진동 가속도센서의 센싱 방식(Shear vs Compression)

진동 가속도센서의 구조 (그림 출처: CTC & PCB)

압전 소자(Piezoelectric Material)는 위의 그림에서 보이는 것과 같이 외부에서 힘을 받으면 +/- 전하가 대전되는 특성을 가지고 있습니다

이러한 특성은 유명한 뉴턴의 제 2운동 법칙인 F=MA, 즉 힘(FORCE)는 질량(M)과 가속도(A)에 비례한다는 것을 이용하여 가속도 값을 측정 할 수 있습니다

즉, 외부에 진동 가속도의 비례하는 전하가 발생하면 이를 전압으로 바꾸어서 출력해 주는 방식 입니다

이때 압전 소자(Piezoelectric Material)는 수정의 일종인 쿼츠(QUARTZ)를 사용하는 가속도센서도 있고

세라믹(CERAMIC)을 이용한 방식의 가속도센서도 있는데 이건 제조사 마다 다르지만 요즘은 대부분 세라믹(CERAMIC) 소재를 사용하여 제작하고 있습니다.

Quartz를 소재를 이용한 가속도센서(사진 출처: B&K)

Ceramic 소재를 이용한 CTC사의 가속도센서

앞서 센싱 소자에 대해 설명하였다면 이번에는 센싱 디자인 방식에 설명드리겠습니다

센싱 디자인 방식은 여러가지가 있지만 크게 2가지로 나뉘어 집니다

그림 출처: PCB

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우선 위의 그림과 같이 압축형 디자인 방식(Compression mode)가 있습니다

이 방식은 적은 수의 부품과 높은 강성을 이용하여 높은 주파수 범위를 얻을 수 있는 장점이 있으나 센서 하우징 베이스와 밀접 접촉하기 때문에 베이스의 변형 및 열에 취악한 단점이 있습니다

즉, 센서 하우징 베이스의 변형률이나 팽창/수축등의 영향이 센싱 소자에 쉽게 전달될 수 있으며 이는 가속도에 의해 발생한것이 아닌 이러한 오차에 의해 출력 신호로 전달 될 수 있음을 의미 합니다

따라서 이러한 압축형 디자인 방식(Compression mode)방식은 측정 대상체가 구부러질 수 있는 금속 패널이나 열적변화가 불안정한 환경에서는 사용하지 않는 것이 좋습니다

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그림 출처: PCB

위의 그림은 전단형 디자인 방식(Shear mode)을 사용한 가속도센서의 구조 입니다

이 방식은 센서 전체의 성능을 가장 잘 발휘할 수 있는 타입 입니다

질량이 더 많이 있을수록 센싱 소자에 더 많은 전단력이 가해집니다.

이 방식은 견고하며 높은 측정 주파수 범위를 제공하며

센서 하우징 베이스가 센싱 소자에 직접 접촉되지 않기 때문에 변형( 팽창 또는 수축)등과 열에 의한 영향도 크지 않기 때문에 주로 사용 되는 방식 입니다

즉, 이 방식은 노이즈 및 간섭(Interference)에 더 뛰어난 성능을 발휘합니다

CTC사의 Shear 디자인 방식의 진동 가속도센서

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아래 동영상은 CTC사의 Shear 디자인 방식의 진동 가속도센서의 구조를 설명하는 동영상 입니다

 

https://blog.naver.com/its-21/222384660861

진동 가속도센서의 센싱 방식(Shear vs Compression)

https://www.its21.co.kr/product/category.html

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