제진의 원리
제진 시스템의 기본 원리와 이론 및 응용 분야.
진동 (Vibration)
진동은 평형점 주위의 기계적 운동입니다. 다시 말해, 동적 외력이 구조물이나 바닥에 가해져 일정 시간 간격 후에 반복되는 진동 운동을 일으키는 기계적 현상입니다. 진동원 중 저주파 진동은 일상 활동 중에는 감지되지 않지만, 반도체, 디스플레이, 전자현미경, 생명과학, 광학 분야의 진동에 민감한 계측 장비에 악영향을 미칩니다.
진동의 분류
주기적 노이즈는 주어진 시간에 진동 시스템에 작용하는 가진의 알려진 크기로 정의됩니다. 일반적으로 회전 기계에 의해 발생합니다. 무작위 노이즈는 풍속, 도로 거칠기, 보행 및 차량 통행, 다양한 활동 중 지반 운동과 같은 예측할 수 없는 가진에 의해 발생합니다.
주기적 노이즈
무작위 노이즈
진동의 측정 단위
진동은 변위, 속도, 가속도 단위로 측정할 수 있습니다. 위상의 차이를 제외하면, 진동을 표현하는 데 사용되는 세 가지 측정 단위 중 어느 것을 사용하든 진동의 형태와 주파수는 동일합니다. 정현파 신호에서 변위, 속도, 가속도 진폭은 주파수와 시간의 함수로 수학적으로 관련되어 있습니다.
| 측정 | 기본 단위 | 일반 단위 | |
|---|---|---|---|
| 변위 | cm | 1㎛ = 10⁻³mm = 10⁻⁴cm | 1mm = 10⁻¹cm = 10⁻³m |
| 속도 | cm/sec | 1m/sec = 10²cm/sec = 10³mm/sec | |
| 가속도 | cm/s²(Gal) | 1g = 980 cm/sec² | 1m/sec² = 10²cm/sec² |
변위, 속도, 가속도의 관계
진동원
- 지반 진동
- 음향 노이즈
- 제진 플랫폼에 설치된 페이로드에 직접 가해지는 힘
- 지반(지진) 진동은 바닥에 진동을 일으키는 모든 요인을 나타냅니다. 보행 및 차량 통행, 건물에 부는 바람, HVAC 시스템 등이 포함됩니다.
- 음향 노이즈는 HVAC 환기에 의해 발생하는 공기 흐름입니다.
- 직접력은 장비를 연결하는 케이블과 전동 리니어 스테이지를 포함하여 제진 플랫폼의 페이로드에 직접 가해지는 힘입니다.
주파수
주파수는 1초 동안 반복 운동 주기의 이벤트 수로 정의되며 헤르츠(Hz)로 측정됩니다.
1 Hz
3 Hz
1000 Hz
고유 주파수
고유 주파수는 시스템이 외력에 의해 방해받지 않을 때 공진하거나 진동하는 주파수입니다. 높은 강성과 낮은 질량은 높은 고유 주파수를 나타내고, 낮은 강성과 높은 질량은 낮은 고유 주파수를 나타냅니다.
강제 주파수
물체에 외력이 가해지면 진동이 발생하고, 그 외력의 주파수를 강제 주파수라고 합니다. 강제 주파수가 제진 시스템의 고유 주파수와 일치하면 진동 진폭이 최대가 되는데, 이를 공진이라고 합니다.
공진
강제 주파수가 시스템의 고유 주파수와 일치하면 공진이 발생하여 큰 진동이 발생합니다. 응답 진폭이 상대적으로 최대인 주파수를 공진 주파수라고 합니다.
진동 진폭 측정 (진동 레벨 정량화)
변위, 속도 또는 가속도의 0값(정지값)에서의 크기를 진폭이라고 합니다. 진동의 진폭은 피크-투-피크, 피크, 제곱평균제곱근(RMS)으로 표현할 수 있습니다.
Peak
피크값은 평형점에서 진동 진폭의 최대 이탈만을 나타내며, 파형의 시간 이력은 고려하지 않습니다.
Peak-to-Peak
피크-투-피크값은 음의 피크에서 양의 피크까지의 거리를 나타냅니다.
Root Mean Square (RMS)
RMS 값은 진동 진폭의 제곱값 평균의 제곱근을 나타냅니다. RMS 값은 파형의 시간 이력을 고려하고 에너지 함량과 직접 관련된 진폭값을 제공합니다. 정현파의 RMS 값은 피크 진폭의 0.707배이며, RMS 값은 진동 에너지를 나타내는 정현파 곡선 아래 면적에 비례합니다. RMS 값은 전 세계적으로 환경 진동 표준으로 널리 인정되는 국제표준화기구(ISO)의 진동 기준 곡선에 사용됩니다.
Average
평균값은 시간에 따른 진동의 평균 변화를 나타냅니다. 그러나 평균값은 유용한 물리적 양과 직접적인 관계가 없기 때문에 실용적 관심이 제한적입니다.
제진
제진은 물체를 진동원으로부터 격리하는 과정으로 정의됩니다. 제진 이론은 시스템의 고유 주파수를 강제 주파수보다 낮게 만들고 시스템의 고유 주파수에서 공진을 억제하는 것입니다. 기술이 발전함에 따라 진동에 민감한 계측 장비를 진동으로부터 격리하는 제진 기술이 필수적으로 요구됩니다.
전달률(T)은 제진 플랫폼에 전달된 진동의 진폭과 가진 진동의 진폭 비율을 나타냅니다. 제진 효율은 고유 주파수가 낮을수록 향상되며, T 값이 낮을수록 제진 성능이 좋습니다.
주파수 비율(0 < 주파수 비율 < 1.414)에서 T는 모든 감쇠비(ζ) 값에 대해 1보다 크며, 이는 진동 증폭 및 전달을 나타내고 댐퍼가 진동 증폭을 줄이는 데 도움이 됩니다. 주파수 비율이 1일 때 진동 진폭이 최대화(공진)되고, 증폭된 T 값은 감쇠비에 따라 최소화됩니다.
