1. The Shaker (also called vibration exciter) ; 셰이커(진동 가진기라고도 함)
셰이커의 작동 방식은 스피커와 유사합니다. 진동은 플런저 코일을 통과하는 전류와 자기장의 상호 작용에 의해 발생합니다. 골이 있는 몸체와 감겨 있는 플런저 코일로 구성된 이동 요소를 가속하는 데 사용되는 힘은 코일 전류, 자속 밀도 및 자기장 내 도체의 길이에 비례합니다. 따라서 셰이커의 진동 수준은 전류 강도를 조절하여 제어할 수 있습니다.
플런저 코일(Plunger Coil)은 솔레노이드(Solenoid)의 핵심 부품으로, 원통형으로 감긴 전선(코일) 내부에 전류를 흘려 자력을 발생시켜 철심(플런저)을 직선으로 이동시키는 전자기기 구성요소입니다. 전류가 흐르면 자기장을 형성하여 금속 막대(플런저)를 당기거나 밀어내며, 전기에너지를 선형적인 기계 운동 에너지로 변환합니다. (AI)
그림 1은 셰이커의 단면도를 보여줍니다. 소형 셰이커의 경우 영구 자석을 사용하여 자기장을 생성하고, 대형 받침대형 셰이커의 경우 전자석을 사용합니다. 최대 가속도는 전류 강도와 이동시켜야 할 총 유효 질량에 따라 달라집니다. 그러나 저주파수에서는 진동 속도와 변위(이동 거리)의 한계가 가속도의 한계보다 먼저 도달합니다.
그림 2는 이중 대수(로그-로그) 스케일로 나타낸 가속도를 주파수의 함수로 보여줍니다. 변위 한계는 12dB/옥타브의 기울기를 갖는 직선으로 표현됩니다. 대형 진동 시험기에서는 스프링의 예열 및 전력 증폭기의 최대 출력 전압에 따라 진동 속도 한계가 종종 발생합니다. 이 진동 속도 한계는 6dB/옥타브의 기울기를 갖는 직선으로 표현됩니다. 상한 주파수는 이동 요소의 자체 공진 주파수에 따라 달라집니다.
2. The Control; 제어
진동 시험을 위해서는 전기자(armature)의 진동 진폭을 일정하게 유지해야 합니다. 하지만 주파수 응답 곡선은 평탄하지 않고 공진 피크를 나타냅니다. 또한 시편 자체에서도 공진이 발생합니다. 따라서 전기자와 시편의 실제 진동 값을 설정된 기준값과 비교하여 주파수 변화에 따라 게인을 조절해야 합니다. 진동 테이블 제어 시스템은 주로 주파수 발생기, 진동계, 제어 증폭기로 구성됩니다(그림 3).
3. The Power Amplifier ; 전력 증폭기
정전류 구동식 셰이커의 주파수 응답 곡선은 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째와 두 번째 부분은 이동 요소와 그 현가 장치의 스프링-질량 시스템을 나타내며, 자체 공진 주파수는 20Hz입니다. 세 번째 부분에서는 이동 요소의 축 방향 공진이 발생하여 셰이커의 최대 주파수 한계를 결정합니다. 대형 셰이커의 경우 이 한계는 일반적으로 3kHz 이상입니다.
정전압 입력식 셰이커의 주파수 응답 곡선 또한 세 부분으로 나눌 수 있습니다. 하지만 낮은 자체 공진 주파수는 진동이 상당히 감쇠되어 진동 수준을 더 쉽게 제어할 수 있습니다. 일정한 구동 전압은 저 임피던스 출력의 전력 증폭기에서 생성되며, 거의 모든 진동 시험에서 일반적으로 선호됩니다. 그러나 중간 범위에서는 전류 제어가 부분적으로 더 유리할 수 있는데, 특히 진동 시험기를 힘 발생기로 사용하거나 비피드백 제어 모드로 작동하는 경우에 그렇습니다. 전압 제어와 달리 전류 제어에는 고 임피던스 출력의 증폭기가 필요하며, 이러한 증폭기는 종종 임피던스 출력을 선택할 수 있습니다(그림 4). 셰이커의 작동 방식은 스피커와 유사합니다. 진동은 플런저 코일을 통과하는 전류와 자기장의 상호 작용에 의해 발생합니다. 골이 있는 몸체와 감겨 있는 플런저 코일로 구성된 이동 요소를 가속하는 데 사용되는 힘은 코일 전류, 자속 밀도 및 자기장 내 도체의 길이에 비례합니다. 따라서 셰이커의 진동 수준은 전류 강도를 조절하여 제어할 수 있습니다.
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참고자료 (reference) :
1. TIRA사 홈페이지 (www.tira-gmbh.de)
2. 싸이러스 홈페이지 (www.cylos.co.kr)
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