진동 측정; 진동 센서; 정확한 진동 측정

애플리케이션 노트 LA05-0020

일반 감지 애플리케이션 노트 LA05-0020

저작권 © 2013 Lion Precision. www.lionprecision.com

개요:

진동 많은 다른 매개 변수를 포함하는 복잡한 측정입니다. 다양한 측정 기술은 궁극적 인 진동 측정 목표에 따라 장단점이 있습니다. 이 애플리케이션 노트는 이러한 모든 영역을 다룹니다.

진동 측정

진동 중심 정적 위치 주변의 시간 기반 (주기적 / 주기적) 변위입니다. 다음 기여 요인은 진동의 크기 및 비율과 복잡한 관계를 갖습니다.

  • 물체 자체의 고유 진동수와 강성
  • 진동을 유발하는 외부 에너지 원의 진폭 및 주파수
  • 진동 에너지 원과 관심 물체 간의 결합 메커니즘.

진동 측정 변위, 속도, 가속 및 주파수와 같은 많은 구성 요소로 인해 복잡합니다. 또한 이러한 각 구성 요소는 피크 투 피크, 피크, 평균, RMS; 이들 각각은 시간 영역 (오실로스코프 또는 데이터 수집 시스템을 사용한 실시간, 순간 측정) 또는 주파수 영역 (주파수 스펙트럼에 걸쳐 서로 다른 주파수에서의 진동 크기) 또는“총 진동”의 단일 숫자로 측정 할 수 있습니다. "

진동 그래프

시간 영역에서 진동을 보는 것은 다른 순간에 진동 표면의 순간 위치를 보여줍니다.

Viweing 진동

주파수 영역에서 진동을 보면 다른 주파수에서 진동의 크기가 나타납니다.

MM190 미터 모듈

"전체 진동"은 MM190 미터 모듈의 TIR 기능과 함께 표시 될 수 있습니다.

진동 측정은 때때로 다른 값의 간접 측정으로 사용됩니다. 최종 측정 목표는 진동 측정. 자주, 상태 모니터링– 마모, 피로 및 고장 예측 또는 모니터링 – 운동 에너지와 물체에 작용하는 힘을 결정하기위한 진동 측정이 필요합니다. 이것을 관성 진동이라고합니다. 중요한 응용 분야에서 기계 모터 (특히 베어링)를 모니터링하는 것이 예입니다. 이 경우 가속도를 측정하면 물체의 질량이 알려져 있다고 가정 할 때 힘 단위로 쉽게 변환 할 수 있습니다.

의도하지 않은 변위가 시스템의 성능을 저하시키기 때문에 다른 응용은 관심 대상의 변위에 관한 것이다. 하드 디스크 드라이브 및 공작 기계는 이러한 유형의 진동 측정의 예이며 때때로 위치 진동 or 상대 진동.

임펄스 및 연속 진동 측정

진동에 대한 두 가지 시나리오는 연속 및 임펄스 진동 측정입니다. 지속적인 진동 측정은 상태 모니터링 및 작동 테스트에 사용됩니다. 실제 작동 조건에서 관심 객체에 발생하는 상황을 직접 측정합니다.

임펄스 진동 측정에는 종종 충격력을 측정하는 "교정 해머"로 물체를 타격 한 다음 물체의 결과적인 진동을 측정합니다. 이 유형의 테스트는 작동 조건에서의 동작을 예측하는 데 도움이되는 물체 내의 공명을 나타냅니다. 어플리케이션에 따라 공진 주파수를 피하거나 강조하기 위해 설계시 고려해야 할 경우가 종종 있습니다.

진동 측정 장비 및 진동 센서 기술

진동은 가속도, 속도 또는 변위로 측정됩니다. 각각의 장단점이 있으며 각 진동 측정 장치는 변환으로 인해 잠재적으로 불리한 결과가 발생하더라도 다른 장치로 변환 될 수 있습니다. 가속 및 변위가 가장 일반적인 진동 측정 방법입니다.

가속도계로 진동 측정

가속도계는 진동 물체의 표면 (또는 내부)에 직접 설치되는 소형 장치입니다. 스프링처럼 작동하는 유연한 부품에 매달려있는 작은 질량을 포함합니다. 가속도계를 움직이면 작은 질량이 가속 속도에 비례하여 편향됩니다. 질량의 편향 량을 측정하기 위해 다양한 감지 기술이 사용될 수있다. 질량 및 스프링 력이 알려져 있기 때문에 편향의 양은 가속도 값으로 쉽게 변환됩니다. 가속도계는 하나 이상의 축에서 가속도 정보를 제공 할 수 있습니다.

물체에 작용하는 힘이 중요한 요소 인 관성 진동 측정은 가속도계에 의해 잘 제공되지만 가속도계는 주파수에 민감합니다. 높은 주파수에서의 진동은 낮은 주파수에서의 진동보다 더 큰 가속도를 갖습니다. 이러한 이유로 가속도계는 저주파 진동에 대해 매우 낮은 신호 레벨을 생성하며 신호 대 잡음비가 떨어질 수 있습니다. 또한 속도를 유도하기 위해 적분을 사용하거나 변위 값을 도출하기 위해 이중 적분을 사용하면 고주파 신호가 줄어 듭니다.

관심 객체에 가속도계를 부착하면 객체의 질량이 변경되어 고유 공진 주파수가 변경됩니다. 경우에 따라 물체의 질량이 가속도계의 질량보다 상당히 큰 경우, 효과는 무시할 수 있습니다. 그러나 더 작은 물체에서 가속도계의 사용을 제한하지는 않습니다.

가속도계는 물체에 작용하는 관성력이 측정되어야하는 높은 주파수에서 진동하는 큰 물체에 적합한 선택입니다.

비접촉 변위 센서로 진동 측정

정전 식 비접촉 변위 센서

비접촉 변위 센서는 센서 (프로브)와 진동 물체의 표면 사이에 작은 간격으로 장착됩니다. 용량 성 및 와전류 변위 센서는 고해상도, 고속 측정에 가장 적합한 선택입니다. 출력은 변위 측정이기 때문에 상대 진동 (위치 진동) 측정에 적합합니다. 이러한 측정은 언제라도 진동 물체 표면의 물리적 위치가 중요한 요소 일 때 수행됩니다.

10 kHz 이상의 주파수 응답과 80 kHz의 높은 해상도 및 나노 미터의 낮은 해상도를 가진이 센서는 고속으로 움직일 때도 물체의 정확한 순간 위치를 나타냅니다.

와전류 비접촉 변위 센서

센서는 물체에 장착되지 않기 때문에 물체의 질량 또는 공진 특성을 변경하지 않습니다. 이 센서는 DC에서 정격 주파수 응답에 가까운 평탄한 주파수 응답을 갖습니다. 출력은 진동의 주파수에 영향을받지 않기 때문에 주파수 스펙트럼에서 측정이 더 정확합니다.

이들 센서로부터의 변위 데이터는 속도 정보를 제공하기 위해 차별화되고 가속 정보를 얻기 위해 두 번째로 차별화 될 수있다. 차별화 프로세스는 저주파 신호를 제한하고 고주파 신호를 강조합니다. 이것은 더 높은 주파수에서 더 낮은 신호대 잡음비를 초래할 것입니다.

즉각적이고 완전한 진동

"총 진동"은 진동 신호의 TIR (피크 투 피크) 캡처로 측정 할 수 있습니다.

변위 센서는 오실로스코프 또는 데이터 수집 시스템에서 실시간으로 관찰 할 수있는 출력을 생성합니다. 이 실시간 순간 데이터는 정확한 진동 데이터를 제공하여 회전 부품의 시간 또는 각도 위치의 함수로 기계 성능을 결정하는 데 사용할 수 있습니다.

다른 응용 분야에서는 간단한 "총 진동"번호가 필요합니다. 이러한 숫자를 얻으려면 센서 출력을 처리해야합니다. Elite Series 용량 성 변위 센서를 사용하는 경우 MM190 신호 처리 및 미터 모듈에서 전체 진동 측정을 수행 할 수 있습니다. 피크 캡처 기능에는 가장 부정적 측정과 가장 긍정적 인 측정의 차이를 표시하는 TIR (Total Indicator Reading) 옵션이 있습니다. 재설정 버튼은 캡처 된 값을 지우므로 새 값을 캡처 할 수 있습니다. 이 단일 피크 대 피크 (피크 대 밸리) 측정은 전체 진동을 나타냅니다.

"총 진동"변경은 MM190 모듈의 추적 TIR 옵션으로 측정 할 수 있습니다.

기계 시스템을 조정하는 동안 진동 값이 시간이 지남에 따라 변경 될 것으로 예상되면 Tracking TIR 옵션을 사용할 수 있습니다. TIR을 추적하면 피크 대 피크 값이 표시되지만 피크 값은 서서히 XNUMX으로 감소합니다. 이런 식으로 표시기는 값이 감소하더라도 몇 초 후 현재 TIR 값을 표시합니다. 이 기능은 물체의 환경을 실험하여 피크 값을 수동으로 재설정 할 필요없이 총 진동을 줄일 수있는 대상을 결정합니다.

변위 센서 프로브 장착

진동을 측정 할 때 변위 센서도 진동에 노출 될 수 있습니다. 센서 자체에 대한 진동의 영향을 최소화하려면 견고하게 장착해야합니다. 나사산 바디가 단단한 마운트로 조여진 프로브는 진동 효과를 최소화하는 데 필요한 강성을 제공해야합니다.

고정 나사 장착은 프로브의 축을 따라 프로브를 고정하지만 다른 두 축, 특히 마이크로 및 나노 레벨에서 여전히 움직임이있을 수 있습니다.

클램프 마운트는 고정 나사 마운트보다 안정적인 마운트입니다. 그러나 마이크로 및 나노 레벨에서 형태 오류는 고정 나사 마운트와 매우 유사한 XNUMX 점 클램프 만 초래할 수 있습니다.

XNUMX 점 클램프 마운트는 본질적으로 안정적이며 진원도의 작은 형태 오차에 영향을받지 않습니다.

클램프 장착형의 부드러운 원통형 프로브는 진동 환경에 영향을 받기 쉬우므로 신중히 고려해야합니다. 원통형 프로브에는 다양한 클램프 장착 방법이 있습니다. 어떤 것들은 다른 것보다 낫습니다. 고해상도로 측정 할 때, 장착 설계는 측정 품질에서 중요한 역할을 시작합니다.

일반적인 장착 방법은 프로브를 고정하기 위해 고정 나사가있는 스루 홀입니다. 마이크론 이하의 수준에서 측정하지 않는 안정적이고 진동이없는 환경에서의 측정에는이 방법으로 충분합니다. 그러나이 시스템은 프로브를 두 지점 (고정 나사와 고정 나사 반대쪽 점)에만 고정시켜 최소한 하나의 축에서 자유롭게 움직일 수 있습니다. 진동 환경에서 고해상도 측정을 위해서는 더 나은 시스템이 필요합니다.

원통형 프로브에 스루 홀이 조여지는 "핀치 클램프"마운트가 더 나은 솔루션입니다. 전체 둘레 클램프는 더 많은 프로브 표면에 맞물리며보다 안정적인 마운트를 제공합니다. 그러나 프로브 또는 스루 홀의 둥근 정도가 고정 나사의 XNUMX 점 클램프처럼 작동하기 시작할 수 있습니다.

가장 안정적인 클램핑 방법은 핀치 클램프를 사용하여 프로브를 전체 둘레가 아닌 XNUMX 개 또는 XNUMX 개 지점에서 클램핑합니다. 이 방법은 프로브 본체 또는 클램프 스루 홀의 진원도에도 불구하고 안정적으로 유지됩니다.

추가 용량 성 변위 센서 장착 고려 사항

용량 성 변위 센서는 프로브의 감지 영역 직경의 약 130 % 측정 "스팟 크기"를 갖습니다. 측정 대상 영역이 이보다 작 으면 오류가 발생하기 쉬우 며 특수 교정이 필요할 수 있습니다.

여러 용량 성 프로브

여러 개의 용량 성 프로브를 동일한 대상과 함께 사용하는 경우 드라이브 전자 장치를 동기화해야합니다. Lion Precision 다중 채널 용량 센서 시스템 (Elite Series 및 CPL230)은 동기화 된 전자 장치를 사용합니다. 용량 성 센서는 인접한 프로브 사이에 최소 거리가 필요하지 않습니다.

용량 성 센서에 대한 환경 고려 사항

용량 성 센서는 깨끗하고 건조한 환경이 필요합니다. 프로브와 타겟 사이의 재료가 변경되면 측정에 영향을 미칩니다.

모든 센서는 온도에 어느 정도 민감하지만 Lion Precision 용량 성 센서 시스템은 20 % FS / ° C 미만의 드리프트로 35 ° C ~ 0.04 ° C의 온도 변화에 대해 보상됩니다.

습도의 일반적인 변화는 용량 성 변위 측정에 영향을 미치지 않습니다. 90 % 범위의 습도는 측정에 영향을 줄 수 있습니다. 측정 영역에서 응결이 발생하면 측정이 무효가됩니다.

추가 와전류 변위 센서 장착 고려 사항

와전류 변위 센서는 프로브의 끝을 에워싸는 자기장을 사용합니다. 결과적으로 와전류 변위 센서의 "점 크기"는 프로브 직경의 약 300 %입니다. 즉, 프로브에서 XNUMX 개의 프로브 직경 내에있는 금속 물체가 센서 출력에 영향을 미칩니다.

이 자기장은 프로브의 축을 따라 프로브의 후면을 향하여 연장됩니다. 이러한 이유로 프로브의 감지면과 마운팅 시스템 사이의 거리는 프로브 직경의 1.5 배 이상이어야합니다. 프로브 주위에 올바르게 설계된 카운터 보어가 없으면 Eddy-Current 변위 센서를 장착 표면과 같은 높이로 장착 할 수 없습니다.

와전류 프로브 장착은 프로브 직경의 XNUMX 배 이상인 팁 주위에 금속이없는 공간을 허용해야합니다. 매립형 장착에는 카운터 보어가 필요합니다.

프로브 근처에 방해가되는 물체를 피할 수없는 경우, 픽스처의 프로브로 이상적으로 수행되는 특수 교정을 수행해야합니다.

여러 와전류 프로브

여러 개의 프로브를 동일한 대상과 함께 사용하는 경우 채널 간 간섭을 방지하기 위해 프로브 직경을 XNUMX 개 이상 분리해야합니다. 이것이 불가피한 경우, 간섭을 최소화하기 위해 특수한 공장 교정이 가능합니다.

와전류 센서에 대한 환경 고려 사항

와전류 센서를 사용한 선형 변위 측정은 측정 영역의 이물질에 영향을받지 않습니다. 와전류 비접촉 센서의 가장 큰 장점은 오히려 적대적인 환경에서 사용할 수 있다는 것입니다. 모든 비전 도성 재료는 와전류 센서에 보이지 않습니다. 가공 공정의 칩과 같은 금속 재료도 센서와 크게 상호 작용하기에는 너무 작습니다.

Eddy-Current 센서는 온도에 어느 정도 민감하지만 시스템은 15 % FS / ° C 미만의 드리프트로 65 ° C와 0.01 ° C 사이의 온도 변화에 대해 보상됩니다.

습도 변화는 와전류 변위 측정에 영향을 미치지 않습니다.

유용한 링크

PDF 아이콘
문서 아이콘
문서 아이콘
문서 아이콘

TechNote 다운로드

전자 현미경 스캔을위한 Z- 높이 측정 사례 연구

후면 반도체 웨이퍼 검사 사례 연구를위한 Z- 높이 감지

세미 실리콘 웨이퍼 두께 사례 연구