진동 제어 시험 결과 검증 가이드(vibration control, testing, shaker test validation, test result verification, random test, sine test, PSD)

 

목차

 

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왜 검증이 중요한가

진동시험기 컨트롤러, VibrationVIEW, 팜테크

 

진동시험 환경에서는 여러 복잡한 요소가 관여합니다: 셰이커(Shaker, Vibration Tester)의 물리적 한계, 센서의 응답특성, 제어 알고리즘의 설계, 노이즈·공진·비선형성 등. 만약 제어기가 “이 주파수대에서는 이 값이다”라고 제시했더라도 실제 장비·설치·부착 상태 등이 다르면 그 대로 충족하지 않을 수 있습니다.

 

특히 고가 장비나 우주·항공처럼 실패가 치명적인 경우에는 시험 결과의 “겉모습”이 좋아 보여도 실제로는 중요한 진동이나 응력피로(fatigue) 요소가 누락되어 있을 수 있습니다. 따라서 시험 결과를 단순히 ‘합격했다’고 믿기보다는, 독립적 측정(secondary measurement)을 통해 검증하는 습관이 중요합니다.

 

주요 검증 항목 설명

• 랜덤 평균값 정확도(Random averaging accuracy)
  랜덤 진동시험에서는 PSD가 주된 스펙입니다. 여기서 윈도우 함수의 선택(windowing), 데이터 겹침(overlap), 노이즈대역폭(equivalent noise bandwidth) 등은 측정된 PSD가 실제 진동환경을 얼마나 잘 반영하는가에 큰 영향을 미칩니다. 제어기가 평균화 방식을 바꿔버리면 결과가 달라질 수 있습니다.
• 다셰이커 제어 성능(Multi-shaker control performance)
  여러 개 셰이커가 동시에 동작하는 경우, 각 축(shaker) 간의 상호작용(decoupling), 위상(phase) 정렬, 실제 제어 포인트(control points)가 설계 허용치 내에 있는지 등이 중요합니다.
• 제어루프 안정성(Control loop stability)
  진동시험 중 공진주파수(특히 구조물의 공진)가 나타날 수 있는데, 제어루프가 이걸 안정적으로 제어하지 못하면 과도응답으로 인해 손상이 발생할 수 있습니다. 제어기가 리밋을 잘 걸고 비상정지(abort)를 잘 작동시키는가도 봐야 합니다.
• 신호 충실도(Signal fidelity)
  시험 중 입력된 필드데이터(field data)를 재현해야 할 경우, 실제 시간데이터(time-data)의 왜곡(distortion)이 적고 원본과 가장 유사해야 합니다.
• 고급 기능(Advanced capabilities)
  예컨대 시간데이터 복제(time-data replication) 시험, 사인+랜덤 병합시험(mixed-mode) 등 특별 시험에서는 제어기가 설계된대로 전력(power)을 적절히 배분했는지, 설계된 방식대로 작동했는지 검증이 필요합니다.

 

 

“깔끔한 데이터 vs 정확한 데이터”의 함의

 

시험 보고서에서 “매우 평탄한(흔들림 없는) PSD”를 보면 보기엔 좋아 보입니다. 하지만 현실 진동환경은 다양한 변동(variation), 노이즈(noise), 공진, 비선형 응답을 포함합니다. 제어기가 이런 변동을 없애버리거나 평균화·필터링을 과도하게 하면 시험이 실제보다 덜 가혹하게 되어, 제품이 예상치 못한 실제 환경에서 실패할 가능성이 높아집니다. 즉, “보기 좋은” 데이터보다 “실제 조건을 제대로 반영한” 데이터가 더 가치 있다는 뜻입니다.

 

FDS-generated PSD with kurtosis control compared to linearly averaged PSD using the same data.

 

 

검증 방법 및 팁

• 독립 측정: 시험 제어기 자체 데이터 외에 별도의 센서·DAQ(data acquisition) 장비를 설치해 동일 포인트에서 데이터를 동시에 녹화하는 것이 좋습니다.
• PSD 비교: 제어기에서 표시한 PSD와 별도 기록 장비의 PSD를 겹쳐 비교해 보세요. 만약 제어기는 매우 평탄한 PSD를 보여주는데 기록 장비에서는 ±6-20 dB 정도 흔들림이 있다면 제어기가 뭔가 “걸러내고” 있을 가능성이 있습니다.
• 다양한 분석 그래프: PSD 외에도 전달함수(transfer function), 코히어런스(coherence), 스펙트로그램(spectrogram), 확률밀도함수(PDF) 등을 사용해 신호 품질을 다각도로 평가할 수 있습니다.
• 수학 트레이스(Math traces): 분석 소프트웨어에서 평균 PSD를 내거나 두 신호의 비율을 계산하거나, 허용치 범위를 그래프상에 표시하는 등 추가 분석을 하는게 유용합니다.
• 시험 조건 문서화: 시험 전후의 셋업(set-up), 센서 배치, 셰이커 조건, 필터 유무(tracking filters, etc.) 등을 기록해 두는 게 좋습니다. 나중에 재현성이 떨어질 때 큰 도움이 됩니다.

 

ObserVIEW MATH 기능 사용으로 진동 시험기 성능 검증, 팜테크

 

관련 배경 및 최신 고려사항

 

• 최근에는 진동시험 제어 알고리즘이 더욱 복잡해지고 있으며, 특히 다축(MIMO: Multiple-Input Multiple-Output) 시험, 시간영역 복제(time domain replication), 하이브리드 시험(sine-on-random 또는 mixed-mode) 등이 많이 쓰입니다. 이런 경우 제어기의 주장(claims)과 실제 성능 사이의 괴리가 생길 가능성이 더 커졌습니다.
• 또한 센서 자체의 교정(calibration), 센서 부착 방식(mounting), 셰이커 헤드(expander) 및 반작용(reaction) 구조물 등 시험 셋업의 물리적 요소가 결과에 큰 영향을 미칩니다. 따라서 제어기 검증만큼이나 셋업 검증(set-up validation)도 중요합니다.
• 필터링이나 평균화 처리 방법이 제어기에 따라 다르므로, 시험을 설계할 때 “어떤 방식으로 평균화 되었는가?”, “윈도우 함수(window)나 중첩(overlap)은 어떤가?” 등을 미리 확인하는 것이 좋습니다.
• 또한 리포팅(reporting) 시 ‘시험이 설계대로 정확히 수행되었다’는 근거(documentation)를 남기는 것이 중요합니다. 예컨대 독립 측정 장비의 결과, 비교 그래프, 허용치(tolerance) 이탈 여부 등이 포함되어야 향후 감사(audit)나 문제 발생 시 원인 추적이 용이합니다.

 

 

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

팜테크