장거리 레이저 진동계를 이용한 교량 측정.

장거리 진동 센서.

장거리 진동 센서는 먼 거리, 안전 규정 또는 물리적 접근 제한 등으로 인해 센서를 직접 설치할 수 없는 경우에 사용됩니다. 이러한 상황에서 비접촉식 진동 측정은 수 미터에서 수백 미터 떨어진 거리에서도 신뢰할 수 있는 데이터 수집을 가능하게 합니다.

대표적인 적용 분야로는 대형 인프라, 출입 제한 구역 또는 센서를 설치할 수 없는 가동 중인 기계처럼 안전한 원격 측정 구성이 필요한 환경이 있습니다.

장거리 진동 측정

장거리 진동 측정은 측정 시스템에서 멀리 떨어진 대상의 기계적 진동을 감지하는 방식입니다. 이 용어는 흔히 기존 접촉식 센서와 연관되지만, 먼 거리에서 진동을 측정해야 한다는 본질적인 요구로 인해 비접촉 기술이 점차 주목받고 있습니다.

가속도 센서, 스트레인 게이지, 속도 센서와 같은 기존 진동 센서는 측정 지점에 직접 부착해야 합니다. 이러한 센서는 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하지만, 사용하려면 구조물에 직접 접근할 수 있어야 합니다. 측정 거리가 수십 미터 또는 수백 미터에 이르면 이러한 요구 사항이 결정적인 제약 요인이 됩니다.

비접촉 측정 시스템, 특히 레이저 기반 시스템은 이러한 한계를 극복합니다. 대상 표면에 레이저 빔을 조사하고 구조물에 접촉하지 않은 채 진동을 광학적으로 감지합니다. 따라서 기존 센서로는 측정이 비현실적이거나 불가능한 거리에서도 측정할 수 있습니다.

접촉식 센서

  • 물리적 부착 필요
  • 데이터 수집 장치(DAQ)까지 케이블 연결 필요
  • 구조물에 질량 부하 추가
  • 장착 지점에 접근 필요

비접촉식(레이저)

  • 장착 불필요 – 레이저 빔이 센서를 대체
  • 측정 지점까지 케이블 연결 불필요
  • 질량 부하 없음
  • 안전거리에서 측정

장거리 측정을 위한 레이저 도플러 진동 측정 기술

레이저 도플러 진동 측정(LDV)은 수 밀리미터에서 수백 미터에 이르는 거리에서 표면 진동을 감지하는 광학식 비접촉 측정 원리입니다.

레이저 도플러 진동계는 시험체 표면에 레이저 빔을 조사합니다. 표면이 진동하여 장비 쪽으로 가까워지거나 장비에서 멀어지면 반사광의 주파수가 표면 속도에 비례해 변합니다. 이것이 빛에 적용되는 도플러 효과입니다.

진동계는 이러한 주파수 변화를 간섭계 방식으로 감지하여 속도, 변위 및 가속도 신호로 변환합니다. 측정은 완전한 광학 방식으로 이루어집니다. 구조물에 센서를 장착하거나 측정 지점까지 케이블을 설치할 필요가 없으며, 대상의 진동 거동에도 전혀 영향을 주지 않습니다.

교량 진동 측정

1550 nm 단파 적외선(SWIR) 영역에서 작동하는 최신 레이저 진동계는 300 m가 넘는 거리에서도 측정할 수 있습니다.

장거리 진동 측정의 대표적인 적용 분야

  • 장거리 측정, 예: 교량, 건물 또는 지지 구조물과 같은 대형 구조물
  • 제한적인 물리적 접근 크기, 형상 또는 운용 조건으로 인해 시험체에 대한 접근이 제한되는 경우
  • 안전이 중요한 환경, 방폭 위험 구역, 고전압 구역 또는 고온 구역 포함
  • 고온 상태이거나 움직이거나 가동 중인 구조물, 예: 고온 배관 또는 회전 기계
  • 거칠거나 오염된 표면, 광산이나 중장비 환경처럼 센서를 안정적으로 장착할 수 없는 경우
  • 계측 장비를 부착할 수 없는 대상, 비침습적 측정이 필요한 역사적 건축물 또는 보호 구조물 등

기존 진동 센서가 한계에 직면하는 이유

접촉식 진동 센서는 다양한 측정 환경에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 장거리 측정 분야에서는 다음과 같은 실질적인 제약이 따릅니다.

  • 배선 및 설치 부담: 각 접촉식 센서에는 신호 케이블과 전원 공급 장치가 필요하며, 추가적인 신호 처리 장치가 필요한 경우도 많습니다. 장거리에서는 배선이 비용과 설치·운용 측면에서 중요한 부담 요인이 됩니다.
  • 위치 변경 및 반복 설치: 대형 구조물에서 여러 측정 지점이 필요한 경우, 각 지점마다 센서를 별도로 설치해야 합니다. 위치를 옮길 때마다 전체 장착 및 교정 과정을 다시 수행해야 합니다.
  • 복잡한 문제 해결: 신호 품질이 저하되거나 채널에 장애가 발생하면, 연결 지점이 여러 곳인 긴 케이블 배선에서는 원인을 파악하는 데 많은 시간이 소요됩니다. 문제의 원인은 센서, 케이블, 커넥터 또는 장착 상태 자체일 수 있습니다.
  • 접근성 및 안전 요건: 교량, 타워 또는 고층 건물에 센서를 장착하려면 현장에 직접 접근해야 하며, 이를 위해 비계, 등반 장비 또는 고소 작업대가 필요한 경우가 많습니다. 고전압 설비 인근이나 출입 제한 구역에서는 센서를 안전하게 설치하는 것이 아예 불가능할 수도 있습니다.

Optomet의 장거리 진동 측정 솔루션

Optomet은 비접촉식 진동 측정을 위한 레이저 도플러 진동계를 개발하고 제조합니다. 제품군은 연구, 개발 및 산업 시험용 단일 지점, 스캐닝 및 다채널 시스템으로 구성됩니다.

Optomet은 장거리 진동 측정을 위해 CLASSIC Nova 시리즈의 전용 시스템 구성인 Nova-Xtra를 제공합니다.

장거리 측정을 위한 NOVA Xtra 대물렌즈.

Nova-Xtra: 장거리 측정용 레이저 진동계

Optomet Nova-Xtra는 Nova 시리즈의 확장 모델로, 300 m가 넘는 거리에서 진동을 측정할 수 있도록 개발되었습니다. 비가시 SWIR 레이저(1550 nm)를 사용해 어둡고 거친 표면에서도 향상된 후방 산란 특성을 제공하며 주변광에 대한 민감도를 낮춥니다.

주요 특징:

  • 2,49 m에서 300 m 이상까지의 작동 거리
  • DC~25 MHz의 주파수 대역폭
  • 측정 항목: 속도, 변위 및 가속도
  • 장거리에서 신호 수집 성능을 높이는 대구경 전면 광학계
  • 적외선 레이저 스폿을 시각화하는 옵션형 SWIR 카메라
  • 3× 아날로그 출력 및 디지털 인터페이스(1 Gbit Ethernet)

Nova-Xtra는 교량, 타워, 고층 건물 및 대형 산업 설비의 구조 동역학적 진동 분석을 위해 설계되었으며, 원거리 비접촉식 측정이 필요한 모든 환경에 적합합니다.

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연구, 개발, 산업 현장의 진동 측정 – Optomet이 고객의 요구에 맞는 솔루션을 제공합니다.

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