[사인진동시험]Sine Sweep Test, 공진 검출 (스윕 시험, Vibration Test, Resonance)

 

목차

 

 

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Sine Sweep Test (사인 스윕 시험)이란?

 

 

진동 시험 엔지니어들은 제품의 공진 주파수(Resonance Frequency)를 찾기 위해 사인 스윕 테스트(Sine Sweep Test)를 사용합니다. 공진은 제품이 자연 주파수와 일치하는 외부 진동에 노출될 때 발생합니다.

 

공진은 제품의 자연 진동을 증폭시키므로 손상을 야기할 수 있습니다. 공진 주파수를 식별하는 것은 제품 개발 및 검증에 필수적입니다. 사인 스윕과 같은 공진 테스트는 제품의 공진 주파수에 대한 반응을 확인하고 관찰하는 데 도움이 됩니다.

 

팜테크(FAMTECH)에서 판매 중인 VibrationVIEW Sine 소프트웨어 모듈을 사용하여 사인 스윕 테스트를 구현 및 제어할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

진동 시험 엔지니어는 주어진 환경에서의 물품의 응답을 관찰하기 위해 Frequency sweep을 사용합니다. Sine sweep test중, 진동 시험기(Vibration Tester, Shaker)는 일정 주기로 진동수가 변화하는 주파수 범위를 지나가며 동작합니다.

 

한 번의 Sweep는 최소 주파수에서 최대 주파수로 이동하거나 그 반대 방향으로 이동하는 것을 의미합니다. 시험 엔지니어는 사인 스위프트 테스트의 매개변수(Parameter)를 설정합니다. 파라미터는 주파수 범위, 이동 속도, 제어 Gain 등 제어에 필요한 다양한 값들이 있습니다. 이에 대해 이후 포스트에서 논의하겠습니다.

 

테스트가 완료되면, 주파수 범위 내에서 실행됩니다. 그 이후, 엔지니어는 결과를 분석하고 입력 가속도 대 출력 가속도의 최대 전달률(peak transmissibility)을 식별할 수 있습니다.

 

 

 

하드웨어 구성

 

• 진동시험기
• 가속도 센서
• 제어기

 

가속도센서(Accelerometer)는 가속도를 측정하는 장치로, 진동 시험기의 테이블과 시편(DUT)에 부착되어 진동 시험기의 테이블과 DUT의 가속도 값을 진동 컨트롤러로 전송합니다.

 

테스트 중에 컨트롤러는 진동 시험기의 테이블의 가속도를 모니터링하고, DUT에 적절한 레벨을 적용합니다. 또한, 컨트롤러는 DUT의 가속도를 모니터링하고, 시험 엔지니어가 그래프로 값을 확인할 수 있도록 표시합니다.

 

 

 

 

 

 

Sine Sweep Test (사인 스윕 시험) 예제

 

 

위 그림은 진동시험기+센서+금속 Beam(DUT) 구성을 보여줍니다. 제어용 가속도센서는 진동 시험기 헤더에 부착되어 컨트롤러의 채널 1에 연결됩니다.

 

빔의 끝에 두 번째 가속도센서가 부착되어 컨트롤러의 채널 2에 연결됩니다. 이 두 번째 가속도 센서는 해당 위치에서의 빔의 응답 가속도를 측정합니다. 

 

 

 

 

실습 결과 해석

 

 

이번 실습은 10Hz부터 1,000Hz까지의 주파수 범위에서 1G 사인 테스트를 실행 했습니다. 제어기는 각 주기의 정점에서 제어 가속도센서 (Ch1)가 1G 가속도를 유지하도록 Close loop 형태로 시험기를 제어하였습니다. 이 과정에서 컨트롤러는 빔 끝의 가속도(Ch2)를 모니터링했습니다.

 

컨트롤러가 주파수 범위를 스윕해서 지행함에 따라, 테스트의 지속 시간 동안 컨트롤 가속도와 빔 끝의 가속도를 표시했습니다. 이상적으로는 테스트 기간 동안 제어 가속도는 항상 1G를 유지합니다.

 

위 그림은 주파수 범위에서의 가속도를 나타냅니다. 녹색 트레이스는 컨트롤을 나타내며, 파란색 트레이스는 Ch2의 가속도를 나타냅니다. 왼쪽은 주파수 대 가속도 그래프이고 오른쪽은 시간에 따른 가속도 변화의 그래프 입니다.

 

Ch2의 공진은 그래프에서 분명히 확인됩니다. 예를 들어, 68.77Hz에서 제어가속도센서는 대략 1G에서 진동하였으며, 빔의 끝은 22.31G에서 진동하였습니다. 549.4Hz에서, 쉐이커는 2G 미만의 수준에서 진동하였고, 빔의 끝은 37.99G에서 진동하였습니다.

 

우측 시간 도메인 그림은 공진 주변에서 Ch2가 경험한 가속도의 샘플을 보여줍니다. 그래프에서 두 가지 사실이 분명합니다. 첫째, 진동의 주파수가 시간이 지남에 따라 증가하고 주기가 가까워집니다. 다시 말해, 시험 후반부에는 초당 더 많은 주기가 발생합니다. 둘째, Ch2의 가속도 진폭은 공진 주변에서 급격하게 증가합니다. 이러한 현상은 시험 엔지니어가 볼 수 있으며, 들을 수 있습니다.

 

주파수 그래프에서의 가속도 피크는 금속 빔의 공진을 나타냅니다. 이는 빔이 진동 주변에서 고수준으로 진동하는 주파수입니다.

 

만일 금속 빔이 자동차 미러였고, 공진이 자동차가 고속도로를 달릴 때마다 발생했다고 가정해보겠습니다. 그 결과, 진동은 가시성을 낮추며 잠재적인 위험이 될 수 있습니다. 실제 예와 같이 공진을 검사하는 것은 매우 중요합니다. 

 

 

현재 팜테크에서는 진동시험관련 오프라인 교육 및 진동 시험기(Vibration Tester), 제어기(Vibration Controller)를 판매하고 있습니다. 관심 있으시면 아래 하단의 이미지 링크를 통해 홈페이지에서 연락을 주시거나 직접 전화 문의 주시면 됩니다. 

 

감사합니다!!