(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 신호 분석과 전기량 측정

소개글

(홍익대학교) 계측 및 신호처리 - 신호 분석과 전기량 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

신호 분석과 전기량 측정


1. 실험목적

2. 실험이론
① LabVIEW
② 퓨리에 급수 (Fourier Series)
③ RMS Value
④ 멀티테스터 (Multi-meter)
⑤ 함수발생기 (Function Generator)
⑥ 오실로스코프 (Oscilloscope)

3. 실험기구

4. 실험과정
① 함수 발생기로 100Hz, 2V sine 파 발생
② 함수 발생기에서 나온 전압과 주파수를 측정
③ 함수 발생기에서 나온 전압을 Multi-meter로 측정
④ 핸드폰 battery의 전압을 오실로스코프와 Multi-meter로 측정
⑤ DC전압발생기로 3V를 발생하고 오실로스코프, Multi-meter, 사람의 sensor로 측정

5. 참고문헌

6. 결과 및 고찰
① 실험결과
② 고찰
③ 신호 2개에 대한 Fourier 해석계산
④ Multi-Tester를 사용하여 주변 전압, 저항, 전류 측정

본문내용

약 3
오 차 (%)
1
0
→ 오차 계산
Multi-meter :
오실로스코프 :
② 고찰
이번 실험에서 측정한 값들을 제대로 이해하기 위해선 RMS Value에 대한 이해가 선행되어야 한다.그 이유는 Multi-Tester로 측정한 값이 값이 아닌 RMS Value 값이기 때문이다. RMS Value에 대한 내용은 위의 실험 이론에 있으며, 미적분을 통해 계산한 값이다. 계산을 해보면 Sine함수의 경우 를 로 나눠준 값임을 볼 수 있고, 삼각파는 으로 나눠준 것이며, 사각파의 경우에는 RMS Value와 가 같은 것을 볼 수 있었다. 이것을 통해 구한 와 오차는 다음과 같다.
Sine 파
삼각파
사각파
전 압 (V)
1.38
0.97
1.88
(V)
1.95
1.68
1.88
오 차 (%)
2.5
16
6
이 표(Multi-Tester로 측정한 표)를 보면, Sine파와 사각파는 비교적 적은 오차를 보인 반면에, 삼각파의 경우에는 16%의 큰 오차가 나오는 것을 볼 수 있었다. 다른 값들의 오차가 작은 것으로 보아(특히 DC 전압발생기로 3V를 발생시킨 후 Multi-Tester로 측정하였을 때 3.03V가 나온 것) 기계적 결함보다는 처음 보는 기계에 대한 미숙함 때문에 오차가 커졌다고 생각된다. 그렇기 때문에 실험의 반복을 통해 많은 횟수로 측정한다면 더욱 정확한 값을 얻을 수 있을 것이다.
핸드폰 battery의 전압 측정 결과를 보면, Multi-meter와 오실로스코프의 값은 거의 비슷한데 비해 핸드폰 battery에 쓰여 있는 값만 다르다는 것을 알 수 있다. 이것으로 보아 표기되어있는 전압 값이 잘못됐다는 것을 알 수 있었고, 이 실험 값은 배터리 잔량이 얼마나 남아있냐에 따라 조금씩 달라질 수 있다고 본다.
그리고 DC 전압 발생기로 전압을 만들고 그것을 측정한 것은 매우 정확한 값이 나왔으며, 이 값으로 보아 Multi-meter의 오차는 1% 정도라는 것을 알 수 있고, 이 정도의 오차는 무시할 수 있을 만큼 작으므로 Multi-meter는 비교적 정확한 측정기기라는 것을 알 수 있었다.
다음으로 실험을 통해 직류와 교류의 측정법이 다르다는 것을 알 수 있었다. 만약 핸드폰 battery(직류)의 전압 측정을 하는데 교류로 세팅을 하고 측정한다면, 값이 계속 변하여 이상하게 나오거나, 1로 나오게 된다.
이번 실험은 실험과정과 결과가 간단하였다. 그러나 이번 실험 고찰을 통해 알아보니 우리가 이용한 측정기들은 후에 기계들을 만드는데 많이 쓰이지는 않지만, 기계들의 전기적 특성이나 신호계측에 관한 것에는 유용하게 쓰일 것이라고 생각한다.
우리가 흔히 유체역학을 통해 접하는 유량 같은 경우에도, 신호 계측을 이용한 100여 가지(ex. 초음파유량계)가 넘는 계측기기로 측정한다는 것을 검색을 통해 알 수 있었다. 이런 것들로 보아 신호계측분야의 다양한 측면을 볼 수 있었으며, 기계공학과인 우리도 왜 전기적인 측정과 신호계측에 대해 배우는지에 대해 알 수 있었다.
③ 신호 2개에 대한 Fourier 해석계산
⒜ 사각파에 대한 Fourier 해석계산 ( 주기 = 0.1 )
사각파를 함수로 나타내면 다음과 같다.
이것은 기함수이므로 와 은 0이 되고, 의 값만 남게 된다.
을 계산하기 위해 식을 쓰면,
따라서 가 되고,
이므로 이 된다.
위에서 구한 의 값을 사용하여 를 나타내면
이 식을 가지고 매틀랩에 다음과 같이 입력하여 그래프를 Plot하였다.
- Command Window 창
x=[0:0.01:0.6];
>> y1=(4/pi)*sin(62.83*x);
>> y2=(4/pi)*(sin(62.83*x)+(1/3)*sin(3*62.83*x));
>> y3=(4/pi)*(sin(62.83*x)+(1/3)*sin(3*62.83*x)+(1/5)*sin(5*62.83*x));
>> y4=(4/pi)*(sin(62.83*x)+(1/3)*sin(3*62.83*x)+(1/5)*sin(5*62.83*x)+(1/7)*sin(7*62.83*x));
>> y5=(4/pi)*(sin(62.83*x)+(1/3)*sin(3*62.83*x)+(1/5)*sin(5*62.83*x)+(1/7)*sin(7*62.83*x)+(1/9)*sin(9*62.83*x));
>> plot(x,y1)
>> hold on
>> plot(x,y2,'r')
>> hold on
>> plot(x,y3,'y')
>> hold on
>> plot(x,y4,'g')
>> hold on
>> plot(x,y5,'k')
⒝ 삼각파에 대한 Fourier 해석계산 ( 주기 = 0.1 )
같은 방법으로 계산하면 삼각파의 Fourier 급수는 아래와 같다.
는 여전히 이다.
매틀랩에 다음과 같이 입력하여 삼각파의 그래프를 Plot하였다.
- Command Window 창
x=[0:0.01:0.6];
>> y1=(4/pi)*cos(62.83*x);
>> y2=(4/pi)*(cos(62.83*x)+(1/(3^2))*cos(3*62.83*x));
>> y3=(4/pi)*(cos(62.83*x)+(1/(3^2))*cos(3*62.83*x)+(1/(5^2))*cos(5*62.83*x));
>> y4=(4/pi)*(cos(62.83*x)+(1/(3^2))*cos(3*62.83*x)+(1/(5^2))*cos(5*62.83*x)+(1/(7^2))*cos(7*62.83*x));
>> y5=(4/pi)*(cos(62.83*x)+(1/(3^2))*cos(3*62.83*x)+(1/(5^2))*cos(5*62.83*x)+(1/(7^2))*cos(7*62.83*x)+(1/(9^2))*cos(9*62.83*x));
>> plot(x,y1)
>> hold on
>> plot(x,y2,'r')
>> hold on
>> plot(x,y3,'y')
>> hold on
>> plot(x,y4,'g')
>> hold on
>> plot(x,y5,'k')
④ Multi-Tester를 사용하여 주변 전압, 저항, 전류 측정
다리미
건전지
프린터
헤어드라이어
220V 콘센트
전 압 (V)
1.717
215.9
219.6
227
저 항 (Ω)
102.7

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