가속도센서 교정 개요 (Accelerometer Calibration)

가속도센서 교정 개요 (Accelerometer Calibration Overview)


진동 센서 교정 및 충격 센서 교정 기초
(Basics of Vibration Sensor Calibration and Shock Sensor Calibration)

가속도 교정시스템 계략도

가속도센서 기초 (Accelerometer Basics)

가속도센서 (가속도계, 진동센서, Accelerometer, Vibration Transducer) 는 기계적 움직임(아날로그 신호)을 감지하여 전기량(디지털 신호)으로 변환 할 수 있는 관성 변환기입니다. 가속도센서는 단독 또는 다른 전기 장치와 함께 전기 신호를 출력합니다. 정확한 가속도센서 교정은 이 전기 출력에 물리적 의미를 제공하는 방법이며 품질 측정을 위한 전제 조건입니다.

교정 기초 (Calibration Basics)

가속도센서 제조업체는 외부의 수많은 입력을 출력으로 결정하기 위해 설계에 다양한 테스트를 적용합니다. 일반적으로 측정되는 출력 특성에는 감도 (sensitivity), 주파수 응답 (frequency response), 공진 주파수 (resonant frequency), 진폭 선형성 (amplitude linearity), 횡방향 감도 (transverse sensitivity), 온도 응답 (temperature response), 시간 상수 (time constant), 커패시턴스 (capacitance) 및 기타 환경 영향 (변형 감도 (base strain sensitivity), 자기 감도 (magnetic sensitivity) 등)이 포함됩니다.

진동 센서 교정 (Vibration Sensor Calibration)

가속도센서 교정은 일반적으로 실험실에서 많이 사용하는 '백투백 (back-to-back)' 교정시스템에서 테스트됩니다. 컴퓨터의 프로그램으로 제어되는 교정시스템은 교정 프로세스를 자동화 할뿐만 아니라 인적 오류를 최소화하여 시스템 반복성과 정확성을 향상시킵니다.

가속도센서 교정시스템 예

백투백 (back-to-back)' 교정 방법은 일반적으로 감도 (sensitivity), 선형성 (linearity), 주파수 및 위상 응답 (frequency and phase response)을 측정하기 위해 참조 표준에 대한 연속 반복 측정으로 수행됩니다. 테스트 센서 (SUT-sensor under test)는 기준 가속도센서와 함께 일렬(상하)로 설치됩니다. 가진기 (shaker)의 모션은 두 센서에 동일하게 입력 되기 때문에 출력 비율은 감도 비율이며 SUT의 감도 Ssut는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

Ssut = Sref x (Vsut / Vref) x (Gref / Gsut)

- Ssut : sensor under test sensitivity
- Sref : reference transducer sensitivity
- Vsut : SUT output (in mV or pC)
- Vref : reference sensor output (in mV or pC)
- Gsut : SUT gain (in mV/mV or mV/pC)
- Gref : reference gain (in mV/mV or mV/pC)

두 센서 모두 사인파 진동으로 구동되는 가진기 위에 장착 되어 지며, SUT의 감도는 특정 주파수에서 측정됩니다. 원하는 주파수를 스윕 하면서 SUT의 주파수 응답 곡선이 생성됩니다.

에어 베어링 가진기 (Air bearing shaker)는 가장 넓은 주파수 범위에서 최고 품질의 순수 단일 자유도 진동을 제공하는 동시에 다른 전기 역학 가진기에서 발견되는 횡 방향 운동 및 왜곡 현상을 최소화 할 수 있기 때문에 가속도센서 교정시스템에서 가장 신뢰할 수 있는 가진기 입니다.

충격 센서 교정 (Shock Sensor Calibration)

대부분의 전기 기계식 가진기는 낮은 가속도 레벨 출력을 가진기 때문에 충격 응용 분야 용으로 설계된 충격 가속도센서를 교정하기에는 적합하지가 않습니다.

충격 가속도센서는 과도 현상과 관련된 극단적이고 높은 진폭에 단시간 가속을 견디고 측정하도록 특별히 설계되었습니다. 이러한 가속도는 다른 일반적인 진동 가속도센서 설계에서 볼 수있는 범위 제한을 초과합니다. 충격 가속도센서의 여러 응용 분야는 자동차 공학 및 인간 안전, 항공 우주, 군사 및 무기 응용 분야, 패키지 및 낙하 테스트, 불꽃 충격 이벤트 (Pyroshock-불꽃 충격으로 구조물에 폭발 또는 충격이 발생할 때 발생하는 동적 구조 충격 입니다) 및 폭발 연구, 발사체 충격 등이 있습니다.

충격센서 설치 예

과도 가속도는 매우 클 수 있으며 센서가 비선형 작동 영역에 스트레스를 줄 수 있습니다. 실제 측정의 일반적인 수준에서 가속도센서를 테스트하는 것이 매우 바람직합니다. 일반적으로 충격 가속 이벤트는 펄스 지속 시간이 10ms (1g = 9.80665 m/s2) 미만인 경우 5,000g 이상을 쉽게 초과 할 수 있습니다. 많은 테스트 실험실은 트랜스 듀서가 살아남았는지 확인하고 수집 된 데이터를 검증하기 위해 모든 테스트 전후에 각 센서를 충격 교정을 실시합니다.

일반 가진기에서 사용할 수있는 가속 수준은 충격 가속도센서를 테스트하는 데 적합하지 않기 때문에 다른 기술이 필요합니다. ISO 16063-22는 시간에 따른 충격 비교를 위한 기준 가속도, 속도 또는 힘 측정을 사용하여 가속도센서의 2차 충격 교정 (secondary shock calibration)에 사용되는 기기 및 절차를 구체적으로 설명합니다. 이 방법은 0.05ms ~ 8.0ms의 충격 펄스 기간 범위와 10g ~ 10,000g (시간에 따라 다름)의 동적 범위 (피크 값)에 적용 할 수 있습니다. 결과 데이터를 통해 충격 감도 값을 얻을 수 있습니다.

공압식 충격 시스템은 최대 10,000g까지 교정 및 선형성 검사를 수행 할 수 있으며 충격 교정에 사용할 수 있는 가장 다재다능한 앤빌 충격 유형 장치 중 하나입니다. (진폭 범위, 펄스 지속 시간, 반복성 및 기본 교정 방법에 대한 추적 성 측면에서)

가속도센서 (진동센서, 가속도계, 충격센서) 교정시스템 구축과 제조사별 제품은 아래 연락처로 문의 부탁 드리겠습니다.

제조사별 대표적인 기준센서 및 교정시스템을 아래와 정리 해 보았습니다.

[기준 가속도센서 - Reference Accelerometer]
● B&K : Type 8305, 8305-001
● PCB : Model 394A10, 394A11, 301A10
● Dytran : Model 3010M14, 3120B, 3027B, 3027B1T


[가속도센서 교정시스템 - Middle Frequency Calibration]
● B&K : Type 3629, Type 5308, Type 5309, Type 5310, Type 5312
● TMS : 9155D, 9155D-100, 9155D-120, 9155D-160, 9155D-350, 9155D-900, 9155D-SC, 9155D-442, 9155D-443, 9155D-445, 9155D-478, 9155D-771, 9155D-779, 9155D-830, 9155D-831, 9155D-913, 9155D-961, 9155D-575, 9155D-400, 9155D-501, 9155D-510, 9155D-550, 9155D-600
● SPEKTRA : CS18 HA, CS18 MF, CS18 HF, CS18P HF, SE-09, SE-10, SE-101 RES-HA, SE-13, SE-14
● Endevco : CAACS (Commercial automated accelerometer calibration system), Model 2911
● VR (Vibration Research) : VR9502, VR9101, VR9102, VR9104, VR9100, VR5200HF, VR3027B, VR9106
● Dytran : Model 3123AK
● MB Dynamics : win475
● Unholtz-Dickie : Model 680C, Model TA100CL-S032-C, S032-C, TSC-3, 8B6
● ECON : ECS-1815

[충격센서 교정시스템 - Shock Calibration]
● SPEKTRA : CS18 LMS, SC18 LS, CS18 (V)HS, CS18 MS, CS18P HS, CS18P MS, SE-210 PN-LMS, SE-210 SP-LS, SE-220 HOP-MS, SE-221 HOP-(V)HS
● TMS : K9525C, 9155D-525
● Endevco : Model 2925

[저주파수 교정시스템 - Low Frequency Calibration]
● SPEKTRA : CS18 VLF, CS18P, CS18P VLF, APS 113-AB, APS 129, APS 500, APS 600
● TMS : 9155D-779, 9155D-771, 2129E025
● Endevco : Model 2924
● MB Dynamics : WIN475LF, CAL2-300H
● ECON : ECS-1812

[포트블 진동센서 교정시스템 - Portable Vibration Calibration]
● Agate : AT-2030, AT-2035, AT-2040, AT-2050
● B&K : Type 4294
● Endevco : REF 2520R, 28959g, 4830B
● TMS : 9100D, 9110D, 9200D, 9210D, 9100C
● SPEKTRA : CV-10, CV-01
● PCB : 394C06, 699A02, 699B02, 699A06
● ECON : ECS-1028
● MMF : VC20, VC21
● METRIX : Hardy Shaker HI-913
● Svantek : SV111, SV110
● YMC : VC-02, VC-01
● 기타 : HVC-500, HD2060, 28959G, HG5010, VMC-606, PVC-5000, HG5020i, GJX-3, SHOWA-8100, VE-10, TK3-2E, 5902, HG5003, VMC606, GJX-5, MJ-VR12, CV211, DVM-1600, 8001, Model 4000, CA200, GJX-2, CEC 2700, ST5484E, CEC 2700

[마이크로폰 교정시스템 - Microphone Calibration]
● B&K : Type 9699, Type 9719, Type 9721-A, Type 9721-B, Type 9757, Type 4231
● GRAS : 42AE, 42AA, 42AC, 42AG, 42AP, 51AB, 51AC, 90AA, 90AB, 90CA-S2
● TMS (PCB, LD) : CAL200, 9917C, CAL250,
● SPEKTRA : CS18 FF, CS18 SPL, CS18 SPL-VLF, SQ-03, SQ-4.2, SQ-4.1
● NORSONIC : Nor1257, Nor1255
● 기타 : ND9B, CAL511, CEM SC-05, Castle GA601, ONO SOKKI SC-3120, SC-2120A, SLTK-885B, CM-C200, HD2020, AWA6111A. CR515, CA111, HD2024, iSEMcon SC-1, REED R8090, RION NC-74

[소음계 교정시스템 - Sound level Meter Calibration]
● B&K : Type 3630-A, Type 7913, Type 7792, Type 9738