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신호 분석기란?

신호 분석기는 복잡한 변조가 있는 신호도 검출할 수 있는 신호 측정, 평가, 분석 장비입니다.

측정기 전체 주파수 범위에서 들어오는 신호의 진폭 대 주파수 측정과 알려진 또는 알려지지 않은 신호의 스펙트럼 강도를 측정할 수 있습니다. 또한, 측정기의 중간 주파수(IF) 대역폭 내 단일 주파수에서 입력 신호의 진폭과 위상을 측정할 수 있습니다.

신호 분석기는 주파수 영역의 스펙트럼 측정뿐만 아니라 고급 시간 영역 분석도 가능합니다. 휴대폰과 같이 복잡한 디지털 변조 신호의 변조 품질을 고도의 신호 분석 처리를 통해 분석할 수 있는 측정기입니다.

신호 분석기의 사용 용도

신호 분석기는 주파수의 스펙트럼 분석, 시간 기반의 신호 분석, 변조 신호 품질 평가 등에 사용됩니다.

1. 주파수 스펙트럼 분석

신호 분석기는 주파수의 스펙트럼 분석에 사용됩니다. 특히 디지털 변조 파형의 신호 왜곡을 표현하는 ACLR(인접 채널 누설 전력) 등의 평가에 효과적입니다.

용도로는 디지털 무선 시스템의 단말기와 송신기 등 RF 특성 시험이 있습니다. 구체적으로 반송파 주파수, 채널 대역폭, 채널 전력, 점유 대역폭, 인접 채널 누설 전력비 등이 있습니다.

또한, 슈퍼 헤테로다인 방식 스펙트럼 분석기의 큰 특징인 RF 대역부터 마이크로파 대역에 걸친 광대역 주파수 범위의 스퓨리어스, 고조파까지 측정할 수 있습니다.

2. 시간 기반 신호 분석

신호 분석기는 시간 기반 신호 분석에도 사용됩니다. 입력된 RF 신호를 디지털 IQ 데이터 형식으로 변환하여 고속 디지털 처리가 가능합니다.

따라서 변조파 등의 신호에 대해 시간을 기반으로 한 다면적인 분석이 가능하며, 5G 변조 시 Slot별 PvT(PowerVs Time) 파형 등의 분석에 효과적입니다.

3. 디지털 변조 신호의 변조 품질

신호 분석기는 이동통신 분야에서 익숙한 변조 정확도 EVM 평가 및 CCDF(Complementary Cumulative Distribution Function) 평가 분석 등에도 사용됩니다.

통신 방식을 취하는 디지털 변조 신호는 스펙트럼 특성 외에도 안정적인 통신 상태를 유지하기 위해 변조 품질을 측정해야 합니다. 이러한 점에서 신호 분석기는 각종 벡터 분석 어플리케이션과 결합하여 디지털 변조 신호의 변조 품질도 측정할 수 있습니다.

신호 분석기의 원리

신호 분석기는 측정 신호의 주파수를 변환한 상태로 일정 시간 동안 메모리에 저장합니다. 그리고 ‘디지털화하여 저장’, ‘주파수 변환’, ‘스펙트럼 등으로 변환’의 단계를 거쳐 분석 결과를 얻습니다. .

신호 분석기는 먼저 입력부에 들어온 측정 신호를 주파수 변환부에서 중간 주파수(IF)로 변환합니다. 다음으로 IF로 변환한 측정 신호를 디지털 데이터로 변환합니다. 그리고 디지털화된 시계열 파형 데이터를 즉시 내부 메모리에 저장합니다. 이 데이터는 별도로 하드디스크에 저장할 수도 있습니다.

엔코더란?

엔코더(영어: Encoder)는 위치의 변화를 전기 신호로 변환하여 출력하는 장치입니다.

측정하는 위치의 대상은 회전각과 직선 변위이며, 회전각을 측정하는 엔코더는 로터리 엔코더, 직선 변위를 측정하는 엔코더는 리니어 엔코더라고 합니다.

위치 변화를 측정하는 방법은 증분 방식과 절대 방식으로 구분할 수 있습니다. 측정에는 빛이나 자기력, 전자기 유도 등을 이용하는 것이 일반적입니다.

엔코더의 사용 용도

엔코더는 모터를 사용하는 기계에 주로 사용됩니다. 그 중 엔코더를 사용하는 대표적인 모터는 스테퍼 모터와 서보 모터입니다.

1. 스테퍼 모터

스테퍼 모터는 펄스 신호에 의해 회전 속도와 회전 각도를 정확하게 제어할 수 있는 모터입니다.

펄스 간격과 모터에 가해지는 펄스 신호의 수에 따라 모터의 회전 각도와 속도가 결정되며, 정확한 위치 결정이 가능하다. 주로 제조 현장 등에서 사용됩니다.

엔코더를 사용하지 않고 피드백 제어를 하지 않는 개방형 루프 방식과 엔코더를 사용하여 피드백 제어하는 폐쇄형 루프 방식 두 가지가 습니다.

개방형 루프 방식은 폐쇄형 루프 방식에 비해 시스템이 단순화되어 있지만, 펄스 속도를 따라가지 못하는 ‘탈조현상’이 발생하지 않도록 항상 최대 전류를 흐르게 합니다.

2. 서보 모터

서보모터는 1회 제어의 이동거리, 회전각을 정확하게 제어하여 연속적인 직선운동이나 회전운동의 속도를 일정하게 유지하는 구조를 가진 모터입니다.

엔코더, 브러시리스 AC 모터 또는 DC 모터, 서보 증폭기(드라이버)의 3점 세트로 구성되는데, 현재는 AC 모터가 주류를 이루고 있습니다. 또한, 사용되는 기계로는 정밀한 동작 제어가 필요한 기계를 들 수 있다. 구체적으로 산업용 로봇, 자동차, 엘리베이터, 무인 운반기 등이 있다. 특히 공장에서 많이 사용됩니다.

엔코더를 선택할 때는 측정 정확도와 해상도, 반응 시간, 크기와 모양, 진동과 충격에 대한 내구성, 사용 환경에 대한 보호 기능 등을 고려해야 합니다.

엔코더의 원리

엔코더는 검출 방식에 따라 광학식, 자기식, 전자기 유도식으로 나뉩니다.

1. 광학식 엔코더

회전축에 장착된 등간격으로 구멍이 뚫린 회전 원반에 빛을 비추어 구멍을 통과하는 빛의 주기를 감지하여 변위를 측정할 수 있습니다. 빛은 기계에 미치는 영향이 적기 때문에 일반적으로 널리 사용되고 있습니다.

또한, 광학식 엔코더는 출력되는 신호에 따라 인크리멘탈 방식과 앱솔루트 방식 두 가지로 분류할 수 있습니다. 각각의 방식에 대해 설명합니다.

• 인크리멘탈 방식
  인크리멘탈 방식은 회전 원반의 구멍을 빛이 통과한 횟수를 측정하여 위치의 변위를 측정하는 방식입니다.
• 절대 방식
  절대 방식은 회전 원반의 구멍에 각각 절대 위치의 신호가 할당되어 있고, 그 신호를 감지하여 위치 변위를 측정하는 방식입니다.

2. 자기식 엔코더

회전축에 장착한 자석의 자기장이 회전하면서 변동하는 것을 이용하여 변위를 측정하는 방식입니다.

3. 전자기 유도식 엔코더

회전축 주변에 장착된 코일에 발생하는 전자기 유도를 감지하여 변위를 측정하는 방식입니다.

엔코더의 기타 정보

1. 엔코더의 분해능

엔코더의 분해능은 로터리 엔코더를 1회전 했을 때 출력되는 펄스 수를 말합니다. 분해능의 단위는 ‘펄스수/회전수’로 표현되며, 분해능을 높이기 위해서는 1회전당 펄스 입력 횟수를 많이 해야 합니다.

고해상도 엔코더를 선택하면 보다 정밀한 제어가 필요한 로봇, 공작 기계 등의 각도 제어 능력을 크게 향상시킬 수 있습니다.

2. 엔코더와 서보 증폭기 간의 통신

엔코더와 서보앰프 간의 통신은 브러시리스 AC 모터 또는 DC 모터와 병렬 전송 방식과 직렬 전송 방식의 두 가지가 있습니다.

• 병렬 전송 방식 (영어: parallel communication)
  로터리 엔코더에서 출력되는 A, B, Z 펄스를 병렬로 전송하는 방식으로 병렬 전송 방식이라고도 합니다.
• 시리얼 전송 방식 (영어: serial communication)
  위치 데이터를 시리얼로 전송하는 방식으로 직렬 전송 방식이라고도 합니다.

직렬 전송 방식은 펄스 전송 방식에 비해 배선이 적고, 위치 오차가 발생하기 어렵습니다. 따라서 최근 고해상도 엔코더는 시리얼 전송방식을 사용하는 경우가 많습니다.

3. 엔코더 활용 사례

모터 제어 효율 향상

엔코더는 스테퍼 모터의 펄스 응답을 따라가지 못하는 탈조현상을 방지하기 위한 목적으로 사용되어 왔지만, 최근에는 모터 제어의 효율 향상을 목적으로 사용되는 경우가 많습니다.

엔코더가 없는 오픈 루프 제어의 경우, 비회전 시에도 오동작 방지를 위해 여자 전류를 흐르게 하거나 탈조현상 방지를 위해 모터에 최대 전류를 계속 흘려보내는 제어가 일반적입니다. 그러나 이 경우, 모터가 정지하거나 모터가 저부하 상태에서도 불필요한 전류를 흘려보내게 됩니다.

따라서 엔코더를 이용하여 모터 제어를 부하에 따라 세밀하게 클로즈드 루프 제어함으로써 시스템 전체의 전류 억제 및 고효율화를 실현할 수 있으며, EV(전기자동차)에서도 모터를 이용한 저소비전류화는 주행 가능 거리와 밀접한 관련이 있기 때문에 엔코더를 활용한 효율 개선이 검토되고 있습니다.

엔코더의 소형화 및 박막화

기존 인코더는 내부 부품이 개별적으로 구성되어 있어 이를 구현하고 시스템으로 구현하기 위한 회로 기판이 필요했습니다. 그러나 최근에는 수광소자와 LED 등의 발광소자, 주변 회로를 하나의 IC 내에 집적시킨 반사형 엔코더 IC가 등장하여 소형화, 박층화가 진행되고 있습니다.

이 IC와 반사 슬릿판으로 인코더의 기능을 구현할 수 있습니다. 리니어 엔코더로서 초소형 액추에이터나 소형 로봇에 사용하기 위해 이 반사형 엔코더 IC가 활용되기 시작했습니다.

서멀 릴레이란?

서멀 릴레이는 어떤 전기 회로에 설정치를 초과하는 전류가 흐를 때 접점 출력하는 부품입니다. 주로 모터나 배선의 과부하를 방지하기 위해 사용합니다.

열 계전기를 회로에 내장함으로써 회로 소손 등의 문제를 방지할 수 있습니다.

서멀 릴레이의 사용 용도

열 계전기는 대부분 모터 보호를 위해 사용됩니다. 모터에 정격 이상의 토크가 가해지면 정격 이상의 전류가 흐르게 됩니다. 이 현상을 과전류라고 합니다.

모터가 장시간 과전류 상태에 있으면 내부 권선이 열을 발생시킵니다. 이로 인해 내부 바니쉬가 녹거나 권선이 타 버릴 수 있습니다. 이것이 모터의 소손입니다. 열 계전기는 정격 이상의 전류가 흐르면 접점 출력을 통해 전원을 차단하여 모터를 보호합니다.

열 계전기의 원리

열 계전기 내부의 회로 도체에는 대부분 바이메탈이 사용됩니다.

바이메탈은 열팽창계수가 서로 다른 두 종류의 금속을 결합한 소재입니다. 전류에 의해 열이 발생하면 열팽창 계수의 차이에 따라 편향적으로 변형됩니다.

서멀 릴레이 내부의 바이메탈은 이 편향에 의해 접점을 구동하여 접점 출력을 하게 됩니다. 바이메탈의 두께 등에 따라 전류 설정값이 다른 서멀 릴레이가 판매되고 있습니다.

모터는 시동 시 정격의 두 배 이상의 전류가 발생합니다. 바이메탈은 발열 변형이 일어나기 때문에 따뜻해질 때까지 지연 시간이 있습니다. 이 지연 시간으로 인해 모터의 시동 시 큰 전류에 반응하지 않습니다.

열 릴레이의 출력 접점은 대부분 스프링으로 고정되어 있으며, 한 번 작동하면 리셋 버튼을 누를 때까지 계속 출력하는 경우가 대부분입니다. 이는 과부하가 걸린 장비의 재시작을 방지합니다.

열 계전기 선택 방법

열 릴레이는 보호하고자 하는 모터의 정격 전류에 따라 선택해야 합니다. 모터의 보호 요소에는 순간 요소와 한시 요소가 있습니다.

순간소자는 모터 자체의 이상 발생 시 상위 회로를 보호하기 위해 모터 전원을 순간적으로 차단하는 보호소자입니다. 고압 모터에는 전원 퓨즈나 모터 릴레이를 사용하고, 저압 모터에는 주로 쇼크 릴레이나 차단기를 사용합니다.

제한 요소는 모터의 과부하를 감지하여 모터 보호를 위해 전원을 차단하는 보호 요소입니다. 고압 모터에는 과전류 보호 계전기 등을 사용하고, 저압 모터에는 열 릴레이를 사용합니다.

위에서 언급한 바와 같이 저압 모터의 경우 차단기, 구동장치, 열 계전기를 함께 선정합니다. 차단기는 시동 전류에서 트립을 피하기 위해 모터 정격 전류의 2배 이상을 선정합니다. 구동장치와 ㅅ멀 릴레이는 모터 정격전류에 맞춰 제조사 카탈로그를 참고하여 선정합니다.

서멀 릴레이의 열화 요인

제조사마다 다르지만, 열 계전기의 교체 권장 기간은 약 10년 정도라고 합니다. 다만, 열 릴레이를 주기적으로 교체하면 비용이 추가적으로 발생하기 때문에 중요 부하의 열 릴레이에 대해서만 주기적으로 교체하는 경우가 대부분입니다.

서멀 릴레이는 열화하기 어려운 바이메탈이나 수지로 구성되어 있기 때문에 자연 열화는 거의 일어나지 않습니다. 강제 열화 요인으로는 다음과 같은 4가지가 있습니다.

1. 전기적 요인

구동 전압과 주파수, 돌입 전류의 크기와 그 빈도에 따라 절연 열화가 발생합니다. 이로 인해 열 릴레이가 고장날 수 있습니다.

2. 기계적 요인

나사의 풀림이나 충격, 진동 등의 물리적 요인이 더해져 금속 피로 등의 열화가 발생합니다.

3. 열적 요인

과전압, 과전류, 자체 발열 등에 의한 열의 영향으로 서멀 릴레이에 휨, 변형, 용융 단선 등이 발생하여 고장이 발생합니다.

4. 환경적 요인

고온 고습, 부식성 가스나 오일 미스트 등에 의해 금속 부식이 발생합니다. 또한, 먼지나 이물질이 열 릴레이에 달라붙어 접촉 불량이 발생하기도 합니다. 열화 요인을 파악하여 이를 방지함으로써 제품 수명을 연장할 수 있습니다.

서멀 릴레이의 기타 정보

1. 열 계전기의 배선

열 계전기는 전자기 개폐기의 일부로 사용되는 경우가 많습니다. 이 경우 주회로 1차측은 시중 제품에서는 전원 공급용 구리봉으로 연결되는 경우가 대부분입니다. 2차측 배선에 대해서는 써멀 릴레이 정격 전류 이상의 허용 전류를 갖도록 설계합니다.

배선의 허용전류는 배선 종류에 따라 차이가 있으며, 종류별로 내선규정에 의해 정해져 있습니다. 국내에서 판매되는 배선은 내선 규정을 준수하고 있습니다.

2. 서멀 릴레이 설정

서멀 릴레이는 바이메탈식과 전자식 두 가지로 분류됩니다.

• 바이메탈식
  바이메탈식은 바이메탈의 열팽창에 의해 릴레이가 동작하는 구조입니다. 바이메탈 방식의 경우 설정용 노브를 돌려 ±20% 정도의 전류값 설정이 가능합니다.
  그 이상의 설정 변경은 구조상 불가능하므로 릴레이를 교체해야 합니다. 보호하고자 하는 장치가 모터인 경우, 제조사별로 모터 용량에 맞는 서멀 릴레이가 판매되고 있으므로 카탈로그를 확인하여 선정합니다.
• 전자식
  전자식은 보호하는 구동장치가 인버터 등인 경우에 사용됩니다. 회로에 흐르는 전류 값을 전자회로로 읽어내어 부하 특성 곡선을 벗어났을 때 동작합니다. 시판되는 인버터에는 인버터 보호 기능으로 본 기능이 상비되어 있는 경우가 대부분입니다.
  모터 제어 센터 등에서도 전자식 열 계전기를 사용합니다. 전자식 써멀 릴레이의 설정 방법은 제조사에 따라 다르지만, 바이메탈식보다 하한 전류값을 폭넓게 설정할 수 있습니다. 사용 설명서를 확인하여 설정합니다. 보통은 정격 전류값을 설정하면 자동으로 설정됩니다.

3. 열 릴레이의 접점

서멀 릴레이의 접점은 모니터용 상시 개방 접점(a 접점)과 회로 차단용 상시 폐쇄 접점(b 접점)이 있습니다.

• 바이메탈식 접점
  바이메탈식의 경우 구매 단계에서 어느 쪽을 몇 개 사용할지 선택해야 합니다. 접점에 흐르는 정격 전류 값은 릴레이에 따라 결정되며, 보통 2A 정도입니다. 주회로에 사용하면 용착될 위험이 높기 때문에 제어 회로용으로 사용합니다.
• 전자식 접점
  전자식 서멀 릴레이는 설정에 따라 몇 개의 접점을 사용할지 선택할 수 있는 경우가 많습니다. 단, 전자식의 경우 릴레이 접점이 아닌 트랜지스터 접점일 가능성이 있습니다. 트랜지스터 접점은 교류 제어 전원을 사용하면 전자 부품이 고장날 수 있습니다.

4. 열 릴레이의 복귀

과부하 상태가 지속되어 열 릴레이가 작동할 경우, 원인을 제거한 후 열 릴레이의 출력 접점을 해제해야 합니다. 이 절차를 ‘복귀’ 또는 ‘리셋’이라고 합니다.

복귀 절차에도 두 가지 종류가 있으며, 수동 복귀형과 자동 복귀형으로 나뉩니다. 수동 복귀형은 과부하 원인을 제거한 후 리셋 버튼을 누르기만 하면 됩니다. 리셋 버튼을 누르면 출력 접점이 해제됩니다.

자동복귀형은 리셋 버튼을 누를 필요 없이 열 릴레이 자체가 자동으로 리셋을 합니다. 열 릴레이에 사람이 접근하기 어려운 특수한 용도에 사용됩니다.

유량계란?

유량계(영어: Flowmeter)는 배관 등을 흐르는 유체의 체적 유량이나 질량 유량을 측정하기 위한 장치입니다.

다양한 흐름을 압력, 온도 등의 조건에 따라 적절하게 측정하기 위해 많은 측정 원리가 개발되고 있습니다. 흐름의 종류로는 기체, 액체, 혼합상 흐름 등이 있습니다.

일부 제품은 배관 외부에 설치하여 유량을 측정할 수 있습니다. 그러나 많은 제품이 배관 내부에 설치하여 유량을 측정하기 때문에 배관 설치 전이나 설계 시 유량계 장착을 고려해야 합니다.

유량계의 사용 용도

유량계는 화학제품이나 석유 플랜트, 자동차, 반도체, 의약품, 식품 등 유체를 사용하는 제조에 광범위하게 사용되고 있습니다.

유량계는 10가지 이상의 작동 원리가 개발되어 있으며, 취급하는 유체에 따라 적합한 유량계를 선정해야 합니다.

관 내에 설치하는 유량계는 흐름을 방해할 수 있습니다. 그 영향이 어느 정도인지 검토하여 선정해야 합니다. 또한, 유지보수 빈도, 시간, 비용도 고려해야 합니다.

유량계의 종류

아래 유량계의 종류와 각 유량계의 구조, 원리 및 장점에 대해 간략히 소개합니다.

• 용적식 유량계
• 코리올리식 유량계
• 초음파식 유량계
• 전자기식 유량계
• 열식 유량계
• 칼만 와류식 유량계
• 면적식 유량계
• 터빈식 유량계
• 차압식 유량계
• 와류식 유량계
• 플로우셀 유량계

1. 용적식 유량계

용적식 유량계는 측정 대상 배관과 동일한 내경의 관과 회전자, 회전 감지기로 구성됩니다. 배관을 흐르는 유체에 의해 회전자가 회전하고, 회전수를 감지하여 유량을 측정할 수 있습니다.

구조가 간단하고 정확도가 높지만, 기어를 사용하기 때문에 끼임 등의 문제가 발생합니다.

용적식 유량계는 유체의 부피를 직접 측정하기 때문에 밀도가 잘 변하지 않는 연료유나 윤활유의 유량 측정에 사용합니다. 고정밀 유량계이기 때문에 연료유 거래 등의 용도에 적합합니다.

용적식 유량계의 원리와 주요 제조사 알아보기

2. 코리올리식 유량계

코리올리식 유량계는 2개의 U자형 튜브와 진동기, 힘 센서로 구성되어 있습니다. 코리올리의 힘, 즉 유체가 흐르는 진동하는 두 개의 U자형 관에는 서로 반대 방향으로 힘이 발생한다는 원리를 이용한 유량계 입니다.

코리올리 유량계는 측정 원리상 전체 길이가 길어지는 단점이 있지만, 질량 유량을 직접 측정할 수 있는 유량계입니다. 정확도가 높고 응답성이 높아 유체의 밀도도 동시에 측정하고 싶은 경우 등에 널리 사용됩니다.

반면, 진동이 있는 곳이나 기포가 있는 유체의 유량 측정은 불가능하다는 단점이 있습니다.

코리올리식 유량계의 원리와 주요 제조사 알아보기

3. 초음파식 유량계

초음파식 유량계는 초음파 발생기와 계측기로 구성되어 있습니다. 초음파의 전파 시간과 초음파의 반사에 의해 발생하는 도플러 효과를 측정하여 유량을 산출합니다. 배관 외부에서 측정할 수 있는 유량계입니다.

초음파식 유량계는 비접촉으로 유체 유량을 측정할 수 있는 장점이 있습니다. 배관에 유량계를 후장하는 것도 가능하며, 대구경 배관에도 저렴한 비용으로 설치가 가능하다는 장점도 있습니다.

다만, 배관의 벽 두께 등에 따른 오차가 발생하기 때문에 고정밀 유량 측정이 필요한 경우에는 적합하지 않습니다.

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4. 전자기식 유량계

전자기식 유량계는 측정 대상 유체 내부에 배치한 자성체의 속도를 전자기식 유량계의 구성요소인 코일에 의해 발생하는 기전력을 측정하여 유량을 산출하는 유량계입니다.

관내에 설치할 필요가 없는 경우가 많아 오염수 등 관내에 설치하는 유량계는 유지보수 비용이 많이 드는 경우에 활용됩니다.

전자기 유량계는 이동부가 없어 유체의 흐름을 방해하지 않기 때문에 고체가 섞인 슬러리의 유량 측정 등에 사용됩니다. 단, 오일과 같은 비전도성 유체에는 측정할 수 없습니다.

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5. 열식 유량계

열식 유량계는 2개의 온도 센서와 히터로 구성되어 있습니다. 히터로 가열하기 전의 유체 온도와 히터로 가열한 후의 유체 온도 차이를 측정하여 유량을 환산합니다. 광범위한 온도 범위에 대응하는 것이 특징입니다.

열식 유량계는 비접촉으로 가스 유량을 측정할 수 있어 부식성 가스를 측정할 수 있습니다. 또한 압력 손실이 거의 없어 질량 유량을 측정할 수 있는 것이 특징입니다. 반면, 가스에 오염 성분이 포함되어 있는 경우에는 적합하지 않습니다.

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6. 면적식 유량계

면적식 유량계는 수직의 테이퍼 튜브 내 플로트에 의해 아래에서 위로 흐르는 흐름이 차단되어 플로트 전후에 압력차가 발생합니다. 플로트의 무게와 압력차에 의한 힘이 균형을 이룬 위치에서 정지하고, 그 위치를 읽음으로써 유량을 구합니다.

면적식 유량계는 액체 또는 기체의 유량 측정, 퍼지 유체 또는 기체 측정 등에 사용됩니다. 구조가 간단하고 가격이 저렴하지만 측정 정확도는 그리 높지 않습니다.

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7. 터빈식 유량계

터빈식 유량계는 흐름 속에 놓여져 흐름과 평행한 축을 가진 임펠러의 회전속도가 유속에 비례하는 것을 이용하여 임펠러의 회전수로부터 체적 유량을 계산합니다.

터빈식 유량계는 가볍기 때문에 설치의 자유도가 높습니다. 가볍고 저렴하며, 반복 정밀도 및 응답성이 우수하여 대용량 유체 측정에 적합합니다. 단, 베어링이 열화되기 때문에 사용 수명이 짧다는 단점이 있습니다.

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8. 차압식 유량계

차압식 유량계는 오리피스에 의해 압력 손실을 발생시켜 1차측과 2차측의 압력차를 이용하여 이를 유량으로 측정합니다.

차압식 유량계는 저렴하고 폭넓게 적용할 수 있는 것이 특징입니다. 또한 실유량 보정이 필요하지 않습니다.

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9. 칼만 와류식 유량계

카르만 와류식 유량계는 카르만 와류를 발생시키기 위한 장애물인 와류 측정기로 구성되어 있다. 카르만 와류를 측정하여 유량을 산출합니다.

카르만 소용돌이는 장애물 후류에 발생하는 규칙적인 소용돌이를 말합니다.

카르만 와류식 유량계는 기계 가동부나 전극이 없어 다양한 유체를 측정할 수 있습니다. 하지만 직관 길이가 필요하고 진동 등으로 인한 오작동이 있어 진동이 심한 곳 등에서는 사용할 수 없습니다.

증기나 깨끗한 물 등의 측정에 주로 사용됩니다.

10. 와류식 유량계

와류식 유량계는 카르만 와류를 이용한 유량계입니다. 칼만 와류는 유체 흐름 속에 놓인 물체(와류 발생원)의 하류에서 발생하는 규칙적인 소용돌이 열이 번갈아 가면서 발생하는 것을 말합니다.

와류식 유량계의 원리와 주요 제조사 알아보기

11. 플로우셀 유량계

플로우셀 유량계는 오리피스 유량계의 일종으로 물이나 공기가 흐르는 배관에 오리피스를 설치하여 차압을 발생시키고, 발생된 차압을 지류 내에 설치한 플로트가 가리키는 값을 측정하는 유량계입니다.

플로우셀 유량계의 구조와 주목받는 제조사 알아보기

부록】디지털 유량계에 대하여

아날로그 사양의 유량계는 대부분 면적식 유량계로, 현장에서 유량을 확인하기 위한 유량계입니다. 가격이 저렴하고 오래전부터 사용되어 온 유량계입니다.

최근 유량계는 디지털 사양의 유량계도 많이 판매되고 있습니다. 전송 출력을 가진 유량계는 거의 디지털 사양으로, 내부에 전자 부품과 기판을 탑재하고 있습니다. 전자회로에 수명이 남아있는 단점이 있지만, 자동 영점 조정, 스팬값 변경, 적산 기능, 유량 단위 변경 등이 가능하여 편의성이 향상되었습니다.

전동 액추에이터란

전동 액추에이터는 모터에 의해 실린더나 슬라이더를 구동하는 구동 장치입니다.

모터를 구동원으로 사용하기 때문에 공압식이나 유압식에 비해 높은 응답성과 효율을 얻을 수 있습니다.

전동 액추에이터의 사용 용도

전동 액추에이터는 주로 산업기기에 사용됩니다. 용도는 동작 플랫폼의 정밀한 위치 결정 등 다양합니다. 다음은 사용 용도 입니다

• 공작물 이동, 반송 등 적재 및 운반 용도.
• 공작물 꺼내기, 보관 등 밀어서 운반하는 용도.
• 테이블의 위치 결정이나 암 구동 등 올려서 돌리는 용도.

생산 공장 자동화 시 등에 사용됩니다. 내장된 서보 모터로 정밀하게 동작하기 때문에 소형 부품 가공에 사용되는 경우가 많습니다.

최근에는 전기자동차의 판매 확대에 따라 차량용 전동 액추에이터의 판매가 확대되고 있습니다.

전동 액추에이터의 원리

전동 액추에이터를 구성하는 주요 부품은 모터, 볼스크류, 가이드입니다.

모터와 볼스크류는 기어나 벨트로 연결되며, 모터의 회전운동을 볼스크류로 직선운동으로 변환합니다. . 모터의 회전수를 제어하여 직선 운동의 위치를 제어할 수 있습니다.

구동원의 모터는 서보 모터나 스테핑 모터를 사용하는 경우가 많으며, 정밀한 위치 결정이 가능합니다.

전동 액추에이터의 기타 정보

1. 자동차 분야에서의 활용

최근 자동차 분야에서 자율주행화 및 탈탄소, 청정에너지화가 요구되고 있습니다. 이에 따라 많은 기업에서 범용성이 높은 전동 액추에이터를 개발 중입니다.

전동 액추에이터는 클러치, 변속기, 브레이크, 레버, 전동 펌프, 엔진용 전동 밸브 및 전동 스로틀에 사용됩니다.

모터의 축 배열(동축 직렬형, 평행축형 등)과 크기를 선택할 수 있습니다. 이를 통해 차종별 맞춤형 개발 비용을 절감할 수 있습니다.

2. 전동 액추에이터 점유율

세계 전동 액추에이터 시장 규모는 2020년에서 2024년 사이에 8억 4,386만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 시장 규모 확대의 배경은 다음과 같습니다.

• 로봇 보급에서 전동 액추에이터 사용 증가
• 스마트 액추에이터의 수요 확대
• 민간용 및 국방용 항공기 수요 확대
• 개발도상국의 자동화 수요 확대
• 로봇을 활용한 유연한 생산 시스템 수요 확대

AI 등 새로운 기술이 개발됨에 따라 시장은 더욱 확대될 것으로 보입니다.

3. 전동 액추에이터 제어

전동 액추에이터는 산업용 로봇 등에 내장되어 있습니다.

산업용 로봇에 내장된 전동 액추에이터는 일반적으로 로봇에 부착된 티칭 박스를 통해 쉽게 조작할 수 있습니다.

티칭 박스에서 임의의 지시를 보내 로봇을 제어할 수 있습니다. 이를 통해 택트 타임의 단축을 기대할 수 있습니다.

티칭 박스에서는 로봇용 프로그래밍 언어로 전동 액추에이터를 제어합니다.

프로그램에 의해 로봇 본체와 전동 액추에이터를 동시에 제어할 수 있기 때문에 기기 간 제어 오차를 없애고 제어 정밀도를 향상시킬 수 있습니다.

라인 스캔 카메라란?

라인 스캔 카메라 (영어: line scan camera) 는 라인 형태로 물체를 촬영하여 한 장의 이미지로 합성하는 카메라입니다.

흔히 비교되는 영역 센서 카메라는 시야 전체를 한 번에 촬영합니다. 반면, 라인 스캔 카메라는 한 줄의 라인 센서에 대해 대상물을 직각 방향으로 이동시키거나 카메라를 이동시키면서 연속적으로 촬영하여 평면적인 이미지를 얻을 수 있습니다.

가로형 이미지를 획득할 때, 라인 스캔 카메라는 픽셀 단위로 발생하는 미세한 변화도 포착할 수 있습니다.

라인 스캔 카메라의 사용 용도

라인센서 카메라는 도로, 외벽을 비롯한 사회기반시설 검사부터 부직포, 기어, 반도체 부품 등의 산업용 검사, 미술품 분석, 육안으로 검사하던 과일 선별 등 다양한 용도로 활용되고 있습니다.

라인센서 카메라가 적합한 대상물은 크기가 큰 것, 고정밀 해상도가 필요한 것, 연속적으로 긴 것, 입체적인 외관을 가진 것 등입니다.

예를 들어, 크기가 큰 물체를 촬영할 경우, 영역 센서로 분할하여 촬영하는 방법도 있지만 여러 장의 이미지를 이어 붙여야 합니다. 반면, 라인 센서를 사용하면 한 장의 이미지로 촬영할 수 있기 때문에 이미지를 이어 붙이는 작업이 필요하지 않습니다.

라인 스캔 카메라의 원리

라인 스캔 카메라는 일반 카메라와 마찬가지로 렌즈에서 들어온 빛을 CCD, CMOS 등의 촬영 소자에서 결상시켜 전자적 신호로 변환하여 이미지로 출력합니다.

한 줄의 라인 센서로 구성된 촬영 소자에 대해 피사체를 수직 방향으로 이동시켜 연속적으로 촬영합니다. 그리고 여러 장의 이미지를 합성하여 연속적인 이미지를 획득합니다. 라인센서 카메라는 크게 흑백 이미지를 획득할 수 있는 모델과 컬러 또는 비가시광선 이미지를 획득할 수 있는 모델로 나뉩니다.

컬러 이미지를 획득할 수 있는 모델은 라인 센서의 배열이 1~3열 정도이며, 다층 구조로 되어 있습니다. 이는 하나의 센서에서 얻을 수 있는 색상 정보가 하나이기 때문인데, 3열의 컬러 센서에서는 특정 1픽셀을 청색, 녹색, 적색의 색상 정보를 얻을 수 있는 3개의 이미지 센서로 촬영합니다.

반면, 1열 컬러 센서에서는 특정 1픽셀을 1개의 이미지 센서로 촬영하기 때문에 단일 색상 정보만 얻게 됩니다. 그리고 주변의 색 정보를 통해 특정 1픽셀의 색 정보를 추정하기 때문에 색의 정확도가 3열 컬러 센서보다 떨어집니다.

라인 스캔 카메라 선택 방법

라인 스캔 카메라를 선택할 때 중요한 것은 다루는 대상 시스템의 해상도, 노출 제어, 고속 대응, 감도 등을 종합적으로 판단하는 것입니다.

1. 노출 제어

기존 라인 스캔 카메라는 노출 제어가 없어 속도 변동에 따라 수동으로 광원의 밝기를 변화시켜야 했습니다. 전자식 셔터를 사용하면 속도 변화가 있어도 자동으로 노출 시간을 변경하여 동일한 밝기로 촬영할 수 있습니다.

2. 고속 대응

데이터 처리 능력을 나타내는 처리량으로 판단합니다. 현재 최고 속도 수준의 카메라가 판매되고 있습니다.

3. 감도

기존 라인 스캔 카메라는 1라인 스캔 분의 노출 시간밖에 확보할 수 없기 때문에 강한 광원을 필요로 합니다. 따라서 센서 자체는 개구율 100%의 고효율 센서를 사용합니다. 또한, 타임 딜레이 통합 기술을 사용하여 감도를 수십 배 이상 향상시킨 카메라도 있어, 광량을 높일 수 없는 장소나 고속 스캔에 적합하다.

4. 음영 보정

최신 카메라는 픽셀 내 미세한 감도 차이를 카메라가 실시간으로 보정하는 기능이 있습니다. 이 도구를 사용하여 조명 불균형으로 인한 폭 방향의 광량 변화 보정인 쉐이딩 보정이 가능합니다.

라인 스캔 카메라에 대한 추가 정보

라인 스캔 카메라 제조사

라인 스캔 카메라는 긴 길이의 물체 검사나 입체물의 외관 검사 등 특정 분야에서 사용됩니다. 따라서 영역 센서 카메라에 비해 시장이 제한적이라고 할 수 있다. 라인 센서 카메라의 시장 규모는 면적 센서 카메라의 40% 정도이지만 빠르게 성장하고 있습니다.

라인 스캔 센서 카메라는 개발 중인 제품이기 때문에 제조업체가 많습니다.. 규모가 큰 회사로는 키엔스 주식회사, 하마마츠 포토닉스 주식회사 등이 있습니다. 그 외에도 (주)코어텍, (주)아발데이터, (주)제이에이아이코퍼레이션 등 많은 업체들이 있습니다.

ASIC이란?

ASIC는 ‘Application Specific Integrated Circuit’의 약자로, 통신이나 영상 등의 고속 처리 등 특정 용도에 특화된 집적회로를 말합니다.

높은 성능을 얻을 수 있고, 컴팩트하게 만들 수 있으며, 제조 시 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 FPGA에 비해 소프트웨어나 회로를 재작성할 수 없기 때문에 개발 기간과 개발 비용이 많이 든다는 단점이 있습니다.

ASIC의 사용 용도

ASIC의 사용 용도는 가전제품, 통신기기, 영상처리, 산업기기, 컴퓨터 등 매우 다양합니다.

• 라우터에서 빠른 인터넷 통신을 위한 고속 처리 IC
• 디지털 카메라의 고화질, 고화질의 이미지를 위한 고속처리 IC

ASIC는 특정 기능에 특화되어 있어 성능이 높고 단가가 저렴합니다. 그러나 개발 기간과 설계 시제품 제작에 소요되는 개발비를 회수할 수 있는지를 고려해야 합니다.

ASIC의 원리

ASIC는 일반적으로 세미 커스텀 ASIC이 채택되기 때문에 아래에서는 게이트 어레이형과 셀 기반형 ASIC의 원리를 소개합니다.

1. 게이트 어레이형 ASIC

게이트 어레이형 ASIC은 반도체 제조 공정 중 배선 공정까지는 기존 실리콘 웨이퍼를 이용하여 배선 공정에서 용도에 맞게 배선을 커스터마이징하는 방식입니다. 개발 시에는 배선 회로 레이아웃에 대한 설계만 진행하기 때문에 개발 비용과 기간을 단축할 수 있는 장점이 있습니다.

2. 셀 기반 ASIC

셀 기반 ASIC은 반도체 제조 공정 내 트랜지스터 소자, 저항, 캐패시터 등 모든 마스크 공정에서 IC 내 회로를 커스터마이징하는 방식입니다. 설계 최적화가 가능하기 때문에 매우 자유도가 높고 성능이 좋은 ASIC을 만들 수 있습니다. 하지만 게이트 어레이형에 비해 개발 비용과 기간이 많이 소요된다는 단점이 있습니다.

ASIC의 기타 정보

1. ASIC 마이닝

ASIC 마이닝 개요
ASIC 마이닝은 암호자산(구 명칭: 가상화폐)을 위해 ASIC를 사용하는 것을 말합니다. 암호자산의 세계에서는 하나의 암호자산 거래를 담보하기 위해 채굴(발굴)이라는 작업이 필요합니다.

채굴에는 해시 함수가 사용되며, 다양한 값을 탐색해 특정 값을 만족할 경우 채굴에 성공할 수 있습니다. 일련의 계산은 방대하며, 이 채굴이 성공해야만 암호자산의 거래가 승인됩니다. 이러한 방대한 계산에 사용되는 것이 바로 ASIC 마이닝 입니다.

ASIC 마이너에 대한 요구사항
해시 함수 실행 알고리즘을 회로나 IC 칩에 집약시킨 전용 ASIC를 탑재한 장비를 ASIC 마이너라고 합니다. 방대한 연산 처리가 필요한데, 이 ASIC 마이닝 처리를 해싱 파워라고도 합니다.

이 해시파워를 뒷받침하는 전력에 대한 논의는 최근 환경 문제와 맞물려 전 세계적으로 활발하게 진행되고 있는 상황 입니다. 따라서 ASIC의 고속 연산 특성 향상과 소형화, 저전력화에 대한 기대가 크다 할 수 있습니다.

2. ASIC의 개발 기간과 개발 비용

ASIC의 개발 기간은 FPGA나 프로세서에 비해 길어지는 것이 일반적입니다. 그 이유는 전용 용도에 따라 집적회로 설계가 개별적으로 필요하고, 마스크를 공급한 후에는 회로 및 레이아웃 수정이 불가능하기 때문입니다. 개발 기간과 공수에 가장 큰 영향을 미치는 것은 시제품 제작 횟수와 특성 최적화를 꼽을 수 있습니다.

그러나 전용 설계이기 때문에 불필요한 기능을 제거하고 작게 만들 수 있는 ASIC 칩의 제조비용은 FPGA에 비해 저렴하고 우수한 특성을 얻을 수 있다는 장점이 있습니다.

컨택트 프로브는?

컨택트 프로브는 전기적 접합부가 스프링으로 수축하는 구조로 되어 있으며, 전기적 통전을 얻기 위한 통전 프로브를 말합니다.

탐침, 컨택 프로브 등으로 불리기도 합니다. 예를 들어, 측정 등의 경우에 전기적 통전을 시키기 위해 금속부끼리 맞닿게 하는 경우, 그 금속끼리 어느 정도의 힘으로 접촉하지 않으면 전기적 연결이 불안정해져 정확한 연결을 얻을 수 없습니다.

컨택트 프로브는 접합부를 스프링으로 슬라이딩하는 구조로 하여 전기적 접속을 스프링의 가압력으로 접촉시켜 전기적 접속을 안정적으로 할 수 있도록 한 프로브입니다.

컨택트 프로브의 사용 용도

컨택트 프로브는 전자부품이나 인쇄 회로 기판 등의 도통 검사, 통전 검사 등에 사용됩니다. 전자 부품이나 인쇄 회로 기판 등을 생산할 때, 품질 향상을 위해 생산 공정에 통전 검사나 통전 검사가 포함되는 경우가 있습니다.

이러한 경우, 검사 대상인 전자부품이나 인쇄기판의 임의의 위치에 전압을 걸거나 전류를 흘려보내야 합니다. 또한, 납땜이나 커넥터에 의한 연결이 불필요하고 쉽게 탈착하고 싶을 때 컨택트 프로브가 사용됩니다.

컨택트 프로브는 접촉부의 형상이나 두께, 스프링의 압력이나 슬라이딩 스트로크 등을 선택할 수 있는 경우가 많으며, 접촉시키는 대상의 재질이나 형상, 흐르는 전류의 크기 등에 따라 적절한 것을 선택하는 것이 중요합니다.

컨택트 프로브의 원리

컨택트 프로브는 가위기라고 불리는 검사기나 ICT (In-circuit Tester) 라고 불리는 검사기에 사용되며, 이들 검사기에는 핀보드라고 불리는 것이 사용됩니다. 핀보드는 컨택트 프로브 전용 소켓이 준비되어 있기 때문에 이를 10mm 정도의 두께의 수지 판에 검사 대상의 연결 위치에 맞는 위치에 구멍을 뚫어 장착하고 전기 배선을 한 후, 소켓에 컨택트 프로브를 꽂는 구조로 되어 있습니다.

가위기라고 불리는 검사기나 ICT (In-circuit Tester) 라고 불리는 검사기는 핀보드를 수직으로 상하로 움직이는 기구를 갖추고 있기 때문에 검사 대상을 핀보드로 끼워 넣어 검사 대상 부위에 컨택트 프로브를 대고 전기적인 통전 검사를 할 수 있습니다.

컨택트 프로브의 구조

컨택트 프로브는 끝부분에 있는 전기적 접합부인 플런저, 고정하는 본체인 파이프 (또는 배럴) , 파이프 안에 있는 스프링으로 구성됩니다. 또한, 컨택트 프로브에는 전용 소켓이 제공되기 때문에 소켓을 고정하여 배선하면 컨택트 프로브가 마모되었을 때 프로브만 교체할 수 있습니다.

컨택트 프로브 선택 방법

컨택트 프로브는 주로 크기, 스트로크, 바늘 압력, 팁의 형태 등 4가지 요소로 선정됩니다.

1. 크기

크기는 프로브가 닿는 곳의 밀도, 흐르는 전류의 크기 등의 조건으로 선정됩니다.

2. 스트로크

스트로크는 기기의 핀보드 등을 상하로 움직이는 기구의 이동량이나 검사 대상의 위치나 높이 등의 조건으로 선정하는데, 대체로 슬라이딩량이 전체 스트로크의 2/3 정도가 되는 것을 선택하는 것이 바람직합니다.

3. 바늘 압력

니들 압력은 스프링의 힘으로, 컨택트 프로브의 개수나 기기의 핀보드 등을 상하로 움직이는 기구에 가해지는 힘 등을 고려하여 선정됩니다. 예를 들어, 기구가 낼 수 있는 힘이 5kgf라고 가정했을 때 100개의 프로브가 장착된 핀보드를 다루기 위해서는 1개당 바늘 압력 (용수철 힘) 이 50g 이하인 것을 선택해야 기기가 정상적으로 작동할 수 있습니다.

4. 팁 형상

팁 형상은 컨택트 프로브를 접촉하는 대상의 재질과 크기, 형태, 흐르는 전류 등에 적합한 것을 선정합니다.

컨택트 프로브의 기타 정보

테스트 패드 준비

검사 대상 기기에서 사전에 생산 공정상 통전 검사를 할 가능성이 있는 것을 설계할 경우, 회로 설계 시 측정 포인트를 예상하여 설계하는 것을 권장합니다. 인쇄 회로 기판을 설계할 때 컨택트 프로브를 대는 테스터 패드를 짜 넣음으로써 컨택트 프로브를 쉽게 대거나 피치가 작은 부품의 신호도 쉽게 추출할 수 있기 때문입니다.

오실로스코프란?

오실로스코프는 전기 신호를 파형으로 화면에 출력하는 장비로, 시간 경과에 따른 신호의 변화를 2차원적으로 관찰할 수 있는 것이 특징입니다.

오실로스코프는 크게 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프로 나뉩니다.

1. 아날로그 오실로스코프

입력 신호를 브라운관의 화면에 전자빔을 주사하여 파형을 그려서 관찰하는 오실로스코프를 말합니다. 오실로스코프에 입력된 신호는 약간의 지연 시간으로 즉시 파형이 표시됩니다.

2. 디지털 오실로스코프

입력 신호를 A/D 컨버터로 디지털 데이터로 변환하고, 그 데이터를 메모리에 일단 저장한 후 디스플레이에 파형을 표시하는 오실로스코프를 말합니다. 아날로그 오실로스코프와 달리 이산적인 데이터의 집합체이기 때문에 각 데이터 사이를 보완하여 부드러운 곡선으로 표시합니다.

오실로스코프의 사용 용도

오실로스코프는 전기 신호를 파형으로 관찰하기 때문에 전자회로의 동작을 시각적으로 확인할 수 있습니다. 오실로스코프를 이용하여 전자 회로 내의 신호 파형을 확인하여 설계 의도대로 동작하는지 검증할 수 있습니다.

고속 디지털 회로의 동작 검증에서는 디지털 신호의 변동 (지터) 에 영향을 받지 않는 확실한 타이밍에 신호를 입력해야 하는데, 이 타이밍을 설정하는 데 오실로스코프가 사용됩니다.

또한 기기의 고장 원인이 전자회로에 있는 경우, 그 전자회로의 각 부분의 신호 파형을 추적하여 고장 부위를 찾아낼 수 있기 때문에 전자기기의 수리에도 효과적인 측정기입니다.

오실로스코프의 원리

기존의 아날로그 오실로스코프에서는 프로브에서 입력된 신호가 오실로스코프의 수직 증폭 회로로 전달됩니다. 수직 증폭 회로에서 신호는 감쇠 또는 증폭된 후 브라운관의 수직 편향판에 전달됩니다.

수직 편향판에 인가된 전압에 의해 전자빔이 위아래로 스캔됩니다. 이 일련의 흐름이 오실로스코프의 원리입니다. 입력된 신호는 동시에 트리거 회로에도 전달되는데, 그 신호가 설정된 트리거 조건과 일치하는 순간부터 전자빔은 수평 방향으로 스캐닝을 시작합니다.

디지털 오실로스코프는 입력된 신호를 A/D 컨버터로 디지털 데이터로 변환하고, 그 데이터를 메모리에 순차적으로 저장합니다. 그리고 입력 신호가 트리거 조건을 충족한 시점부터 일정 시간이 지나면 새로운 데이터 저장을 중지합니다.

그 결과 위 메모리에는 트리거 조건에 일치하는 타이밍 전후의 신호가 기록되어 있기 때문에 그 신호를 디스플레이에 파형으로 표시합니다. 즉, 트리거 이전의 신호 파형도 관찰할 수 있습니다.

또한, 메모리 내의 데이터를 사용하여 파형 분석, 예를 들어 FFT 연산을 통한 신호의 주파수 분석도 가능합니다. 또한, 그 데이터를 메모리 카드 등에 출력하여 PC에 의한 분석이나 데이터 저장도 가능합니다.

오실로스코프 선택 방법

기종 선정 시에는 측정 내용에 대해 충분한 사양을 갖춘 오실로스코프인 것이 중요한 포인트입니다. 구체적으로 주파수 특성, 샘플링 속도, 채널 수, 메모리 길이, 사용 가능한 프로브의 종류 등을 고려해야 합니다.

현재 오실로스코프는 파형을 관찰하는 기본적인 용도 외에도 타이밍 검증, 파형 분석, 컴플라이언스 테스트 등으로 용도가 확대되고 있으며, 이에 따라 측정 범위의 확대와 기능의 고도화가 진행되고 있습니다. 따라서 사용 목적에 맞는 기능을 가진 기종의 선택이 요구되고 있습니다.

오실로스코프 사용법

오실로스코프는 전압의 시간적 변화를 관찰하는 것 외에도 반복되는 신호의 주파수 측정, 리서지 곡선 그리기 등이 가능합니다. 전자 회로의 평가 시험, 비디오 및 음성 신호의 파형 관찰, 파워 디바이스의 응답 특성 시험, 고속 디지털 회로의 타이밍 여유 측정, 메카트로닉스 제품의 평가 등 폭넓게 활용되고 있습니다.

측정하기 위한 사전 준비로는 프로브의 위상 조정과 프로브 간 스큐 조정이 있다. 특히 전류 프로브와 전압 프로브를 병용하는 경우, 전류 프로브의 지연 시간이 크기 때문에 스큐 조정은 필수입니다. 또한, 충분한 측정 정밀도를 확보하기 위해 전원을 켠 후 30분 정도 기다렸다가 측정하는 것도 필수적입니다.

실제로 원하는 파형을 관찰하는 요령은 트리거 조정이 필요합니다. 아날로그 오실로스코프에서는 슬로프 선택과 트리거 레벨, 트리거 딜레이만 조정할 수 있지만, 디지털 오실로스코프에서는 이 외에도 펄스 폭, 간격 등 다양한 트리거 조건을 설정할 수 있게 되었습니다.

또한, 여러 개의 트리거 조건이 성립했을 때 신호를 포착하는 시퀀셜 트리거도 사용할 수 있습니다. 이를 활용하여 관찰하고자 하는 신호를 포착하는 테크닉이 요구됩니다.

오실로스코프의 기타 정보

1. 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프의 특징과 차이점

양자의 특징을 정리하면 다음과 같습니다.

아날로그 오실로스코프

• 실시간성이 뛰어나고, 새로운 신호를 받아 표시하기까지의 데드타임이 짧다.
• 신호의 밝기로 동일 파형의 발생 빈도를 판단할 수 있다.
• 단발성 현상이나 반복 빈도가 적은 현상 관측에는 적합하지 않다.
• 관측 결과의 저장을 위해 사진 촬영 장비 등을 준비해야 한다.
• 파형을 이용한 분석은 불가능하다.

디지털 오실로스코프

• 단발적인 현상을 보완하여 표시할 수 있다.
• 관측 결과는 전자 데이터로 처리할 수 있어 저장하기 쉽다.
• 파형을 디지털 데이터로 취급하여 프로세서에 의한 분석이 가능하다
• 신호 처리에 소요되는 데드타임이 길어 실제 관측할 수 있는 시간이 상대적으로 짧아진다.
• 반복되는 파형에서 파형의 주파수 정보가 손실된다.

현재 산업용 계측 용도로만 한정하면 아날로그 오실로스코프는 거의 100% 디지털 오실로스코프가 선택되고 있습니다.

<p. 이는 고속 A/D 컨버터와 파형처리용 프로세서가 널리 공급되고, 디지털 오실로스코프의 단점을 보완하는 기술 발전으로 비교적 저렴한 가격대에서도 고기능을 갖춘 제품이 판매되고 있기 때문입니다.

2. 오실로스코프 주의 사항

오실로스코프로 올바른 파형을 관찰하기 위해서는 몇 가지 주의해야 할 사항이 있는데, 특히 측정하고자 하는 주파수 대역을 충분히 커버할 수 있는 주파수 특성을 가진 기종을 선정하는 것이 중요합니다.

오실로스코프의 주파수 특성은 진폭이 -3dB가 되는 주파수로 정의되므로, 정확한 진폭 측정을 위해서는 측정하고자 하는 신호 주파수의 5배 정도의 주파수 특성을 가진 기종을 선택해야 합니다.

또한 디지털 오실로스코프에서는 데이터 샘플링 주파수에 대해서도 주의해야 합니다. 샘플링 주파수가 피측정 신호의 2배 이하가 되면 에일리어싱이 발생하여 가짜 파형이 표시되기 때문입니다.

로직 애널라이저란?

로직 애널라이저 (영어: Logic analyzer) 는 디지털 신호 전용 애널라이저 (분석 장치)  로, 디지털 회로의 동작 검증을 주 목적으로 하는 측정기입니다.

신호를 분석하는 장치로서 주로 아날로그 신호 분석에 사용되는 오실로스코프와 비교되기도 합니다.

로직 애널라이저의 사용 용도

로직 애널라이저는 디지털 회로의 검증과 트러블슈팅에 필수적인 도구로, 제품 개발 및 제조 현장에서 사용되고 있습니다.

여러 신호의 입력에 대해 아날로그 특성은 측정하지 않고, 임계값을 이용하여 0과 1로 변환하여 처리합니다. 신호를 디지털 데이터로 취급하기 때문에 디지털 회로에서 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

• 시스템 동작의 디버깅 및 검증
• 여러 디지털 신호의 동시 추적 및 상관관계 분석
• 버스의 타이밍 위반 및 과도 현상 감지
• 임베디드 소프트웨어의 실행 추적

로직 애널라이저의 원리

테스트 대상 시스템 (SUT: System under test) 의 측정 지점에 프로브를 설치하여 신호를 로직 애널라이저에 입력합니다. 입력된 신호는 먼저 비교기에 입력됩니다.

비교기에서는 사용자가 임의로 설정한 임계전압 (임계값) 과 비교하여 이보다 높으면 “1”, 낮으면 “0”으로 후단으로 전달됩니다. 즉, 비교기를 통과한 후에는 디지털 신호로 취급됩니다.

비교기의 출력은 클럭과 트리거 조건에 따라 디지털 신호로 출력됩니다. 클럭은 로직 애널라이저의 내부 샘플링 클럭을 사용하는 경우와 SUT의 외부 클럭을 준용하는 경우가 있으며, 용도에 따라 구분하여 사용합니다.

전자는 각 신호 간의 타이밍 정보를 얻기 위해, 후자는 상태를 얻기 위한 것입니다. 트리거 조건은 특정 로직 패턴, 임의의 이벤트 수 카운트, 이벤트 지속시간 등 다양한 항목을 설정할 수 있습니다.

테스트 대상 회로의 신호 레벨에서 적절한 임계값을 설정하고, 얻고자 하는 정보에 대해 적절한 클럭, 트리거 조건을 설정하는 것이 중요합니다.

로직 애널라이저 사용법

프로브를 SUT에 연결하고 개별 입력 신호에 이름을 설정합니다. 이때 버스 등 여러 신호를 측정할 경우, 그룹화하여 등록하면 측정 결과를 쉽게 관찰할 수 있습니다.

다음으로 신호를 샘플링할 시간을 결정합니다. 샘플링 클럭의 주파수가 높을수록 더 세밀한 신호 측정이 가능합니다. 반면, 수집할 수 있는 데이터 양은 일정하기 때문에 관찰할 수 있는 시간 폭은 좁아집니다. 신호의 샘플링 간격은 다음 식을 통해 구할 수 있습니다.

샘플링 간격(초)=1/주파수(Hz)

마지막으로 트리거 조건 설정입니다. 트리거 조건 설정에서는 측정 시작 이외에도 트리거 발생 시 화면 표시 방법을 지정할 수 있습니다. 화면 표시 방법에서는 트리거가 3회 발생하면 중지할 것인지, 트리거가 발생할 때마다 측정 결과를 갱신할 것인지 지정할 수 있습니다.

로직 애널라이저의 기타 정보

1. 로직 애널라이저와 오실로스코프의 차이점

오실로스코프가 신호의 파형 등 아날로그 특성을 관찰할 수 있는 반면, 로직 애널라이저는 신호에서 디지털 데이터 (정보) 를 처리합니다.

하나의 신호에서 얻을 수 있는 정보량은 오실로스코프가 더 많지만, 동시에 관찰할 수 있는 신호는 4개 (4채널) 정도로 제한되는 반면, 로직 애널라이저는 동시에 다수의 입력 신호를 처리할 수 있는 것이 특징입니다.

2. 로직 애널라이저 사용 시 주의 사항

로직 애널라이저에는 몇 가지 주의 사항이 있는데, SUT와 로직 애널라이저의 고장을 방지하고 올바른 측정 결과를 얻기 위해 알아두면 도움이 될 것입니다.

SUT의 전원이 꺼져 있는지 확인합니다.
SUT에 프로브를 연결할 때 측정 부위와 그 주변부가 프로브를 통해 접촉할 수 있는데, SUT에 전원이 공급되면 그 순간 큰 전류가 흐르게 되어 고장이 발생할 수 있습니다. 따라서 항상 프로브 연결이 끝난 후 SUT에 전원을 공급하도록 주의해야합니다.

용도에 맞는 프로브 선택하기
프로브에는 측정하는 신호마다 리드를 개별적으로 연결하는 플라잉 리드 프로브, 로직 애널라이저 전용 커넥터와 연결하는 커넥터 프로브, 기판 풋프린트에 직접 연결하는 커넥터리스 프로브 등이 있습니다. 용도에 따라 프로브를 선택해야 합니다.

용도에 따라 측정 조건 설정하기
측정하고자 하는 신호의 변화 빈도나 측정 범위에 따라 샘플링 클럭과 기록 시간을 설정합니다. 로직 애널라이저의 성능에 따라 다르지만, 분해능과 메모리 용량을 고려하여 올바른 측정 결과를 얻을 수 있도록 설정과 기종을 선택해야 합니다.