가속도계의 교정과 진동 측정

소개

가속도계의 작동원리를 알고 교정기, 가진기를 이용해 직접 교정해 본다.
알루미늄 보의 고유진동수를 눈으로 직접 찾아보고 이론값과 비교해 본다.

목차

1. 제목 : 가속도계의 교정과 진동 측정
2. 목적
3. 기본이론
* ‘가속도계’란?
* 가속도계의 원리, 성능
* 가속도계의 선택
1) 가속도계의 종류
2) 가속도계의 특성-감도, 질량, 동적범위
3) 가속도계의 주파수 영역
* 주위 환경의 영향
1) 온도의 영향
2) 기타영향
4. 실험기구명
5. 실험과정
1)교정기 실험
2) 가진기 실험
3) 알루미늄 보의 진동 측정
6. 결과 및 고찰
* 고찰 / 토의

본문내용

이번 실험은 가속도계의 원리를 이해하고 교정기,가진기를 이용해 가속도계를 교정하는 실험과, 알루미늄 보의 고유진동수를 측정하는 실험이었다. 먼저 가속도계의 내부 구조는 안에 mass와 spring이 달려있고 진동이 발생할 때 그에 따라 스프링의 K값이 고유진동수를 결정한다는 것을 알 수 있었다. 특히 질량이 크면 전기출력도 따라서 커져 결과적으로 민감도도 크게 나타난다는 것, 따라서 질량이 크면 사용대역도 좁아짐을 알 수 있었다.
그리고 고유진동수의 정의에 의해, 질량이 증가함에 따라 고유진동수는 감소했고 주파수를 측정할 때 사용 가능한 주파수의 범위는 고유진동수의 1/3밖에 되지 않는다는 것도 알게 되었다.

먼저 교정기와 가진기를 이용한 가속도계 교정 실험에서는 직류 전압을 넣어주고, 가속도계를 교정기에 연결해 오실로스코프로 그에 상응하는 voltage값을 읽었다.
여기서 ‘v = y * a’라는 식에 대입해 우리가 원하는 민감도 y를 구할 수 있었고, 주어진 가속도가 1g였단 점에 착안해 가속도값을 고유진동수로 나누어 속도값을 구하고, 고유진동수의 제곱값으로 나누어 변위값도 구해볼 수 있었다.
( 고유진동수 ω = 2pi*f = 2pi/T 로 구할 수 있는데, 가속도계의 f=159.2Hz였고, 오실로스코프에 나타난 파형을 통해 유추해본 T의 값도 1/159.2에 비슷한 값을 나타내고 있었다. 따라서 우리는 실험을 통한 T의 값을 대입해 고유진동수의 값을 계산하였다. )
그리고 가진기를 이용한 실험에서도 이와 같은 방법을 통해 실험해 보았다. 먼저 우리는 오실로스코프를 이용해 읽은 voltage값과 교정기 실험에서 측정한 민감도 값(y)을 이용해 가속도계#1의 발생가속도를 측정해 보았다.
( ‘v = y * a’ 에서 v와 y를 알고 있으므로 a도 알아낼 수 있다. )
이번에는 가속도계#2의 민감도를 측정하기 위해서 앞에서 구한 가속도계#1의 발생가속도 값과 오실로스코프를 통해 알게된 voltage로 민감도를 측정해 보았다. 여기서, 민감도 값은 교정기를 사용한 실험에서 구했던 y와 같은 값을 얻을 수 있었다.

세번째로는 알루미늄보의 고유진동수를 측정하는 실험을 하였다. 한쪽 끝단만 고정된 길이 30cm의 알루미늄보로 먼저 실험을 하였는데, 처음에는 강의록에 나와있는 1차,2차,3차 모드가 정확히 어떻게 나타나야 하는지 헷갈려 좀 헤매다 조교님의 도움으로 금방 1차 모드지점의 주파수를 찾을 수 있었다. ^^ 3차모드까지 다 찾은 후에는 또 길이가 50cm인 알루미늄보로 똑같이 반복해 보았다.
그런데, 가속도계의 교정실험에서는 오차가 거의 발생하지 않았는데 (기계가 알아서 하는 실험이니 당연하긴 하지만) 보의 진동을 측정하는 이 실험은 오차발생률을 계산해 보니 평균 13~14% 정도의 오차가 발생함을 알 수 있었다. 왜 이 실험은 오차가 발생하는지 추측해 보니, 이 실험은 오차가 발생할 만한 요인이 매우 많았다는 것을 깨달았다. 실험자가 알루미늄 보의 거동을 직접 눈으로 확인해 자신의 확신만으로 1차,2차,3차 모드가 나타나는 진동수를 판단하는데, 여기서부터 큰 오차가 발생할 수 있었을 것이다. 어느 정도 범위는 감을 잡았다고 해도, 한자리 차이로 인한 오차율은 마치 나비효과와 같은 결과를 낳는 것을 확인할 수 있었다.
그리고 실험 당시의 주변요인들(소음, 움직임, 잡음)등으로 인한 오차도 무시할 수 없을 것이다.

이번 실험을 통해서 가속도계라는 장치에 대해 더 많이 알 수 있었고, 이렇게 진동분야 실험을 계속하니 오실로스코프, 각종 측정기들이 친숙히 여겨지는 것 같다. 처음에는 어떻게 작동해야 하나, 잘못 눌러서 고장나지는 않을까 노심초사 했었는데 이제는 일단 누르고 보는 대담함도 생겼다. ^^ 그리고 진동 및 제어시스템 과목에서는 이론적으로만 배우던 내용들을 직접 실습해 볼 수 있는 계기가 되어 좋았다. 이런 실습들을 통한 학습이 더 오래 기억에 남을 것 같다.

참고자료

· 없음