Knowledge that resonantes 2 : What is sigma clipping?

진동, 소음 계측기 전문 업체 싸이러스㈜입니다.
이번에는 m+p international영국 지사에서 근무를 하고 있는 Mr. George Brett이 Linkedin에 올린 “Knowledge that resonantes 2 : What is sigma clipping? “을 한글로 번역을 하였습니다.

자연의 Random 진동 (Linkedin 사진), 그림 1

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공감대를 형성하는 지식 “시그마 클리핑(Sigma Clipping)이란 무엇일까요?”

간단히 말해, 이는 랜덤 시험 신호의 피크 진폭을 제어하는 방법으로, 신호의 RMS (실효값) 대비 피크 값 (Peak)의 비율, 즉 파고율(crest factor) 범위 내로 제어하는 것을 의미합니다.

설명해 드리겠습니다. 랜덤 시험은 실제 환경의 작동 조건을 시뮬레이션하기 위한 범용 시험 모드로 사용됩니다. 예를 들어, 자동차의 경우 노면 접촉, 풍압 난류, 엔진/동력계 입력 등으로부터의 가진(excitation)을 포함할 수 있습니다. 이는 시험 대역폭 전반에 걸쳐 다양한 레벨에서 무작위로 발생하는 진폭으로 구성됩니다. 랜덤 신호는 예측이 불가능하므로 우리는 RMS(실효값)라는 통계적 척도를 사용하여 모니터링합니다. 하지만 문제는, 예측이 불가능하다면 이론적으로 거의 무한대에 가까운 피크가 발생할 수 있다는 점입니다. 이는 시뮬레이션 시험에 비현실적이며 시험 장비와 시험 대상 장비(DUT)의 파손을 초래할 수 있습니다!

따라서 우리는 진폭을 "상대적 예측 가능성" 수준 내에 억제할 필요가 있습니다. 이를 달성하고 진폭이 가우시안(정규) 분포를 따르도록 보장하는 가장 일반적인 방법은 시그마 클리핑을 적용하는 것입니다.

작동 원리는 다음과 같습니다. 발생할 수 있는 최대 피크를 계산하려면, 단순히 RMS 값에 시그마 클리핑 계수를 곱하면 됩니다. 예를 들어, 5g RMS를 갖는 시험을 설정했다면, 시그마 클리핑 값이 3일 경우 최대 15g pk까지의 피크를 예상할 수 있습니다 (그 이상은 넘지 않음). 시그마 클리핑 값이 5로 확장되면 피크는 최대 25g pk에 도달할 수 있습니다. 간단하죠!

따라서 다음 시험 정의를 프로그래밍할 때, 작업 중인 표준에 이 설정이 정의되어 있지 않다면 주의를 기울일 가치가 있습니다. 5시그마가 정말로 작동 범위를 시뮬레이션하는 것일까요, 아니면 3시그마로 충분할까요? 현장 측정 데이터의 시간 이력 분석, 특히 파고율을 분석하는 것이 좋은 출발점이 될 수 있습니다 .......

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참고자료 (reference) : 
1. 싸이러스 홈페이지 (http://www.cylos.co.kr)
2. mp 홈페이지 (http://www.mpihome.com)
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