가속도 센서(Accelerometer) 종류, 특징 비교 / 선택 방법

 

목차

 

 

 

가속도 센서(Accelerometer) 종류, 특징 비교

 

가속도센서(Acceleration Measurement Sensor)는 위 테이블과 같은 종류 들이 있습니다. 위 테이블은 일반적인 특성을 정리한 것이니 범위를 벗어나는 가속도 센서들이 있을 수 있음을 참고 하십시오

 

Strain (gauge) 가속도 센서는 내부에 Mass를 단 Cantilever Beam이 진동이 있을 때 Strain(압력)을 받고 Strain Gauge가 압력을 측정해서 M을 알고 있으므로 가속도를 측정할 수있습니다. 기구적인 특성으로 측정하기 때문에 압전(Piezo)을 사용하는 센서에 비해 저주파 영역을 측정 합니다.

 

Piezoresistive 가속도 센서는 마이크로 칩에 피에조 저항을 Bridge 형태로 구성하여 가속도 값을 측정 합니다. 내부는 Mass와 Beam이 진동을 받아 저항을 변화시키는 구조이므로 Charge, IEPE에 비해 저주파 측정을 합니다.

 

Charge와 IEPE(Integrated electronics piezoelectric)은 내부에 IE가 있어서 Charge를 전압으로 변형해 줄수 있는지 차이 입니다. 피에조의 압전효과를 이용해서 가속도를 측정해서 기구적인 구조에 비해 높은 주파수 영역을 커버 합니다. Charge의 경우 IE를 센서에 포함하지 않아 고온에 강하나 센서의 High Impedance 출력에서 전하를 가져오기 위해 Low Noise 라인을 사용합니다. 라인의 비용이 고가입니다.

 

Capacitive 가속도 센서는 microelectromechanical systems (MEMS) 구조를 채택하고 있습니다. MEMS의 기구적인 구조를 사용하므로 저주파 측정이 가능합니다. 피에조 소자를 사용하지 않아 다른 피에조 소자를 사용하는 가속도 센서에 비해 저렴합니다.

 

 

 

 

 

가속도 센서(Accelerometer) 선택 방법

 

앞서 종류를 보셔서 아시겠지만 가속도 센서에는 다양한 종류가 있습니다. 이 중 사용자가 원하는 가속도 센서를 선택하기 위해서는 아래의 항목에 대한 답이 필요 합니다. 

 

 

 

1. 가속도 측정 범위

측정하고자 하는 Application의 가속도(g) 측정 범위에 따라 선택합니다. 측정 범위를 잘 모를 경우 일반적으로 500g를 선택 합니다.

 

 

2. Sensitivity

일반적인 Calibration(교정)은 10%의 범위까지 허용합니다. Sensitivity가 높으면 교정 포함 높은 정밀도의 값을 가질 수 있습니다.

예를 들어 FSO(Full Scale Output) for low impedance는 +/- 5V의 출력을 가지는 센서를 생각해보겠습니다. 이 센서의 가속도 측정 범위가 +/- 500g의 센서라면 5V/500g = 10mV/g의 Sensitivity를 가집니다.

 

 

3. 주파수 범위

앞서 가속도센서의 종류에 따라 주파수가 다름을 확인하였습니다. 측정하고자 하는 주파수 범위를 확인 후 맞는 영역의 가속도 센서를 선택하여야 합니다. 사용할수 있는 주파수 범위는 위 그림 처럼 평평한 영역이고 5%를 벗어 나지 않는 위치입니다.

 

 

4. 시험 온도

High Impedance 라인을 사용하는 Charge의 경우 250℃까지 측정이 가능합니다. 피에조 소자를 사용하는 센서는 IE 사용 여부에 따라 온도 범위가 다릅니다. 온도가 급하게 변할때도 안정적인 Sensitivity를 유지하는 가속도 센서가 필요할 경우 Kistler에서 나온 PiezoStar 제품추천 합니다. 

 

 

5. 센서와 DAQ 사이 거리

앞서 Charge 센서의 경우 고가의 High Impedance 와이어를 사용해야 한다고 하였습니다. 그리고 15meter 이상 선이 늘어나게 되면 별도의 Impedance converter를 사용하여야 합니다.

 

 

6. 가속도 센서 무게

일반적인 룰로 가속도센서와 센서 엑세서리의 총 무게가 시편의 10% 이하여야 합니다.

 

 

7. Ground 절연

센서의 Housing 또는 별도 Isolation을 사용하여 절연을 합니다. 절연이 되지 않으면 50~60hz의 원치 않는 노이즈가 들어올 수 있습니다.

Ground 절연 방법에는 아래와 같은 방법이 있습니다.

• Hard Anodized (K-Beam, P-Beam)
• Base Isolation (M1 Unit)
• Non conductive mounting pad

하우징을 사용한 방법은 아래와 같은 제품이 있습니다.

• 8752

 

 

8. 마운팅(Mounting) 방법

마운팅에는 아래와 같은 방법들이 있습니다. 마운팅에 따른 공진이 다르기 때문에 고주파 영역까지 측정하고 싶을 경우 공진이 약 80Khz 정도 있는 Stud 방법을사용 합니다.

• Stud
• Adhesive
• Petro Wax
• Magnetic