[계측공학 및 실습]홀센서를 이용한 RPM측정_결과보고서
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2023.02.14
문서 내 토픽
  • 1. RPM 구하기
    실험에서 자동차 바퀴 축에 홀 센서를 부착하고 자동차 바퀴에 소형 자석을 달아 RPM을 구할 수 있는 수치 자료들을 얻었다. 홀 센서는 바퀴가 한번 돌 때마다 자기장의 변화를 감지하여 count 수를 알려준다. 이 count는 0부터 65535까지 올라가며 65535 이상의 넘버링이 불가능하여 다시 0으로 돌아와 올라가게 되는데, 이를 Overflow라 한다. MATLAB과 Microsoft Excel을 활용하여 Overflow를 고려하여 RPM을 계산하는 방법을 설명하고 있다.
  • 2. RPM 구하는 식 세우기
    MATLAB에서 얻은 RPM_S와 RPM_S_diff 데이터를 Microsoft Excel에서 처리하여 Overflow를 보정하고, 한 바퀴 도는데 걸리는 시간을 계산하였다. 이를 바탕으로 RPM을 구하는 식을 세워 각 수치 자료의 RPM과 평균 RPM을 계산하였다.
  • 3. RPM 그래프
    실험 결과로 얻은 데이터를 바탕으로 RPM 변화 그래프를 그렸다. 그래프를 통해 약 150~175 구간에서 RPM이 증가하고 300~350 구간에서 RPM이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 최대 RPM이 2130515로 매우 큰 값이 나와 보정이 필요함을 알 수 있었다.
  • 4. Nyquist Theorem
    Hall Sensor가 한번 지나갈 때마다 clock이 발생하면서 프로세서 보드의 count가 올라가는데, 이 count 범위가 0~65535로 제한되어 있어 약 28ms마다 Overflow가 발생한다. 이에 따라 35.76Hz의 주파수로 데이터가 입력되고 있지만, 컴퓨터로 데이터를 보낼 때는 50Hz의 주파수로 복원하였기 때문에 문제가 발생한 것으로 분석하였다.
  • 5. 문제점을 고려한 최대 RPM 계산
    Nyquist Theorem에 따라 입력 신호 주파수의 최대 주파수의 2배 이상의 주파수로 복원해야 한다는 점을 고려하여, Microsoft Excel을 사용하여 Overflow를 보정하고 최대 RPM을 계산하였다. 양 옆에서 발생한 Overflow를 고려하여 count 개수를 보정하고, 1회전 시 걸린 시간과 RPM을 계산하였다.
  • 6. Overflow 개수
    Hall Sensor가 자기장의 변화를 감지하면 프로세서 보드에서 count를 올리는데, 그 범위가 0~65535로 제한되어 있어 65535를 넘어가면 다시 0부터 찍히는 Overflow가 발생한다. 이번 실험에서 총 7.52초 동안 실험했으므로 발생한 총 Overflow 수는 268번임을 알 수 있다.
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  • 1. RPM 구하기
    RPM(Revolutions Per Minute)은 회전체의 회전 속도를 나타내는 단위로, 1분 동안 회전체가 몇 번 회전하는지를 나타냅니다. RPM을 구하는 것은 회전체의 성능과 효율을 평가하는 데 중요한 지표가 됩니다. RPM을 구하는 방법에는 다양한 방법이 있는데, 회전체의 특성과 측정 환경에 따라 적절한 방법을 선택해야 합니다. 예를 들어 광학 센서를 이용하거나 회전체에 마커를 부착하여 회전 속도를 측정하는 방법 등이 있습니다. 또한 회전체의 기계적 특성과 부하 조건 등을 고려하여 RPM을 계산할 수 있습니다. RPM을 정확하게 측정하고 분석하는 것은 회전체의 성능 향상과 안전성 확보에 매우 중요합니다.
  • 2. RPM 구하는 식 세우기
    RPM을 구하는 식을 세우기 위해서는 회전체의 특성과 측정 환경을 고려해야 합니다. 일반적인 RPM 계산 공식은 다음과 같습니다: RPM = (60 * f) / N 여기서 f는 회전체의 회전 주파수(Hz)이고, N은 회전체의 회전 수입니다. 이 공식은 회전체가 일정한 속도로 회전한다는 가정 하에 성립합니다. 그러나 실제 상황에서는 회전체의 속도가 일정하지 않거나 측정 환경에 따라 오차가 발생할 수 있습니다. 따라서 이러한 요인들을 고려하여 RPM 계산 식을 보완할 필요가 있습니다. 예를 들어 회전체의 가속도나 부하 변화, 센서의 정확도 등을 반영하여 RPM 계산 식을 수정할 수 있습니다. 또한 RPM 계산 시 단위 변환이나 소수점 처리 등의 세부적인 사항도 고려해야 합니다. 이를 통해 보다 정확하고 신뢰할 수 있는 RPM 값을 얻을 수 있습니다.
  • 3. RPM 그래프
    RPM 그래프는 회전체의 회전 속도 변화를 시각적으로 표현한 것으로, 회전체의 성능 분석과 최적화에 매우 유용한 도구입니다. RPM 그래프를 통해 다음과 같은 정보를 얻을 수 있습니다: 1. 회전체의 속도 변화 추이: RPM 그래프를 통해 회전체의 속도가 시간에 따라 어떻게 변화하는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 회전체의 가속/감속 특성, 부하 변화에 따른 속도 변화 등을 분석할 수 있습니다. 2. 최대/최소 RPM 값: RPM 그래프에서 최대 및 최소 RPM 값을 확인할 수 있으며, 이를 통해 회전체의 성능 한계를 파악할 수 있습니다. 3. 진동 및 불안정성 분석: RPM 그래프에서 나타나는 진동이나 불규칙한 패턴은 회전체의 진동 문제나 불안정성을 나타낼 수 있습니다. 4. 운전 조건 최적화: RPM 그래프를 분석하여 회전체의 최적 운전 조건을 찾아낼 수 있습니다. RPM 그래프를 효과적으로 활용하기 위해서는 회전체의 특성과 운전 조건을 충분히 이해하고, 그래프 분석 기법을 숙달해야 합니다. 이를 통해 회전체의 성능을 최적화하고 안전성을 확보할 수 있습니다.
  • 4. Nyquist Theorem
    Nyquist 정리(Nyquist Theorem)는 디지털 신호 처리 분야에서 매우 중요한 이론으로, 연속 신호를 디지털 신호로 변환할 때 필요한 최소 샘플링 주파수를 결정하는 데 사용됩니다. Nyquist 정리에 따르면, 연속 신호를 정확하게 복원하기 위해서는 신호의 최대 주파수보다 최소 2배 이상의 샘플링 주파수로 신호를 샘플링해야 합니다. 이를 Nyquist 주파수라고 하며, 이 주파수 이상으로 샘플링하지 않으면 별도의 필터링 과정 없이는 원래의 신호를 복원할 수 없습니다. Nyquist 정리는 회전체의 RPM 측정에도 적용됩니다. 회전체의 최대 RPM을 고려하여 적절한 샘플링 주파수로 RPM을 측정해야 합니다. 그렇지 않으면 실제 RPM과 다른 값이 측정될 수 있습니다. 따라서 Nyquist 정리를 이해하고 적용하는 것은 회전체의 RPM을 정확하게 측정하고 분석하는 데 매우 중요합니다. 이를 통해 회전체의 성능을 최적화하고 안전성을 확보할 수 있습니다.
  • 5. 문제점을 고려한 최대 RPM 계산
    회전체의 최대 RPM을 계산할 때는 다양한 문제점들을 고려해야 합니다. 이를 통해 보다 정확하고 안전한 최대 RPM 값을 도출할 수 있습니다. 1. 기계적 한계: 회전체의 재질, 구조, 부하 등 기계적 특성을 고려하여 최대 RPM을 계산해야 합니다. 과도한 RPM은 회전체의 파손이나 진동 등의 문제를 야기할 수 있습니다. 2. 열적 한계: 회전체의 마찰열 발생, 냉각 성능 등 열적 특성을 고려해야 합니다. 과도한 열 발생은 회전체의 변형이나 파손을 초래할 수 있습니다. 3. 전기적 한계: 회전체에 연결된 전기 시스템의 특성도 고려해야 합니다. 예를 들어 모터의 토크-속도 특성, 전력 공급 능력 등이 최대 RPM에 영향을 미칠 수 있습니다. 4. 진동 및 불안정성: 회전체의 진동 특성과 불안정성을 분석하여 최대 RPM을 결정해야 합니다. 과도한 진동은 회전체의 파손을 유발할 수 있습니다. 5. 안전성: 회전체의 파손이나 고장으로 인한 사고 위험을 고려하여 안전 계수를 적용해야 합니다. 이와 같이 다양한 문제점을 종합적으로 고려하여 최대 RPM을 계산하는 것이 중요합니다. 이를 통해 회전체의 성능과 안전성을 최적화할 수 있습니다.
  • 6. Overflow 개수
    회전체의 RPM 측정 시 Overflow 개수를 고려하는 것은 매우 중요합니다. Overflow는 RPM 측정 시스템의 한계로 인해 실제 RPM 값을 정확히 측정하지 못하는 현상을 말합니다. Overflow가 발생하면 실제 RPM 값과 측정된 RPM 값 사이에 차이가 발생하게 됩니다. 이는 회전체의 성능 분석과 제어에 큰 오류를 초래할 수 있습니다. Overflow 개수를 파악하기 위해서는 다음과 같은 방법을 고려할 수 있습니다: 1. 샘플링 주파수 확인: Nyquist 정리에 따라 충분한 샘플링 주파수로 RPM을 측정해야 합니다. 2. 센서 분해능 확인: 회전체의 최대 RPM을 고려하여 센서의 분해능이 충분한지 확인해야 합니다. 3. 데이터 처리 방식 검토: RPM 데이터 처리 시 Overflow 발생을 방지할 수 있는 알고리즘을 적용해야 합니다. 4. 실험을 통한 검증: 실제 회전체를 이용하여 RPM 측정 실험을 수행하고, Overflow 발생 여부를 확인해야 합니다. Overflow 개수를 정확히 파악하고 이를 보정하는 것은 회전체의 RPM을 정확하게 측정하고 분석하는 데 매우 중요합니다. 이를 통해 회전체의 성능과 안전성을 최적화할 수 있습니다.