싸이러스(Cylos)

진동가속도센서를 적분한 변위와 LVDT 변위 데이터의 비교 시험 ; Comparison test of displacement data integrated from accelerometer and LVDT displacement data 본문

기초이론/주파수 분석(FFT Analysis)

진동가속도센서를 적분한 변위와 LVDT 변위 데이터의 비교 시험 ; Comparison test of displacement data integrated from accelerometer and LVDT displacement data

cylos 2024. 10. 31. 09:00

목차

1. 장비 구성

2. 시험 목적 : 변위 비교

3. APS 113 저주파 가진기로 Sine 가진 시험

4. APS 113 저주파 가진기로 Narrowband Random (협대역 무작위) 가진

5. 결론

 

SPEKTRA / APS Dynamics APS 113 저주파 진동가진기, 그림 1

위의 그림을 클릭하시면, 싸이러스 홈페이지로 이동합니다

 

 

독일 SPEKTRA사의 APS 113 가진기와 mpAnalyzer 분석장비를 사용하여 접촉식 변위 센서인 LVDT와 Dytran 사의 DC MEMS 가속도 센서인 7577A2를 이용하여 저주파에서의 변위 비교를 하였습니다.

 

#01. 장비 구성

1. APS 113 저주파 가진기 (SPEKTRA, 원산지 : 독일)

2. mp Analyzer 및 VibPilot 분석 장비 (m+p International, 원산지 : 독일)

3. 7577A2 DC MEMS 진동센서 가속도계 (Dytran, 원산지 : 미국)

4. 변위 비교용 LVDT센서

 

시험 장비 구성도 (APS 113, Dytran 7577A2, VP8E, mpAnalyzer), 그림 2

 

Dytran사 7577A2 DC MEMS 가속도계, 그림3

 

#02. 시험 목적 : 변위 비교

SPEKTRA / APS Dynamics APS 113 저주파 진동가진기로 7577A2 가속도계와 LVDT를 동시에 가진하여 변위를 비교

1. 가속도 신호 2번 적분(mp analyzer 사용)신호 데이터와 LDVT 신호 데이터비교

2. 동시에 계측한 2 센서의 Time Data 및 Spectrum 데이터 비교

APS 113,진동가진기, 7577A2 DCMEMS 가속도계, LVDT로 시스템을 구성하여 시험준비를 마친 사진, 그림 4

 

 

#03. APS 113 가진기로 Sine 가진 시험

APS 113 저주파 가진기를 이용하여 5Hz, 1Hz, 0.5Hz. 0.25Hz Sine 파형 가진 후 LDVT와 7577A2 DC MEMS가속도 센서-적분2번 변위 값과 비교를 진행하였습니다.

 

아래의 동영상과 결과 데이터를 참고하시기 바랍니다.

APS 113 저주파 가진기로 Sine 가진 시험, 동영상 1

1) 5 Hz fixed Sine 진동 가진 

5 Hz Sine 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 5

 

5Hz의 Sine 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain (5 Hz)
LVDT 4.978004mm pk-pk 2.36541mm pk 
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 5.078149mm pk-pk 2.36502mm pk
오차 (%) 1.97 % 0.016 %

 

Time Domain Data의 경우 저주파Noise 혹은 Time domain 적분 시 High Pass Filter의 영향으로 약 2%정도의 오차가 발생하였지만 Frequency Domain에서는 정확한 값이 나오는 것을 확인할 수 있었습니다.

 

 

2) 1 Hz fixed Sine 진동 가진

1 Hz Sine 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 6

 

1Hz의 Sine 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain (1 Hz)
LVDT 20.964035mm pk-pk 2.36541mm pk
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 20.479546mm pk-pk 2.36502mm pk
오차 (%) 2.311 % 1.221 %

 

5Hz와 마찬가지로 가속도 센서로도 오차 2.5%이내인 우수한 값을 얻었습니다

 

 

3) 0.5 Hz fixed Sine 진동 가진

0.5 Hz Sine 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 7

 

0.5 Hz의 Sine 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain (0.5 Hz)
LVDT 37.652588mm pk-pk 18.608189mm pk
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 38.933975mm pk-pk 18.795492mm pk
오차 (%) 3.291 % 0.997 %

 

적분이 어려운 Time domain 저주파 부분에서 High pass의한 영향에도 불구하고 약 3%정도의 오차를 가지는 정확한 값을 얻을 수 있는 결과를 얻었습니다

 

 

4) 0.25 Hz fixed Sine 진동 가진

0.25 Hz Sine 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 8

 

 

0.25 Hz의 Sine 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain (0.25 Hz)
LVDT 64.126099mm pk-pk 32.165283mm pk
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 63.288471mm pk-pk 31.099991mm pk
오차 (%) 1.306 % 3.311 %

 

0.5Hz와 마찬가지로 적분이 어려운 Time domain 저주파 부분에서 High pass의한 영향에도 불구하고 약 3%정도의 오차를 가지는 정확한 값을 얻을 수 있는 결과를 얻었습니다.

 

#04. APS 113 가진기로 Narrowband Random(협대역 무작위) 가진 시험

APS 113 가진기를 이용하여 협대역 구간 (1~10Hz, 0.5~5Hz, 0.3~2Hz)에서 Random가진을 통하여 적분 2번된 가속도 센서의 신호[변위] LVDT신호간 비교를 진행하였습니다.

1-10Hz Narrowband Random 가진 동영상 예시, 동영상 2
0.5-5Hz Narrowband Random 가진 동영상 예시, 동영상 3

1) 1-10Hz Random 진동 가진

1 Hz ~ 10 Hz Narrowband Random 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 10

 

1 Hz ~ 10 Hz Random 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain
( ~ 10 Hz, RMS)		 Frequency Domain
( Peak High)
LVDT 22.822529mm pk-pk 3.728628mm 2.621253mm pk [at 1Hz]
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 22.675976mm pk-pk 3.679199mm 2.574733mm pk [at 1Hz]
오차 (%) 0.642 % 3.311 % 1.774 %

 

1 Hz ~ 10 Hz Random 가진에서도 0.5~10Hz에서도 우수한 실효치 오차, Peak 값에서도 최대 2%미만인 우수한 오차로 측정됨을 확인하였습니다.

 

2) 0.3 Hz ~ 2 Hz Random 진동 가진

0.3 Hz ~ 2 Hz Narrowband Random 측정 결과 데이터, Time domain (상), Frequency domain (하), 그림 11

 

0.3 Hz ~ 2 Hz Random 가진의 경우 다음과 같은 결과를 얻었습니다.

  Time Domain Frequency Domain
( ~ 10 Hz, RMS)		 Frequency Domain
( Peak High)
LVDT 57.962978mm pk-pk 12.301773mm 6.165122mm pk [at 0.5Hz]
7577A2 DC MEMS (적분 2번) 56.698765mm pk-pk 12.203643mm 6.11899mm pk [at 0.5Hz]
오차 (%) 1.181 % 0.797 % 0.748 %

 

0.5~10Hz Random 가진에서도 우수한 실효치 오차 , Peak 값에서도 최대 2%미만인 우수한 오차로 측정됨을 확인하였습니다.

 

#05. 결론

일반적으로 저주파수 변위 측정을 위해서는 LVDT 혹은 Laser 변위센서와 같은 변위센서를 이용한 측정이 대부분 이였습니다. 가속도센서를 이용하여 변위 분석을 할 때에는 센서의 Noise, Dynamic range 및 일반적인 IEPE(ICP)센서의 경우 저주파 측정 자체가 안되는 경우가 있어 1~3Hz이상 주파수에서만 변위 분석을 진행하였으나, Dytran의 7577A2 DC MEMS센서와 m+p Analzyer를 이용하여 초 저주파에서도 직접 접촉하는 LVDT센서와 다름없이 변위 분석이 가능함을 확인하였습니다. 

 

시험에 대한 자세한 정보는 sales@cylos.co.kr, 031-251-1905로 문의 또는 싸이러스 홈페이지를 참고하시기 바랍니다.

위그림을 클릭하시면 싸이러스 홈페이지로 이동합니다.

 

참고자료 (reference) :

1. 싸이러스 홈페이지 (www.cylos.co.kr)

2. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co)

3. 싸이러스 네이버 블로그 (https://blog.naver.com/cylos_co/222378402045)