사인파의 구성

파형 소개는 거의 항상 사인으로 시작됩니다. 그래프에서 사인파의 꾸준한 진동은 친숙한 파도 모양을 만듭니다. 모든 파형이 사인파만큼 예측 가능한 것은 아니지만 더 복잡한 파형으로 넘어가기 전에 사인을 이해하는 것이 도움이 됩니다.

기본 측정

파동의 구성은 사인파의 고정 패턴에서 가장 쉽게 식별할 수 있습니다. 사인파의 네 가지 기본 측정은 주기, 주파수, 진폭 및 위상입니다. 이러한 측정값은 그림 1에 나와 있으며 아래에서 더 자세히 설명합니다.

주기

사인파는 더 작고 반복적인 패턴으로 구성됩니다. 사이클은 이 패턴의 한 번의 반복을 나타냅니다. 주기는 0, 최고점 또는 최저점에서 시작할 수 있습니다. 사이클의 거리는 파장(λ)입니다.

주파수

주파수는 1초에 발생하는 파동 주기의 수를 측정합니다. 주파수의 단위는 헤르츠(Hz)입니다.

진폭

진폭은 파동의 크기 또는 크기를 나타냅니다. 보다 정확하게는 정지 위치에서 파도의 높이입니다. 이 경우, "높이"는 단지 위쪽이 아니며 진폭은 마루 또는 골에서 측정될 수 있습니다. 진동 시험에서 진폭 측정은 일반적으로 가속도(G)입니다.

단계

위상은 단일 파동주기 내의 단일 지점을 말하며, 두 개 이상의 사인파를 비교할 때 가장 중요합니다. 동일한 주파수를 갖는 두 파동이 완벽하게 정렬되면 위상차가 0이고 "동위상"이라고 합니다. 주파수는 동일하지만 주기가 다른 사인파는 "위상이 다릅니다."

주기적인 사인파의 전체 주기는 360도 값을 갖습니다. 따라서 위상은 0도에서 360도까지 측정될 수 있습니다. 이 측정은 순수 사인 톤의 삼각 함수에서 파생됩니다(식 1).

(1)

수식 1

가속도, 속도 및 변위

사인파는 움직이지 않으며 움직임 측정은 진동 시험에 중요합니다. 시험 엔지니어는 제어된 진동에 제품을 노출시키고 분석을 위해 해당 반응을 기록합니다. 응답은 시험 엔지니어에게 제품의 구조, 안전성 및 수명에 대한 정보를 제공합니다.

변위, 속도 및 가속도는 파형 동작의 가장 일반적인 측정값 중 일부입니다.

설명

변위: 물체가 이동한 거리를 미터(m) 또는 인치(in)와 같은 길이 단위로 표시합니다.

속도: 지속 시간을 고려하여 물체의 변위를 측정합니다. 속도와 달리 속도는 방향 변화율입니다. 속도는 길이 단위를 시간 단위로 나눈 값(예: 초당 미터(m/s) 또는 초당 인치(in/s))으로 표시됩니다.

정의된 거리에 걸쳐 파도의 속도가 증가하거나 감소할 수 있습니다. 가속 는 단위 시간당 속도 변화율입니다. 가속도는 속도 단위를 초당 미터(m/s)와 같은 시간 단위로 나눈 값으로 표현됩니다.²) 힘에 따라 증가하거나 감소할 수 있습니다.

예를 들어, 선수가 야구 방망이로 공을 쳤을 때, 공의 가속도는 한 방향으로 증가합니다. 다른 플레이어가 공을 잡으면 가속도는 거의 즉시 0으로 감소합니다.

힘과 질량

물체가 힘을 받으면 가속됩니다. 뉴턴의 운동 제2법칙에 따르면 힘은 질량 곱하기 가속도와 같습니다. 힘은 킬로그램 시간 미터/초/초(kg*m/s)로 표현될 수 있습니다.²). 힘의 단위는 뉴턴(미터법) 또는 파운드(미국)입니다.

사인 진동과 랜덤 진동

사인파를 측정하는 매개변수는 랜덤 진동에도 적용됩니다. 사인파는 반복적이고 예측 가능하지만 실제 진동은 그렇지 않습니다. 따라서 랜덤 진동은 작동 환경을 더 잘 표현합니다.

그래도 사인 시험은 시험 중인 장치의 자연 진동을 확인하는 데 유용합니다. 장치는 고유(또는 공진) 주파수에서 가장 높은 진폭으로 진동합니다. 이러한 주파수 값은 엔지니어가 잠재적인 손상 영역을 파악하는 데 도움이 됩니다.

랜덤 시험

엔지니어는 랜덤 시험을 통해 장치가 현실 세계에서 접할 수 있는 진동을 재현합니다. 주파수가 개별적으로 여기되는 사인 시험과 비교할 때, 랜덤 진동 시험은 정의된 시간에 스펙트럼의 모든 주파수를 여기할 수 있습니다.

랜덤 시험은 외부 진동이나 여러 공진 주파수의 동시 여기로 인해 제품이 고장나는 데 종종 사용됩니다.