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임팩트(임펄스) 해머 소개, introduce impulse hammer 본문
목차
1. 임펙트햄머의 용도, 구조
2. 입력 포스 설정
3. 시스템연결
4. 임펙트 해머 선택
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1. 임펙트햄머의 용도, 구조
기계적 시스템의 전달 함수는 외력에 대한 응답으로 동적 움직임을 표현합니다.
기계적 시스템 분석에 사용되는 주요 전달 함수는 다음과 같습니다.
- Dynamic Mass (Force/Acceleration)
- Mechanical Impedance (Force/Velocity)
- Dynamic Stiffness (Force/Displacement)
- Compliance (Displacement/Force)
- Accelerance (Acceleration/Force)
(각 전달 함수는 힘(포스)의 대한 함수입니다.)
각 전달 함수는 다른 방식으로 기계적 시스템의 동적 움직임을 설명하며 각각은 입력된 외력에 대한 출력 응답의 비율을 포함합니다. 응답은 시험 대상물(시편)의 중요한 지점에 가속도 센서를 붙이고 편리하게 측정할 수 있습니다. 스펙트럼 분석기는 입력 및 응답 신호에 필요한 수학적 비율을 수행하여 실시간으로 원하는 전달 함수를 생성합니다.
테스트 대상(시편)을 자극하는 일반적인 방법 중 하나는 가진기를 사용하는 것입니다. 가진기에 부착된 동적 힘 센서는 입력된 포스 진폭을 정의하는데 사용되며 신호 발생기(함수 발생기)는 주파수를 제어합니다. 테스트 대상이 너무 커서 물리적으로 불가능 할 때에는 임펙트 해머로 시험 대상물에 가진을 하는 방법입니다. 해머 헤드에 장착된 동적 힘 센서는 입력된 동적 힘 신호를 진폭 및 위상 정보를 포함하는 유사한 파형으로 변환합니다.
임팩트 팁 재료의 강성은 임팩트 펄스(신호) 지속 시간을 제어하여 주파수 성분을 결정하는데 도움이 됩니다. 임펙트 해머는 주파수와 진폭을 정의함으로써 구조물에 가진을 하는 빠르고 간단한 방법입니다.
해머 시스템 (가속도계 포함)과 함께 스펙트럼 분석기를 사용하면 실시간으로 설정된 전달 함수에 맞는 수학적 비율을 수행하여 테스트를 단순화하고 작업 시간을 절약할 수 있습니다. Modal Analysis (모달 분석) 라고하는 기계 시스템 분석의 한 분야는 소프트웨어를 사용하여 주파수 응답 데이터를 더욱 세분화하여 구조의 각 모드 (공진 및 반 공진)를 자세히 설명합니다.
임펙트 햄머 구조
임펄스 해머는 두 가지 주요 기능이 있습니다.
1. 시험 대상체에 관심 주파수 범위까지 일정한 힘으로 가진을 해야 합니다.
2. 진폭과 위상 모두 입력 임펄스(가진 신호) (FΔt)를 정확하게 표현하는 아날로그 전압 펄스(응답 신호)를 생성해야 합니다.
임펙트 해머는 동적 힘 센서가 포함된 헤드 어셈블리와 고무 그립이 있는 핸들, 탈/부착이 가능한 헤드 익스텐더 및 다양한 소재의 팁 (강철, 알루미늄, 플라스틱)으로 구성됩니다.
그림 1은 Dytran에서 생산 한 Dynapulse ™ 해머의 여러 모델 중 하나인 5800B 시리즈의 구성을 보여줍니다. 다른 Dynapulse 해머는 모델 5850B입니다.
그림 1: 임팩트 해머 구조
임펙트 햄머 사진
다이트란 임펙트 해머는 해머 자체 공진이 해머 출력 신호 스펙트럼에 가짜 신호를 생성하지 않도록 하기 위해 가속도 보정을 할 수 있는 특수 압전 동적 힘 센서를 사용합니다. 가속도 보상과 결합된 동적 힘 센서의 높은 강성은 진폭과 위상 모두에서 동적 힘 센서 기능을 정확하게 표현하는 깨끗하고 부드러운 출력 신호를 생성합니다.
낮은 임피던스 전압 모드 (Low Impedance Voltage Mode, LIVM) 동적 힘 센서는 헤드와 핸들안에 있는 케이블을 통해 신호를 전달하고 핸들 끝에 있는 BNC 커넥터를 통하여 신호를 분석 장비에서 출력 됩니다. 이 간소화된 디자인은 Dytran에서 최초로 개발되었으며 현재에는 업계의 표준이 되었습니다.
2. 입력 포스 설정
구조물은 크기, 질량 및 동적 응답이 너무 다양하기 때문에 적절한 가진을 위해 서로 다른 특성을 가진 입력 포스가 필요합니다. 예를 들면, 일반적으로 질량이 작은 물체는 높은 응답 주파수를 가지므로 작은 포스의 레벨로 높은 가진 주파수가 필요 합니다. 반대로, 낮은 주파수 응답 (공명, 공진)을 가진 무거운 구조물은 높은 포스의 레벨로 낮은 가진 주파수가 필요합니다.
이러한 내용을 바탕으로 사용자는 해머의 헤드 질량을 추가할 수 있는 헤드 익스텐더와 다양한 임펄스 팁 (플라스틱 팁, 스틸 또는 알루미늄 팁, 고무 팁 등)을 결합하여 다양한 임펄스 파형을 생성할 수 있습니다. 스펙트럼 분석기는 일반적으로 다양한 팁 및 익스텐더 조합으로 생성된 입력된 포스 스펙트럼을 확인할 수 있습니다.
푸리에 분석에 따르면 펄스신호의 지속 시간이 짧은 빠른 rising time의 펄스신호는 높은 주파수를 포함하므로 금속 (알루미늄 또는 스틸) 임팩트 팁을 사용하고 빠르게 펄스 신호를 떨어트리기 위해 헤드 익스텐더를 사용하지 않고 높은 주파수 성분의 임펄스를 생성합니다.
그림 2는 스펙트럼 분석기에서 볼 수있는 Dytran 시리즈 5800B 해머의 일반적인 결과입니다.
그림 2: 임펄스 스펙트럼, 알루미늄 팁, 헤드 익스텐더 없음
입력 가진의 고주파 성분을 줄이려면 헤드 익스텐더를 추가하여 관성을 높이고 더 부드러운 임팩트 팁을 사용하여 rising time 및 가진 신호의 지속시간을 연장할 수 있습니다. 이것은 가진 주파수 성분을 더 낮출 수 있습니다.
그림 3: 임펄스 스펙트럼, 하드 플라스틱 팁, 익스텐더 1개
그림 4 : 임펄스 스펙트럼, 소프트 플라스틱 팁, 헤드 익스텐더 1개
그림 5는 하드 플라스틱 팁을 사용하고 헤드 익스텐더를 사용하지 않는 임펄스 해머를 통해 생성된 아날로그 전압 펄스 그래프입니다. 펄스 지속 시간은 640mSec입니다.
그림 5 : 해머 펄스, 헤드 익스텐더 없음, 하드플라스틱 팁
그림 6은 위의 그림 5에서와 동일한 임팩트 팁과 헤드 익스텐더를 사용하여 질량이 추가된 펄스의 그래프입니다. 펄스 지속 시간이 더 깁니다.
그림 6 : 해머 펄스, 헤드 익스텐더 1개, 하드플라스틱 팁
일관성 플롯을 통해 사용자는 관심있는 모든 주파수에서 적절하게 시험 대상체에 가진되는지 확인할 수 있습니다. 다양한 임팩트 팁 재료 및 익스텐더 질량을 교체 또는 추가하여 최적의 가진에 근접 할 수 있습니다.
3. 시스템 연결
그림 7은 임펄스 해머 시스템을 스펙트럼 분석기와 함께 사용하는 방법을 보여줍니다. 분석기와 함께 작동하는 컴퓨터를 추가하여 FRF (frequency Response Function) 시험의 소프트웨어 기반 확장인 모달 분석(Modal Analysis)을 수행할 수 있습니다.
그림 7. 전형적인 FRF 시험 시스템
그림 8. PC 기반의 FRF 시험 및 분석 시스템
4. 임펙트 해머 선택
모든 Dytran 해머에는 편리한 LIVM 작동을 위해 내부 임피던스 변환 IC 증폭기가 있습니다. 해머는 보통 해머 단독으로 구매하거나 가속도계, 전원 공급 장치, 케이블, 여러 팁 및 헤드 익스텐더가 포함 된 해머 키트로 구입할 수 있습니다. 전체 Dytran 해머 라인은 초소형 5800SL부터 대형 12lb 슬레지 해머 모델 5803A에 이르기까지 6 가지 해머 구성으로 구성되어 작은 터빈 블레이드에서 고가교에 이르기까지 다양한 테스트 대상 및 구조를 가진합니다. 모든 Dytran 해머는 추가 비용 없이 NIST와 비교 가능한 (A2LA 인증된) 교정 성적서와 함께 제공됩니다.
다음 요약은 애플리케이션에 가장 적합한 해머를 결정하는 데 도움이 됩니다.
1. 모델 5800SL :
이 소형 "초경량"해머는 소형 터빈 블레이드 및 디스크 드라이브 판독 헤드와 같은 매우 가벼운 준수 구조를 가진하도록 설계되었습니다. 모델 5800SL은 팁 강성이 매우 높고 헤드 질량이 낮아 작은 구조물의 고주파 가진에 이상적입니다. 탈착식 헤드 익스텐더가 임펙트 햄머와 함께 제공됩니다. 강화 강철로 만든 임팩트 팁은 교체할 수 없습니다. 감도는 100mV/lbf입니다.
그림 9. 모델 5800SL 미니 햄머
2. 모델 시리즈 5800B : 5800B2/5800B3/5800B4/5800B5
Dynapulse ™ 시리즈의 첫 번째 모델 인 모델 5800B는 헤드 질량이 100gram이며 50 ~ 1,000lbf의 4 가지 힘 범위로 사용되며, 5800B4 (500 lbf)의 모델이 가장 많이 사용되고 있습니다. 풀 스케일. 교체 가능한 임팩트 팁이 3개 기본으로 제공되고, 40 gram 무게의 헤드 익스텐더가 옵션으로 제공됩니다. 가속 보상은 이상 현상이 없는 부드러운 주파수 스펙트럼을 보장합니다. 이 해머는 베어링 하우징, 브레이크 로터, H 빔, 플레이트 및 기타 소형 구조물 및 기계의 범용 용도로 권장됩니다.
그림 10. 모델 5800Bx 햄머, 5800B2, 5800B4 임펙트 햄머
3. 모델 5850B :
특허받은 Dynapulse ™ "다중 범위"해머는 다양한 크기와 무게의 구조를 테스트해야하는 역학 실험실에 다양성을 제공합니다. 핸들에 있는 3 위치 토글 스위치를 통해 사용자는 1, 10 및 100 mV/lbf의 감도를 선택할 수 있습니다. 스위치는 감도를 변경하기 위해 세 가지 다른 범위 캐패시터를 변경하고 세 범위가 동일한 저잡음 레벨을 공유하도록 회로에 전기 gain을 추가하지 않습니다. 모델 5850B는 3 개의 고정 레인지 해머를 효과적으로 대체합니다. Dynapulse 가속은 부드러운 "글리치없는"응답을 보장합니다. 이 해머에는 임펄스를 조정할 수 있도록 3 개의 임팩트 팁이 기본으로 제공되며, 헤드 익스텐더가 옵션으로 제공됩니다. 이 해머의 매우 넓은 다이나믹 레인지는 작은 것부터 큰 것까지 다양한 구조에 적절한 가진을 제공합니다.
그림 11. 모델 5850B 임펙트 햄머
4. 모델 5802A :
이 가벼운 슬레지 해머 (3lb 헤드)는 다양한 강성의 4 개의 교체 가능한 플라스틱 충격 팁 중 하나를 장착 할 수 있으며 콘크리트 주물, 저장 탱크, 파이프 라인, 타워 등에서 저주파를 가진하는 데 사용할 수 있습니다.
그림 12. 모델 5802A 햄머
5. 모델 5803A :
가장 무거운 해머이며 해드 무게가 12lb입니다. 이 슬레지 해머는 건물, 다리, 댐의 기초를 흔들기 위해 사용되었습니다.
그림 13. 모델 5803A 햄머
6. 모델 5805A :
가장 가벼운 슬레지 해머이며 해드 무게가 1lb입니다. 해드 무게가 3lb인 5802A보다 작은 구조물에 사용하도록 설계되었습니다.
그림 14. 모델 5805A 헴머
동적 힘 센서 : Dynamics Force Sensor
임펙트 햄머 : 임펄스 햄머 ; Impact Hammer ; Impulse Hammer
Dytran사 임펙트 햄머의 자세한 정보는 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의 또는 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.
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참고 정보 :
1. Dytran 홈페이지 (www.dytran.com)
2. Cylos 홈페이지 (www.cylos.co.kr)
3. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)
4. Dytran 센서 홈페이지 (www.dytran.co.kr)
