KR102105179B1 - Apparatus for enhancing sensitivity when sensing vibration and method for sensing vibration using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진동 감지 민감도 향상 장치 및 그를 이용한 진동 측정 방법으로서, 보다 상세하게는, 구조물의 미소 진동을 감지하기 위하여 미소 진동을 집속하여 진동 감지 민감도를 향상시키는 장치, 및 그를 이용하여 구조물의 미소 진동을 측정하는 방법에 관한 것이다.The present invention is a vibration detection sensitivity improvement device and a vibration measurement method using the same, more specifically, a device for improving the sensitivity of vibration detection by focusing the micro vibration to detect the micro vibration of the structure, and the micro vibration of the structure using the same It relates to a method of measuring.
미소 진동을 정확히 감지하는 기술은 산업 현장에서 각종 기계 설비를 점검하고 고장 예후를 감지하는데 이용되고 있으며, 이를 위해 진동을 감지하는 센서의 민감도를 향상시키고자 많은 연구가 진행되고 있다. Technology that accurately detects micro-vibrations is used to inspect various mechanical facilities in industrial sites and detect prognosis of failure, and for this, many studies have been conducted to improve the sensitivity of sensors that detect vibration.
진동을 감지하기 위한 센서는 크게 센서와 측정 대상물 간의 접촉 유무에 따라, 접촉식 센서와 비접촉식 센서로 나뉜다. The sensor for detecting vibration is largely divided into a contact sensor and a non-contact sensor, depending on whether there is contact between the sensor and the measurement object.
접촉식 센서 중에서, 미소 진동 측정에 사용되는 대표적인 센서 중 하나로 스트레인 게이지(Strain gauge)가 있다. 변형률(strain) 측정을 위한 스트레인 게이지는 패터닝된 얇은 박막 형태로, 진동하는 구조물 표면에 접착되어 구조물의 압축/인장에 따른 기계적 변형을 실시간으로 감지하여 진동 정보를 측정한다. 진동 측정 센서 중에서도 가격이 비교적 저렴한 편에 속하고, 넓은 주파수 대역에서 정확한 진동 측정이 가능해 산업현장에서 널리 사용되고 있다. Among the contact sensors, a strain gauge is one of the representative sensors used for micro vibration measurement. The strain gauge for measuring strain is a thin patterned thin film, adhered to the surface of a vibrating structure, and detects mechanical deformation according to compression / tension of the structure in real time to measure vibration information. Among vibration measurement sensors, the price is relatively inexpensive, and it is widely used in industrial fields because it enables accurate vibration measurement in a wide frequency band.
비접촉식 센서 중에서는, 전자기파의 도플러 효과를 이용하여 진동하는 구조물의 변위를 측정하는 레이저 진동계(Laser Doppler vibrometer)가 대표적으로 진동 측정에 사용되고 있다. 또한, 구조물 주변에 자기장을 형성하고 구조물이 진동할 때 유발되는 자기장 변화를 감지해 진동을 측정하는 방식의 와 전류 (Eddy current) 변위 센서도 많이 사용되고 있다. Among the non-contact sensors, a laser doppler vibrometer that measures displacement of a vibrating structure using an electromagnetic Doppler effect is typically used for vibration measurement. In addition, eddy current displacement sensors, which form a magnetic field around the structure and measure the vibration by detecting the change in the magnetic field caused when the structure vibrates, are also widely used.
위와 같은 센서들을 포함한 모든 진동 측정 센서는 각각 측정할 수 있는 최소 진동의 역치(Threshold) 값을 가진다. 역치 값보다 더 작은 크기의 미소 진동을 측정하기 위해서는 더 민감한 센서를 사용하는 것이 해결책이 될 수 있으나, 민감도가 높은 센서의 개발에는 기술적 한계가 있을 뿐만 아니라, 가격이 높아지게 되므로 경제적인 이유로 선호되지 않는다. All vibration measurement sensors, including the above sensors, each have a minimum vibration threshold that can be measured. The use of a more sensitive sensor may be a solution to measure microscopic vibrations of a size smaller than the threshold value, but the development of a highly sensitive sensor has technical limitations and is expensive, so it is not preferred for economic reasons. .
본 발명의 일 측면은 구조물의 미소 진동을 용이하게 측정할 수 있도록 하는 진동 감지 민감도 향상 장치를 제공하고자 한다.One aspect of the present invention is to provide a vibration detection sensitivity improving device that can easily measure the micro-vibration of the structure.
본 발명의 다른 측면은 진동 감지 민감도 향상 장치를 이용하여 구조물의 미소 진동을 용이하게 측정하는 진동 측정 방법을 제공하고자 한다.Another aspect of the present invention is to provide a vibration measurement method for easily measuring micro-vibration of a structure using a vibration detection sensitivity improving device.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치는, 구조물의 진동 측정시 진동 감지 민감도를 향상시키는 장치로서, 상기 구조물에 인접한 일단에서 타단까지 소정 길이만큼 연장되는 몸체를 포함하며, 상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 두께와 너비가 감소하여 뾰족한 팁을 가진다.Vibration detection sensitivity improving apparatus according to an embodiment of the present invention, a device for improving the vibration detection sensitivity when measuring the vibration of the structure, including a body extending a predetermined length from one end to the other end adjacent to the structure, the body As it extends from one end to the other, the thickness and width decrease and have a sharp tip.
상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 [수식 A] h(x) = h0 + εxm 에 따라 두께가 감소하고, 상기 [수식 A]에서, h(x)는 몸체의 두께, m은 2보다 크거나 같은 양의 실수, ε는 양의 실수, x는 상기 팁에서부터의 거리, h0는 상기 팁에서의 두께를 나타낼 수 있다.As the body extends from one end to the other, the thickness decreases according to [Formula A] h (x) = h 0 + εx m , and in [Formula A], h (x) is the thickness of the body, m is less than 2. A positive or equal positive real number, ε may be a positive real number, x may be a distance from the tip, and h 0 may indicate a thickness at the tip.
상기 몸체는, 일면이 평면으로 이루어지고, 상기 평면을 기준으로 연장 방향과 나란한 몸체의 중심선을 기준으로 양측이 대칭 형태일 수 있다.The body, one surface is made of a plane, and may be symmetrical on both sides with respect to the center line of the body parallel to the extending direction with respect to the plane.
상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 [수식 B] b(x) = b0 {1 - (x/L)n} 에 따라 너비가 감소하고, 상기 [수식 B] 에서, 0 ≤ x ≤ L 이고, b(x)는 몸체의 너비, n은 양의 실수, x는 몸체 일단에서부터의 거리, L은 몸체의 길이, b0는 몸체 일단에서의 너비를 나타낼 수 있다.As the body extends from one end to the other, the width decreases according to [Formula B] b (x) = b 0 {1-(x / L) n }, and in [Formula B], 0 ≤ x ≤ L, , b (x) is the width of the body, n is a positive real number, x is the distance from one end of the body, L is the length of the body, b 0 can represent the width at one end of the body.
상기 몸체는 상기 평면을 기준으로 상기 양측의 가장자리가 직선 형태일 수 있다.The body may have straight edges on both sides with respect to the plane.
또는, 상기 몸체는 상기 평면을 기준으로 상기 양측의 가장자리가 곡선일 수 있다.Alternatively, the body may have curved edges on both sides with respect to the plane.
이 때, 상기 [수식 B]에서, n은 1보다 작을 수 있다.At this time, in [Formula B], n may be less than 1.
또는, 상기 [수식 B]에서, n은 1보다 클 수 있다.Alternatively, in [Formula B], n may be greater than 1.
상기 몸체의 일단은 상기 구조물의 가장자리에 부착될 수 있다.One end of the body may be attached to the edge of the structure.
상기 몸체의 일단의 두께는 상기 구조물의 가장자리의 두께와 같을 수 있다.The thickness of one end of the body may be the same as the thickness of the edge of the structure.
상기 구조물은 판(plate) 또는 빔(beam) 형태일 수 있다.The structure may be in the form of a plate or beam.
상기 몸체는 상기 구조물과 동일한 재료로 이루어질 수 있다.The body may be made of the same material as the structure.
본 발명의 일 실시예에 따른 진동 측정 방법은, 상기 진동 감지 민감도 향상 장치를 이용하여 구조물의 진동을 측정하는 방법으로서, 구조물에 상기 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착하는 단계; 상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계; 및 상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동 측정값을 이용하여 상기 구조물의 진동을 계산하는 단계를 포함한다.A vibration measurement method according to an embodiment of the present invention includes a method of measuring vibration of a structure using the vibration detection sensitivity improving device, comprising: attaching the vibration detection sensitivity improving device to the structure; Measuring vibrations in the vibration detection sensitivity improving device; And calculating the vibration of the structure using the vibration measurement value in the vibration detection sensitivity improving device.
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계에서, 상기 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁에서의 가속도를 측정할 수 있다.In the step of measuring the vibration in the vibration detection sensitivity improving device, it is possible to measure the acceleration at the tip of the vibration detection sensitivity improving device.
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계에서, 상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서 변형률(strain)이 최대인 지점의 변형률을 측정할 수 있다.In the step of measuring the vibration in the vibration sensing sensitivity improving apparatus, the strain at the point where the strain is the maximum in the vibration sensing sensitivity improving apparatus may be measured.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조물에 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착함으로써, 구조물의 미소 진동을 용이하게 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by attaching a vibration detection sensitivity improving device to the structure, it is possible to easily measure the micro-vibration of the structure.
또한, 구조물의 미소 진동을 구조물에 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치로 집속함으로써, 구조물에 진동 센서가 검출 가능한 최소 진동 역치값보다 작은 미소 진동이 발생되더라도 이를 용이하게 검출할 수 있다.In addition, by focusing the micro-vibration of the structure with a vibration-sensing sensitivity-enhancing device attached to the structure, even if a micro-vibration smaller than the minimum vibration threshold value detectable by the vibration sensor is generated in the structure, it can be easily detected.
또한, 부피가 큰 구조물에 상대적으로 크기가 작은 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착함으로써, 구조물의 부피와 상관없이 진동 감지 민감도 향상 효과를 발휘할 수 있다.In addition, by attaching a vibration detection sensitivity improving device having a relatively small size to a bulky structure, it is possible to exert a vibration detection sensitivity improvement effect regardless of the volume of the structure.
도 1은 진동 에너지 집속의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 비교한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 판 구조물 에지면의 일부에 부착된 경우를 도시한 평면도이다.
도 10은 도 9의 경우의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 가진된 빔 형상의 구조물의 변형률 분포를 도시한 그래프이다.
도 12는 가진된 빔 형상의 구조물에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착된 경우, 변형률 분포를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.
도 14 및 도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이를 달리하였을 때 변형률 분포를 나타낸 그래프이다.1 is a view for explaining the principle of focusing vibration energy.
2 is a perspective view showing a vibration sensing sensitivity improving device according to a first embodiment of the present invention.
3 is a front view showing a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
4 is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the effect of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a second embodiment of the present invention.
7 is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a third embodiment of the present invention.
8 is a graph comparing the effects of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first to third embodiments of the present invention.
9 is a plan view showing a case in which the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention is attached to a part of the surface of the plate structure.
10 is a graph showing the effect of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention in the case of FIG.
11 is a graph showing a strain distribution of an excited beam-shaped structure.
12 is a graph showing a strain distribution when a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a first embodiment of the present invention is attached to an excited beam-shaped structure.
13 is a graph showing the effect of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
14 and 15 are graphs showing the strain distribution when the length of the vibration sensing sensitivity improving device according to the first embodiment of the present invention is varied.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains may easily practice. The present invention can be implemented in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are attached to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.In addition, since the size and thickness of each component shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of description, the present invention is not necessarily limited to those illustrated.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case of “directly connecting”, but also “indirectly connecting” with other members interposed therebetween. In addition, when a part is said to "include" a certain component, this means that other components may be further included instead of excluding other components, unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 실시예에 적용되는 진동 에너지 집속의 원리를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the principle of focusing the vibration energy applied to the embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 빔 또는 판 형태의 구조물(S, 이하 "판 구조물" 이라 함)의 에지(edge)에 쐐기 형태의 구조물(W)을 연결함으로써, 쐐기 형태의 구조물(W, 이하 "쐐기 구조물" 이라 함)이 판 구조물(S)의 진동 에너지를 집속하는 역할을 수행할 수 있다.Referring to Figure 1, by connecting the wedge-shaped structure (W) to the edge (edge) of the beam or plate-shaped structure (S, hereinafter referred to as "plate structure"), the wedge-shaped structure (W, hereinafter "wedge" Structure "may be used to focus the vibration energy of the plate structure S.
보다 상세히, 판 구조물(S)에 가진력을 가하면 판 구조물(S) 내의 굽힘파(bending wave)가 판 구조물(S)의 에지로 진행하는데, 완만하게 감소하는 두께를 가진 쐐기 구조물(W)이 판 구조물(S)의 에지에 연결되면, 굽힘파가 쐐기 구조물(W)로 진행된다. 이 때, 쐐기 구조물(W)이 연장됨에 따라 두께가 기하학적으로 완만하게 감소하며 0에 도달하게 되면, 진행하는 굽힘파의 군속도(group velocity)가 무한히 늦추어져서 굽힘파가 쐐기 구조물(W)의 끝단에 도달하지 못하게 된다. 즉, 에지에 쐐기 구조물(W)이 연결된 판 구조물(S)에서는 이론적으로 반사파가 생길 수 없으며, 따라서 판 구조물(S)의 진동 에너지는 쐐기 구조물(W)의 끝단에 집속되게 된다.More specifically, when an excitation force is applied to the plate structure S, bending waves in the plate structure S proceed to the edge of the plate structure S, and the wedge structure W having a gently decreasing thickness is plated. When connected to the edge of the structure (S), the bending wave proceeds to the wedge structure (W). At this time, as the wedge structure W is extended, the thickness gradually decreases geometrically and reaches zero, the group velocity of the bending wave in progress is infinitely slowed, so that the bending wave is at the end of the wedge structure W. Will not reach. That is, in the plate structure S in which the wedge structure W is connected to the edge, a reflected wave cannot be generated theoretically, and thus the vibration energy of the plate structure S is focused at the end of the wedge structure W.
특히, 도 1의 아래 그림에서, 이론적으로는 쐐기 구조물(W)의 길이가 연장될수록 두께는 아래의 [수식 1]에 따라 0을 향해 감소하는 경우에, 진행되는 굽힘파의 군속도가 무한히 감속될 수 있다.Particularly, in the figure below of FIG. 1, theoretically, as the length of the wedge structure W is extended, the thickness decreases toward 0 according to [Equation 1] below, and the group speed of the bending wave in progress is infinitely decelerated. You can.
[수식 1] h(x) = εxm (m≥2)[Equation 1] h (x) = εx m (m≥2)
(h(x)는 두께, m은 양의 실수, ε는 양의 실수, x는 쐐기 구조물(W)의 팁에서부터의 거리)(h (x) is thickness, m is positive real number, ε is positive real number, x is distance from tip of wedge structure (W))
여기서 굽힘파란 판 구조물(S)에서 발생되는 파동으로, 진행 방향과 수직 방향으로 변위를 발생시키며 진행하는 탄성파의 일종이다. 빔 또는 판과 같이 대부분의 얇은 구조물에서 발생하는 진동의 주원인이 되기 때문에, 빔 또는 판과 같은 구조물에서는 굽힘파를 제어하는 것이 중요하다. Here, the bending wave is a wave generated from the plate structure (S), and is a type of elastic wave that progresses while generating displacement in a direction perpendicular to the direction of travel. It is important to control the bending wave in a structure such as a beam or plate, because it is the main cause of vibration occurring in most thin structures such as a beam or plate.
전술한 쐐기 구조물(W)에 의하여 판 구조물(S)에서 발생된 진동 에너지는 쐐기 구조물(W)의 끝단에 집속되기 때문에, 판 구조물(S)에서 진동 센서에서 감지되지 않는 매우 작은 진동, 즉 진동 센서가 측정할 수 있는 최소 진동 역치(threshold) 값보다 작은 진동이 발생되더라도 쐐기 구조물(W)의 끝단에서는 동일한 진동 센서를 사용하더라도 진동이 감지될 수 있다.Since the vibration energy generated in the plate structure S by the aforementioned wedge structure W is focused at the end of the wedge structure W, very small vibrations that are not detected by the vibration sensor in the plate structure S, that is, vibration Even if a vibration smaller than the minimum vibration threshold value that can be measured by the sensor is generated, vibration can be detected even when the same vibration sensor is used at the end of the wedge structure W.
따라서, 가공상의 한계로 인해 실제 쐐기 구조물(W) 끝단의 두께를 0으로 가공하는 것은 불가능하지만, 쐐기 구조물(W) 끝단의 두께를 0에 가깝게 가공한다면 쐐기 구조물(W)을 통해 진동 감지 민감도를 향상시킬 수 있다.Therefore, due to processing limitations, it is impossible to machine the thickness of the actual wedge structure (W) end to 0, but if the thickness of the wedge structure (W) end is close to 0, the sensitivity of vibration detection through the wedge structure (W) is reduced. Can be improved.
이하, 설명하는 본 발명의 다양한 실시예들은, 전술한 쐐기 구조물(W)의 진동 집속 원리를 이용한 것으로, 쐐기 구조물(W)의 형태를 변형시킴으로써 집속 효과를 현저하게 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 쐐기 구조물(W)의 너비를 변형시킴으로써, 진동 집속 효과를 극대화할 수 있다. 보다 구체적으로는, 쐐기 구조물(W)의 끝단으로 갈수록 쐐기 구조물(W)의 너비를 작아지게 하여, 끝단의 너비를 0에 가깝게 하면, 진동 집속 효과를 극대화할 수 있다. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described, by using the above-described vibration focusing principle of the wedge structure (W), it is possible to significantly improve the focusing effect by modifying the shape of the wedge structure (W). In particular, according to an embodiment of the present invention, by changing the width of the wedge structure (W), it is possible to maximize the vibration focusing effect. More specifically, the width of the wedge structure W is made smaller as it goes toward the end of the wedge structure W, and when the width of the end is close to 0, the effect of focusing on vibration can be maximized.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치는, 끝단으로 연장될수록 두께와 너비가 감소하여 뾰족한 팁을 가지는 쐐기 구조물(W)을 포함한다. 이하 본 발명의 다양한 실시예를 중심으로 상세히 설명한다.That is, the vibration detection sensitivity improving apparatus according to an embodiment of the present invention includes a wedge structure W having a sharp tip by decreasing in thickness and width as it extends to the end. Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail.
한편, 이하에서 설명하는 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 연결되는 판 구조물(S)은, 미소 진동을 감지할 목적의 구조물 자체가 빔 또는 판 형태로 형성되는 것뿐 만 아니라, 미소 진동을 감지할 목적의 구조물의 일부, 예를 들어 진동하는 구조물의 일 단부가 빔 또는 판 형태로 형성되는 경우를 포함하는 의미이다. 또한, 판 구조물(S)은 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되는 구조물의 일 예시를 나타낸 것이므로, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되는 구조물은, 판 구조물(S)에 연결되는 경우에 한정되는 것은 아니며, 판 구조물(S)이 아닌 다양한 형태의 진동하는 구조물에 연결될 수 있다. 다만, 이하의 설명에서는 이해의 편의를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 판 구조물(S)에 연결되는 경우를 예로써 설명한다.On the other hand, the plate structure (S) to which the vibration detection sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention described below is connected, as well as the structure itself for the purpose of detecting microscopic vibration is formed in the form of a beam or plate, It is meant to include a case in which a part of a structure for detecting microscopic vibrations, for example, one end of a vibrating structure is formed in the form of a beam or plate. In addition, since the plate structure S shows an example of a structure to which the vibration detection sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention is attached, the structure to which the vibration detection sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention is attached is a plate It is not limited to the case of being connected to the structure S, but may be connected to various types of vibrating structures other than the plate structure S. However, in the following description, for convenience of understanding, a case where the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the embodiment of the present invention is connected to the plate structure S will be described as an example.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 정면도이며, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이다.2 is a perspective view showing a vibration sensing sensitivity improving device according to a first embodiment of the present invention, Figure 3 is a front view showing a vibration sensing sensitivity improving device according to a first embodiment of the present invention, Figure 4 is a It is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a first embodiment of the invention.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 판 구조물(S)의 에지(가장자리)에 연결된다. 이하, 설명의 편의를 위하여 판 구조물(S)이 사각형이고, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 판 구조물(S)의 일 에지에 연결되는 경우를 예로써 설명한다. 다만, 본 발명의 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 일 에지가 아닌 모든 에지에 연결될 수 있고, 판 구조물(S)이 폐곡선으로 이루어진 경우에는 곡선으로 이루어진 에지에도 연결될 수 있다.2 to 4, the vibration sensing
진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 판 구조물(S)의 에지에서 연장되는 몸체(120)를 포함한다.The vibration sensing
몸체(120)는 판 구조물(S)의 에지면(F)에서 연장되는데, 판 구조물(S)의 에지면(F) 전체에 걸쳐서 판 구조물(S)과 일체로 연장되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 판 구조물(S)의 가장자리와 그 곳에 부착된 몸체(120)의 두께가 동일할 수 있다. The
본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)가 판 구조물(S)과 일체로 연장되더라도 몸체(120)의 연장 방향(x축 방향)에 수직한 방향인, 몸체(120)의 두께(z축 방향)와 너비(y축 방향)는 몸체(120)가 연장됨에 따라 달라질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, even if the
또한, 효과적인 진동 에너지 집속을 위하여, 몸체(120)는 판 구조물(S)과 동일한 재질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 판 구조물(S)과 몸체(120)는 모두 철재로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 재질로 이루어질 수 있다.In addition, for effective vibration energy focusing, the
이 때, 몸체(120)는 forming, pressing, machining, 3D printing 등 다양한 방법을 이용하여 가공할 수 있으며, 판 구조물(S)의 에지에 부착될 수 있다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)는 판 구조물(S)은 직접 접촉된 상태로 부착될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 몸체(120)와 판 구조물(S) 사이에 부착을 용이하게 하는 별도의 연결부(미도시)가 포함될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 몸체(120)와 판 구조물(S) 사이에 배치되는 별도의 연결부(미도시)를 포함할 수 있다.At this time, the
본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)의 일단은 판 구조물(S)의 에지면(F)과 두께가 동일하고, 타단으로 연장될수록 두께가 감소할 수 있다. 몸체(120)의 "일단"은 판 구조물(S)의 에지면(F) 방향이고, 몸체(120)의 "타단"은 판 구조물(S)에서 멀어지는 팁 방향을 의미한다.According to an embodiment of the present invention, one end of the
이 때, 몸체(120)는 전술한 [수식 1]에 따라 두께가 감소할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)는 소정 길이만큼 연장되고, 그 타단은 소정의 두께를 가진다. At this time, the
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)는 일단에서 타단(팁)으로 연장될수록 하기의 [수식 2]에 따라 두께가 감소될 수 있다.Accordingly, according to an embodiment of the present invention, the thickness of the
[수식 2] h(x) = h0 + εxm (m≥2)[Equation 2] h (x) = h 0 + εx m (m≥2)
(h(x)는 몸체(120)의 두께, m은 양의 실수, ε는 양의 실수, x는 몸체(120)의 팁에서부터의 거리, h0는 몸체(120)의 팁에서의 두께)(h (x) is the thickness of the
이 때, 몸체(120)의 팁에서의 두께 h0는 몸체(120)의 길이에 따라 결정될 수 있으며, 실제 두께를 얇게 가공할 수 있는 한계에 따라 달라질 수 있다. At this time, the thickness h 0 at the tip of the
결과적으로, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치는, 판 구조물(S)에 인접한 일단에서 타단(팁)까지 연장될수록 두께가 너비가 감소하여 뾰족한 팁을 가지는 형태이고, 일면(예를 들어 하면)이 평면으로 이루어지고, 몸체(120)의 연장 방향과 나란한 중심선(C, 도 4 참조)을 기준으로 양측이 대칭 형태일 수 있다.As a result, the vibration detection sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention is a form having a sharp tip, as the thickness decreases as it extends from one end to the other end (tip) adjacent to the plate structure (S), and one side (for example The lower surface) is made of a flat surface, and both sides may be symmetrical with respect to the center line (C, see FIG. 4) parallel to the extending direction of the
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 몸체(120)는 일단에서 타단(팁)으로 연장될수록 하기의 [수식 3]에 따라 너비가 감소될 수 있다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the
[수식 3] b(x) = b0 {1 - (x/L)n} (0 ≤ x ≤ L)[Equation 3] b (x) = b 0 {1-(x / L) n } (0 ≤ x ≤ L)
[수식 3]에서, b(x)는 몸체의 너비, n은 양의 실수, x는 몸체 일단에서부터의 거리, L은 몸체의 길이, b0는 몸체 일단에서의 너비이다.In
이 때, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는, [수식 3]에서 n = 1 일 수 있다. 즉, 평면을 기준으로(평면도에서) 몸체(120)의 양측의 가장자리가 직선 형태일 수 있다. 다시 말해, 평면도에서 몸체(120)는 삼각형 형상일 수 있으며, 예를 들어 이등변 삼각형 형상일 수 있다.In this case, referring to FIG. 4, the vibration sensing
이에 따라, 판 구조물(S)에 진동이 발생된 경우, 판 구조물(S)에 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치(100)를 따라 진동 에너지가 전달되어 보다 효과적으로 팁에 집속될 수 있다. 즉, 단순히 몸체(120)의 두께만이 얇아지는 경우보다 너비가 함께 작아짐에 따라 진동의 집속 효과는 극대화될 수 있다.Accordingly, when vibration is generated in the plate structure S, vibration energy is transmitted along the vibration sensing
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다. 도 5는 판 구조물(S)의 길이, 너비, 두께가 각각 180 mm, 60 mm, 5 mm 이고, 판 구조물(S)에 직접 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 몸체(120)의 길이가 120 mm, 몸체(120)의 팁의 두께가 0.2 mm 이며, 전술한 [수식 2]의 m=2.2 일 때, (a) 판 구조물에 아무것도 부착되지 않은 경우, (b) 판 구조물에 두께만 감소하고 너비는 감소하지 않는 쐐기 구조물(W, 도 1 참조)이 부착된 경우, (c) 판 구조물에 본 발명의 제 1 실시예의 진동 감지 민감도 향상 장치(100, [수식 3]에서 n = 1)가 부착된 경우에 판 구조물(S)의 중앙을 정현파로 가진하고 그에 대한 응답으로 가속도가 가장 크게 측정되는 위치에서의 주파수에 따른 가속도를 도시한 그래프이다. 이 때, (a)의 경우는 판 구조물(S)의 끝단에서 가속도가 최대가 되고, (b)와 (c)의 경우는 각각 쐐기 구조물(W) 및 몸체(120)의 팁에서 가속도가 최대가 된다. 참고로, 도 5의 그래프에서 y축 좌표는, 판 구조물(S) 또는 쐐기 구조물(W)의 팁에서 측정한 가속도의 크기[m/s2]를 가진 지점에서 가한 외력의 크기 [N]으로 나눈 값을 나타낸 후, 이 응답함수를 linear scale이 아닌 log scale로 나타내기 위해 20*log10을 취했고 reference value로 1m2/s/N을 사용하여 나타내었다.5 is a graph showing the effect of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention. 5 is the length, width, and thickness of the plate structure S, respectively, 180 mm, 60 mm, and 5 mm, and the length of the
도 5를 참조하면, 판 구조물(S) 만이 진동하는 (a) 대비 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 부착된 (c)의 경우 공진 피크의 크기가 최대 약 30 dB 가량 증가했다. 즉, 레이저 센서와 같은 비접촉식 센서로 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 부착된 판 구조물(S)의 진동을 측정하는 경우, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)에 의하여 판 구조물(S)의 진동 에너지가 집속되기 때문에, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 팁에서 진동을 측정함으로써, 기존 판 구조물(S)에서 측정할 수 없었던 미소 진동을 감지할 수 있게 된다. Referring to FIG. 5, in the case of (c) in which the vibration sensing
한편, 너비는 일정하고 두께만이 감소하는 도 1의 쐐기 구조물(W)이 부착된 (b) 경우에도 공진 피크의 크기가 약 10 dB 이상 증가함을 확인할 수 있지만, 본 발명의 제 1 실시예인 (c)는 (b)의 경우와 비교하여도 최대 약 20 dB 가량의 최대 피크 크기가 증가했음을 도 5를 통해 확인 가능하다. 이는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 두께만이 감소하는 쐐기 구조물(W)의 형태보다 더 효과적으로 판 구조물(S)에 흩어진 진동 에너지를 집속할 수 있음을 의미한다. On the other hand, it can be seen that the size of the resonance peak increases by about 10 dB or more even when the width of the wedge structure W of FIG. 1 is constant and only the thickness is reduced (b), but the first embodiment of the present invention (c) can be confirmed through FIG. 5 that the maximum peak size of about 20 dB is increased even when compared with the case of (b). This means that the vibration sensing
또한, 도 5를 참조하면, 공진 모드에서의 가속도 크기 증가 뿐 아니라, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 부착된 전체 구조물의 공진 모드 개수가 증가하여 전주파수 대역에서 주파수 응답의 크기가 증가했음도 확인할 수 있는데, 이는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)에 의하여 광대역 주파수에 거쳐 민감도가 효과적으로 향상되었음을 의미한다. In addition, referring to FIG. 5, not only an increase in the magnitude of acceleration in the resonance mode, but also an increase in the number of resonance modes of the entire structure to which the vibration sensing
이하, 진동 감지 민감도 향상 장치의 몸체 형태에 따라, 보다 구체적으로는 너비가 감소하는 형태에 따라 구현될 수 있는 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다. 이하의 다양한 실시예에 대한 설명에서 전술한 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하고 제 1 실시예와 차별되는 내용에 대해서만 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention, which may be implemented according to the shape of the body of the vibration sensing sensitivity improving apparatus, more specifically, the width is reduced, will be described in detail. In the following description of various embodiments, a description of contents overlapping with the above-described first embodiment will be omitted and only contents different from the first embodiment will be described in detail.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이고, 도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 도시한 평면도이다. 도 6 및 도 7은 평면도만을 도시하였고, 그 두께는 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 [수식 2]에 따라 감소되고, 그 너비는 전술한 [수식 3]에 따라 감소됨은 앞서 설명한 제 1 실시예와 동일하다.6 is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a plan view showing a vibration sensing sensitivity improving device according to a third embodiment of the present invention. 6 and 7 show only a plan view, the thickness of which is reduced according to the above-described [Equation 2], as shown in FIG. 3, the width is reduced according to the above-described [Equation 3], the first described above It is the same as the Example.
도 6 및 도 7을 참조하면, 진동 감지 민감도 향상 장치의 몸체는 중심선(C)을 기준으로 양측이 대칭이며, 양측 가장자리가 곡선 형태일 수 있다. 예를 들어, 몸체의 양측 가장자리가 볼록하거나 오목한 곡선 형태일 수 있다. 즉, 진동 감지 민감도 향상 장치의 몸체의 너비가 팁으로 연장될수록 감소하는 뾰족한 형태라면 진동 에너지 집속 효과가 발휘되므로, 몸체의 양측 가장자리가 직선 형태인 전술한 제 1 실시예의 형태뿐 만 아니라, 몸체의 양측 가장자리가 곡선 형태인 이하 후술할 제 2, 3 실시예의 형태로도 본 발명의 진동 감지 민감도 향상 장치가 구현될 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the body of the vibration-sensing sensitivity improving device has both sides symmetrical with respect to the center line C, and both edges may have a curved shape. For example, both edges of the body may be convex or concave curved. That is, since the vibration energy focusing effect is exerted if the pointed shape that decreases as the width of the body of the vibration sensing sensitivity improving device is extended with the tip, is not only the shape of the above-described first embodiment in which both edges of the body are straight, but also of the body The vibration sensing sensitivity improving apparatus of the present invention may also be implemented in the form of second and third embodiments to be described later in which both edges are curved.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(200)를 평면으로 도시하였으며, 몸체(220)의 중심선(C)을 기준으로 양측 가장자리가 오목한 곡선 형태이다.6 is a planar view of the vibration sensing
예를 들어, 도 6에서와 같이 몸체(220)의 일단의 일 꼭지점(O)을 원점이라 하면, 몸체(220)의 너비가 전술한 [수식 3]에 따라 감소할 때, n < 1 인 형태일 수 있다.For example, as shown in FIG. 6, when one vertex (O) of one end of the
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(300)를 평면으로 도시하였으며, 몸체(320)의 중심선(C)을 기준으로 양측 가장자리가 볼록한 곡선 형태이다.7 is a planar view of the vibration sensing
예를 들어, 도 7에서와 같이 몸체(320)의 일단 일 꼭지점(O)을 원점이라 하면, 몸체(320)의 너비가 전술한 [수식 3]에 따라 감소할 때, n > 1 인 형태일 수 있다.For example, as illustrated in FIG. 7, once one vertex (O) of the
이하, 전술한 제 1 내지 제 3 실시예의 경우, 진동 집속 효과에서 어떠한 차이가 있는지 시뮬레이션 데이터를 통해 비교해본다.Hereinafter, in the case of the above-described first to third embodiments, the difference between the vibration focusing effects is compared through simulation data.
도 8은 본 발명의 제 1 내지 3 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 비교한 그래프이다. 도 8은 판 구조물(S)의 길이, 너비, 두께가 각각 180 mm, 60 mm, 5 mm 이고, 판 구조물(S)에 직접 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 몸체(120)의 길이가 120 mm, 몸체(120)의 팁의 두께가 0.2 mm 일 때, (a) 판 구조물에 아무것도 부착되지 않은 경우, (b) 판 구조물에 본 발명의 제 1 실시예가 부착된 경우, (c) 판 구조물에 본 발명의 제 2 실시예([수식 3]에서 n = 0.27)가 부착된 경우, (d) 판 구조물에 본 발명의 제 3 실시예([수식 3]에서 n = 2)가 부착된 경우이고, 판 구조물(S)의 중앙을 정현파로 가진하고 그에 대한 응답으로 가속도가 가장 크게 측정되는 위치(진동 감지 민감도 향상 장치의 팁)에서의 주파수에 따른 가속도의 크기를 도시한 그래프이다. 참고로, 도 8에서도 y축 좌표를 전술한 도 5에서와 같이 동일한 방식으로 나타내었다.8 is a graph comparing the effects of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first to third embodiments of the present invention. 8 is the length, width, and thickness of the plate structure S, respectively, 180 mm, 60 mm, and 5 mm, and the length of the
도 8을 참조하면, 진동 감지 민감도 향상 장치의 몸체의 팁에서의 가속도의크기는, 몸체의 가장자리가 오목한 형태로 몸체의 너비가 감소되는 제 2 실시예(c), 몸체의 가장자리가 직선 형태로 몸체의 너비가 감소되는 제 1 실시예(b), 몸체의 가장자리가 볼록한 형태로 몸체의 너비가 감소되는 제 3 실시예(d)의 순서로 나타났음을 확인할 수 있다. 즉, 제 2 실시예(c), 제 1 실시예(b), 제 3 실시예(d)의 순서로 진동 에너지의 집속 효과가 우수한 것으로 확인된다.Referring to Figure 8, the magnitude of the acceleration at the tip of the body of the vibration detection sensitivity improving device, the second embodiment (c) in which the edge of the body is reduced to the concave shape, the edge of the body in a straight shape It can be seen that the first embodiment (b) in which the width of the body is reduced, and the third embodiment (d) in which the width of the body is reduced in the form of convex edges of the body. That is, it is confirmed that the focusing effect of vibration energy is excellent in the order of the second embodiment (c), the first embodiment (b), and the third embodiment (d).
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치는 몸체가 팁으로 연장될수록 두께와 너비가 감소하되, 두께가 감소하는 정도가 동일할 때 팁의 뾰족한 정도가 큰 형태일수록 진동 에너지의 집속 효과가 좋으며, 진동 감지 민감도 향상 효과가 좋아짐을 확인할 수 있다.Therefore, in the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the embodiment of the present invention, as the body is extended to the tip, the thickness and width decrease, but when the degree of reduction in thickness is the same, the focusing effect of the vibration energy is increased when the tip has a large degree Is good, and it can be seen that the effect of improving the sensitivity of vibration detection is improved.
한편, 전술한 제 1 내지 3 실시예의 시뮬레이션 데이터는, 판 구조물(S)의 에지면(F, 도 2 등 참조) 전체에 걸쳐 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되는 경우(판 구조물의 에지면 너비와 그에 부착되는 진동 감지 민감도 향상 장치의 일단 너비가 동일한 경우)를 예로써 설명하였으나, 판 구조물(S)의 에지면 중 일부에만 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되는 경우(판 구조물의 에지면 너비보다 그에 부착되는 진동 감지 민감도 향상 장치의 일단 너비가 작은 경우)에도 진동 에너지 집속 효과가 발휘될 수 있음을 이하 실시예를 통해 설명한다.On the other hand, the simulation data of the above-described first to third embodiments, when the vibration sensing sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention is attached to the entire edge surface of the plate structure (S, see FIG. 2, etc.) ( Although the width of the edge surface of the plate structure and the one end width of the vibration sensing sensitivity improving device attached thereto are the same) as an example, only a part of the edge surface of the plate structure S improves the vibration detection sensitivity according to an embodiment of the present invention. It will be described through the following examples that the vibration energy focusing effect can be exerted even when the device is attached (when the width of the edge of the plate structure is smaller than the width of the edge detection device attached to the vibration sensing sensitivity).
도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 판 구조물 에지면의 일부에 부착된 경우를 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 경우의 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.9 is a plan view showing a case in which a vibration sensing sensitivity improving apparatus according to a first embodiment of the present invention is attached to a part of a plate structure edge surface, and FIG. 10 is a first embodiment of the present invention in the case of FIG. 9 It is a graph showing the effect of the vibration detection sensitivity improving device.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 몸체(120)의 일단의 너비(d)가 몸체(120)가 부착되는 판 구조물(S)의 가장자리의 너비(D)보다 작을 수 있다. 즉, 몸체(120)는 판 구조물(S)의 에지면(F, 도 2 참조)에서 연장되는데, 판 구조물(S)의 에지면(F) 전체가 아닌, 판 구조물(S)의 에지면(F)의 일부에 부착되도록 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 부착되는 구조물의 형태나 부피가 달라지는 경우라도 진동 에너지 집속 효과가 발휘됨을 도 10을 통해 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, in the vibration sensing
도 10은 판 구조물(S)의 길이, 너비, 두께가 각각 180 mm, 60 mm, 5 mm 이고, 판 구조물(S)의 중앙을 정현파로 가진하고 그에 대한 응답으로 가속도가 가장 크게 측정되는 위치(판 구조물의 끝단 및 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁)에서의 주파수에 따른 가속도를 도시한 그래프이다. (a)는 판 구조물(S)에 아무것도 부착되지 않은 경우이고, (b)는 판 구조물(S)에 제 1 실시예의 진동 감지 민감도 향상 장치(100)가 도 9와 같이 부착된 경우로서, 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 몸체(120)의 길이가 120 mm, 몸체(120)의 팁의 두께가 0.2 mm, 몸체(120) 일단에서의 너비(d, 도 9 참조)가 30 mm 인 경우이다. 즉, 도 2 내지 도 4와 비교할 때, 몸체(120)의 일단에서의 너비가 다르다.FIG. 10 shows the locations where the length, width, and thickness of the plate structure (S) are 180 mm, 60 mm, and 5 mm, respectively, and the center of the plate structure (S) is a sinusoidal wave and the acceleration is measured in response to the greatest position ( It is a graph showing the acceleration according to the frequency at the tip of the plate structure and the tip of the vibration sensing sensitivity improving device. (a) is a case where nothing is attached to the plate structure (S), (b) is a case where the vibration sensing
도 9 및 도 10을 참조하면, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)는 몸체(120)의 일단의 너비(d)가 몸체(120)가 부착되는 판 구조물(S)의 가장자리의 너비(D)보다 작은 경우라도, 진동 에너지 집속 효과가 효과적으로 발휘됨을 확인할 수 있다. 즉, 진동 감지 민감도 향상 장치의 최대 너비가 판 구조물(S)의 에지면(F, 도 2 등 참조) 너비보다 작아, 에지면(F) 일부분에 부착되더라도 진동 감지 민감도를 향상시킬 수 있다.9 and 10, the vibration detection
또한, 도 5와 도 10을 함께 참조하면, 두 경우 모두 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 진동 에너지 집속 효과가 발휘됨을 확인할 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 그보다 부피가 큰 구조물의 일부분에 부착하더라도 진동 감지 민감도 향상 성능을 발휘할 수 있다.In addition, referring to FIGS. 5 and 10 together, in both cases, it can be confirmed that the vibration energy focusing effect of the vibration detection
이와 같이, 판 구조물(S)의 가장자리에 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착하고, 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정함으로써, 진동 감지 민감도를 향상시킬 수 있다. 즉, 판 구조물(S)에 진동 센서로 검출할 수 없는 미소 진동이 발생되더라도, 판 구조물(S)에 부착된 진동 감지 민감도 향상 장치에서 집속된 진동을 측정함으로써 미소 진동을 검출할 수 있고, 이 때 진동 감지 민감도 향상 장치에서 증폭되는 정도를 미리 알고 있다면, 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동 측정값을 이용하여 다시 역으로 판 구조물(S)의 미소 진동을 계산할 수 있을 것이다.As described above, by attaching the vibration sensing sensitivity improving device according to an embodiment of the present invention to the edge of the plate structure S, and measuring the vibration in the vibration sensing sensitivity improving device, it is possible to improve the vibration sensing sensitivity. That is, even if micro-vibrations that cannot be detected by the vibration sensor are generated in the plate structure S, the micro-vibrations can be detected by measuring the focused vibration in the vibration detection sensitivity improving device attached to the plate structure S. When the degree of amplification in the vibration sensing sensitivity improving device is known in advance, the vibration of the vibration sensing sensitivity improving device may be used to calculate the microscopic vibration of the plate structure S again.
한편, 전술한 설명에서는 진동 에너지 집속 효과를 진동체의 가속도(또는 변위)를 통해 확인하였다. 따라서, 진동을 측정하는 진동 센서가 비접촉식 센서, 예를 들어 진동체의 변위를 측정하는 레이저 센서 등을 이용할 경우에, 가속도, 즉 변위가 최대가 되는 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁에서의 진동을 측정함으로써, 진동 감지 민감도 향상 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다.On the other hand, in the above description, the effect of focusing the vibration energy was confirmed through the acceleration (or displacement) of the vibration body. Accordingly, when the vibration sensor for measuring vibration uses a non-contact sensor, for example, a laser sensor for measuring the displacement of the vibrating body, acceleration, that is, vibration at the tip of the vibration-sensing sensitivity improving device with maximum displacement is measured. By doing so, it is possible to effectively exhibit vibration detection sensitivity improvement performance.
다만, 진동을 측정하는 진동 센서가 접촉식 센서, 예를 들어 진동체의 변형률을 측정하는 스트레인 게이지(Strain Gauge)를 이용할 경우에는, 진동 감지 민감도 향상 장치에서 변형률이 최대가 되는 지점에 스트레인 게이지를 부착함으로써, 진동 감지 민감도 향상 성능을 효과적으로 발휘할 수 있을 것이다. 따라서, 이하에서는 진동 감지 민감도 향상 장치의 성능을 변형률을 통해 확인해본다.However, when the vibration sensor for measuring vibration uses a contact sensor, for example, a strain gauge for measuring the strain of the vibrating body, the strain gauge is placed at the point where the strain is maximized in the vibration detection sensitivity improving device. By attaching it, it will be possible to effectively exhibit the performance of improving vibration sensitivity. Therefore, hereinafter, the performance of the vibration detection sensitivity improving device is checked through a strain.
도 11은 가진된 빔 형상의 구조물의 변형률 분포를 도시한 그래프이고, 도 12는 가진된 빔 형상의 구조물에 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착된 경우, 변형률 분포를 도시한 그래프이며, 도 13은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 효과를 나타낸 그래프이다.11 is a graph showing the strain distribution of the excited beam-shaped structure, and FIG. 12 shows the strain distribution when the vibration sensing sensitivity improving device according to the first embodiment of the present invention is attached to the excited beam-shaped structure. 13 is a graph showing the effect of the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the first embodiment of the present invention.
도 11은, 길이, 너비, 두께가 각각 180 mm, 30 mm, 5 mm 인 판 구조물(S)의 중심에 20 Hz 에서 7000 Hz 까지 1N의 정현파 가진을 했고, 응답이 가장 큰 두 공진 주파수의 경우에 대한 변형률 분포 결과를 나타내었다. 아무것도 부착되지 않은 판 구조물(S)의 경우는 저주파수(800 Hz) 및 고주파수(4324 Hz) 대역 모두 판 구조물(S)의 중심에서 변형률이 최대가 됨을 확인할 수 있다. 도 11의 우측 그래프에서 y축 좌표는 도 11의 좌측 구조물의 x축 방향으로 작용하는 strain(axial strain)의 절대값을 나타내었고, 이는 후술할 도 12 내지 도 15도 동일하다.FIG. 11 shows sinusoidal excitations of 1N from 20 Hz to 7000 Hz at the center of the plate structure S having length, width, and thickness of 180 mm, 30 mm, and 5 mm, respectively. The results of strain distribution for are shown. In the case of the plate structure S to which nothing is attached, it can be confirmed that both the low frequency (800 Hz) and the high frequency (4324 Hz) bands have a maximum strain at the center of the plate structure S. In the graph on the right side of FIG. 11, the y-axis coordinates represent an absolute value of a strain (axial strain) acting in the x-axis direction of the left structure in FIG. 11, which is the same in FIGS. 12 to 15 to be described later.
도 12는, 도 11에서와 동일한 판 구조물(S)에 전술한 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)를 부착한 경우, 도 11과 동일한 가진을 했을 때의 변형률 분포 결과를 나타내었다. 전술하였듯이, 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치(100)를 부착한 경우에는 도 11의 판 구조물(S)에 비하여 공진 주파수의 개수가 증가되나, 도 12에서는, 도 11의 판 구조물(S)의 공진 주파수와 가장 가까운 공진 주파수에서의 결과 만을 나타내었다. 도 12를 참조하면, 주파수마다 진동 감지 민감도 향상 장치(100)에서 최대 변형률를 나타내는 지점의 위치가 달라지지만, 저주파수(730 Hz)와 고주파수(4100 Hz) 모두 팁에 인접한 위치에서 최대 변형률이 나타나는 경향을 확인할 수 있다. FIG. 12 shows the result of strain distribution in the same excitation as in FIG. 11 when the vibration sensing
보다 구체적으로는 저주파수(730 Hz)와 고주파수(4100 Hz) 모두 팁에서 소정 거리 이격된 위치에서 최대 변형률이 나타나며, 고주파수가 저주파수 보다 팁에 더 인접한 위치에서 최대 변형률이 나타남을 확인할 수 있다. 예를 들어, 도 12에서 최대 변형률이 나타난 지점은, 저주파수(730 Hz)에서는 팁으로부터 25 mm 이격된 위치이고, 고주파수(4100 Hz)에서는 팁으로부터 9 mm 이격된 위치이다.More specifically, it can be seen that both the low frequency (730 Hz) and the high frequency (4100 Hz) show the maximum strain at a position spaced a predetermined distance from the tip, and the maximum strain appears at a position where the high frequency is closer to the tip than the low frequency. For example, the point at which the maximum strain is shown in FIG. 12 is a position spaced 25 mm from the tip at low frequency (730 Hz), and a position spaced 9 mm from the tip at high frequency (4100 Hz).
따라서, 주파수에 따라 최대 변형률이 나타나는 지점에 스트레인 게이지를 부착한다면, 진동 감지 민감도 향상 성능을 효과적으로 발휘할 수 있다.Therefore, if the strain gauge is attached to the point where the maximum strain is exhibited depending on the frequency, it is possible to effectively exhibit vibration detection sensitivity improvement performance.
도 13은, 도 12에서 저주파수에서 최대 변형률이 나타나는 지점인 팁으로부터 25 mm 이격된 지점에 스트레인 게이지를 부착하여 주파수에 따른 변형률을 측정한 결과(b)와, 아무것도 부착되지 않은 판 구조물(S) 자체의 주파수에 따른 변형률을 측정한 결과(a)를 함께 도시하였다. (b)에서 사용된 스트레인 게이지는 HBM사의 [1-LY1x-0.3/120] 모델을 적용하였고 가로 1.2 mm, 세로 2 mm, 두께 0.05 mm의 박막 형태의 구조이다. 도 13을 참조하면, 같은 가진 조건에서, 단순 판 구조물(S) 대비 제 1 실시예의 진동 감지 민감도 향상 장치(100)에 의하여 최대 변형률이 약 2배 이상 증가하였음을 확인할 수 있으며, 이는 약 2배 이상 진동 감지 민감도를 향상할 수 있음을 의미한다. 또한, 앞선 도 5에 도시된 제 1 실시예의 가속도 분포 결과와 마찬가지로 광대역 주파수에 거쳐 민감도가 향상되는 결과도 확인할 수 있다.13 is a result of measuring the strain according to the frequency by attaching a strain gauge to a point spaced 25 mm from the tip, which is the point at which the maximum strain at low frequency appears in FIG. 12 (b), and the plate structure (S) to which nothing is attached The result (a) of measuring strain according to its own frequency is also shown. The strain gauge used in (b) is HBM's [1-LY1x-0.3 / 120] model and has a thin film structure with a width of 1.2 mm, a height of 2 mm, and a thickness of 0.05 mm. Referring to FIG. 13, in the same excitation condition, it can be confirmed that the maximum strain was increased by about 2 times or more by the vibration sensing
도 14 및 도 15는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이를 달리하였을 때 변형률 분포를 나타낸 그래프이다. 도 14는 도 12에서와 동일한 조건에서, 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이를 180 mm로 달리 하였을 때의 결과이고, 도 15는 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이를 240 mm로 달리 하였을 때의 결과이다.14 and 15 are graphs showing the strain distribution when the length of the vibration sensing sensitivity improving device according to the first embodiment of the present invention is varied. 14 is a result when the length of the vibration sensing sensitivity improving device is changed to 180 mm in the same conditions as in FIG. 12, and FIG. 15 is a result when the length of the vibration sensing sensitivity improving device is changed to 240 mm.
도 12, 도 14 및 도 15를 참조하면, 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이를 달리하여도, 변형률 분포 경향에는 큰 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있다. 즉, 저주파수와 고주파수 모두에서 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁으로부터 소정 거리 이격된 지점에서 변형률이 최대이고, 고주파수가 저주파수 보다 팁에 더 인접한 위치에서 최대 변형률이 나타남을 확인할 수 있다. 보다 구체적으로는, 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이가 120 mm 인 경우(도 12), 180 mm 인 경우(도 14), 240 mm 인 경우(도 15) 모두, 고주파수에서는 팁에서부터 9 mm 지점에서 최대 변형률이 나타나고, 저주파수에서는 팁에서부터 25 mm 지점에서 최대 변형률이 나타남을 확인할 수 있다.12, 14 and 15, it can be seen that even if the length of the vibration sensing sensitivity improving device is different, there is no significant difference in the strain distribution tendency. That is, it can be seen that at both low and high frequencies, the strain is maximum at a point spaced apart from the tip of the vibration sensing sensitivity improving device, and the maximum strain appears at a position where the high frequency is closer to the tip than the low frequency. More specifically, if the length of the vibration sensing sensitivity improving device is 120 mm (FIG. 12), 180 mm (FIG. 14), or 240 mm (FIG. 15), the maximum is 9 mm from the tip at high frequencies. It can be seen that the strain rate appears, and the maximum strain rate appears at a
한편, 도 11, 도 12, 도 14 및 도 15를 참조하면, 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이가 길어질수록 변형률의 증폭 효과가 향상됨을 확인할 수 있다. On the other hand, referring to Figures 11, 12, 14 and 15, it can be seen that the longer the length of the vibration sensing sensitivity improving device, the greater the effect of amplifying the strain.
도 11과 도 12를 비교하면, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 길이가 120 mm 인 경우, 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되지 않은 판 구조물(S)에 비하여, 저주파수에서 변형률이 약 2.8배 증폭되었고, 고주파수에서 변형률이 약 11.3배 증폭되었다.11 and 12, when the length of the vibration sensing
도 11과 도 14를 비교하면, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 길이가 180 mm 인 경우, 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되지 않은 판 구조물(S)에 비하여, 저주파수에서 변형률이 약 5배 증폭되었고, 고주파수에서 변형률이 약 11.9배 증폭되었다.11 and 14, when the length of the vibration sensing
도 11과 도 15를 비교하면, 진동 감지 민감도 향상 장치(100)의 길이가 240 mm 인 경우, 진동 감지 민감도 향상 장치가 부착되지 않은 판 구조물(S)에 비하여, 저주파수에서 변형률이 약 6.5배 증폭되었고, 고주파수에서 변형률이 약 13.1배 증폭되었다.11 and 15, when the length of the vibration sensing
따라서, 진동하는 판 구조물(S)에 본 발명의 실시예에 따른 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착하였을 때, 진동 감지 민감도 향상 장치의 길이가 길수록 진동 감지 민감도 향상 효과를 높일 수 있다. 또한, 진동 감지 민감도 향상 장치에서 변형률이 최대인 지점에 스트레인 게이지를 부착함으로써, 최대치의 진동 감지 민감도 향상 효과를 발휘할 수 있다. 주파수와 상관없이 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁으로부터 소정 거리 이격된 지점에서 변형률이 최대로 나타나고, 고주파수일수록 팁에 가까운 지점에서 변형률이 최대로 나타난다. 이러한 효과를 이용한다면, 주파수에 따라 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 변형률 분포를 미리 고려하여, 변형률이 최대인 지점에 스트레인 게이지를 부착함으로써, 판 구조물(S)의 미소 진동을 용이하게 측정할 수 있다.Therefore, when the vibration sensing sensitivity improving apparatus according to the embodiment of the present invention is attached to the vibrating plate structure S, the longer the length of the vibration sensing sensitivity improving apparatus, the higher the vibration sensing sensitivity improving effect. In addition, by attaching a strain gauge at the point where the strain is maximum in the vibration sensing sensitivity improving apparatus, it is possible to exert the effect of improving the maximum vibration sensing sensitivity. Regardless of the frequency, the strain is maximized at a point spaced apart from the tip of the vibration sensing sensitivity improving device, and the higher the frequency, the greater the strain at the point closer to the tip. If such an effect is used, it is possible to easily measure micro-vibration of the plate structure S by attaching a strain gauge at a point where the strain is maximum, taking into account the strain distribution in the vibration-sensing sensitivity-enhancing device according to frequency. .
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described through the above, the present invention is not limited thereto, and it is possible to carry out various modifications within the scope of the claims and detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it is within the scope of the invention.
100, 200, 300 진동 감지 민감도 향상 장치
120, 220, 320 몸체100, 200, 300 vibration detection sensitivity improving device
120, 220, 320 body
Claims (15)
상기 구조물에 인접한 일단에서 타단까지 소정 길이만큼 연장되는 몸체를 포함하며,
상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 두께와 너비가 감소하여 뾰족한 팁을 가지는, 진동 감지 민감도 향상 장치.As a device to improve the sensitivity of vibration detection when measuring the vibration of a structure,
It includes a body extending a predetermined length from one end to the other end adjacent to the structure,
The body has a pointed tip by reducing the thickness and width as it extends from one end to the other, vibration detection sensitivity improving device.
상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 하기의 [수식 A]에 따라 두께가 감소하고,
[수식 A] h(x) = h0 + εxm (m≥2)
상기 [수식 A]에서, h(x)는 몸체의 두께, m은 양의 실수, ε는 양의 실수, x는 상기 팁에서부터의 거리, h0는 상기 팁에서의 두께를 나타내는, 진동 감지 민감도 향상 장치.According to claim 1,
As the body extends from one end to the other, the thickness decreases according to [Formula A] below,
[Equation A] h (x) = h 0 + εx m (m≥2)
In Equation A, h (x) is the thickness of the body, m is the positive real number, ε is the positive real number, x is the distance from the tip, and h 0 is the thickness at the tip, vibration sensing sensitivity Upgrade device.
상기 몸체는,
일면이 평면으로 이루어지고, 상기 평면을 기준으로 연장 방향과 나란한 몸체의 중심선을 기준으로 양측이 대칭 형태인, 진동 감지 민감도 향상 장치.According to claim 1,
The body,
A vibration detection sensitivity improving device having one surface formed of a flat surface and having both sides symmetrical with respect to the center line of the body parallel to the extension direction based on the flat surface.
상기 몸체는 일단에서 타단으로 연장될수록 하기의 [수식 B]에 따라 너비가 감소하고,
[수식 B] b(x) = b0 {1 - (x/L)n} (0 ≤ x ≤ L)
상기 [수식 B]에서, b(x)는 몸체의 너비, n은 양의 실수, x는 몸체 일단에서부터의 거리, L은 몸체의 길이, b0는 몸체 일단에서의 너비를 나타내는, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 3,
As the body extends from one end to the other, the width decreases according to the following [Formula B],
[Formula B] b (x) = b 0 {1-(x / L) n } (0 ≤ x ≤ L)
In the above Equation B, b (x) is the width of the body, n is a positive real number, x is the distance from one end of the body, L is the length of the body, b 0 is the width at one end of the body, vibration sensing sensitivity Upgrade device.
상기 몸체는
상기 평면을 기준으로 상기 양측의 가장자리가 직선 형태인, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 4,
The body
The vibration-sensing sensitivity-enhancing device having straight edges on both sides with respect to the plane.
상기 몸체는
상기 평면을 기준으로 상기 양측의 가장자리가 곡선 형태인, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 4,
The body
The vibration-sensing sensitivity-enhancing device having curved edges on both sides of the plane.
상기 [수식 B]에서, n이 1보다 작은, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 6,
In [Formula B], n is less than 1, vibration detection sensitivity improving device.
상기 [수식 B]에서, n이 1보다 큰, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 6,
In [Formula B], n is greater than 1, vibration detection sensitivity improving device.
상기 몸체의 일단은 상기 구조물의 가장자리에 부착되는, 진동 감지 민감도 향상 장치.According to claim 1,
One end of the body is attached to the edge of the structure, vibration detection sensitivity improving device.
상기 몸체의 일단의 두께는 상기 구조물의 가장자리의 두께와 같은, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 9,
The thickness of one end of the body is the same as the thickness of the edge of the structure, vibration detection sensitivity improving device.
상기 구조물은 판(plate) 또는 빔(beam) 형태인, 진동 감지 민감도 향상 장치.The method of claim 10,
The structure is a plate (plate) or beam (beam), vibration detection sensitivity improving device.
상기 몸체는 상기 구조물과 동일한 재료로 이루어지는, 진동 감지 민감도 향상 장치.According to claim 1,
The body is made of the same material as the structure, vibration detection sensitivity improving device.
구조물에 상기 진동 감지 민감도 향상 장치를 부착하는 단계;
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계; 및
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동 측정값을 이용하여 상기 구조물의 진동을 계산하는 단계를 포함하는, 진동 측정 방법.As a method for measuring the vibration of the structure using the vibration detection sensitivity improving device according to claim 1 to 12,
Attaching the vibration sensing sensitivity improving device to a structure;
Measuring vibrations in the vibration detection sensitivity improving device; And
And calculating vibration of the structure using the vibration measurement value in the vibration detection sensitivity improving device.
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계에서, 상기 진동 감지 민감도 향상 장치의 팁에서의 가속도를 측정하는, 진동 측정 방법.The method of claim 13,
In the step of measuring the vibration in the vibration sensing sensitivity improving device, measuring the acceleration at the tip of the vibration sensing sensitivity improving device, vibration measurement method.
상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서의 진동을 측정하는 단계에서, 상기 진동 감지 민감도 향상 장치에서 변형률(strain)이 최대인 지점의 변형률을 측정하는, 진동 측정 방법.The method of claim 13,
In the step of measuring the vibration in the vibration detection sensitivity improvement device, the vibration measurement method for measuring the strain at the point where the strain (strain) is the maximum in the vibration detection sensitivity improvement device.
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