스테인 게이지를 응용한 응력측정 및 레이저 변위 측정

본문내용

있는 센서를 말한다.
▶변위센서의 주된 종류
접촉식 : 자동 Trans, Potentiometer, Scale(전자유도식, 자기식, 광학식), Rotary Encoder
비접촉식접촉식 : 와전류식, 광학식(LED, Laser), 초음파식
▶레이져 변위계
(1) 레이져 변위계의 원리
레이저 정밀 계측 장비는 단파장 레이저의 간섭효과를 이용해서 물체의 거리 를 극도로 정밀하게 측정하도록 구성한 장비이다. 반도체 레이저에서 발생한 단파장 레이저는 계측대상의 표면에서 산란되거나 반사되는데, 반사되는 레이저 광선중에서 입사각과 동일한 각도로 반사되는 레이저광을 특수하게 고안된 반도체 광도파로내에서 원래의 광원과 간섭시켜 그 결과로 출력되는 레이저 광선의 강도를 전기 신호로 변환시켜 물체와 광원과의 거리를 알수있는 원리를 이용하여 초정밀 진동, 변위, 응력, 두께, 변위교정, 하드드라이브 진동 X-Y ,X-Y-Z 위치 측정등을 비접촉으로 측정할 수 있는 장비이다.
(2)특징
레이져 변위계를 이용한검출대상 물체는 투명체, 경면체를 제외한 모든 물체이고
응답속도가빠르고 정밀도가 높으며, 색에 따른 영향을 받는다. 또한 측정거리는
5000mm이내이고, 측정 point는 1mm정도다. 또한, 물과 기름에 약하다.
(3)응용
레이저의 특징은 가시광의 범위에 걸쳐 있으며 직진성을 가지고 간섭거리가 길고 지향성이 있으면 반사 굴절이 가능하여 분할 혼합이가능하고 광학의 기술을 그대로 이용할 수 있다.
(1) 레이저 초점기는 토목 건축에서 직진성을 이용해 야간에도 측정이 가능하게 한다.
(2) 레이저의 펄스 또는 연속파를 목표물에 투사하고 반사를 검출하는 반사형 방법에서 반사광의 간섭을 이용하여 Michelson의 방법으로 지각변동을 측정할 수 있다.
(3) 도플러 효과를 이용해 속도계측도 가능하다. 유체의 유속측정도 가능하다.
(4) Faraday 효과를 이용하여 매질을 광이 투과하면 편광면은 자계의 세기에 비례하여 회전하는 점에 주목하여 초고압 송전선의 전류를 레이저를 이용해 구할 수도 있다.
(5)광의 진폭과 위상을 동시에 사진기록하여 물체상을 재생하는 입체상을 만드는 Hologram도 가능하다.
3.휘트스톤 브릿지 사용목적
저항을 보다 정밀하게 측정하기 위해서 휘트스톤 브릿지를 사용한다. 이것은 알고 있는 저항을 이용하여 모르는 저항을 정밀하게 측정하는 장치이다.
위의 그림에서 R1와 R2는 이미 알고 있고, R3는 가변저항으로 값을 직접 읽을 수 있다고 하자. 여기서 R4가 측정하고자 하는 미지의 저항이라고 하자.
스위치 S를 닫은 후 가변저항 R3를 조절하여 검류계에 전류가 흐르지 않도록 한다. 그러면 c와d의 전위차가 같아지므로 I1R1=I2R2, I3R3=I4R4, I1=I3, I2=I4 이므로 R1R4=R2R3가 성립된다. 그러므로 미지의 저항 R4의 값을 알 수 있다.
4.더미게이지 사용목적
2선만을 사용하면 온도변화에 따른 와이어의 저항 변화가 바로 스트레인값에 포함되어 나타나지만 이웃하는 브릿지에 더미선을 사용하여 연결하면 온도변화에 따른 도선의 변화는 서로 상쇄된다.
4.고찰
1)오차의 발생이유
첫 번째실험인 스트레인게이지를 응용한 응력측정은 기계가 낙후해서 여러 가지 문제점들이 나타났다. 실험실위에 스트레인미터가 있었는데 약간의 진동해서 값이 크게 차이가 났다. 일부는 오차가 100%이상이 난 것도 있었는데 실험을 잘못해서 라기 보다는 기계 자체내의 오차, 그리고 온도나 전기파에 의해서 오차가 났을 것이다.
두 번째 시험인 레이져 변위계를 이용한 실험에서는 오차가 약 17.39%정도 나왔다. 이것또한 약간의 진동에 의해서라고 생각이 된다.

키워드

스트레인 그레이지,   변위계 ,   휘트스톤 브릿지 ,   더미게이지 ,   재료역학,   다이얼게이지,   응력측정