가속도센서

가속도계는 가속도를 전압으로 나타내는 센서이며, 축에 있어 두 가지 타입으로 구별됩니다.

 

가장 일반적인 방식은 하나의 축만을 사용하여 가속도를 측정하는 방식입니다. 이러한 타입의 가속도계는 기계적인 진동 레벨을 측정할 때 자주 사용됩니다.

두 번째 타입의 가속도계는 세 개의 축을 사용하는 가속도계입니다. 이 가속도계는 가속도의 3D 벡터를 직교 성분 (orthogonal components)의 형태로 생성합니다. 평행, 수직, 회전 등의 진동 타입 또는 가속 방향을 결정해야 할 때 이 타입을 사용할 수 있습니다.

 

위의 두 가속도계 타입 모두, 양쪽 도선이 케이스에서 절연되거나 한쪽 도선이 케이스에 접지된 형태를 갖고 있습니다. 일부 가속도계는 압전(piezoelectric) 효과에 기반하여 전압을 생성합니다. 이러한 타입의 센서로 가속을 측정하려면, 센서가 전하감도증폭기(CSA, charge-sensitive amplifier)에 연결되어 있어야 합니다.

 

일부 다른 가속도계에는 전하감도증폭기가 내장되어 있는 경우도 있습니다. 증폭기는 정전류(constant current) 소스를 받으며, 압전 수정(piezoelectric crystal)의 전하 변동에 따라 임피던스가 달라집니다. 이러한 임피던스의 변화가 가속도계의 입력 전압 변화로 나타납니다. 그러므로 가속도계는 센서 구동 (또는 전류)과 신호 출력(또는 전압)을 위해 축 하나에 와이어 두 개를 사용합니다. 이러한 타입의 가속도계를 위한 계측에는 정전류 소스 및 계측 또는 차동 증폭기가 있습니다. 전류 소스는 센서의 내장 증폭기에 구동을 제공하며 계측 증폭기는 센서의 양 끝 사이의 전압 포텐셜을 측정합니다.

 

가속도계를 선택할 때에는 가장 중요한 파라미터를 잘 살펴보도록 하십시오. 센서가 극한 온도에서 작동해야 하는 경우, 전압을 생성하기 위해 압전기 효과를 이용하는 센서로 선택이 제한됩니다. 환경에 노이즈가 많은 경우, 전하감도증폭기가 내장된 센서가 유일한 선택일 수도 있습니다.

 

가속도계를 사용할 때 에러를 줄이려면 다음 요소를 고려하십시오:

• 센서가 DC 커플링된 경우, 가속도계의 DC 오프셋은 온도와 수명 모두에 따라 변동할 수 있습니다. 전하감도증폭기는 변동하기 쉬운 경향이 있기 때문에, 이는 두 가지 센서 타입에 모두 적용됩니다. 증폭기의 출력을 AC 커플링하면 시스템의 변동을 최소화할 수 있습니다.
• 모터, 변압기, 기타 산업 장비는 센서 케이블에 노이즈 전류를 일으킬 수도 있습니다. 이러한 전류는 특히 압전 효과에 기반하여 전압을 생성하는 센서 시스템에 큰 노이즈를 발생시킬 수 있습니다. 이러한 점에 주의하여 센서 케이블을 연결하면 케이블의 노이즈를 최소화할 수 있습니다.
• 가속도계에는 접지 루프가 있을 수도 있습니다. 어떤 가속도계에서는 감지 와이어가 케이스에 붙어 있는 반면, 어떤 가속도계에서는 케이스에서 완전히 분리되어 있기도 합니다. 케이스에 접지된 센서를 접지된 입력 증폭기가 있는 시스템에서 사용하는 경우, 큰 접지 루프가 설정되어 노이즈 소스가 생성됩니다.

IEPE (Integrated Electronic Piezoelectric)는 내장 증폭기에 포함되어 있는 트랜스듀서입니다.

 

일부 센서는 매우 적은 양의 전하를 생성하기 때문에, 트랜스듀서가 생성하는 전기 신호는 노이즈에 민감합니다. 이에 따라 노이즈에 민감한 전자 장치를 사용하여 신호를 증폭하고 컨디션해야 합니다. IEPE 센서는 민감한 전자 장치와 트랜스듀서를 최대한 가깝게 통합하여 효과적으로 노이즈를 방지하며, 증폭기에 포함하기도 더 편리합니다. 이러한 센서를 작동하려면 4-20 mA 구동 전류가 필요합니다..

 

전하량 모드 작업

전하량 모드 센서는 증폭기를 필요로 하는 압전기 센서이지만, IEPE 센서와 달리 증폭기가 내장되어 있지 않습니다. 센서와 증폭기가 분리되어 있기 때문에 물리적 공간 및 전원에 대한 제약이 적게 받게 되어, 보다 복잡한 증폭기 및 필터를 구현할 수 있습니다. 또한 압전기의 원소와 신호 컨디셔닝이 분리되어 있기 때문에 센서는 보다 높은 온도 범위에서 작동할 수 있습니다. 이러한 센서에는 외부 구동이 필요하지 않고, 전하량 모드 증폭 기능이 있는 디바이스가 필요합니다.

 

 

가속도계 - NI

IEPE (Integrated Electronic Piezoelectric)와 전하 - NI