가속도센서 올바른 설치방법
가속도계를 장착하는 다양한 방법, 가속도계 주파수 응답에 미치는 영향 및 MEMS 가속도계를 장착하는 방법에 대해 알아보겠습니다.
가속도를 정확하게 측정하려면 가속도계와 모니터링 중인 시스템 사이에 적절한 기계적 결합을 만드는 것이 중요합니다.
가속 감지에서 오류의 일반적인 원인은 장착 고정 장치의 공진입니다.
예를 들어, 마이크로 전자 기계 시스템(MEMS) 가속도계로 작업할 때 가속도계가 실장되는 PC 기판은 PCB와 모니터링 대상 물체 간의 다른 기계적 인터페이스와 함께 관심 주파수 범위에서 다중 공진을 갖는 기계 시스템을 만들 수 있습니다.
가속 신호의 주파수가 장착 구조물의 공진 주파수에 가까우면 센서는 원래 가속도의 증폭된 버전을 수신합니다.
반면에 기계적 커플링이 댐핑으로 인해 약간의 감쇠를 나타내면 센서는 실제보다 더 작은 신호를 측정합니다.
최대한 활용하기 위해 적절한 장착 기술을 적용해야 합니다.tage 가속도계에서 제공하는 대역폭. 기계적 장착은 1kHz 이상의 가속 신호를 측정할 때 특히 중요합니다.
1. 가속도계 장착 방법: 스터드, 접착제, 마그네틱
일반적으로 스터드 장착, 접착제 부착 및 마그네틱 장착의 세 가지 주요 장착 방법이 있습니다.
1) 스터드 마운팅
가능하면 대상체에 구멍을 뚫고 나사로 센서를 테스트 대상 장치(DUT)에 고정하는 것이 가장 좋습니다.
스터드 장착은 견고한 기계적 연결을 제공하며 물체의 고주파 진동을 센서로 전달할 수 있습니다.
아래 그림은 스터드 실장을 사용하여 압전 가속도계를 테스트 대상 장치에 부착하는 방법을 보여줍니다.
스터드 장착을 사용할 때 커플링 표면은 가능한 한 평평하고 깨끗해야 합니다. 커플링 표면 사이, 특히 2kHz 이상에서 그리스, 오일 또는 이와 유사한 커플링 유체의 가벼운 필름을 사용하는 것이 좋습니다. 커플링 유체를 추가하면 장착 표면의 작은 공극이 채워지고 진동 투과성과 장착 강성이 향상됩니다.
아래 그림의 그래프는 그리스 필름 사용이 스터드 장착 가속도계의 주파수 응답에 미치는 영향을 보여줍니다.
커플링 유체를 사용하지 않을 때(노란색 곡선) 공진 주파수는 그리스 필름을 사용하는 분홍색 곡선에 비해 상대적으로 낮은 주파수에서 발생합니다.
이 그림은 또한 또 다른 중요한 요소인 데이터시트에 표시된 권장 장착 토크로 스터드를 조이는 것의 효과를 보여줍니다.
토크 렌치는 스터드를 제조업체의 사양에 맞게 조이는 데 사용해야 합니다. 토크가 부족한 스터드는 센서를 물체에 적절하게 결합하지 못하고 시스템의 공진 주파수(그림의 청록색 곡선)를 더욱 낮출 수 있습니다. 과도한 토크는 장치에 손상을 줄 수도 있습니다.
2) 접착제 부착
구조물에 구멍을 뚫을 수 없거나 일부 가속도계의 설계로 인해 스터드 장착을 사용할 수 없습니다. 이러한 경우 접착제를 사용하여 센서를 모니터링 대상 물체에 고정할 수 있습니다.
에폭시, 접착제 또는 왁스와 같은 적절한 접착제는 응용 분야 요구 사항을 충족하도록 선택해야 합니다. 일부 접착제는 임시 마운트에 적합하지만 다른 접착제는 보다 영구적인 마운트를 제공한다는 점을 명심하십시오.
또 다른 대안은 접착식 장착 베이스 또는 장착 패드를 사용하는 것인데, 이 경우 베이스의 한쪽은 테스트 대상에 접착식으로 장착되고 다른 쪽은 가속도계를 스터드 장착할 수 있는 고품질 표면을 제공합니다.
이 솔루션은 아래 그림에서 볼 수 있습니다.
장착 패드는 가속도계를 위한 매끄러운 표면과 수직 장착 구멍을 제공하기 때문에 가속도계의 주파수 응답을 향상시킬 수 있습니다.
또한 접착식 장착 베이스는 접착제가 센서의 장착 나사산을 막아 값비싼 가속도계를 손상시키는 것을 방지합니다.
3) 마그네틱 마운팅
가속도계를 장착하는 마지막 세 번째 방법은 자기를 사용하는 것입니다. 마그네틱 마운팅은 모니터링 대상 물체에 강자성 표면이 있을 때 사용할 수 있습니다.
비자성 또는 거친 표면의 경우 강철 패드를 용접하거나 에폭시하여 자성 베이스를 수용할 수 있습니다.
아래그림은 둥근 표면에 두 발 자석을 사용하는 것을 보여줍니다.
잠재적인 내재적 장착 용이성에도 불구하고 자기 장착은 일반적으로 무겁고 추가된 질량은 측정 시스템의 공진 주파수를 낮춥니다.
2. 가속도계 장착 방법에 대한 주파수 응답
스터드 장착 방법에 비해 접착제 및 자기 장착은 상대적으로 느슨한 연결을 제공하므로 결과적으로 저주파 가속 신호를 측정하는 데 적합합니다. 이러한 방법은 일반적으로 몇 킬로헤르츠 미만의 가속 신호와 관련된 응용 분야에서 사용됩니다.
아래 그림은 다양한 유형의 장착에 대해 주어진 가속도계의 주파수 응답을 보여줍니다.
스터드 장착(파란색 곡선)을 사용하면 시스템의 공진 주파수가 상대적으로 더 높은 주파수에서 발생합니다.
그러나 접착제(검은색 곡선)와 자기 장착(녹색 곡선)을 사용하면 주파수 응답이 상대적으로 낮은 주파수에서 최고조에 달하기 시작합니다. 아래 표는 다양한 장착 방법을 사용할 때의 일반적인 주파수 제한을 제공합니다.
표 . 가속도계 장착 주파수 제한.
| 장착방법 | 주파수 제한 |
| 자석 | 2,000 Hz |
| 접착제 | 2,500 ~ 5,000 Hz |
| 스터드 | > 6,000 Hz |
3. MEMS 가속도계 장착을 위한 솔루션
대부분의 MEMS 가속도계는 PCB에 장착해야 합니다. 그런 다음 PCB는 충분히 단단한 장착 기술을 통해 모니터링 대상에 부착되어야 합니다.
시스템의 전체 대역폭에 영향을 줄 수 있는 일부 PCB 설계 요소는 PCB에서 가속도계 IC의 위치, 솔더 화학 및 PCB 크기입니다. 게다가, 고주파 진동이 센서로 성공적으로 전달되는지 확인하기 위해 PCB와 물체 사이의 다른 기계적 인터페이스를 검사해야 합니다.
가속도계 IC는 PCB의 안정적인 기계적 장착 근처에 배치해야 합니다. 가속도계 IC 근처에 여러 개의 하드 장착 지점을 두는 것이 좋습니다.
아래 그림은 잘못 배치된 가속도계의 예를 보여줍니다.
위의 예에서 가속도계는 지원되지 않는 PCB 위치에 배치되며 PCB 자체의 비감쇠 진동으로 인해 측정 오류가 발생할 수 있습니다.
시스템 대역폭에 영향을 줄 수 있는 또 다른 요소는 PCB 두께입니다. 더 두꺼운 PCB는 측정에 대한 보드 어셈블리 공진의 영향을 줄이고 측정 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
MEMS 가속도계의 실장 문제를 해결하기 위한 추가 솔루션은 아래 그림과 같이 PCB 부착하기 위한 큐브 형태를 사용하는 것입니다.
큐브에는 #10 기계 나사를 사용하여 블록을 테스트 중인 장치에 단단히 부착할 수 있는 중앙 장착 구멍이 있습니다.
센서 PCB는 약간 더 두껍게(3mm) 설계되었습니다.