도계보다 더 낮은 출력(10mV/g)과 더 낮은 질량을 가지고 있습니다. ACC103의 무게는 15그램이며 최대 500g의 진동준위를 모니터링 할 수 있습니다. 나사형 장착 디자인을 가지고 있고 쉐이커 테이블, 진동 실험실 그리고 중공업용 공작기계에서의 사용을 위하여 설계되어 있습니다. ACC104의 무게는 1.5그램 밖에 되지 않으며 접착식 장착용으로 설계되어 있습니다. 두 모형 모두 3에서 10 kHz의 주파수 범위와 +/- 500 g의 동적 범위를 가지고 있습니다.
Triaxial Accelerometer 3축(Triaxial) 가속도계
3축 가속도계는 진동을 X, Y 그리고 Z의 세가지 축에서 측정합니다. 각 축에는 결정이 위치하여 각각의 결정은 해당 축에서의 진동에 반응합니다. 출력은 세 가지 신호를 가지며 각 신호는 해당하는 축의 진동을 나타냅니다. ACC301은 경량의 티타늄 구조와 10mV/g의 출력 그리고 3에서 10 kHz의 주파수 범위에 대한 +/-500 g의 동적 범위를 가지고 있습니다.

자주 묻는 질문

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가속도계 설치

센서는 진동의 정확한 측정을 위하여 기계의 표면에 직접 장착되어야 합니다. 센서는 다음의 여러 방식에 따라서 장착 가능합니다:

- 평면자석에 의한 장착 Flat Magnet Mount
- 2극 자석에 의한 장착 2-pole Magnet Mount
- 접착제(에폭시/시아노아크릴레이트)에 의한 장착 Adhesives (Epoxy/Cyanoacrylate)
- 장착용 나사 Mounting Stud
- 장착용 나사 Isolating Stud

자석 장착 방식은 일반적으로 임시 설치 방편으로 많이 사용됩니다.
자석에 의한 장착은 공작기계, 구조물 또는 모터에서 보통 찾아볼 수 있는 강자성체에 가속도계를 장착하기 위하여 활용됩니다. 이러한 방식은 다중위치 측정을 위하여 사업장 여기저기에서 센서가 쉽게 위치를 바꿀 수 있도록 해줍니다. 2극 자석에 의한 장착은 가속도계를 휘어진 강자성체에 장착하기 위하여 활용됩니다.

접착 또는 나사 설치 방식은 영구 장착을 위한 방법으로 고려할 수 있습니다.
에폭시나 시아노아크릴레이트와 같은 접착제는 대부분의 적용분야에서 만족스러운 결속력을 보여주는 것으로 증명되어 왔습니다. 필름의 유연성으로 인한 원치 않은 진동의 약화를 방지하기 위하여 필름은 가능한 한 얇게 유지하여야 합니다. 접착제로 장착된 가속도계를 떼어내기 위해서는 케이스의 렌치 구멍에 렌치를 사용하여 비틀어 접착력을 없애야 합니다. 망치를 사용해서는 안됩니다. 가속도계를 망치로 내리치면 손상을 주게 됩니다.

견고한 설치를 위해서는 장착용 나사가 권장됩니다.
장착용 나사를 사용하는 방법은 구조물에 구멍을 내고 두드려야 하지만 견고하고 확실한 장착을 가능케 합니다. 센서에 충격이 가해지거나 나사가 풀리는 것을 방지하기 위해서 명시된 토크 설정을 따르시기 바랍니다.