KR100812571B1 - 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치 - Google Patents

빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 빔의 횡방향 진동을 이용하여 가속도계를 교정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 통상의 가진기에 공진 발생이 가능한 양단 지지보를 추가하고, 통상의 가진기의 가진력과 양단 지지보의 공진 주파수를 이용하여 높은 가속도를 얻을 수 있는 새로운 형태의 진동발생시스템을 구현함으로써, 100G 이상의 고가속도계는 물론 폭넓은 주파수 대역의 가속도계를 정확히 교정할 수 있는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에서 제공하는 가속도계 교정방법은 가속도계에 정현진동을 제공하기 위한 진동발생수단과, 진동변위의 측정을 위한 광학 간섭계를 이용하여 가속도계를 교정하는 방법에서, 가속도계에 정현진동을 가해주는 방식이 가진기의 가진력과 양단 지지보의 진동 주파수를 이용하는 방식으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
가속도계, 가진기, 광학 간섭계, 빔, 공진 주파수

Description

빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치{Calibration method and device of accelerometer using transverse excitation response of beam}
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 가속도계 교정방법을 보여주는 개략도
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 가속도계 교정방법을 적용한 교정장치의 일 예를 보여주는 정면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 가속도계 20 : 가진기
30 : 빔 40a,40b : 지지점
50 : 광학 간섭계 60 : 블럭
본 발명은 빔의 횡방향 진동을 이용하여 가속도계를 교정하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 빔의 공진 주파수와 가진기의 출력을 연계하여 고가속도를 조성할 수 있고, 또 빔의 공진 주파수를 변화시키거나 가진기의 입력 전압을 변화시키는 방식 등을 이용하여 교정가능한 주파수 대역을 폭넓게 확보할 수 있는 새로운 형태의 가속도계 교정시스템을 구현함으로써, 폭넓은 주파수 대역에서 가속도계를 정확히 교정할 수 있으며, 특히 높은 가속도 발생이 가능하여 100G 이상의 고가속도계까지도 정확히 교정할 수 있는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치에 관한 것이다.
오늘날 산업의 고도화와 삶의 질이 향상됨에 따라 수반되는 제반문제의 하나로 진동문제가 있다.
보통 진동은 회전이나 왕복운동을 하는 물체에서 불균형한 힘들과 기계부속품들 사이에서 발생하는 마찰, 회전접촉, 제작상의 공차 등에 의한 동역학적인 영향으로 발생된다.
이러한 진동문제를 해결하기 위해서는 진동의 발생원인, 전달경로 및 기계 구조물의 동특성 등을 파악해야 하며 이러한 과정에 필수적인 요소가 진동계측이다.
진동측정을 위한 가속도계는 보통 정현파 신호를 가해 주고 진동 주파수와 진동변위를 측정하고, 이와 동시에 가속도계의 전기적 출력을 측정함으로서 교정된다.
진동 가속도계의 정밀한 교정을 위해서는 진동변위를 정밀하게 측정할 수 있는 기술이 요구된다.
진동변위를 측정하는 가장 일반적이고 정확한 방법은 광학 간섭계(Optical interferometer)를 이용하는 것이다.
진동 가속도계의 정확한 교정을 위해서는 가속도계에 정현진동을 가해줄 수 있는 진동발생장치가 필요하다.
이러한 진동발생장치에는 중력장에서 여러 각도로 경사지게 기울일 수 있는 경사 지지대, 원심력 전자기식 진동 발생기(Electrodynamic vibration exciter), 압전형 진동 발생기 등 여러 가지가 있다.
상기 진동발생장치, 즉 가진기의 경우 가속도의 종류별로 가진가능한 가속도가 차이가 있다.
통상 1G~10g 정도의 가진 특성을 가지므로 고가속도(100G 이상) 가속도계의 교정을 위해서는 통상의 가진기로 구현하기 힘들고, 보통은 망치 등으로 충격을 가하여 가진하고 있는 실정이다.
그러나, 이러한 방법은 정현 진동을 구현할 수 없다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 통상의 가진기에 공진 발생이 가능한 양단 지지보를 추가하고, 통상의 가진기의 가진력과 양단 지지보의 공진 주파수를 이용하여 높은 가속도를 얻을 수 있는 새로운 형태의 진동발생시스템을 구현함으로써, 100G 이상의 고가속도계는 물론 폭넓은 주파수 대역의 가속도계를 정확히 교정할 수 있는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가속도계 교정방법은 가속도계에 정현진동을 제공하기 위한 진동발생수단과, 진동변위의 측정을 위한 광학 간섭계를 이용하여 가속도계를 교정하는 방법에 있어서, 가진기의 가진력과 양단 지지보의 진동 주파수를 이용하여 가속도계에 정현진동을 가해주는 방식을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가속도계에 정현진동을 가해주는 방식은 가진기가 발휘하는 가속도 크기와 양단 지지보의 진동 주파수를 일치시켜 정현진동을 가해주는 방식인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가속도계에 정현진동을 가하는 경우 가진기의 가속도 크기를 변경하거나, 또는 빔의 진동 주파수를 변경하는 방식으로 가진하는 주파수 대역을 바꿀 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가진기의 가속도 크기는 가진기 입력 전압을 변화시키거나, 또는 가진 위치를 변화시키는 방법으로 변경하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 빔의 진동 주파수는 양단 지지점의 폭 조절, 길이나 두께 조절, 질량 부가 중 어느 하나로 변경하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가속도계 교정장치는 광학 간섭계를 포함하는 가속도계 교정장치에 있어서, 블럭상에 양단 지지점을 통해 고정되는 빔과, 상기 빔의 상부에 연결 설치되는 동시에 블럭상에 지지되며 가진을 제공하기 위한 가진기와, 상기 빔의 하부에 연결 설치되는 교정대상인 가속도계와, 상기 가속도계의 저부에 위치되며 가속도계와 전기적인 접속관계를 가지는 광학 간섭 계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 가속도계 교정방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 가속도계 교정방법은 광학 간섭계를 이용하여 가속도계를 교정하는 시스템을 기본으로 하면서 특히 빔의 횡방향 진동을 이용하여 통상의 가진기를 가지고도 고가속도를 구현할 수 있는 방법에 그 특징이 있다.
즉, 가진기가 갖는 가진력과 빔의 진동 주파수를 유기적으로 조합하여 통상의 가진기로는 구현하기 어려운 100G 이상의 고가속도를 구현함으로써, 임의의 가속도계를 모든 교정 주파수 범위에서 정확히 교정할 수 있는 특징이 있다.
본 발명의 가속도계 교정방법을 위한 시스템의 구성은 도 1과 도 2에서 볼 수 있다.
블럭(60) 등의 구조물에 의해 양단 지지점(40a),(40b)을 갖는 빔(30)이 구비되고, 상기 빔(30)의 상부에는 가진을 제공하기 위한 가진기(20)가 연결되는 동시에 하부에는 교정대상인 가속도계(10)가 연결된다.
그리고, 가속도계(10)의 저부에는 광학 간섭계(50)가 상호 전기적인 접속관계를 가지면서 구비된다.
이때의 가진기(20)는 블럭(60)상에 지지되는 형태를 가질 수 있다.
가속도계에 가속도를 입력시키면, 즉 가진기를 통해 가진을 개시하면 고유 진동수를 가지고 있는 빔은 공진을 시작하게 되고, 이때 가진기가 발휘하는 가속도의 크기를 빔의 진동 주파수와 일치시키는 방법으로 목표로 하는 교정 주파수로 가 속도계 교정작업을 수행할 수 있다.
위와 같은 방법에서는 20Hz부터 5kHz까지 교정 주파수를 변화시켜가면서 가속도계를 교정할 수 있다.
예를 들면, 가진기의 입력 전압을 변화시켜 가속도 크기를 변경하거나, 또는 빔의 양단 지지점의 폭 조절, 길이나 두께 조절, 질량 부가 등을 통해 진동 주파수를 변경하는 방식으로 교정 주파수 대역을 변화시킬 수 있다.
따라서, 빔의 공진 주파수를 변경하거나, 가진기의 가속도 크기를 변경하는 방법을 통해 진동 주파수 및 가속도 크기를 쉽게 변화시킬 수 있고, 결국 정해진 교정 주파수로 가속도계를 정확히 교정할 수 있다.
다른 구현예로서, 빔의 길이를 유연하게 변경시켜주는 방법으로도 교정 주파수를 변화시킬 수 있다.
예를 들면, 길이가 긴 빔을 사용하는 경우, 교정하고자 하는 주파수가 낮을 경우에는 빔의 길이를 길게 해주는 것이 바람직하다.
중앙의 진폭이 큰 경우에는 가진기의 변위 한계를 초과할 수도 있으므로, 이 경우에는 가장자리를 가진함으로써 가진기 용량의 한계를 극복할 수 있다.
또한, 빔이 충분히 길면 가진기에 의한 질량부가효과, 스프링 및 감쇠효과를 무시할 수 있다.
중간 길이의 빔을 사용하는 경우, 적당한 중간 정도 길이의 빔에 질량을 가운데 부가함으로써 공진 주파수를 낮출 수 있으며, 적당한 길이의 빔으로 높은 주파수를 가진하도록 하고, 중앙에 질량을 부가함으로써 낮은 주파수 영역을 담당하 도록 할 수 있다.
길이가 짧은 빔을 사용하는 경우, 빔의 길이가 짧아 주파수가 상대적으로 높고, 원하는 가속도에 해당하는 진폭이 가진기의 용량을 초과하지 않는 경우에는 중앙을 가진하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 가속도계 교정방법에서는 빔의 진동 주파수와 가진기의 가진력을 효과적으로 조합시킴으로써 높은 가속도 발생이 가능하고, 가진기 용량과 빔 고유 진동수를 조절해가면서 원하는 교정 주파수를 다양하게 맞출 수 있기 때문에 여러 교정 주파수에서 가속도계를 교정할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 가속도계 교정방법은 크게 빔과 가진기의 조합을 이용하여 교정될 가속도계에 정현파 진동을 가하는 단계, 광학 간섭계를 이용하여 변위진폭 측정을 수행하는 단계, 전하 증폭수단 등을 통해 나오는 가속도계의 출력을 측정하는 단계로 이루어져 있다.
먼저, 가속도계에 가해 주고자 하는 진동 주파수와 가진 레벨을 조절하여 가진기 및 빔에 정현 진동을 발생시킨다.
정현 진동의 진폭을 측정하기 위한 간섭계는 공지의 광학 간섭계를 사용하며, 가속도계의 출력값은 통상의 전하 증폭수단을 통하여 얻을 수 있다.
여기서, 가속도계로부터 출력되는 값으로 감도를 결정하는 방법 등은 당해 기술분야에서 통상적으로 알려져 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 채택될 수 있다.
따라서, 가속도계의 교정은 사용되어지는 주파수 영역에서 가속도계의 측정 부위에 입력된 진동 가속도와 가속도계로부터 출력되는 전압 또는 전하량의 비, 즉 감도를 결정해주는 것으로서, 진동변위, 진동 주파수 및 가속도계로부터의 출력신호의 크기를 측정하면 가속도계의 감도를 결정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가진기와 빔의 정현 가진 특성을 유기적으로 조합시켜 높은 가속도를 얻을 수 있고 또 진동 주파수 및 가속도 크기를 쉽게 변화시킬 수 있는 진동발생시스템을 구현함으로써, 임의의 가속도계를 모든 교정 주파수에서 정확히 교정할 수 있는 장점이 있으며, 무엇보다도 100G 이상의 고가속도계까지도 정확히 교정할 수 있는 장점이 있다.

Claims (6)

  1. 가속도계에 정현진동을 제공하기 위한 진동발생수단과, 진동변위의 측정을 위한 광학 간섭계를 이용하여 가속도계를 교정하는 방법에 있어서,
    가진기의 가진력과 양단 지지보의 진동 주파수를 이용하여 가속도계에 정현진동을 가해주는 방식을 포함하는 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가속도계에 정현진동을 가해주는 방식은 가진기가 발휘하는 가속도 크기와 양단 지지보의 진동 주파수를 일치시켜 정현진동을 가해주는 방식인 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가속도계에 정현진동을 가하는 경우 가진기의 가속도 크기를 변경하거나, 또는 빔의 진동 주파수를 변경하는 방식으로 가진하는 주파수 대역을 바꿀 수 있는 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 가진기의 가속도 크기는 가진기 입력 전압을 변화시키거나, 또는 가진 위치를 변화시키는 방법으로 변경하는 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 빔의 진동 주파수는 양단 지지점의 폭 조절, 길이나 두께 조절, 질량 부가 중 어느 하나로 변경하는 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정방법.
  6. 광학 간섭계를 포함하는 가속도계 교정장치에 있어서,
    블럭(60)상에 양단 지지점(40a),(40b)을 통해 고정되는 빔(30)과, 상기 빔(30)의 상부에 연결 설치되는 동시에 블럭(60)상에 지지되며 가진을 제공하기 위한 가진기(20)와, 상기 빔(30)의 하부에 연결 설치되는 교정대상인 가속도계(10)와, 상기 가속도계(10)의 저부에 위치되며 가속도계(10)와 전기적인 접속관계를 가지는 광학 간섭계(50)를 포함하는 것을 특징으로 하는 빔의 횡방향 진동을 이용한 가속도계 교정장치.
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