제품기초지식

주파수 측정용 모듈과 회전 센서

주파수 제어나 펄스폭 제어를 실시하고 있는 기기, 모터나 엔진 등의 회전기계의 회전수(회전속도) 변화를 모니터링 할 경우에는 시간 측정을 할 수 있는 주파수 측정 모듈이 사용됩니다.

회전 센서

전기 신호라면 주파수 모듈에 직접 입력해 시간 측정이 가능하지만 회전하는 물체의 회전수(회전속도)나 회전각을 알려면 회전 센서를 사용할 필요가 있습니다. 회전 센서에는 아래 그림과 같이 분류가 되어 출력 형식은 전압값, 파형, 디지털 데이터 등 다양합니다. 주파수 모듈이 대상으로 하는 것은 파형만 입니다.

메카트로닉스 기기의 측정에 자주 사용되는 것이 광학식과 자기식입니다. 광학식 로터리 엔코더는 고분해능으로 회전각을 측정하기에 적합합니다. 자기식은 물, 기름, 먼지와 진동에 강한 특징을 가지고 있습니다. 광학식과 자기식 모두 파형이 출력되므로 주파수 측정 모듈에 접속할 수 있습니다.

그림 63 다양한 회전 센서

기계의 회전수(회전 속도)를 검출하는데 자주 사용되는 전자 픽업을 DL950에서 사용할 때 전자 픽업의 출력을 아래 그림과 같이 주파수 모듈에 접속합니다. 회전축에는 전자 픽업으로부터의 출력 파형이 가장 적절한 파형이 되는 형상의 Involute 타입의 검출 기어를 장착합니다.

그림 64 전자 픽업을 사용한 회전 모니터링

아래 그림에 실제 전자 픽업과 검출용 톱니바퀴를 나타냅니다.

그림 65 대표적인 전자 픽업과 컴출용 톱니 바퀴

주파수 모듈

주파수 모듈(701281)로 측정할 수 있는 항목은 주파수, 회전수(회전속도), 주기, Duty, 펄스폭, 펄스적산, 속도입니다. 모듈의 전기적인 사양은 아래 표와 같습니다. 입력은 전압 신호와 접점 신호 모두에 대응하고 있습니다.

표 10 주파수 모듈(720281)의 사양 개요

주파수 모듈의 구조는 아래 그림과 같습니다. 입력 신호는 전압 신호와 무전압 접점 신호 모두에 대응하고 있습니다. 이 모듈에서의 신호 절연은 용량 절연 방식 디지털 아이솔레이터가 채용되어 있습니다.

그림 66 주파수 모듈(701281)

변형 측정용 모듈과 스트레인 게이지

아래 그림과 같이 물체에 힘이 가해지면 늘어남이나 수축의 변형이 발생하므로 변형된 양을 변형으로 측정함으로써 물체의 상태를 알 수 있습니다.

그림 67 물체에 힘을 가했을 때 늘어남이나 수축 발생

스트레인 게이지

금속은 변형되면 전기 저항이 바뀝니다. 스트레인 게이지는 이 전기 저항 변화를 이용하여 스트레인을 전기 신호로 검출하는 센서입니다.

그림 68 스트레인 게이지 원리

스트레인 게이지는 1938년 미국 캘리포니아공대 에드워드 E. 시몬스(Edward E. Simmons)와 매사추세츠공대 아서 루지(Arthur Ruge)에 의해 발명됐으며, 스트레인 게이지의 기본 원리는 현재에도 동일합니다. 현재 사용되고 있는 범용적인 변형 게이지는 아래 그림과 같은 형상을 하고 있습니다.

그림 69 현재 범용적으로 사용되고 있는 스트레인 게이지

스트레인 게이지는 용도나 사용 환경에 따라 다양한 종류가 있으며 스트레인 게이지 선정 시 스트레인 게이지 제조사 카탈로그에 적힌 사양을 자세히 살펴볼 필요가 있습니다. 또한 스트레인 게이지를 물체에 부착할 때 접착제 선정도 올바른 측정을 하기 위한 중요한 요소 중에 하나입니다.

스트레인 게이지는 늘어남이나 수축을 저항값으로 나타내므로 스코프코더에 신호로 입력하려면 전압값으로 변환할 필요가 있습니다. 그러기 위해서는 아래 그림과 같은 브리지 회로가 필요합니다.

그림 70 스트레인 검출 회로

위 그림에서는 스트레인 게이지를 1개 사용한 사례를 나타내고 있는데 감도를 올리기 위해서는 2개 또는 4개의 스트레인 게이지를 사용하는 경우가 있습니다.

변형 게이지는 다양한 물리량을 측정하는 센서 안에 내장되어 있습니다. 가장 대표적인 것은 무게를 재는 데 쓰이는 로드셀입니다. 그 외에도 아래 그림과 같은 센서 안에 스트레인 게이지가 사용되고 있습니다.

그림 71 스트레인 게이지를 이용한 다양한 센서