[레포트]진동공학 Term project 지진계의 원리 및 설계

소개글

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목차

1. 서론
- Term Project의 목적
- 지진계의 등장 배경
- 진동 측정기의 정의
· 지진계의 정의
· 가속도계의 정의

2. 이론
- 진동측정기 기본 이론
· 지진계의 기본 이론
· 가속도계의 기본 이론

3. 작동원리
- 지진계의 작동원리

4. 설계
- 지진계의 설계

5. 결론
- 지진계의 쓰임
- 설계 시 고려해야 할 점

6. 참고문헌

본문내용

선정 시 예비적으로 측정하려는 주파수 범위 안에서의 모드 형상을 파악할 필요가 있다.
· 관성 센서의 결합방법 : 비 접촉 센서와 달리 진동체와 결합하여 사용하는 관성 센서의 경우에 센서 결합 부는 또 다른 용수철로써 작용한다. 스프링의 강성이 작은 경우에는 진동 센서의 공진주파수보다 월등히 낮은 주파수 영역에서 센서 결합부와 센서 전체 질량에 의한 공진이 나타난다. 이 공진주파수는 대략 다음과 같이 된다.
따라서 센서의 주파수 범위보다도 좁은 범위에서의 측정만 가능하게 되므로 특별한 주의가 필요하다. 보통 많이 쓰이는 센서 결합 방법으로는 볼트, 순간접착제, 밀랍, 자석받침, 양면테이프 등을 사용하는 방법이 있다. 일반적으로 결합 공진 주파수가 낮은 방법부터 높은 방법의 순으로 정리하면, 두꺼운 양면테이프(1～2㎑) < 자석받침(～10㎑) < 밀랍(～15㎑) < 연질 순간접착제(～15㎑) < 볼트결합(～20㎑)이다. 배열순서는 접착제의 종류나 테이프의 종류 및 두께, 볼트 결합 시 실리콘 그리즈의 사용여부 등에 따라 달라지며 세심하게 주의하면 접착제, 밀랍 등으로도 20㎑ 정도까지 결합 공진주파수가 증가할 수 있다. 그림A11 [6]
그림 A11
5. 결론
1) 지진계의 쓰임
그림 A12
- 서론에서 언급한 것과 같이 지진계는 경제성과 안정성의 갈등을 해결하기 위해 등장하게 되었다고 볼 수 있다. 지진이라는 자연재해에 거의 무감했던 한국 사회는 구조물을 설계할 때 발생빈도가 희박한 지진하중을 고려하지 않았다. 오히려 지진하중을 고려한다면 건설비가 상승되기 때문에 이를 고려할 경제적인 여유가 없었으며, 기술적으로도 어려운 점이 많았다. 그러나 고층건물 및 장대교량과 같은 대형구조물이 일반화되고, 원자력발전소와 같은 중요구조물이 증가함에 따라 만일의 경우에는 사회적으로 치명적인 타격을 입게 되므로 내진설계를 해야 한다는 사회적인 공감대가 형성되었다. 따라서 그림 A12와 같이 흔들리기 쉬운 구조형식을 갖는 고층빌딩의 건설에서 지진계가 유용하게 사용되고 있다. 그림 A12 [0]
2) 설계 시 고려해야 할 점
- 어떻게 설계할 것인가? (감상문) : 진동 측정기 중 지진계의 작동원리와 그 설계에 대하여 조사하고 이해하게 되었다. 지진계는 가속도계와는 달리 고유 진동수가 측정하려는 진동수보다 낮은 측정기로 지진계의 질량의 상대운동이 측정하고자하는 진동의 상대운동과 같은 차수의 운동이어야만 한다는 것을 알게 되었다. 따라서 지진계를 설계할 때는 고유 진동수가 측정하는 진동수보다 작은 값을 갖도록 설계해야 한다는 것을 알게 되었다. 또한 진동을 측정하는 관성 센서를 선택할 때도 여러 가지 고려해야하는 사항들이 있었다. 진동 센서를 선택하려면 먼저 측정하고자 하는 진동의 특성을 파악해야한다. 또한 관성 센서의 부가질량 효과를 고려해야하며, 그러므로 관성 센서의 장착 위치도 신중히 고려해야 한다.
위와 같은 사항들을 고려하면서 먼저 가속도계와는 다른 지진계의 특징인 작은 고유 진동수라는 조건을 충족시켜야 할 것이다. 그러기 위해서는 지진계의 질량을 증가시키고 반대로 스프링 상수(강성 계수)를 작게 만들어주면 될 것이다. 또한 상대운동으로 인한 상대변위를 측정하기 용이하게 하기 위해서 전기적인 신호로 바꾸어 주면 측정의 정확성과 편리성을 높일 수 있을 것이다. 예를 들면 지진계의 대표 질량을 케이스에 고정된 코일에 대하여 상대적으로 운동하는 자석으로 만든다면 상대운동을 전압으로 변환하고 이를 수치화하여 전기적인 신호로 나타낼 수 있을 것이다.
또한 이렇게 설계한 지진계를 과연 어떻게 활용할 것인지도 생각해보면 좋을 것 같다. 위에서 조사한 지진계의 쓰임과 같이 지진의 영향을 받기에 쉬운 구조물이나 고층의 건물에 지진계를 설치하는 것도 지진계를 유용하게 사용하는 방법인 것 같다. 이렇게 지진계를 조사하면서 한 가지 해결하고 싶은 과제에 대해 생각하게 되는데, 바로 층간소음이다. 층간소음은 이웃 간의 불화를 만들 뿐 아니라, 심각하게는 살인과 보복 범죄를 야기하는 아파트 생활이 일반화된 현재 한국 사회의 실상이다. 이웃 간에 서로 배려하는 마음을 갖는 것이 무엇보다 중요하지만, 아래층에 사는 주민의 피해를 위층에 사는 주민이 다 알 수는 없다. 따라서 지진계를 이용하여 이 문제를 해결해보면 어떨까하는 생각을 하게 되었다. 각 가구마다 민감한 지진계를 장치하고 생활하면서 생기는 층간 소음이 어느 정도인지 눈으로 체험하는 것이다. 층간 소음 문제는 아래층에 사는 주민이 얼마나 고통스러운지 알지 못하기 때문에 일어나는 것이므로 이를 수치화시켜서 확인한다면 조금은 줄어들지 않을까하는 생각을 해보았다.
지진계의 작동원리와 설계를 주제로 한 term project 뿐 아니라, 진동공학 강의를 들으면서 동역학적인 설계에 대해 조금 더 깊이 알게 되었다. 한국 사회는 성수대교 붕괴사고에서부터 최근 판교 환풍구 사고까지 많은 구조물들의 붕괴되고 파괴되면서 인명피해를 입게 되었다. 그때마다 대교(다리)에 대해서라면 무조건 공진 현상에 의한 붕괴라고만 막연히 생각하고 있었는데, 사실 여러 가지 원인이 복합되어 일어난 것임을 깨닫게 되었다. 지진계의 등장배경에서 확인했듯이, 훌륭한 엔지니어는 항상 경제성과 안정성의 줄다리기에서 탁월한 선택을 해야 한다는 것을 명심하면서 설계에 임해야 겠다는 생각을 하게 되었다.
6. 참고문헌
[0] [네이버 오픈사전] (건축, 토목 공학 추천 백과)내진설계 및 면진설계
[1] [네이버 지식백과] 진동계 [ribrometer] (건축용어사전, 2011.1.5., 성안당)
[2] [네이버 지식백과] 지진계 [seismograph] (센서용어사전, 2011.1.20, 일진사)
[3] [네이버 지식백과] 가속도계 [accelerometer] (전기용어사전, 2011.1.10., 일진사)
[4] William J. Palm (2007), 『진동공학』, 양보석 외 5인, 4판, 인터비젼 pp.243-245
[5] Thomson, Dahleh (2001), 『기계진동』, 이장무 외 5인, 5판 사이텍미디어 pp.76-81
[6] “진동에 대하여” www.mj-tech.co.kr

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