[논문]시험장비의 특성을 고려한 진동시험결과에 대한 측정불확도 추정

문석준; 정정훈

doi:10.5050/ksnve.2016.26.7.781

시험장비의 특성을 고려한 진동시험결과에 대한 측정불확도 추정
Measurement Uncertainty of Vibration Testing Result with Including Uncertainty of Testing Facilities 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.26 no.7, 2016년, pp.781 - 786

문석준 (Dept. of System Dynamics, KIMM) , 정정훈 (Dept. of System Dynamics, KIMM)

Abstract ▼ AI-Helper

All measurements are subject to uncertainty and a measurement result is complete only when it is accompanied by a statement of the associated uncertainty. By international agreement, this uncertainty has a probabilistic basis and reflects incomplete knowledge of the quantity value. The "Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement", commonly known as the GUM, is the definitive document on this subject. The requirements for estimation of measurement uncertainty apply to all results provided by calibration laboratories and results produced by testing laboratories under the optional circumstances. In this paper, a procedure for estimation of measurement uncertainty from vibration testing is proposed on KS F 2868:2003 as an example. Both Type A and Type B evaluation of uncertainty are considered to calculate the combined standard uncertainty and expanded uncertainty.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이때 측정불확도에 영향을 미치는 인자로서 측정한 고유진동수와 하중판의 질량만을 고려하였으나, 보다 신뢰성이 높은 불확도를 산출하기 위해서는 측정에 사용한 장비에 대한 불확도를 추가적으로 고려해야 한다. 따라서 본 논문에서는 기존 발표한 논문의 연장선상에서 측정에 사용한 장비들에 대한 불확도를 포함하여 측정불확도를 산출 하였다. 이 논문은 측정불확도 추정절차와 방법 및 표현법 등을 회원들과 공유하기 위해 예제를 들여서 작성한 논문이며, 논문 중 일부내용은 기존 발표된 내용을 인용하였음을 밝힌다.
이 논문에서는 진동시험과 관련된 KS F 2868 규격을 한 예로 하여 측정불확도를 산정하는 방법에 대해 설명하였다.
따라서 본 논문에서는 기존 발표한 논문의 연장선상에서 측정에 사용한 장비들에 대한 불확도를 포함하여 측정불확도를 산출 하였다. 이 논문은 측정불확도 추정절차와 방법 및 표현법 등을 회원들과 공유하기 위해 예제를 들여서 작성한 논문이며, 논문 중 일부내용은 기존 발표된 내용을 인용하였음을 밝힌다.
규격에는 정현파 가진법에 의한 측정방법과 펄스 가진법에 의한 측정방법을 규정하고 있으나, 산업현장에서는 대부분 후자 방법을 사용하고 있다. 펄스 가진법에는 스펙트럼 해석 법과 시계열 해석법을 다루고 있으며, 이 논문에서는 스펙트럼 해석법에 대해서만 논하고자 한다. 펄스 가진법 및 스펙트럼 해석법에 의한 측정 구성도는 Fig.

가설 설정

라고 한다. 반면, B형 불확도^(1,2)는 기존의 정보 또는 문헌을 통해 측정값이 가질 수 있는 확률밀도함수를 가정하여 구한다.

제안 방법

펄스 가진기(impact hammer 등)을 이용하여 시험편-하중판 계를 가진한 후 응답을 계측한다. FFT분석기 등을 이용하여 계측신호의 스펙트럼을 분석하여 고유진동수(f₀)를 산정한다.
로 볼 수 있으며, 단위면적당 겉보기 동 탄성계수(s)가 y 에 해당한다. 각 시험편당 3번의 반복시험을 수행하여 총 9번의 고유진동수와 하중판의 질량을 각각 측정하였다. 측정한 각각의 인자에 대한 불확도를 산정하기 위해 평균, 표준편차 및 자유도를 Table 2에 정리하였다.
디지털 저울을 이용하여 하중판의 질량을 측정한 후 KS F 2868의 펄스 가진법에 의한 시험을 수행하였다. 각 시험편에 대해 3번의 반복시험을 수행한 후 FFT 분석기를 활용하여 고유진동수를 확인하였다. 이로부터 산정한 시험편에 대한 단위면적당 겉보기 동 탄성계수는 8.
이다. 또한 분해능에 대한 불확도를 추가로 고려하였다. 측정에 사용된 주파수 분해능은 약 0.
또한 시험수행자(측정자)의 숙련도에 의한 불확도도 고려할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 고유진동수 측정에 사용된 장비 중 센서와 FFT 분석기 그리고 하중판 질량 측정에 사용된 장비 중 디지털 저울에 의한 불확도만을 추가적으로 고려하였다. 각 장비의 교정성적서에 표기된 정보는 Table 4와 같다.
시험편(200 mm × 200 mm) 상부에 동일한 면적의 하중판을 설치한 후 하중판 상단에 가속도계 등 센서를 설치한다. 펄스 가진기(impact hammer 등)을 이용하여 시험편-하중판 계를 가진한 후 응답을 계측한다. FFT분석기 등을 이용하여 계측신호의 스펙트럼을 분석하여 고유진동수(f₀)를 산정한다.

이론/모형

디지털 저울을 이용하여 하중판의 질량을 측정한 후 KS F 2868의 펄스 가진법에 의한 시험을 수행하였다. 각 시험편에 대해 3번의 반복시험을 수행한 후 FFT 분석기를 활용하여 고유진동수를 확인하였다.

성능/효과

측정 장치의 불확도를 고려함에 따라 2배 이상의 불확도 증가가 발생한 것을 확인할 수 있다.

후속연구

각 장비들로부터 산정된 수치들은 모두 자체적으로 불확도를 내재하고 있으며, 각 장비의 교정성적서를 통해 불확도의 크기를 알 수 있다. 또한 시험수행자(측정자)의 숙련도에 의한 불확도도 고려할 수 있을 것이다. 본 논문에서는 고유진동수 측정에 사용된 장비 중 센서와 FFT 분석기 그리고 하중판 질량 측정에 사용된 장비 중 디지털 저울에 의한 불확도만을 추가적으로 고려하였다.
이 논문에서 제시한 한 예가 진동분야 시험결과의 측정불확도 산출 및 이해에 기여하기를 바란다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	측정결과를 바람직하게 보고하는 방법은 무엇인가?	측정결과를 보고할 때는 그 결과를 사용할 사람이 얼마나 믿고 사용해도 되는지 신뢰성을 판단할 수 있도록, 그 신뢰도를 나타내는 어떤 정량적인 값을 측정결과와 함께 나타내는 것이 바람직하다. 측정학에서는 이러한 측정결과의 신뢰도에 관한 정량적 표현의 방법으로서 오차나 오차분석 등을 오랫동안 사용하여 왔다.
	측정결과의 신뢰도에 관한 정량적 표현은 무엇이 있는가?	측정결과를 보고할 때는 그 결과를 사용할 사람이 얼마나 믿고 사용해도 되는지 신뢰성을 판단할 수 있도록, 그 신뢰도를 나타내는 어떤 정량적인 값을 측정결과와 함께 나타내는 것이 바람직하다. 측정학에서는 이러한 측정결과의 신뢰도에 관한 정량적 표현의 방법으로서 오차나 오차분석 등을 오랫동안 사용하여 왔다. 그러나 이러한 것들을 아무리 잘 평가하고, 적절한 보정을 해 주어도 그 결과가 조금도 틀리지 않고 정확한가 하는 데는 의문이 남아 있을 수밖에 없다.
	국제표준화기구(ISO)에서 측정불확도 표현 지침서를 발표하게 된 배경은 무엇인가?	한국인정기구(KOLAS)에서 발행된 측정결과의 불확도 추정 및 표현을 위한 지침(1)에 따르면, 측정결과의 신뢰성을 나타내기 위하여 지금까지는 오차, 정확도, 정밀도, 불확도 등의 여러 가지 용어들이 사용되어 왔으나, 분야에 따라 표현방법이 달라서 통일된 지침이 필요하게 되었다. 1993년 국제표준화기구(ISO)에서 측정불확도 표현 지침서(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement)(2,3)의 사용을 권고한 후, 이 지침서에 따라서 측정불확도를 구하고 표현하는 방법이 전 세계적으로 많은 분야에 확산되어 사용하고 있다(4).

참고문헌 (10)

Korea Laboratory Accreditation Scheme, 2016, Guide to the Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement, KOLAS-G-002, http://www.kolas.go.kr.
JCGM 100, 2008, Evaluation of Measurement Data - Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, JCGM Member Organization.
ISO, 2011, Uncertainty of Measurement - Part 3: Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, ISO/IEC Guide 98-3/Suppl.2, http://www.iso.org.
APLAC, 2006, Interpretation and Guidance on the Estimation of Uncertainty of Measurement in Testing, APLAC TC 005, http://www.aplac.org.
Cheung, W. S., Kim, Y. T., Ryu, J. D. and Hong, D. P., 2005, Study on Uncertainty Factors of Head Vibration Measurements, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 15, No. 1, pp. 20-28.

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Song, G. G., Lee, C. S. and Kim, Y. H., 2014, Effects of Environmental Conditions on Uncertainty of Reverberation Time, Proceedings of the KSNVE Annual Spring Conference, pp. 439-440.
Lee, S. M., Kim, J. S., Kim, S. R. and Seo, Y. H., 2013, Estimation of Uncertainty for Acoustic Performance Measurement Using the Pulse Tube, Proceedings of the KSNVE Annual Fall Conference, pp. 651-652.
Korea Agency of Technology and Standards, 2013, Determination of Dynamic Stiffness of Materials Used under Floating Floors in Dwellings, KS F 2868:2003, http://www.standard.go.kr.
Moon, S. J. and Park J. W., 2016, An Example on Measurement Uncertainty of Vibration Testing Result, Proceedings of the KSNVE Annual Spring Conference, pp. 408-409.
Satterthwaite, F. E., 1946, An Approximate Distribution of Estimates of Variance Components, Biometrics Bulletin, Vol. 2, No. 6, pp. 110-114.

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