DAQ 디바이스에 가속도계 연결하기

이 섹션에 포함된 내용

시작하기 전의 주의사항

본 문서에서는 가속도계 측정을 위해 NI DAQ 디바이스를 설정하고 연결하는 방법을 단계별로 설명합니다. NI DAQ 하드웨어 사용을 시작하기 전에 반드시 어플리케이션 개발 환경과 NI-DAQmx 드라이버 소프트웨어를 설치해야 합니다. 더 자세한 정보는 LabVIEW 및 NI-DAQmx 설치하기 문서를 참조하십시오.

가속도 측정의 기본사항

가속도를 전압으로 표현하는 센서인 가속도계를 사용하여 NI 다이나믹 신호 수집 (DSA) 디바이스로 가속도를 측정할 수 있습니다. 가속도계는 범위, 주파수 응답, 센서의 감도로 표시됩니다. 가속도계는 축 타입에 따라 두 가지 종류가 있습니다. 가장 일반적인 방식은 하나의 축만을 사용하여 가속도를 측정하는 방식입니다. 이러한 타입의 가속도계는 기계적인 진동 레벨을 측정할 때 자주 사용됩니다. 두 번째 타입의 가속도계는 세 개의 축을 사용하는 방식입니다. 이 가속도계는 가속도의 3D 벡터를 직교 성분 (orthogonal components)의 형태로 생성합니다. 평행, 수직, 회전 등의 진동 타입 또는 가속 방향을 결정해야 할 때 이 타입을 사용할 수 있습니다. 두 타입의 가속도계 모두 수동 센서 또는 능동 센서가 될 수 있습니다.

또한 위의 두 가속도계 타입 모두, 양쪽 도선이 케이스에서 절연되거나 한쪽 도선이 케이스에 접지된 형태를 갖고 있습니다. 일부 가속도계는 압전(piezoelectric) 효과에 기반하여 전압을 생성합니다. 이러한 타입의 센서로 가속을 측정하려면, 센서가 전하감도증폭기(CSA, charge-sensitive amplifier)에 연결되어 있어야 합니다.

일부 다른 가속도계에는 전하감도증폭기가 내장되어 있는 경우도 있습니다. 증폭기는 정전류(constant current) 소스를 받으며, 압전 수정(piezoelectric crystal)의 전하 변동에 따라 임피던스가 달라집니다. 이러한 임피던스의 변화가 가속도계의 입력 전압 변화로 나타납니다. 그러므로 가속도계는 센서 구동 (또는 전류)과 신호 출력(또는 전압)을 위해 축 하나에 와이어 두 개를 사용합니다. 이러한 타입의 가속도계를 위한 계측에는 정전류 소스 및 계측 또는 차동 증폭기가 있습니다. 전류 소스는 센서의 내장 증폭기를 구동하며 인스트루멘테이션 증폭기는 센서의 양 끝 사이의 전압 포텐셜을 측정합니다.

아날로그 입력 채널 설정

NI DSA 디바이스는 아날로그 입력을 위한 두 개의 터미널 설정 즉, 차동과 유사 차동 중 하나 또는 두 개 모두를 지원합니다. 유사 차동은 외부 커넥터 쉘과 시스템 그라운드 사이의 50 Ω 및 1 kΩ 저항을 의미합니다.

신호 소스 또는 측정 대상 장비 (DUT) 입력이 플로팅이면 유사 차동 설정을 사용하십시오. 반드시 플로팅 신호에 대한 접지 참조가 제공되어야 합니다. 사용자가 접지 참조 포인트를 제공하지 않은 경우, 출력 또는 입력이 디바이스 공통 모드 범위 밖으로 벗어날 수 있습니다.

그림 1. 플로팅 신호 소스 연결하기

신호 소스가 접지되어 있는 경우 차동 또는 유사 차동 설정을 사용하십시오. 차동 또는 유사 차동 설정을 적절하게 선택하여 각 채널에 대한 단 하나의 접지 참조 포인트를 제공하십시오. 두 개의 접지 참조 포인트를 제공하는 경우, 예를 들어 접지된 가속도계 또는 증폭기에서 유사 차동 모드를 선택하는 경우, 접지 포텐셜 차이는 접지 시스템의 전류를 유발하며 이는 측정 에러를 유발할 수 있습니다. 신호 접지에서 50 Ω 및 1 kΩ 저항은 이 전류를 무시할 수 있는 정도로 충분히 감소시키지만, 시스템 셋업에 따라 결과는 다를 수 있습니다.

그림 2. 접지된 신호 소스 연결하기

신호 소스 참조 또는 측정 대상 장비(DUT) 설정에 기반하여 채널을 설정합니다. 테이블 1을 참조하여 채널 설정 방법을 결정하십시오.

소스 참조

채널 설정

플로팅

유사 차동

접지됨

차동 또는 유사 차동

테이블 1. 아날로그 입력 채널 설정

일부 디바이스는 전원이 켜져 있거나 꺼져 있을 때 자동으로 차동 모드로 설정됩니다. 이 설정은 (-) 핀에서 50 Ω 저항을 보호합니다.

입력 커플링

각 NI DSA 디바이스 아날로그 입력 (AI) 채널을 AC 또는 DC 커플링으로 설정할 수 있습니다. DC 커플링을 선택하면, 소스 신호의 모든 DC 오프셋은 아날로그-디지털 변환기 (ADC)로 전달됩니다. 신호 소스의 오프셋 전압이 작거나 수집한 신호의 DC 내용이 중요한 경우, DC 커플링으로 설정하는 것이 가장 좋습니다. 소스에서 불필요한 오프셋의 양이 많은 경우, AC 커플링을 선택하여 입력 다이나믹 범위를 활용해야 합니다

AC 커플링을 선택하면 양 (+)과 음 (-)의 신호 경로에 대해 고역 통과 주파수를 가진 저항 축전기 (RC) 필터가 활성화됩니다. 참고로 NI-DAQmx는 DC에서 AC 커플링으로 전환할 때 RC 필터에 의해 발생한 안정 시간을 보상하지 않습니다. 필터 안정 시간을 보상하기 위해, 안정 시간 동안 수집한 샘플을 버리거나 측정을 다시 시작하기 전에 지연을 강제로 적용할 수 있습니다.

AC 커플링을 사용하면 AI 회로의 낮은 주파수 영역에서 응답이 감쇠됩니다. 각 디바이스의 컷오프 주파수에 대한 정보는 디바이스 스펙을 참조하십시오.

IEPE

IEPE 가속도를 DSA 디바이스의 구동이 필요한 AI 채널에 연결하는 경우, 필요한 전류를 생성하려면 반드시 해당 채널에 대한 IEPE 구동 회로를 활성화해야 합니다. 모든 DSA 채널에서 채널당 IEPE 신호 컨디셔닝을 독립적으로 설정할 수 있습니다.

IEPE 신호 컨디셔닝이 활성화되면 구동 전류와 센서 임피던스의 곱에 해당하는 DC 오프셋이 생성됩니다. 불필요한 오프셋을 제거하려면 AC 커플링을 활성화해야 합니다. 오프셋이 채널의 전압 범위보다 크지 않은 경우에만 IEPE 구동과 같이 DC 커플링을 사용하십시오.

일반적인 IEPE 구동 값은 2.1 mA, 4 mA 및 10 mA입니다. 각 디바이스에 대해 지원되는 IEPE 전류값 목록은 디바이스 스펙을 참조하십시오.

TEDS (Transducer Electronic Data Sheets)

TEDS 성능 센서는 파라미터 및 센서 정보 표를 저장하는 내장된 자체 인식 EEPROM을 보유합니다. TEDS에는 교정, 감도 및 제조업체 정보와 같은 정보가 들어 있습니다. TEDS 센서에는 두 가지 작동 모드가 있습니다. 아날로그 모드는 센서가 물리적인 현상을 측정하는 트랜스듀서로 작동하도록 하는 모드이며, 디지털 모드는 사용자가 TEDS에서 정보를 읽고 쓸 수 있도록 하는 모드입니다. 여러 DSA 디바이스는 추가 하드웨어 없이 Class I TEDS 센서를 지원합니다. 일부 디바이스는 Class I TEDS 센서에서 EEPROM과 디지털 통신하기 위해 BNC-2096과 같은 액세서리가 필요합니다.

필드 와이어링 및 노이즈 고려사항

DSA 디바이스에는 일반적으로 110 dB 이상의 다이나믹 영역이 있습니다. 주변 전자 디바이스의 노이즈 등과 같은 여러 가지 요소는 입력 채널의 노이즈 성능을 저하시킬 수 있습니다. DSA 디바이스는 플러그인 디바이스, 전원 공급, 디스크 드라이브, 컴퓨터 모니터 등에서 멀리 떨어질수록 더욱 잘 작동합니다. 케이블 연결 또한 매우 중요합니다. 모든 연결에 쉴드가 잘 된 동축 케이블 또는 플로팅 케이블을 사용하십시오. 컴퓨터 모니터, 스위칭 전원 공급, 형광등과 같은 방해가 되는 요소로부터 떨어져서 케이블을 연결하십시오. 물리적인 움직임이나 변형은 민감한 아날로그 케이블에 노이즈를 유발할 수 있습니다. 낮은 출력 임피던스가 있는 트랜스듀서를 사용하여 외부 노이즈 소스와 크로스토크에 대한 영향을 최소화할 수 있습니다.

앨리어스 제거 필터의 효율성을 극대화하기 위해 샘플 속도를 적절히 선택하면 측정에 대한 노이즈 효과를 줄일 수 있습니다. 예를 들어, 컴퓨터 모니터의 노이즈는 15 kHz~65 kHz 사이의 주파수에서 발생합니다. 예를 들어 얻으려는 신호가 10 kHz이하로 제한된다면, 앨리어스 제거 필터는 관심 주파수 대역 외에 있는 모니터 노이즈를 제거하며, 샘플링 속도가 최소 21.6 kS/s이면 관심 10 kHz 대역폭의 모든 신호가 앨리어싱 없이 디지털 필터에 의해 감쇠되지 않고 수집됩니다.

가능한 경우, 섀시의 접지 전류에 의해 생성된 노이즈 및 공통 모드 노이즈에 대한 효과를 최소화하기 위해 차동 설정을 사용하십시오. AC 전원이 유독 소음이 심한 경우, 라인 컨디셔너 또는 무정전 전원 공급과 같은 외부 필터링 사용을 권장합니다.

더욱 자세한 정보는 "Field Wiring and Noise Considerations for Analog Signals" 백서를 참조하십시오.

DAQ 디바이스 핀출력 확인하기

신호를 연결하기 전에 디바이스 핀출력을 찾습니다.

  1. Measurement & Automation Explorer (MAX)를 열고 디바이스와 인터페이스를 확장합니다.
  2. 디바이스 이름에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭한 후 디바이스 핀출력을 선택합니다.

그림 3. 디바이스 터미널 도움말

가속도계 측정 설정하기

MAX를 사용하여 측정 시스템 셋업의 정확도를 신속하게 검증할 수 있습니다. NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 사용하여 별도의 프로그래밍 없이 가속도계 측정을 설정할 수 있습니다. 버추얼 채널은 이름, 물리적 채널, 터미널 연결, 측정 또는 생성의 타입, 스케일 정보 등을 포함하는 디바이스 속성 설정의 모음을 표현할 때 사용되는 NI-DAQmx 드라이버 아키텍처의 개념입니다.

다음 단계를 따라 시작하십시오.

  1. MAX가 열린 상태에서, 채널 및 태스크 관리를 선택하고 새로 생성을 클릭합니다.
  2. NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 선택하고 다음을 클릭합니다.
  3. 신호 수집≫아날로그 입력≫가속도를 선택합니다.

그림 4. NI-DAQmx 버추얼 채널 생성하기

  1. ai0 또는 가속도계 연결에 사용하려는 물리적 채널을 선택합니다. 물리적 채널은 아날로그나 디지털 신호를 측정하거나 생성할 수 있는 터미널 또는 핀입니다.

그림 5. 디바이스의 물리적 채널

  1. 다음을 클릭하고 글로벌 버추얼 채널의 이름을 입력하거나 기본값을 그대로 둡니다.
  2. 종료를 클릭하면 MAX에서 다음의 화면을 볼 수 있게 됩니다.

그림 6. MAX에서 가속도 채널 설정하기

  1. 설정 탭에서 가속도계에서 읽을 수 있을 것이라고 기대하는 최소 가속도값과 최대 값을 (기본값: -5g ~ 5g) 입력합니다.
  2. 센서의 감도 값을 입력합니다. 이 값은 사용자가 감도 단위에 지정한 단위로 나타납니다. 이 값을 결정하려면 센서 문서를 참조하십시오.
  3. 구동 소스 (전류 구동 소스)를 선택합니다.
    1. 외부―디바이스의 내장 구동 소스 이외의 모든 구동 소스입니다.
    2. 내부―디바이스에 내장된 구동 소스를 사용합니다.
    3. 없음―버추얼 채널에 구동을 전달하지 않습니다.
  4. 구동값 (전류 구동 값 (A))을 지정합니다.
  5. 터미널 설정을 선택합니다. 터미널 설정은 버추얼 채널에서 사용된 접지 모드를 지정합니다. 디바이스에 따라 차동 또는 유사 차동 중 선택할 수 있습니다. (위 참조)
  6. dB 참조값을 입력합니다. 이 값은 데시벨로 계산될 때 사용되는 참조값입니다. dB 참조는 선택한 공학 단위로 표현됩니다.
  7. 디바이스 탭을 클릭하고 커플링 모드 (AC 또는 DC)를 선택합니다.

가속도계를 디바이스에 연결하기

다음 단계는 가속도계를 DSA 디바이스에 물리적으로 연결하는 것입니다. NI DSA 디바이스는 BNC 또는 SMB 커넥터를 사용합니다. 커넥터의 가운데에 있는 핀인 AI+는 활성화 상태일 때 DC 구동과 양극 입력 신호 연결을 제공합니다. 커넥터의 쉘인 AI-는 구동 반환 경로와 AC 신호 접지 참조를 제공합니다. 접지 노이즈를 최소화하려면 DSA 디바이스의 커넥터의 금속 겉부분이 서로 닿거나 섀시/컴퓨터에 닿지 않도록 하십시오.

연결 다이어그램은 위의 그림 1과 그림 2를 참조하십시오.

신호 테스트하기

NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 사용하면 측정을 미리 확인할 수 있습니다.

  1. MAX가 열려 있는 상태에서, NI-DAQmx 글로벌 채널 탭에서 뒤로 버튼을 클릭한 후 실행 버튼을 클릭하여 화면의 위쪽에 디스플레이되는 가속도 측정값을 확인합니다.

그림 7. MAX에서 가속도 측정 미리 보기

신호를 표로 확인하거나 디스플레이 타입 드롭다운에서 그래프를 선택하여 그래프로 확인할 수도 있습니다. 또한 미래에 설정 화면을 참조하고자 하는 경우 NI-DAQmx 글로벌 버추얼 채널을 저장하는 옵션도 있습니다.

이전 하드웨어 연결 및 설정하기
LabVIEW 입문 다음