[사인진동시험] Tracking Filter (Sine Vibration Test)

 

목차

 

 

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트래킹 필터(Tracking Filter)는 측정 및 제어에 영향을 미칠 수 있는 원치 않는 노이즈(Noise)와 고조파(Hormonic Frequency)를 필터링하는 데 사용될 수 있습니다. 이번 포스트에서는 사인 진동 시험에서 트래킹 필터에 대해 알아 보겠습니다. 

 

 

Tracking Filter 파라미터 설정

5Hz에서 100Hz까지 1G 진폭으로 사인 스위프트를 실행한다고 가정해 봅시다. 제품은 25Hz에서 공진(Resonance)하며, 이는 고조파를 일으킵니다. 25Hz 공진 주파수의 배수(Harmonic)인 주파수에서 공진합니다. 25Hz 진동이 기여하는 가속도(Acceleration)와 함께 고조파에서도 가속도가 존재합니다.

 

Sine Sweep이 25Hz에 도달하면, 트래킹 필터 없는 컨트롤러는 모든 가속도를 동시에 읽고, 25Hz에서 기록합니다.

 

 

 

노이즈와 왜곡에 의한 문제 발생

 

컨트롤러가 25Hz에서 1G 진폭으로 제품을 흔들 때, 25Hz 공진의 고조파인 50Hz와 100Hz에서 각각 0.1G와 0.3G의 가속도가 발생합니다. 트래킹 필터가 없는 경우, 컨트롤러는 고조파에서 0.4G, 25Hz에서 1G 가속도를 읽습니다. 즉, 컨트롤러는 25Hz에서 1.4G를 측정합니다.

 

컨트롤러는 25Hz에서 1G를 맞추기 위해 출력 제어 신호 값을 낮춥니다. 컨트롤러는 1G의 가속도로 제품을 25Hz에서 흔들 때 올바른 것이지만, 노이즈와 다른 주파수에서의 고조파 왜곡을 측정에 포함하기 때문에 낮은 가속도로 흔들게 되는 것입니다.

 

 

 

Tracking Filter 사용으로 문제 방지

 

트래킹 필터는 원래 제어 값인 Mono Sine Tone 주파수를 분리합니다. 사인 스윕(Sine Sweep Vibration)이 진행됨에 따라, 트래킹 필터는 관심 주파수를 따라가며(Tracking) 해당 주파수의 노이즈와 고조파를 필터링합니다. 

 

트래킹 필터는 많은 테스트 상황에서 유용합니다. 예를 들어, 트래킹 필터가 없는 유압 쉐이커 테스트(Hydraulic Shaker)는 쉐이커의 작동 사양을 초과하는 주파수에서 진동을 제어할 수 있는 것처럼 보일 수 있습니다. 하지만 유압 진동 시험기에서 발생하는 흔들림은 제어 주파수 이 외의 진동을 줘서 제어기는 해당 주파수 제어를 위해 진동 시험기에 로드를 가하게 됩니다. 

 

하지만 Tracking Filter 적용으로 관심 주파수 이외의 노이즈와 하모닉 성분은 차단이 되기 때문에 문제 현상을 차단 할 수 있습니다. 

 

 

 

 

 

Tracking Filter 사이즈(Frequency) 비교

 

 

Vibration Controller는 1G 진폭의 1,000Hz 사인 톤을 컨트롤러의 채널 2 입력에 출력합니다. 컨트롤러의 Ouput Drive는 채널 1 입력으로 루프되었습니다. 

 

다양한 트래킹 필터 폭(Frequency Width)에서 테스트를 실행했습니다. 트래킹 필터 폭은 컨트롤러가 가속도를 측정하는 데 사용되는 주파수 대역의 폭을 정의합니다.

 

예를 들어, 500Hz의 트래킹 필터 폭을 취하면, 사인 스위프트가 750Hz에 도달하면, 컨트롤러는 신호 발생기에서 1,000Hz에서의 1G 가속도를 측정에 포함시킵니다. 750Hz에서 가속도가 없었더라도, 그래프 상에는 마치 가속도가 존재하는 것처럼 나타납니다.

 

트래킹 필터가 없으면 스펙트럼 전체에 걸쳐 1G의 직선이 그려집니다. 컨트롤러는 가속도가 1,000Hz에 있음에도 불구하고 사인 스위프트 전체에서 1G의 가속도를 읽습니다.

트래킹 필터가 넓을수록 곡선이 넓어집니다. 더 넓은 트래킹 필터를 사용하면, 컨트롤러는 스위프트 과정에서 더 빨리 1,000Hz의 가속도를 읽게 됩니다. 반면, 트래킹 필터가 좁을수록 스위프트 과정에서 해당 가속도를 만나기까지 더 많은 시간이 소요됩니다.

 

 

 

 

 

 

위 비디오는 고정 대역폭 50Hz와 분수 대역폭 20%로 설정된 트래킹 필터의 폭을 보여줍니다. Cross 주파수는 250Hz입니다 (250Hz * 20% = 50Hz = 최대 주파수).

 

10Hz에서 250Hz까지, 트래킹 필터는 분수 대역폭을 사용하며, 테스트 주파수가 증가함에 따라 폭이 증가합니다. 테스트가 250Hz에 도달하면, 트래킹 필터는 고정 (최대) 대역폭을 사용합니다.

 

 

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