진동 센서

2.1 진동의 기본량

• 진폭: 진동의 크기. 변위, 속도, 가속도로 표현한다.
• 주기 T: 한 사이클을 완료하는 데 걸리는 시간.
• 주파수 f: 1초 동안 반복되는 사이클 수. f = 1/T, 단위 Hz.
• 각주파수 ω: ω = 2πf, 단위 rad/s.
• 위상: 같은 주파수 성분 사이의 시간적 위치 차이.
• 고유진동수: 외력이 제거된 뒤 계가 스스로 진동하는 주파수.
• 공진: 가진 주파수가 고유진동수에 가까워 응답 진폭이 크게 증가하는 현상.
• 감쇠: 마찰·재료·유체 등으로 진동 에너지가 소산되는 성질.

진동계의 기본 요소는 질량, 강성, 감쇠다. 무감쇠 1자유도계의 고유진동수는 다음과 같다.

• fn = √(k/m)/(2π)
• 질량 m이 증가하면 fn은 낮아지고, 강성 k가 증가하면 fn은 높아진다.

⚠️ 고유진동수는 질량·강성에 단순 비례가 아니라 제곱근 관계다. 식에서 제곱근과 2π를 빠뜨리지 않는다. 2.2 진동의 종류

• 자유진동: 외력이 사라진 뒤 초기 변위·충격만으로 진동.
• 강제진동: 회전 불평형 등 주기적인 외력이 계속 작용.
• 감쇠진동: 에너지 손실로 진폭이 감소.
• 비감쇠진동: 이상적으로 에너지 손실이 없는 진동.
• 자기여진진동: 마찰·유체력 등 계 내부의 피드백으로 진동이 유지.
• 과도진동: 기동·정지·충격처럼 짧은 시간에 나타나는 응답.
• 불규칙진동: 일정 주기를 갖지 않는 랜덤 신호.

회전속도가 계의 고유진동수와 일치하여 공진이 커지는 속도를 위험속도(critical speed)라 한다. 기동·정지 때 위험속도를 통과할 수 있으므로 정상 운전점을 공진에서 떼고, 통과시간·감쇠·축계 강성을 함께 검토한다. 정적 변위에 대한 동적 응답 진폭의 비를 동적배율이라 하며 공진 부근에서 커진다. 입력 진동 또는 힘이 지지부를 통해 얼마나 전달되는지를 나타내는 전달률은 주파수비와 감쇠에 좌우되며, 방진은 공진영역을 지나 충분한 절연영역에서 운전해야 효과가 난다. 스트로보스코프는 회전체에 주기적으로 번쩍이는 빛을 비추어 점멸주파수와 회전이 동기될 때 정지한 것처럼 보이게 하여 속도·운동을 관찰한다. 고조파·분주파에서도 정지상처럼 보일 수 있으므로 회전수의 배수 관계를 확인하고, 정지해 보이는 회전체에 손을 대지 않는다. 정현파의 한 주기 절대값 평균은 Peak의 $\text{2/π ≈ 0.637}$배이고, RMS는 $\text{1/sqrt2 ≈ 0.707}$배이다. ‘평균값’이 부호를 포함한 한 주기 평균인지, 정류평균인지 문제 조건을 확인한다. 2.3 변위·속도·가속도

• 변위: 움직인 거리. 저주파, 축의 상대변위, 간극과 축 위치 관찰에 유리하다.
• 속도: 변위의 시간 변화율. 중간 주파수 영역에서 일반적인 기계 상태와 진동 에너지를 평가하는 데 널리 쓰인다.
• 가속도: 속도의 시간 변화율. 고주파 충격, 구름베어링·기어 초기 결함에 민감하다.

정현파 x = X sinωt일 때 속도 진폭은 ωX, 가속도 진폭은 ω²X다. 같은 변위라도 주파수가 높으면 가속도는 훨씬 커진다. 값의 표현:

• Peak: 영점에서 최대값.
• Peak-to-Peak: 양의 최대와 음의 최대 사이의 전체 폭.
• RMS: 진동 에너지와 연관된 실효값. 정현파에서 RMS ≈ 0.707 Peak.

범위 확인: 진동 기초는 변위·속도·가속도, 진폭·주파수·위상과 질량·강성·감쇠의 관계로 설비 응답을 해석한다.

‘진동 센서’는 진동 기초 문제에서 장치 선정, 계산 조건 또는 고장 판단의 기준이 됩니다. 비슷한 명칭만 외우면 적용 대상과 직접 원인을 혼동하기 쉬우므로 정의 → 작동 원리 → 적용 조건 → 확인 방법의 순서로 구분해야 합니다.

진동 기초는 변위·속도·가속도, 진폭·주파수·위상과 질량·강성·감쇠의 관계로 설비 응답을 해석한다.

가진주파수가 고유진동수에 가까워지면 공진이 커지고 감쇠가 응답을 제한한다. 같은 정현파라도 변위·속도·가속도 진폭은 각주파수에 따라 달라진다.

이 문제군의 직접 근거

• 기출 기준에서는 동전형 속도센서의 대표 범위를 10~1000 Hz로 보아 1~100 Hz 진술을 오답 처리했다. 실제 범위는 모델 사양을 우선한다.
• 진동은 변위·속도·가속도 센서로 측정하며 질량센서는 일반적인 진동센서 분류가 아니다.

상위 항목군의 공통원리를 이해한 뒤 현재 개념의 고유한 대상·조건·기능을 분리합니다.

1. 진폭의 표현값과 단위를 확인한다.
2. 회전주파수·고유진동수·가진주파수를 구분한다.
3. 주파수비와 감쇠를 이용해 공진·절연 여부를 판단한다.

조건이나 단위가 제시된 경우에는 생략하지 말고 정답 문장에 다시 대입해 확인합니다.

• 문제의 긍정형·부정형을 먼저 표시합니다.
• 진폭의 표현값과 단위를 확인한다.
• 회전주파수·고유진동수·가진주파수를 구분한다.
• 주파수비와 감쇠를 이용해 공진·절연 여부를 판단한다.
• 마지막으로 ‘동전형 속도센서의 측정범위는 보통 1~100 Hz이다.’가 문제에서 요구한 조건을 모두 충족하는지 확인합니다.

진동 센서: 기출 기준에서는 동전형 속도센서의 대표 범위를 10~1000 Hz로 보아 1~100 Hz 진술을 오답 처리했다. 실제 범위는 모델 사양을 우선한다.

• 문제 근거: 27차 정규화 대표문제 U-015, U-635
• 이론 근거: 설비보전기사 필기 이론 최종 정리본(2025–2028) — ‘2. 진동 및 측정’
• 원문 출처 1: https://www.comcbt.com/xe/webhaesul/9635925
• 원문 출처 2: https://cbtbank.kr/exam/de20180915
• 공개 상태: 확정 문제와 연결된 공개 후보