본 논문은 MEMS가속도 센서를 이용한 진동레벨 감지장치의 설계와 제작 및 성능평가에 관한 연구로서 기계의 진동과 진동 감지방법에 관한 이론적 고찰, 감지장치 설치방법에 관한 고찰, MEMS 가속도 센서를 인터페이스하기 위한 회로와 신호처리 회로의 설계 및 제작에 관한 연구, 제작된 진동레벨 감지장치를 이용한 진동의 측정과 평가로 이루어져 있다.회전체를 내장한 기계장치에서 허용하는 최대 진동레벨은 ...
본 논문은 MEMS가속도 센서를 이용한 진동레벨 감지장치의 설계와 제작 및 성능평가에 관한 연구로서 기계의 진동과 진동 감지방법에 관한 이론적 고찰, 감지장치 설치방법에 관한 고찰, MEMS 가속도 센서를 인터페이스하기 위한 회로와 신호처리 회로의 설계 및 제작에 관한 연구, 제작된 진동레벨 감지장치를 이용한 진동의 측정과 평가로 이루어져 있다.회전체를 내장한 기계장치에서 허용하는 최대 진동레벨은 중력가속도의 1배인 1g, 즉, 9.8m/s2이므로, 측정여유를 고려하여 이 값의 3배인 ±3g 범위의 가속도를 측정할 수 있는 아날로그 디바이스사의 MEMS 가속도 센서인 ADXL330을 채용하여 센서 모듈을 제작하였다. 제작된 센서 모듈과 고정용 브래킷을 합한 무게는 11.8 그램이었고, 진동 픽업장치의 무게가 측정 대상물의 중량의 1/10 이내일 때가 이상적임을 감안하면 소형경량으로 제작된 시제품은 소형 고속회전기기에 적용하기에 적합함을 알 수 있었다.센서 모듈이 감지한 가속도 신호의 주파수 스펙트럼을 분석하고 진동레벨을 계산하기 위해 아날로그-디지털 변환기를 내장한 마이크로 컨트롤러를 이용하여 센서 인터페이스 회로를 설계하였다. 순시 최대치 검출 회로를 MEMS 센서 모듈의 인쇄회로기판에 구현하고 자동평형원심분리기에 설치하여 이 회로의 안정적인 작동을 관찰함으로써 고속회전체를 내장한 기기의 이상 진동을 하드웨어적으로 신속하게 감지해 낼 수 있음을 확인하였고, 소프트웨어적인 주파수 스펙트럼 분석기능을 통하여 이상 진동의 발생 부위 및 발생 원인을 파악할 수 있었다.제작된 진동레벨 감지장치를 표준 진동계에 설치하여 설계를 검증하였고, (주)한랩이 개발하여 판매하고 있는 자동평형원심분리기에 적용하여 진동의 크기를 임의로 변화시켜 정밀 진동측정기와 성능을 비교·평가한 결과 측정값의 오차가 모두 +0.33%이내에 들어왔으며, 따라서 MEMS 가속도 센서를 이용하여 설계한 진동레벨 감지장치는 고가의 정밀 진동측정계의 성능과 비교할 때 정확도와 반복성에 있어서 매우 우수하다는 결론을 도출하였다.
본 논문은 MEMS 가속도 센서를 이용한 진동레벨 감지장치의 설계와 제작 및 성능평가에 관한 연구로서 기계의 진동과 진동 감지방법에 관한 이론적 고찰, 감지장치 설치방법에 관한 고찰, MEMS 가속도 센서를 인터페이스하기 위한 회로와 신호처리 회로의 설계 및 제작에 관한 연구, 제작된 진동레벨 감지장치를 이용한 진동의 측정과 평가로 이루어져 있다.회전체를 내장한 기계장치에서 허용하는 최대 진동레벨은 중력가속도의 1배인 1g, 즉, 9.8m/s2이므로, 측정여유를 고려하여 이 값의 3배인 ±3g 범위의 가속도를 측정할 수 있는 아날로그 디바이스사의 MEMS 가속도 센서인 ADXL330을 채용하여 센서 모듈을 제작하였다. 제작된 센서 모듈과 고정용 브래킷을 합한 무게는 11.8 그램이었고, 진동 픽업장치의 무게가 측정 대상물의 중량의 1/10 이내일 때가 이상적임을 감안하면 소형경량으로 제작된 시제품은 소형 고속회전기기에 적용하기에 적합함을 알 수 있었다.센서 모듈이 감지한 가속도 신호의 주파수 스펙트럼을 분석하고 진동레벨을 계산하기 위해 아날로그-디지털 변환기를 내장한 마이크로 컨트롤러를 이용하여 센서 인터페이스 회로를 설계하였다. 순시 최대치 검출 회로를 MEMS 센서 모듈의 인쇄회로기판에 구현하고 자동평형원심분리기에 설치하여 이 회로의 안정적인 작동을 관찰함으로써 고속회전체를 내장한 기기의 이상 진동을 하드웨어적으로 신속하게 감지해 낼 수 있음을 확인하였고, 소프트웨어적인 주파수 스펙트럼 분석기능을 통하여 이상 진동의 발생 부위 및 발생 원인을 파악할 수 있었다.제작된 진동레벨 감지장치를 표준 진동계에 설치하여 설계를 검증하였고, (주)한랩이 개발하여 판매하고 있는 자동평형원심분리기에 적용하여 진동의 크기를 임의로 변화시켜 정밀 진동측정기와 성능을 비교·평가한 결과 측정값의 오차가 모두 +0.33%이내에 들어왔으며, 따라서 MEMS 가속도 센서를 이용하여 설계한 진동레벨 감지장치는 고가의 정밀 진동측정계의 성능과 비교할 때 정확도와 반복성에 있어서 매우 우수하다는 결론을 도출하였다.
This thesis describes the research in designing, prototyping and performance evaluation of a vibration level sensing device utilizing a MEMS acceleration sensor. The scope of this research includes the study of mechanical vibration theory and vibration sensing methodology, sensing device mounting me...
This thesis describes the research in designing, prototyping and performance evaluation of a vibration level sensing device utilizing a MEMS acceleration sensor. The scope of this research includes the study of mechanical vibration theory and vibration sensing methodology, sensing device mounting methods, the design and prototype development of an accelerometer interfacing circuit and a signal processing circuit, and performance evaluation of the prototype device.Generally, maximum acceptable vibration level for rotating machinery is limited to less than ±1g, that is, up to the same amount of acceleration of the earth’s gravity which is equal to 9.8 m/s2. With the consideration of marginal measurement capability, ADI''s ADXL330 had been selected as an acceleration sensor. ADXL330 is designed to measure acceleration over a minimum full-scale range of ±3g. Total weight of the prototype sensor module and the mounting bracket was 11.8 grams. Considering that the recommended weight of a vibration pickup device is one tenth of the weight of the equipment under test, the small and light prototype module developed was very adequate to be adopted to a small high-speed rotating machine.In order to analyze frequency spectrum of acceleration signals and process it to vibration levels a sensor interface circuit had been designed using a micro-controller equipped with an embedded 24-bit analog-to-digital converter. A specially designed Peak Level Detector circuit is included in the MEMS sensor module printed circuit board. This Peak Level Detector was installed on the Automatic Balancing Centrifuge to ensure that it immediately detects unbalanced condition during operations to ensure safe running. By implementing a software frequency spectrum analyzer, the location and possible cause of unusual vibration on a system could be detected and analyzed in real-time.The developed vibration level sensing device was tested on the PCB''s standard vibration calibrator and verified its design. It had been installed on Hanlab''s Automatic Balancing Centrifuge and tested under different vibration conditions to compare its performance with a portable precise vibrometer. The accuracy of 0.33% was obtained from this evaluation. The result of this performance evaluation leads to the conclusion that a vibration level sensing device designed using a MEMS acceleration sensor can be very accurate and have an excellent repeatability compared to expensive precise vibrometers.
This thesis describes the research in designing, prototyping and performance evaluation of a vibration level sensing device utilizing a MEMS acceleration sensor. The scope of this research includes the study of mechanical vibration theory and vibration sensing methodology, sensing device mounting methods, the design and prototype development of an accelerometer interfacing circuit and a signal processing circuit, and performance evaluation of the prototype device.Generally, maximum acceptable vibration level for rotating machinery is limited to less than ±1g, that is, up to the same amount of acceleration of the earth’s gravity which is equal to 9.8 m/s2. With the consideration of marginal measurement capability, ADI''s ADXL330 had been selected as an acceleration sensor. ADXL330 is designed to measure acceleration over a minimum full-scale range of ±3g. Total weight of the prototype sensor module and the mounting bracket was 11.8 grams. Considering that the recommended weight of a vibration pickup device is one tenth of the weight of the equipment under test, the small and light prototype module developed was very adequate to be adopted to a small high-speed rotating machine.In order to analyze frequency spectrum of acceleration signals and process it to vibration levels a sensor interface circuit had been designed using a micro-controller equipped with an embedded 24-bit analog-to-digital converter. A specially designed Peak Level Detector circuit is included in the MEMS sensor module printed circuit board. This Peak Level Detector was installed on the Automatic Balancing Centrifuge to ensure that it immediately detects unbalanced condition during operations to ensure safe running. By implementing a software frequency spectrum analyzer, the location and possible cause of unusual vibration on a system could be detected and analyzed in real-time.The developed vibration level sensing device was tested on the PCB''s standard vibration calibrator and verified its design. It had been installed on Hanlab''s Automatic Balancing Centrifuge and tested under different vibration conditions to compare its performance with a portable precise vibrometer. The accuracy of 0.33% was obtained from this evaluation. The result of this performance evaluation leads to the conclusion that a vibration level sensing device designed using a MEMS acceleration sensor can be very accurate and have an excellent repeatability compared to expensive precise vibrometers.
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