인하대_진동공학 TermProject

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목차

1. 서 론 3

2. 계측기 3

3. 가속도계 4
3.1 높은 고유진동수 5
3.2 위상 왜곡 5

4. 가속도계 종류 6
4.1 Capacitive 센서 6
4.2 압전형 가속도 센서 9
4.3 동전형 가속도 센서 10

5. 설계 12
5.1 물성치 12
5.2 ADAMS를 통한 설계 12
5.3 그래프 및 해석 14

6. 결과 및 고찰 15

7. 참고문헌 16

본문내용

1. 서론
진동이란, 가진력에 의해 어떤 양의 크기가 시간이 경과함에 따라 어떤 기준값보다 커지든가 작아져서 주기적으로 변동하는 현상을 말한다. 따라서 정위치에서 지반 또는 기계등이 상.하 또는 전.후로 반복하여 움직이면 진동이라고 한다. 기계의 진동을 측정하려면 기준 좌표에 대해서 기준점을 잡아야하고 그 기준점으로부터의 물체까지의 거리를 구한다. 그 구한 거리의 미분값으로 속도와 가속도를 알 수 있다. 이러한 진동 측정 방식을 이용하는 가속도계의 원리와 적용분야 그리고 설계를 해볼 것이다.

2. 계측기
대부분의 진도 계측 장비의 기본적인 요소는 스프링 – 질량 – 댐퍼 시스템의 3가지 기본 요소로 구성되며, 추가적으로 보호용 하우징, 출력변환기 등으로 이루어진다. 진동수 범위에 따라 변위, 속도, 가속도는 보호용 하우징에 매달린 질량의 상대 운동으로 나타낼 수 있다.

<그림 1> 계측기의 기본적인 모습

<그림 1>에서 나타난 계측기의 거동을 파악하기 위해, 다음 m의 운동 방정식을 고려해보자.
(식 1)

질량에 곱해지는 가속도는 절대좌표를 기준으로 하고, 댐퍼와 스프링 상수에 곱해지는 속도와 변위는 상대좌표를 사용하기 때문에 에 대한 를 기준으로 잡는다. 이때 질량 m과 케이스의 상대적인 변위를
(식 2)
이라 하고, 초기 진동체의 조화 운동을 라 가정하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.

(식 3)
이때 를 외력이라 생각할 수 있으며, 정상 상태해 이라 두고 위의 식에 대입하여 푼다면 다음의 결과를 얻을 수 있다. 이라하면,

(식 4)

그리고
(식 5)

이때 는 위상각(phase angle)이라 한다.
위 (식 4) 와 (식 5) 은 r과 감쇠비 의 함수이고, 이를 그래프로 그려보면 다음 페이지의 <그림 2> 와 <그림 3> 으로 나타난다. 계측기의 유형은 계측기 고유 진동수 과 진동체의 진동수 에 의해서(r에 의해) 나뉘어 진다. 계측기의 고유 진동수 이 측정하고자 하는 진동수 에 비해 낮은 경우 이 큰 값을 가지고 이때 계측기는 지진계로써 사용이 된다. 그리고 이 진동수 비해 높은 경우 이 작은 값을 갖게 되고 이때 계측기는 가속도계로써 사용이 된다.

참고 자료

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손병기, 『센서공학』, 일진사, 2002, pp. 93~101
박재홍, 『전기⦁전자⦁컴퓨터 공학도를 위한 계측시스템 공학』, 청문각, 2003, pp.149~153, 168~170
일본 자동화 기술, 『알기 쉬운 센서 기기』, 전금경, 세화, 1991, pp. 317~326
공성일 외 3명, 『설비 보전을 위한 계측 제어 공학』, 일진사, 2011, pp. 160~161
성영권 외 1명, 『이공학도를 위한 최신 센서 공학』, 한동, 1998, pp.160~165
William T. Thomson, Marie Dillon Dahleh 저, 「Theory of The Vibration with Application」, PRENTICE HALL, 2007 5th, pp. 76-78