[자연과학] 가속도계에 관해서

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인간이 산업용 기계를 제작한 이래, 특히 이러한 기계에 동력을 공급하기 위하여 모터를 사용한때부터 진동 감소 및 방진의 문제는 엔지니어들에게 큰 관심사가 되어왔다.
기계설계에 있어서 진동 절연 및 감소 기술의 중요성이 높아지면서, 먼저 진동의 정확한 측정 및 분석이 요구되었다. 이러한 요구는 초창기 기계설계에 있어서는 안정성과 내구성 만을 중시하였기 때문에 설계자의 경험적인 감각이나 진동변위를 측정하는 간단한 광학 기구만으로도 충분히 만족되어졌다. 그러나 오늘날 현대의 복잡한 고속 기계류의 조사에는 보다 정밀한 측정 기법이 요구되어 진동을 전기적 신호로 변환시키는 압전형 가속도계가 개발되어 널리 사용되고 있는 실정이다.
압전형 가속도계에서 사용하는 것은 압전 소자(Piezoelectric materials)의 역학적 성질을 전기적 성질로 변환시키는 효과를 이용한 것이다. 즉, 압전소자의 극성방향에 대해 힘을 가하면 양쪽 면에 전하가 발생하며 이에 의하여 전위차가 생기게 된다. 이 전위차는 가한 힘의 크기에 비례하므로 정확한 진동량을 측정할 수 있다.
이러한 압축력 이외에 전단력(shear force)를 가하는 경우도 똑같은 현상이 일어난다. 따라서 이 두가지 방식 모두를 사용하여 가속도계를 제작하나 그 용도에 차이를 가진다.
 압축형 가속도계(Compression Type) : 질량(mass)이 압전소자에 압축력을 가하는 형으로 심한 충격(shock) 측정이나 특수목적에 특별히 사용된다.
 전단형 가속도계(Shear type) : 질량이 압전소자에 전단력을 가하는 형으로, 제품을 매우 작게 만들 수 있다는 잇점을 가진다. 따라서 이 방식의 가속도계는 가벼운 구조물의 진동측정이나, 제한된 공간에서의 진동 측정 등에 사용가능하다.
 델타 전단형 가속도계(Delta shear type) : 델타 전단형은 실제적으로 어떤 용도에도 사용가능하다. 이 방식은 뛰어난 사양(specification)을 가지며 측정 환경조건에 영향을 받지 않는다는 이점이 있다.
이러한 압전형 가속도계는 어떤 다른 진동 측정 변환기보다 모든 영역에서 보다 좋은 특성을 나타낸다. 또 매우 넓은 주파수 범위와 그 영역에서의 좋은 선형성을 가지는 동적 범위를 가지고 있으며 비교적 튼튼하고 신뢰성이 있어서 장기간 동안 특성이 변하지 않는다.
이외에도, 압전형 가속도계는 자가 발전을 하기 때문에 전원이 필요하지 않고 마모를 유발하는 움직이는 부분도 없고, 가속도에 비례하는 출력이 속도와 변위 신호로 나타나도록 적분할 수도 있다
일반적으로 사용자가 사용 목적에 적합한 가속도계를 선택하기 이전에 기본적으로 알아두어야 할 사항은 다음과 같다.
가속도계의 선택
가속도계의 종류
대부분의 가속도계 제조사들이 생산해 내는 가속도계는 그 종류가 매우 다양해서 사용자가 가속도계를 선택하는 것이 매우 어렵게 생각되어 질 수 있다. 그러나 대부분의 수요를 충족시키는데 사용되어 지는 가속도계는 일반용도의 가속도계 몇몇 종류일 뿐이다.
다른 종류의 가속도계로는 먼저 높은 레벨이나 고주파수의 측정, 구조물, 판넬 등에서 사용하도록 고안되어진 무게가 0.5~2g 정도의 아주 작은 크기의 가속도계가 있다.
다른 특수한 목적에 이용되는 것으로는 서로 직교하는 3축을 동시에 측정하는 3축가속도계(Triaxial accelerometer), 고온용, 교정용(Calibration), 높은 충격용, 고감도형 등이 있다.
가속도계의 특성-감도, 질량, 동적범위
일반적으로 가속도계에서 제일 먼저 고려되어지는 특성은 감도(Sensitivity)이다. 가속도계가 받고 있는 가속도의 크기가 일정하다면, 가속도의 주파수가 달라져도 가속도계의 공진주파수(Resonance frequency) 보다 약간 낮은 주파수 범위까지의 넓은 범위에 걸쳐서 가속도계는 일정한 크기의 출력(Output)을 발생

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자연과학,   기속도계,   가속도계에관해서