[Kistler]가속도센서의 시상수와 drift란? (Time Constant, Charge Amplifier, Accelerometer)

 

목차

 

 

Charge Accelerometer (가속도 센서)

 

 

앞서 포스터에서 가속도 센서의 종류와 특징에 대해 알아 보았습니다. 이 중 Charge Type 가속도 센서는 전하를 전압으로 바꾸기 위해 별도의 Charge Amplifier가 필요 합니다. 

 

Charge Accelerometer는 출력을 전하(pC)로 전달 합니다. IEPE 센서와 다르게 내부 전자회로가 없기 때문에 열 안정성이 높아 고온에서도 동작 합니다. 그리고 압전에 의해 발생하는 전하를 사용하기 때문에 별도의 전원 장치가 필요 없습니다.

단점은 센서의 출력 저항이 높아(High Impedance) 케이블을 저소음(Low Noise)특수 케이블을 사용하므로 부수적인 비용이 발생 합니다. 그리고 앞서 언급한바와 같이 전하를 전압으로 바꿀 Charge Amplifier가 필요 합니다.

 

 

 

Charge Amp 시상수(Time constant)와 Drift

 

 

Charge amplifier를 사용할 때 2가지 요소가 중요 합니다.

 

• Time Constant 
• Drift

 

시상수(Time Constant)는 τ(tau)로 표기 합니다. 의미는 특정 전압에서 1/e (37%)만큼 전압이 떨어질 때 걸리는 시간을 1τ 라고 합니다. 시상수(Time Constant)는 위 회로도에서 Charge Amplifier 내부의 R과 C에 의해 아래와 같이 결정 됩니다. 

 

Drift는 장비를 오랫동안 사용하면서 발생하는 원치 않는 출력의 변형으로 표현할 수 있습니다. Charge Amplifier에서 절연저항(R)과 MOSFET과 J-FET에서 발생하는 누술 전류가 Drift에 영향을 줍니다. Drift와 Time constant 모두 출력 값에 영향을 주는데 저항 값에 따라 영향을 주는 비율이 달라 집니다. 

 

팜테크에서 제공하는 Kistler 사의 Power Amplifier 의 경우 저항값을 선택할 수 있습니다. 저항을 10^13 이상을 유지 한다면 drift는 MOSFET의 경우 0.03pC/s이고 J-FET는 0.3pC/s의 drift가 미세하게 발생합니다. 다만 저항이 높아지만 시상수가 높아져 반응이 느려져 고주파 응답이 어렵게 됩니다.