저주파에서 고변위 진동시험 테스트 문제점과 해결 방법(Vibration Tester, Shaker, Low Displacem

 

목차

 

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저주파에서 고변위 진동시험 테스트 문제점과 해결 방법

 

변위(Displacement)가 커질수록 진동 시험기의 서스펜션 및 가이드 시스템이 영향을 받을 가능성이 높아짐

 

 

이번 내용은 대형 시험 항목을 저주파에서 테스트하는 과정에서 어려움을 겪는 테스트 엔지니어들을 돕기 위해 기획되었습니다. 특히, 진동 시험기의 성능이 제한적인 경우에도 최적의 테스트 방법을 선택할 수 있도록 가이드를 제공하는 것이 주요 목표입니다.

 

이 발표를 통해 대형 시험 항목을 저주파에서 테스트할 때 발생하는 문제점과 해결 방법을 깊이 있게 다룰 예정입니다. 또한, 변위가 부족한 경우 테스트 조건을 어떻게 조정할 수 있는지, 클리핑(Clipping) 기능을 활용하여 변위를 제한하면서도 신뢰할 수 있는 데이터를 얻는 방법 등을 상세히 설명하겠습니다.

 

 

 

진동 시험에서 고려해야 할 핵심 질문

• 테스트를 수행하려면 얼마나 많은 변위(Displacement)가 필요한가?
• 내 진동 시험기는 얼마나 많은 변위를 제공할 수 있는가?
• 진동 시험기에서 변위가 부족할 때 발생할 수 있는 문제점은?
• 변위가 부족할 경우, 어떤 대안이 가능한가?

 

시험 샘이 장착된 경우(With DUT)의 응답이 증가

 

 

진동 시험의 기본 원리

 

변위(Displacement) 계산 방법

 

 

진동 시험에서 변위는 주어진 가속도와 주파수를 기반으로 결정됩니다. 특히 저주파(10Hz 이하)에서 변위 요구량이 급격히 증가할 수 있습니다.

 

예를 들어, 2G(19.6 m/s²)의 가속도로 진동을 가하는 경우, 주파수에 따라 요구되는 변위가 크게 달라집니다. 10Hz에서 필요한 변위는 약 5mm이며, 주파수가 절반으로 감소하여 5Hz가 되면 변위 요구량은 약 20mm로 증가합니다. 더욱 낮은 주파수인 2Hz에서는 필요한 변위가 약 125mm에 이르게 되며, 주파수가 낮아질수록 변위 요구량이 기하급수적으로 증가한다는 사실을 확인할 수 있습니다. 이러한 특성은 저주파 테스트를 수행할 때 진동 시험기의 변위 한계를 고려해야 하는 이유 중 하나입니다.

 

 

 

변위 부족 시 해결 방법

 

진동 시험을 수행할 때, 저주파에서 필요한 변위가 진동 시험기의 물리적 한계를 초과하는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 적절한 해결 방법을 선택하는 것이 중요하다. 변위 부족 문제를 해결하기 위해 다음과 같은 방안을 고려할 수 있다.

 

첫째, 시험 스펙 조정이 가능한지 확인해야 한다. 많은 진동 시험 표준(예: MIL-STD-810H, DEF STAN 35 등)에서는 시험 대상의 첫 번째 공진 주파수의 1/2 이하로 시험을 수행하도록 권장하고 있다. 따라서 시험 대상의 공진 주파수가 10Hz 이상이라면 5Hz 이하의 신호를 제외하는 것이 가능하다. 이를 통해 변위 요구량을 줄이고, 시험기가 감당할 수 있는 범위 내에서 테스트를 수행할 수 있다. 이러한 조정이 필요한 경우, 반드시 고객 및 테스트 스펙 제공자와 협의하여 변경 사항을 문서화해야 한다.

 

둘째, 최신 진동 시험기로 업그레이드하는 방법을 고려할 수 있다. 기존의 전기역학적 진동 시험기(ED Shaker)는 보통 25mm 또는 50mm의 변위를 제공하지만, 최신 모델은 최대 100mm의 변위를 지원할 수 있다. 변위 요구량이 지속적으로 높은 테스트를 수행해야 한다면, 진동 시험기를 업그레이드하는 것이 장기적으로 경제적일 수 있다.

 

셋째, 진동 시험기의 지지 시스템을 개선하여 변위를 최적화할 수 있다. 시험 중 저주파에서 발생하는 불필요한 진동을 억제하기 위해, 진동 시험기와 건물 간의 진동 절연 시스템을 강화하는 것이 필요하다. 일반적으로 공기 서스펜션(Air Suspension)이나 지진 격리 시스템(Seismic Mass System)을 활용하면 진동 시험기의 변위 한계를 보다 효율적으로 관리할 수 있다.

 

 

넷째, 진동 제어 시스템의 클리핑(Clipping) 기능을 활용할 수 있다. Vibration Research의 "TrueClip" 기능을 사용하면, 변위를 제한하면서도 원하는 가속도를 유지할 수 있다. 기존의 개방형 루프 클리핑(Open-loop Clipping) 방식은 변위를 완전히 제어하지 못하고 의도치 않은 고주파 성분을 유발할 수 있지만, TrueClip은 폐쇄형 루프(Closed-loop) 방식으로 작동하여 변위 한계를 넘지 않도록 자동 조정하면서도 테스트 정확도를 유지할 수 있다.

 

 

 

마지막으로, 필드 데이터 복제(Field Data Replication) 시 필터링을 적용하여 변위를 줄일 수 있다. 시험 데이터에 저주파 성분이 많이 포함되어 있을 경우, 저주파 필터링을 적용하여 변위 요구량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 필터 컷오프 주파수를 3Hz에서 6Hz로 변경하면 전체적인 변위 요구량이 줄어들어, 시험기가 감당할 수 있는 범위 내에서 테스트를 수행할 수 있다.

이와 같은 방법들을 종합적으로 고려하여, 변위 부족 문제를 해결하는 최적의 방안을 선택하는 것이 중요하다.

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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