센서 신호변환

1) 아날로그와 디지털 신호 아날로그 신호는 시간과 크기가 연속이고, 디지털 신호는 정해진 논리수준 또는 코드로 표현된다. 실제 센서에는 오프셋, 이득오차, 비선형, 히스테리시스, 노이즈, 지연이 존재한다. 단순히 표시값 한 번만 맞추는 것보다 영점·중간점·스팬과 상승·하강 방향을 확인해야 한다. ADC(Analog-to-Digital Converter, 아날로그–디지털 변환기)는 연속 아날로그 신호를 표본화하고, 정해진 단계로 양자화한 뒤 디지털 코드로 부호화한다. 반대로 DAC는 디지털 코드를 아날로그 전압·전류로 바꾼다. ADC 분해능이 n비트이고 입력범위가 $\text{V\_FS}$이면 이상적인 1 LSB 크기는 대략 $\text{V\_FS/2^n}$이다. 하지만 실제 유효분해능은 노이즈, 기준전압 안정성, 비선형 때문에 낮아질 수 있다. 분해능이 높다고 정확도가 자동으로 높아지는 것은 아니다. 2) 표본화와 앨리어싱 샘플링 주파수 $\text{f\_s}$는 이론적으로 측정하려는 최고 주파수 $\text{f\_max}$의 2배보다 커야 원신호 복원이 가능하다. 실제 계측에서는 필터의 감쇠구간과 진단 여유를 두어 더 높은 비율을 사용하고, ADC 앞에 안티앨리어싱 저역통과필터를 둔다.

• 샘플링이 너무 느리면 높은 주파수가 낮은 가짜 주파수로 보이는 앨리어싱이 발생한다.
• 회전기계 오더 분석에서는 회전속도 변화에 맞춘 동기 샘플링이나 재표본화가 필요할 수 있다.
• 이동평균은 랜덤 노이즈를 줄이지만 응답지연을 증가시킨다.
• 미분은 고주파 노이즈를 증폭하므로 필터와 함께 사용한다.

3) 펄스·엔코더 신호 증분형 엔코더의 A·B상 위상차로 회전방향을 판별하고, Z상은 회전당 기준위치로 쓴다. 펄스 수와 계수방식에 따라 각도 분해능이 결정된다. 고속에서는 일반 PLC 스캔이 펄스를 놓칠 수 있으므로 고속카운터·전용 모듈을 쓴다. 속도는 측정시간 동안 펄스 수를 세는 주파수 방식 또는 펄스 간 시간을 재는 주기 방식으로 구한다. 저속에서는 주기 방식이 분해능에 유리할 수 있다. 케이블이 길거나 노이즈가 심하면 차동 라인드라이버와 적절한 종단을 사용한다. 4) 신호 이상 판별

• 값이 상한·하한에 고정: 단선, 단락, 전원 상실, 입력 범위·배선 오류, 센서 포화
• 값이 주기적으로 흔들림: 전원 리플, 접지루프, 회전체·펌프 맥동, 제어 헌팅
• 갑자기 영점 이동: 설치 응력, 기준접점 문제, 브리지 불균형, 센서 드리프트
• 실제 변화보다 늦음: 보호관

범위 확인: 센서·신호변환에서는 측정 대상, 변환 원리, 출력 신호, 접촉 여부와 사용 환경을 기준으로 센서를 선정한다.

‘센서 신호변환’은 센서·신호변환 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.

센서·신호변환에서는 측정 대상, 변환 원리, 출력 신호, 접촉 여부와 사용 환경을 기준으로 센서를 선정한다.

변위·압력·온도·속도 같은 물리량이 저항·전압·전류·주파수 또는 디지털 펄스로 변환된다. 감도만 아니라 범위·직선성·응답속도·내환경성이 측정 품질을 결정한다.

이 문제군의 직접 근거

• 원기출 분류에서는 전류식 변환을 센서의 1차 전기신호 변환방식과 구분했다.

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

1. 측정량과 요구 범위를 정한다.
2. 센서의 물리적 변환 원리와 출력 형식을 확인한다.
3. 설치 간격·재질·온도·노이즈 영향을 검토한다.

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

• 문제의 긍정형·부정형을 먼저 표시합니다.
• 측정량과 요구 범위를 정한다.
• 센서의 물리적 변환 원리와 출력 형식을 확인한다.
• 설치 간격·재질·온도·노이즈 영향을 검토한다.
• 마지막으로 ‘전류식 변환’이 문제에서 요구한 조건을 모두 충족하는지 확인합니다.

센서 신호변환: 원기출 분류에서는 전류식 변환을 센서의 1차 전기신호 변환방식과 구분했다.

• 문제 근거: 27차 정규화 대표문제 U-695
• 이론 근거: 설비보전기사 필기 이론 최종 정리본(2025–2028) — ‘3. 센서 신호’
• 원문 출처 1: https://cbtbank.kr/exam/de20180428
• 공개 상태: 확정 문제와 연결된 공개 후보