제품기초지식

스코프코더로 파형 측정 시의 노이즈 대책

메카트로닉스 기기나 파워 일렉트로닉스기기의 파형 측정 시에는 노이즈 대책이 필요한 경우가 있습니다. 유도, 방사, 전도에 의해 신호에 노이즈가 중첩되어 올바르게 신호의 파형을 측정할 수 없게 됩니다. 노이즈 대책은 아래 그림에 나타낸 방법이 기본적인 방법입니다.

그림 78 노이즈 대책의 기본

노이즈 대책을 실시하려면 실제로 측정기가 설치되어 있는 현장을 잘 관찰하는 것에서부터 시작됩니다. 노이즈 대책은 유도, 방사, 전도에 따라 수단이 다르며 노이즈 대책의 수단에 따라서는 비용이 발생하므로 효과가 있는 대책을 선택하는 것도 중요합니다.

표 15 구체적인 노이즈 대책 

FFT 해석 기능을 이용한 주파수 분석

스코프코더나 오실로스코프에는 FFT 해석 기능이 탑재되어 있습니다. 시간축 상에서 파형을 보는 통상적인 사용법과는 달리 주파수축 상에서 파형을 관측하면 파형에 포함된 주파수 성분을 알 수 있어 편리한 경우가 있습니다.

DL950에서의 FFT 해석

DL950을 사용하여 임펄스 해머와 가속도 센서의 파형을 취득해 그 파형을 FFT 해석한 결과를 아래 그림에 나타냅니다.

그림 79 DL950에서의 FFT 분석 화면

파형의 FFT 해석을 수행함으로써 파형에 포함된 복수의 주파수 성분을 추출할 수 있습니다. 모터로 구동되는 기계라면 가속도센서에서 검출된 진동파형 주파수 성분에서 모터의 회전수(회전속도)와 모터를 구동하고 있는 전원의 주파수, 부품의 고유진동수 등을 가미해 진동 요인을 찾아낼 수 있습니다.

이외에도 신호에 중첩된 노이즈를 주파수 분석함으로써 노이즈원을 찾아낼 수 있습니다.

FFT아날라이저와 스코프코더의 차이

FFT 아날라이저는 주로 음향이나 진동의 주파수 분석에 이용되는 측정기로 파형의 정확한 주파수 성분을 관측하는 계측기입니다. 스코프코더에도 FFT 분석 기능을 탑재하고 있지만 아래 표와 같이 사양의 차이가 있기 때문에 용도에 따라 계측기의 선택이 필요합니다. 음향 측정을 할 경우 팬으로부터의 소음이 문제가 되므로 최근 FFT아날라이저는 계측기 본체에 공랭팬을 탑재하지 않습니다.

표 16 FFT 분석기와 스코프코더의 차이

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교류 전원을 이용할 수 없는 환경에서의 DL950 이용

스코프코더를 교류 전원이 없는 옥외나 자동차, 철도, 항공기, 선박 등의 수송기 안에서 사용하는 경우가 있습니다. 포터블형 스코프코더 DL350은 옵션의 배터리를 사용하여 측정을 수행할 수 있지만 벤치탑형 스코프코더 DL950에서는 교류 전원을 얻기 위해 발전기나 포터블 전원을 이용합니다.

포터블전원의 이용

장시간에 걸쳐 교류전원을 얻을 필요가 있거나 큰 전력용량이 필요한 경우 발전기로부터 교류전원을 얻을 수밖에 없지만 발전기는 중량이 있고 연료가 필요하기 때문에 운반 부담이 커집니다. 스코프코더만 한정된 시간 동안 사용할 경우에는 배터리 구동 휴대용 전원의 이용이 편리합니다.

현재 판매되고 있는 많은 휴대용 전원은 정현파 인버터가 내장되어 있기 때문에 정현파 교류를 공급할 수 있지만 자동차의 12VDC 전원으로부터 교류를 얻는 DC/AC 컨버터에는 정현파 인버터를 사용한 제품과 직사각형파 인버터를 사용한 제품이 있습니다. 계측기를 이용할 경우 정현파 교류가 필요하기 때문에 이용할 때 정현파 교류를 얻을 수 있는지 확인할 필요가 있습니다.

그림 80 정현파 인버터와 구형파 인버터의 교류 전원 파형 차이

휴대용 전원을 사용하는 경우에는 안전이나 노이즈 저감을 위해 접지 하는 것이 바람직합니다. 차재로 이용할 경우는 접지 단자를 섀시에 접속합니다. 포터블 전원에는 접지 단자가 없을 수 있으므로 스코프코더의 전원코드를 3핀 멀티탭에 접속하여 3핀 멀티탭의 접지단자로부터 접지를 수행하기가 용이합니다.

그림 81 포터블 전원과 접속

PC를 사용한 파형데이터의 해석

스코프코더에 수집된 파형 데이터는 본체가 가지는 해석 기능을 사용해 파형 데이터의 특징을 추출할 수 있지만, 고도의 파형 해석이나 다른 계측기에서 얻은 측정 결과와 연산이나 분석을 실시하는 경우 등은 PC를 사용할 필요가 있습니다. 또한, 파형 데이터를 기록으로 PC나 서버의 스토리지등의 기억장치에 보존하는 경우도 있습니다.

PC로의 파형데이터 전송

스코프코더에 저장되어 있는 파형 데이터를 PC로 옮기려면 아래 표에 나타난 바와 같이 유선 통신을 사용하는 방법과 외부 스토리지를 사용하는 방법 두 가지가 있습니다.

표 17 파형 데이터를 PC에 옮기는 방법

외부 스토리지 SD카드와 USB 스토리지에는 모두 플래시 메모리가 사용되고 있습니다. 플래시 메모리는 편리하게 사용할 수는 있으나 데이터 저장 기간이 한정되어 있어 장기간 데이터 저장이 필요한 경우 다른 기록매체로 데이터를 옮길 필요가 있습니다. 또한, USB스토리지를 계측기에 접속하면 아래 그림과 같이 돌기물이 되므로 USB 스토리지를 장착한 상태에서의 계측기의 운반은 파손의 위험으로 해서는 안 됩니다. 외부 스토리지를 장착한 상태에서 사용해야 할 경우에는 SD카드를 사용합니다.

그림 82 외부 스토리지를 설치한 상태

스코프코더는 본체를 PC에 접속하면 스토리지로 인식되므로 PC상에서의 파일조작으로 데이터를 복사/이동시킬 수 있어 매우 편리합니다. 기업에 따라서는 보안상 SD카드나 USB 스토리지의 사용을 금지하고 있어 네트워크 드라이브에의 보존 기능과 합쳐져 유용한 기능입니다.

또한, 스코프코더는 기기 내장용 OS를 채용하고 있어 바이러스 대책으로 Windows OS계측기의 네트워크 접속을 금지하고 있는 경우에도 IT 담당자로부터 사내 네트워크 접속의 허가를 얻기가 쉽습니다.

PC에 의한 파형해석

PC로 옮긴 파형 데이터를 연산 처리하는 방법에는 이용자 자신이 프로그램을 만드는 방법, 요꼬가와 계측이 제공하는 소프트웨어를 이용하는 방법, 기타 기업이 제공하는 소프트웨어를 이용하는 방법이 있습니다. 요꼬가와 계측은, IS8000 통합계측 소프트웨어플랫폼이라고 하는 소프트웨어를 제공하고 있습니다. 

이 소프트웨어를 사용하면 스코프코더와 당사 파워 아날라이저, 오실로스코프를 조합한 동기 측정 시스템을 쉽게 구축할 수 있습니다. 

또한 포트론社의 고속도카메라나 DTS 인사이트사의 제어 소프트웨어 검증 툴 RAM Scope와의 동기 측정도 가능합니다.

아래 그림에 IS8000의 동기 측정 기능을 활용한 동작 상황과 전력 측정 시스템의 사례를 보여줍니다.

그림 83 온수 세척기의 토수 제어 평가

IS8000 API를 이용하면 표준으로 지원하지 않는 계측기와의 통신이나 데이터 파일 읽기, 별도 소프트웨어와의 통신이 가능해집니다

타사가 제공하고 있는 소프트웨어로 이용가능한 것으로써, 오노측기(ONOSOKKI)의 음향・진동해석소프트웨어「O-Solution」과 Mathworks사의 「MATLAB」등이 있습니다

끝으로

메카트로닉스 기기나 파워 일렉트로닉스 기기의 파형 측정에는 필수인 스코프코더에 대한 기초적인 해설을 하였습니다. 꼭 스코프코더를 유효하게 사용하시어 효율적인 제품 평가를 받으실 것을 기대합니다.