Simcenter Testing Solutions How to setup the Charge Accelerometers with Testlab and SCADAS Hardware(VC8)
2023-03-31T05:49:06.000-0400
Simcenter Testlab
요약
This article describes how to setup the Charge Accelerometers with Testlab and SCADAS Hardware(VC8)
세부 정보
이번 기술자료에서는 Simcenter Testlab 소프트웨어와 Simcenter SCADAS 하드웨어인 VC8 모듈을 가지고 차지 가속도계의 설정 방법에 대해서 설명을 합니다.
Testlab과 SCADAS Hardware에 사용 가능한 여러 종류의 가속도계가 있습니다.
1. SCADAS 하드웨어 시스템
차지 가속도계를 사용하려면 호환되는 SCADAS 하드웨어 모듈이 필요합니다. 그래서 VC8 모듈(그림 1)를 사용하면 차지 가속도계, ICP 가속도계, Voltage 센서와 함께 사용을 할 수 있습니다. VC8 모듈에서 "C"는 Charge를 의미합니다. V8 모듈과 V24 모듈은 ICP 및 Voltage 센서만 호환됩니다.
그림 1: SCADAS Mobile VC8 모듈
2. 차지 센서용 케이블
ICP가속도계와 차지 가속도계의 케이블 커넥터는 다릅니다. 차지 가속도계는 케이블과 정밀한 연결이 필요하며, 일반적으로 그림 2와 같이 마이크로도트(threaded microdot) 또는 10-32 형태의 연결이 사용됩니다.
일반적으로 ICP 가속도계 또는 Voltage 신호 연결에 BNC(Bayonet Neill-Concelman) 케이블 커넥터가 사용됩니다.
3. ICP가속도계와 차지 가속도계의 위상 비교
동일 조건의 테스트에서 Impedance head(ICP가속도+Force센서)와 차지 가속도계를 함께 사용하여 측정된 신호의 위상이 180도 차이를 보입니다. 이것은 ICP와 차지 가속도계로 동일한 진동 측정을 했을 때 진폭은 같아도 방향이 반전됨을 의미합니다.(그림3)
Operational Deflection Shape(ODS) 분석을 하는 경우에 위상 정보는 더 중요하게 고려되어야 하는데요. 이것을 보상하기 위해 방향을 전환할 수 있습니다. 예를 들어 +Z 방향을 선택하는 대신에 필요에 따라서 -Z 방향을 사용할 수 있습니다.
Operational Deflection Shape(ODS) 분석을 하는 경우에 위상 정보는 더 중요하게 고려되어야 하는데요. 이것을 보상하기 위해 방향을 전환할 수 있습니다. 예를 들어 +Z 방향을 선택하는 대신에 필요에 따라서 -Z 방향을 사용할 수 있습니다. 차지 가속도계와 ICP 가속도계의 위상을 동일하게 해주기 위해서는 차지 가속도계의 Polarity를 ICP 가속도계와 반대로 설정 또는 마이너스 Sensitivity를 사용하면(그림4), 동일 위상의 측정 결과를 얻을 수 있습니다.(그림5)
4. 마찰 전기효과
진동이 심한 환경에서 긴 케이블을 사용하는 경우에는 이 케이블의 움직임을 최소화 시키기 위해서 적절하게 케이블을 묶는 것이 중요합니다. 차지 가속도계와 같은 종류의 센서는 케이블 움직임만으로도 커패시턴스의 로컬 변화를 일으킬 수 있는데요. 이것은 실질적인 진동신호가 아님에도 측정 데이터에는 높은 피크성분으로 나타날 수 있으며, 이것을 마찰전기 효과(triboelectric effect) 또는 케이블 휩(cable whip)이라고도 합니다.
이러한 문제를 방지하기 위해서 케이블이 심하게 움직이지 않도록 잘 묶는 것이 좋으며, 그림 6을 참고하시면 좋겠습니다.
케이블의 움직임을 최소화하는 것 뿐만 아니라 케이블과 가속도계 사이의 상대적인 움직임을 제거하는 것과 케이블의 종류 중에서 저 노이즈용(low noise) 케이블의 사용도 필요합니다. (그림7)
5. Testlab 설정 방법
Testlab에서는 차지 가속도계 설정이 가능하며, ICP 가속도계와 캘리브레이션 기준이 다릅니다.
SCADAS 프레임에 VC8 모듈이 설치된 상태에서 Testlab의 Channel Setup워크시트의 Input Mode에서 Charge 선택을 합니다(그림 8). Input Mode 는 각 채널별로 설정을 할 수 있으며, 예를 들어서 VC8모듈의 첫 번째 채널에 차지 가속도계를 사용하고 두 번째 채널에는 ICP 가속도계 사용이 가능합니다.
6. ICP가속도계와 차지 가속도계를 함께 사용하는 경우
그리고 외부 컨버터를 사용해서 Voltage/ICP기능만 지원하는 SCADAS 하드웨어 모듈에서 차지 가속도계 사용이 가능합니다. PCB에서는 ICP 모드를 컨버팅하여 차지 가속도계에 전원 공급을 할 수 있는 외부 컨버터를(모델 422E51) 제공하고 있습니다. (그림 9). 그래서 이것을 사용하면 V8 또는 V24 모듈만 가지고 있는 경우에 유용하게 사용이 가능합니다.
Testlab과 SCADAS Hardware에 사용 가능한 여러 종류의 가속도계가 있습니다.
- ICP 가속도계 : 가속도 센서에서는 진동량에 비례하는 전압이 발생합니다. ICP(Integrated Circuit Piezoelectric)는 센서에 마이크로 전자칩이 내장되어 있어 동축(coaxial) 케이블을 통해 전원 공급이 되는 것을 의미합니다. 이 경우에 dynamic vibrations만 측정을 할 수 있습니다. ICP는 상표명이며, IEPE(Integrated Electronic Piezo Electric)도 같은 기능을 의미입니다.
- 차지 가속도계(전하량 센서) : 센서는 진동에 비례하는 전하량 발생하며, 마이크로 전자칩을 가지고 있지 않습니다. 이러한 마이크로 전자칩이 없기 때문에 차지 가속도계를 사용하면 고온 측정 환경에서 진동 측정이 가능합니다. 예를 들어서 일반적인 ICP 가속도계는 163℃(325℉)이하에서 사용되지만, 차지 가속도계는 최대 648℃(1200℉)까지 사용이 가능합니다.
- DC 가속도계 : Dynamic과 Static 조건의 진동 측정이 가능합니다. 예를 들어서 constant한 진동레벨을 측정할 때, ICP 가속도계는 0을 나타내지만 DC 가속도계는 1g의 일정 레벨 진동 측정을 할 수 있습니다.
1. SCADAS 하드웨어 시스템
차지 가속도계를 사용하려면 호환되는 SCADAS 하드웨어 모듈이 필요합니다. 그래서 VC8 모듈(그림 1)를 사용하면 차지 가속도계, ICP 가속도계, Voltage 센서와 함께 사용을 할 수 있습니다. VC8 모듈에서 "C"는 Charge를 의미합니다. V8 모듈과 V24 모듈은 ICP 및 Voltage 센서만 호환됩니다.
그림 1: SCADAS Mobile VC8 모듈
2. 차지 센서용 케이블
ICP가속도계와 차지 가속도계의 케이블 커넥터는 다릅니다. 차지 가속도계는 케이블과 정밀한 연결이 필요하며, 일반적으로 그림 2와 같이 마이크로도트(threaded microdot) 또는 10-32 형태의 연결이 사용됩니다.
일반적으로 ICP 가속도계 또는 Voltage 신호 연결에 BNC(Bayonet Neill-Concelman) 케이블 커넥터가 사용됩니다.
그림 2: 차지 가속도계는 스레드 마이크로도트 연결(오른쪽 위)을 사용하고 ICP 가속도계는 BNC 연결(왼쪽 아래)을 사용합니다.
3. ICP가속도계와 차지 가속도계의 위상 비교
동일 조건의 테스트에서 Impedance head(ICP가속도+Force센서)와 차지 가속도계를 함께 사용하여 측정된 신호의 위상이 180도 차이를 보입니다. 이것은 ICP와 차지 가속도계로 동일한 진동 측정을 했을 때 진폭은 같아도 방향이 반전됨을 의미합니다.(그림3)
그림 3 : Impedance head(C1+C2)와 Charge가속도(C3)의 위상이 반대로 나타남
Operational Deflection Shape(ODS) 분석을 하는 경우에 위상 정보는 더 중요하게 고려되어야 하는데요. 이것을 보상하기 위해 방향을 전환할 수 있습니다. 예를 들어 +Z 방향을 선택하는 대신에 필요에 따라서 -Z 방향을 사용할 수 있습니다.
Operational Deflection Shape(ODS) 분석을 하는 경우에 위상 정보는 더 중요하게 고려되어야 하는데요. 이것을 보상하기 위해 방향을 전환할 수 있습니다. 예를 들어 +Z 방향을 선택하는 대신에 필요에 따라서 -Z 방향을 사용할 수 있습니다. 차지 가속도계와 ICP 가속도계의 위상을 동일하게 해주기 위해서는 차지 가속도계의 Polarity를 ICP 가속도계와 반대로 설정 또는 마이너스 Sensitivity를 사용하면(그림4), 동일 위상의 측정 결과를 얻을 수 있습니다.(그림5)
그림 4 : 차지 가속도계와 ICP 가속도계의 위상이 동일하게 해주기 위해서는 Polarity 또는 Sensitivity를 수정해 주어야 함
그림 5 : Impedance head(C1+C2)와 Charge가속도(C3)의 위상이 동일하게 나타남
4. 마찰 전기효과
진동이 심한 환경에서 긴 케이블을 사용하는 경우에는 이 케이블의 움직임을 최소화 시키기 위해서 적절하게 케이블을 묶는 것이 중요합니다. 차지 가속도계와 같은 종류의 센서는 케이블 움직임만으로도 커패시턴스의 로컬 변화를 일으킬 수 있는데요. 이것은 실질적인 진동신호가 아님에도 측정 데이터에는 높은 피크성분으로 나타날 수 있으며, 이것을 마찰전기 효과(triboelectric effect) 또는 케이블 휩(cable whip)이라고도 합니다.
이러한 문제를 방지하기 위해서 케이블이 심하게 움직이지 않도록 잘 묶는 것이 좋으며, 그림 6을 참고하시면 좋겠습니다.
그림 6: 움직임을 줄이기 위해 케이블이 잘 묶여 있는 경우(상단)와 케이블이 자유롭게 진동하여 노이즈가 측정 신호에 포함되는 경우가 증가(하단)하게 됩니다.
케이블의 움직임을 최소화하는 것 뿐만 아니라 케이블과 가속도계 사이의 상대적인 움직임을 제거하는 것과 케이블의 종류 중에서 저 노이즈용(low noise) 케이블의 사용도 필요합니다. (그림7)
그림 7: 케이블의 움직임으로 마찰전기 효과(triboelectric effect)가 일어나는 일반 케이블(상단)과 노이즈가 일어나지 않는 저 노이즈용(low noise) 케이블 사용(하단)을 한 경우
5. Testlab 설정 방법
Testlab에서는 차지 가속도계 설정이 가능하며, ICP 가속도계와 캘리브레이션 기준이 다릅니다.
- ICP 가속도계의 캘리브레이션 값 : ICP 가속도계는 Voltage 출력이기 때문에 캘리브레이션값이 mV/g로 표시됩니다. 예를 들어서 100mV/g입니다.
- 차지 가속도계의 캘리브레이션 값 : 차지 가속도계는 g당 pico Coulombs으로 진동에 비례하여 전하량이 출력 되고 캘리브레이션 값이 pC/g로 표시됩니다. 예를 들어 31.6pC/g입니다.
SCADAS 프레임에 VC8 모듈이 설치된 상태에서 Testlab의 Channel Setup워크시트의 Input Mode에서 Charge 선택을 합니다(그림 8). Input Mode 는 각 채널별로 설정을 할 수 있으며, 예를 들어서 VC8모듈의 첫 번째 채널에 차지 가속도계를 사용하고 두 번째 채널에는 ICP 가속도계 사용이 가능합니다.
그림 8 : 차지 가속도계 사용을 위해서 Channel Setup에서 Input Mode를 Charge 로 설정합니다.
6. ICP가속도계와 차지 가속도계를 함께 사용하는 경우
그리고 외부 컨버터를 사용해서 Voltage/ICP기능만 지원하는 SCADAS 하드웨어 모듈에서 차지 가속도계 사용이 가능합니다. PCB에서는 ICP 모드를 컨버팅하여 차지 가속도계에 전원 공급을 할 수 있는 외부 컨버터를(모델 422E51) 제공하고 있습니다. (그림 9). 그래서 이것을 사용하면 V8 또는 V24 모듈만 가지고 있는 경우에 유용하게 사용이 가능합니다.
그림 9: PCB 차지 컨디셔너 모델 422E51
관련 구성 요소
Simcenter Testlab Digital Image Correlation
Testlab Environmental
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Testlab Sound Designer
Testlab Structural Dynamics
Testlab Turbine