月: 2024年1月

기어드 모터란?

기어드 모터는 기어와 모터가 결합된 장치입니다. 기어와 모터를 결합하여 회전수와 토크를 임의로 설계할 수 있습니다.

벨트 풀리 등에 비해 마찰로 인한 소음이 적고 유지보수가 편리합니다. 모터의 회전수와 토크에 따라 기어비를 선정하여 적절한 기어를 선택합니다. 기어 헤드 부분의 공간이 필요하므로 크기도 확인해야 합니다.

설치 방법으로는 플랜지 장착형, 탭 장착형 등이 있습니다.

기어드 모터의 사용 용도

기어드 모터는 기어에 따라 낮은 회전수에서 높은 토크를 낼 수 있습니다. 식품 가공기, 입체 주차장, 반도체 제조 장비, 목공 기계 등 대형 기계에 특히 많이 사용됩니다.

가까운 예로 전동 셔터나 세차기에도 사용됩니다. 낮은 회전수와 높은 토크의 특성을 살려 산업용 로봇 등에도 사용됩니다.

기어드 모터는 초소형부터 대형까지 다양한 사이즈가 있습니다. 또한 전자기 브레이크를 장착한 제품, 스테핑 모터를 사용한 제품 등 기어드 모터는 다양한 라인업으로 구성되어 있습니다.

기어드 모터의 원리

기어드 모터는 모터와 감속기로 구성됩니다.

고속으로 회전하는 모터에 대해 기어를 결합하여 그 회전수를 조절하는 것이 감속기입니다. 기어드 모터는 감속기에 의해 낮은 회전수에서 높은 토크를 얻을 수 있습니다.

모터는 산업용으로 삼상 유도전동기가 많이 사용됩니다. 유도전동기는 정격 회전수가 주파수와 극수에 따라 정해져 있기 때문에 기어비를 조정하여 회전수와 토크를 선정합니다.

기어비는 모터 회전축과 감속기 출력 회전축의 회전비이며, 기어비가 클수록 토크가 높아집니다. 높은 토크가 필요한 경우 기어비를 높여야 합니다.

기어와 모터의 위치에 따라 평행축 또는 직진축을 선택합니다. 또한 모터의 운전과 정지가 빈번한 경우 클러치 브레이크 타입을 사용하는 경우도 있습니다.

기어드 모터 사용 방법

기어드 모터를 사용하는 방법은 여러 가지가 있는데, 그 중 대표적인 것은 감속, 고부하, 고정밀도가 있습니다.

1. 감속

삼상 유도 전동기 등은 회전 속도가 극 수와 주파수에 따라 결정됩니다. 따라서 유도전동기를 필요한 회전속도로 사용하기 위해 감속기로 감속합니다.

각 사에서 다양한 감속비의 기어드 모터를 판매하고 있으므로, 필요한 회전수에 맞게 기어를 선택하면 됩니다.

2. 고부하

감속을 하면 출력 토크가 감속비에 비례하여 커지고, 허용 관성모멘트는 감속비의 제곱에 비례하여 커집니다. 따라서 속도가 떨어지는 대신 큰 물체를 회전시킬 수 있습니다.

3. 높은 정밀도

위치 결정 작업에 사용하면 모터의 정지 각도 정확도가 향상됩니다.

예를 들어, 감속비가 2인 경우, 모터 출력축의 오차가 1.0°라면 감속기 출력축의 오차는 0.5°가 되어 정확도가 높아집니다. 그러나 감속기에는 백래시라는 유격이 있는 경우가 많으므로 고정밀 위치 결정에 사용할 때는 주의가 필요합니다.

기어드 모터의 기타 정보

기어드 모터의 감속기

기어드 모터에 사용되는 감속기는 다양한 종류가 있으며, 용도에 따라 선택합니다. 대표적으로 ‘평 기어 감속기’, ‘베벨 기어 감속기’, ‘하이포이드 감속기’, ‘웜 감속기’, ‘유성 기어 감속기’, ‘파동 기어 감속기’ 등을 들 수 있습니다.

1. 평 기어 감속기

평기어 감속기는 가장 일반적인 감속기로, 평기어의 조합으로 감속합니다. 다단식도 있으며, 큰 감속비도 제작할 수 있지만 백래시가 큰 편입니다.

2. 베벨 기어 감속기 및 웜 감속기

베벨 기어 감속기와 웜 감속기는 입력축과 출력축이 직교합니다. 웜 기어는 자동 잠금 기능이 있어 승강기 등에 많이 사용됩니다.

3. 하이포이드 감속기

하이포이드 감속기는 나선형 베벨 기어를 사용하는 감속기로, 큰 감속비와 부드러운 동력 전달이 특징입니다.

4. 유성 기어 감속기

유성기어 감속기는 유성기어를 사용한 감속기로 입력축과 출력축이 동심원형인 감속기입니다. 스테핑 모터 등의 감속에 많이 사용됩니다.

5. 파동기어 감속기

파동기어 감속기는 개발한 하모닉드라이브시스템즈의 사명에서 유래하여 ‘하모닉 감속기’라고도 합니다. 백래시가 없는 감속기로서 로봇의 관절에 많이 사용됩니다.

이외에도 볼 감속기, 사이클로 감속기 등이 있으며, 감속기에 따라 출력 특성이 달라지기 때문에 기어드 모터를 선정할 때는 감속기의 특성을 파악하는 것이 중요합니다.

개폐기/접촉기란?

개폐기/접촉기란 접점을 개폐하여 전원의 공급과 차단을 제어하는 전기기기입니다.

영어로는 스위치라고 합니다. 저압 회로에서 대표적인 개폐기/접촉기는 전자기 코일로 구동하는 전자기 개폐기/전자기 접촉기입니다. 열 릴레이가 함께 제공되는 경우 전자기 개폐기라고 하며, 제공되지 않는 경우 전자기 접촉기라고 합니다.

개폐기/접촉기 사용 용도

개폐기/접촉기는 산업용으로 광범위하게 사용됩니다. 다음은 개폐기/접촉기의 사용 용도의 일례입니다.

• 펌프 및 팬의 모터 구동용
• 전기 히터의 통전 및 정지 제어용
• 산업 장비 전체의 주전원 제어용
• 상업시설의 고압 전원 공급용

저압 모터를 구동할 때는 코일 단락 시 상위 회로를 보호하기 위한 단락 보호와 과부하 시 모터를 보호하기 위한 과전류 보호를 고려해야 합니다. 전자기 개폐기의 써멀 릴레이는 과전류 보호에 적합한 특성을 가지고 있어 모터 구동 제어에 많이 사용됩니다. 저압 모터의 경우 차단기 등으로 단락 보호 요구 사항을 충족하는 경우가 많습니다.

저압 전기 히터의 통전 제어에는 종종 전자기 접촉기를 사용합니다. 그 이유는 전기 히터가 부하 장치를 가지고 있지 않고 부하에 따라 전류가 변하지 않고 열 릴레이가 필요하지 않기 때문입니다. 주전원 제어에도 전자기 접촉기가 적합합니다.

개폐기/접촉기의 원리

개폐기/접촉기의 대표적인 예인 전자기 접촉기는 단자, 접점, 철심/전자기 코일, 케이싱 등으로 구성된다. 전자기 개폐기의 경우 열 릴레이가 추가로 제공됩니다.

1. 단자

단자는 배선과 연결하는 부품입니다. 제품에 따라 다르지만, 국내에서는 원형 단자로 단자 처리한 배선을 나사로 견고하게 고정하는 것이 대부분입니다. 해외에서는 스프링 클램프 단자도 많이 사용됩니다.

2. 접점

접점은 전기의 통로가 되는 구동 부품입니다. 대전류 용도가 될수록 접점이 크거나 수가 많아집니다.

전기 저항을 줄이기 위해 접점에는 은합금이나 금이 사용됩니다. 은합금은 전기저항이 낮기 때문에 널리 사용됩니다. 금은 은합금보다 산화가 잘 일어나지 않는 특징이 있지만, 융점이 낮고 비싸기 때문에 미세한 부하에 적합합니다.

전자기 접촉기 내의 접점에는 이동식 접점과 고정식 접점이 있습니다. 고정 접점은 케이싱 등에 견고하게 고정됩니다. 가동 접점은 가동 철심과 함께 구동되어 고정 접점과 접촉하여 전기를 통전시킵니다.

저압 전자기 접촉기의 경우 보조 접점이 있는 경우도 많습니다. 보조 접점은 주 접점에 비해 허용전류가 낮기 때문에 제어회로의 상태 표시나 인터록에 사용됩니다.

3. 철심-전자기 코일

철심/전자기 코일은 제어 전원을 통전시켜 가동 접점을 구동하는 부품입니다. 철심에는 가동 철심과 고정 철심이 있으며, 가동 철심은 가동 접점과 일체화되어 있습니다. 전자기 코일에 제어 전원을 통전하면 자력을 띠게 되어 가동 철심을 고정 철심에 끌어당겨 구동합니다.

고정 철심과 가동 철심은 일반적으로 스프링을 사이에 두고 분리되어 있으며, 평소에는 분리된 상태입니다. 전자기 코일이 제어 전원에 의해 여기될 때만 접촉합니다. 그러나 기계식 래치형 전자기 접촉기는 통전 상태가 유지됩니다.

4. 케이싱

케이싱은 내부의 충전부를 견고하게 보호하면서 절연하는 부품입니다. 중소형 전자기 컨택터의 경우 뒷면에 DIN 레일 장착용 커넥터가 제공됩니다. 재질은 견고하고 절연성이 높은 합성수지 등이 일반적으로 사용됩니다.

개폐기/접촉기의 종류

개폐기/접촉기에는 다양한 종류의 제품이 판매되고 있습니다. 다음은 그 예시입니다.

1. 전자기 접촉기/전자기 개폐기

전자기력으로 접점을 구동하는 접촉기/개폐기입니다. 개폐기/접촉기 중 가장 널리 보급되어 있으며, 주로 저압 회로에 사용됩니다.

2. 푸시 버튼 개폐기

푸시 버튼 개폐기는 전자기력이 아닌 인력으로 접점을 구동시키는 접촉기/개폐기입니다. 구동시킨 접점은 OFF 버튼을 누를 때까지 래치기구에 의해 유지됩니다. 열 릴레이는 부속되어 있지 않지만, 푸시 버튼 구동인 경우 개폐기로 부릅니다.

3. 기중 구분 개폐기

기중 구분 개폐기는 고압 회로를 부하 개폐하기 위한 스위치입니다. 기중부하개폐기 또는 PAS(Pole Air Switch)라고도 한다. 송배전 사업자와 수요가의 책임분계점에 설치되는 경우가 많습니다.

PAS 본체는 과부하 및 지락 보호 기능이 없기 때문에 SOG(Storage Over Current Ground)와 함께 설치하는 경우가 많습니다.

실링재란?

실링재는 두 개 이상의 물체를 밀착시키기 위해 사용되는 재료입니다.

배관 등에 사용되며, 액체나 기체와 같은 유체의 누출을 방지하는 것이 목적입니다. 부품에 의한 실링재는 개스킷, 패킹, O-링, 화학약품 등의 경화에 의한 실링재는 실링, 코킹 등으로 불립니다.

수도나 가스 등 배관 접합부의 나사에 감는 실링 테이프와 같은 실링재도 있습니다. 또한 구동부에 사용하는 밀봉재는 패킹, 고정부에 사용하는 밀봉재는 개스킷으로 구분할 수 있습니다.

실링재의 사용 용도

실링재는 모든 산업에서 사용되는 부품입니다. 다음은 실링재의 사용 용도의 일례입니다.

1. 기계 및 자동차 산업

기계나 자동차의 내부에는 윤활유나 냉각수 등이 들어있는 경우가 있습니다. 이러한 액체가 누출되지 않도록 하기 위해 실링재가 사용됩니다. 또한, 진동이나 충격으로부터 부품을 보호하기 위한 완충재로도 유용합니다.

냉장고나 에어컨 등의 가전제품에도 기밀성 향상을 목적으로 실링재가 사용됩니다. 수지 재질의 뚜껑 등 포장재도 실링재의 일종입니다.

2. 건설 산업

건물의 틈새나 지붕의 틈새를 막지 않고 사용하면 누수 등의 원인이 됩니다. 따라서 실링재는 건물 방수 및 단열재로 사용된다. 또한 창틀이나 문틀 등의 틈새를 메우는 데도 사용됩니다.

3. 항공 우주 산업

우주의 고온과 저온, 고압과 저압 등 극한의 조건을 견딜 수 있는 밀봉재가 필요합니다. 고진공에서도 안정적인 실리콘 실링재나 고온에 강한 불소 고무계 실링재 등이 사용됩니다.

실링재의 원리

실링재의 접착 방법으로는 압착, 삽입, 접착, 팽창, 변형 등의 방법이 있습니다. 재료와 모양에 따라 다양한 방법으로 밀봉합니다.

그러나 그 기본 원리는 틈새를 메워 물질의 누출을 방지하는 것이다. 물체 사이의 틈새를 메워 밀봉합니다. 개스킷이나 O-링 등은 변형에 의한 밀봉재입니다. 반면 실리콘, 폴리우레탄 등의 본드 씰링은 삽입 및 접착에 의한 씰링 재료입니다.

1. 압착

압착은 실링재를 물체 사이에 끼워 넣어 물체끼리 강하게 밀착시키는 방법입니다.

2. 삽입

삽입은 물체의 틈새에 실링재를 삽입하여 간격을 메우는 방법입니다.

3. 접착

접착은 실링재에 점착성을 부여하여 밀착시키는 방법입니다.

4. 팽창

팽창은 밀봉재를 물이나 액체에 담가 팽창시켜 밀착시키는 방법입니다.

5. 변형

변형은 실링재를 가공하여 물체의 형태에 맞게 변형시켜 밀착시키는 방법입니다.

실링재의 종류

실링재는 재질과 형태에 따라 다양한 종류로 분류됩니다. 다음은 실링재의 종류 중 일부입니다.

1. 고무 씰

고무 재질을 사용한 실링재입니다. 내구성과 유연성이 뛰어나고 밀착성이 높은 것이 장점입니다. 일반적으로 에틸렌 프로필렌 고무, 니트릴 고무, 실리콘 고무 등이 사용됩니다.

2. 실리콘 씰

실리콘을 재료로 한 밀봉재입니다. 내열성이 뛰어나 고온 환경에서 사용하기에 적합합니다. 또한 내약품성이 우수하여 의료기기, 식품 관련 제품 등에도 사용됩니다.

3. 불소 씰

불소 수지를 재료로 한 밀봉재입니다. 내약품성 및 내열성이 뛰어나 고진공 환경에서도 사용이 가능합니다. 반도체 제조장치, 액정 패널 제조장치 등에 사용됩니다.

4. 금속 씰

금속으로 된 씰링재입니다. 고온, 고압 환경에서 사용할 수 있어 중공업에서 널리 사용되고 있습니다. 자동차 엔진, 가스 터빈 엔진, 항공기 부품 등에 유용합니다.

실링재 선택 방법

실링재는 사용 목적, 환경, 요구 성능 등을 기준으로 선정합니다.

1. 사용 목적

사용 목적이 고온 및 고압 환경인 경우, 금속 등 내열성 및 내압성이 우수한 실링재를 선정합니다. 또한, 약품이나 용매에 대한 내성이 필요한 경우에는 불소수지 등 내약품성이 높은 실링재를 선정합니다.

2. 사용 환경

실링재를 사용하는 환경도 고려해야 합니다. 실외나 수중 등의 조건에서 사용할 경우, 내후성 및 방수성이 우수한 실링재가 필요합니다.

3. 요구 성능

요구되는 밀봉 성능도 고려 요소 중 하나입니다. 가정용 창문의 기밀성 등에는 실리콘 본드 등으로도 문제가 없지만, 반도체 제조 등 고진공 환경에서는 금속 개스킷 등을 사용해야 합니다.

리니어 서보 모터란

리니어 서보 모터는 회전축을 내장하지 않은 전기 모터 중 기계 제어에 활용되는 서보 기구에 사용되는 직선 운동이 가능한 모터를 말합니다.

일반적인 모터가 회전형 운동을 하는 반면, 리니어 모터는 일반적으로 직선형 운동을 합니다. 리니어 모터 자체는 리니어 모터카 등으로 널리 알려진 구동 추진을 위한 장치이며, 서보 모터는 서보 기구에서 위치, 속도 등을 제어하는 용도로 사용하는 모터입니다.

지금까지는 산업기계나 측정기의 직동안내 시스템에서 회전형 서보모터가 주류를 이루었으나, 최근에는 영구자석에서 발생하는 자속과 코일에 흐르는 전류의 작용(플레밍의 왼손의 법칙)에 의해 움직이는 리니어 서보모터가 주목받고 있습니다.

리니어 서보 모터의 사용 용도

리니어 서보 모터의 사용 용도는 다양합니다. 특히 크기에 따라 사용 용도가 달라집니다.

1. 소구경 (Φ4~12mm)

데스크탑 타입의 장치에 사용됩니다. 산업용 제품이나 바이오 바이오 관련 등의 관찰 용도가 주를 이룹니다. 고해상도 이미지와 그 이미지 처리가 요구되는 분야에서는 샤프트 모터의 고분해능이 요구됩니다.

2. 중경 (~Φ35mm)

이 사이즈는 가장 많이 채택되어 고추력, 고정밀, 고속이 요구되는 분야, 공작기계 및 반도체 장비의 각종 위치결정 및 가동부 등에 널리 사용되고 있습니다.

3. 대구경 (~Φ60mm)

기타 큰 가속 추력이 필요한 특수한 기계에 사용됩니다.

리니어 서보 모터의 원리

리니어 서보 모터의 직선적인 동작은 자석을 축으로 한 샤프트와 코일이 들어간 가동자로 구성된 리니어 모터가 코일에 흐르는 전류와 영구자석에서 발생하는 자속과의 작용, 즉 플레밍의 왼손 법칙에 의해 추력이 발생하는 원리를 이용하고 있습니다.

일반적으로 샤프트는 스테인리스강으로 만든 파이프 안에 자석을 균등하게 채워 넣고, 가동자는 샤프트를 감싸도록 감긴 3상 코일로 구성됩니다. 가동자는 샤프트와 접촉하지 않고, 내장되어 있어도 추력 자체에는 영향을 미치지 않으며, 설치가 간단하다는 특징이 있습니다. 영구자석에서 발생하는 자기 유도 번들과 코일에 흐르는 전류의 작용으로 추력이 발생하여 작동합니다.

샤프트를 사용한 모터의 특징은 정밀도가 높은 리니어 스케일을 사용하면 고정밀 위치 결정이 가능하고, 백래시가 없으며, 코어가 없는 상태이기 때문에 코깅이 거의 발생하지 않는 점 등이 있습니다. 참고로 코깅은 모터에서 샤프트와 가동자 사이의 자기적 인력이 회전 각도에 따라 미세하게 진동하는 것을 말합니다.

내부에 나사나 너트 등의 기계 구조가 없기 때문에 고속 운동이 가능하다. 운동 정밀도가 우수한 반면, 고정된 쪽과 운동하는 쪽이 접촉하지 않기 때문에 강성이 낮아 저항이 큰 중절삭에는 적합하지 않습니다. 반도체 등 전자 부품이나 의료 부품 등의 가공에 사용되는 장비에 사용됩니다. 크기가 작고 구조가 단순하다는 것이 장비에 탑재할 때 장점입니다.

리니어 서보 모터의 기타 정보

1. 리니어 서보 모터를 액추에이터에 활용할 때의 이점

최근의 고성능 산업기계에서 요구되는 항목으로 고정밀 가공과 가공의 고속화를 꼽을 수 있습니다. 리니어 서보 모터가 상용화되기 이전에는 리니어 동작용 액추에이터로 회전형 모터와 베어링을 구성 요소로 하는 볼스크류의 조합으로 회전 방향의 동력을 직선 방향의 동력으로 변환하는 방식을 사용했습니다.

기존 방식으로는 정확도 향상과 동작 속도를 동시에 달성하는 것이 기술적으로 어려웠고, 유지보수 빈도도 높아지는 경향이 있었습니다. 그러나 리니어 서보 모터는 비접촉식이기 때문에 고속 동작이 우수하고, 위치 결정의 정확도가 높으며, 유지 보수가 필요 없는 많은 장점을 가지고 있습니다.

2. 리니어 서보 모터를 액추에이터에 활용할 때의 과제

리니어 서보 모터를 공작기계에 적용할 때의 과제는 출력 밀도와 제어성에 있습니다. 기존 회전형 모터와 볼스크류로 구동하는 것에 비해 동작의 제어성이 어렵고, 높은 출력 밀도를 확보하기 위해서는 높은 기술력이 요구됩니다.

최근 업체들의 기술 혁신으로 이러한 문제들이 극복되어 점차 리니어 서보 모터가 공작기계 및 산업기기에 널리 사용되고 있습니다.

방사선 측정기란?

방사선 측정기는 방사선의 세기나 방사선의 양을 측정하는 기기입니다.

방사선은 크게 5가지 종류가 있으며, 각각 다른 원리로 측정합니다. 또한 측정하는 대상도 공간 등의 방사선량을 측정하는 것과 개인이 누적적으로 받은 방사선량을 측정하는 것이 있습니다.

방사능은 원자폭탄이나 핵무기, 원자력발전소 사고 등으로 무서운 이미지가 있지만, 우리가 일상적으로 생활하는 공간에도 존재합니다. 방사선 측정은 측정 대상인 방사선의 성질에 따라 사용하는 계측기가 달라집니다.

또한, 방사선량이 높은 경우, 낮은 경우 또는 알파선, 감마선, 베타선, 엑스레이 등 방사선의 종류에 따라서도 사용할 수 있는 측정기가 달라집니다.

방사선 측정기의 사용 용도

1. 섬광식 방사선 측정기

섬광식 방사선 측정기는 일반 환경의 공간방사선량률 측정에 사용된다. 또한 오염원으로부터의 거리 변화에 따라 측정값이 변동하기 때문에 오염원이 어디에 있는지를 파악하는 데에도 활용할 수 있습니다.

공간방사선량률이란 공간방사선의 양을 시간당으로 환산한 것입니다. 또한, 공간방사선은 우주를 날아다니는 방사선으로, 우주에서 내려오는 것도 있고, 자연계에서 발산되는 것도 있습니다.

공간방사선량률의 단위는 hGy/h(시간당 나노그레이)이며, Gy(그레이)는 인체를 포함한 물질이 흡수한 방사선의 양으로 ‘흡수선량’이라고도 합니다.

2. GM(가이거뮬러) 관형 방사선 측정기

GM 관형 방사선 측정기는 주로 베타선 측정에 사용되며, 체표면 오염 정도를 측정하는 데 사용하는 측정기입니다. 감마선이나 엑스레이 측정, 공간방사선량률 측정에도 사용할 수 있지만, 정확도는 신틸레이션식보다 떨어집니다.

작업자 등의 의복이나 신체 표면에 방사성 물질이 부착되어 있는지를 측정할 때나 연구 실험에서 핵종 분석에도 사용됩니다.

3. 전리함식 방사선 측정기

전리함식 방사선 측정기는 공간방사선량률 측정에 사용합니다. 단, 이온화 박스식은 강한 방사선만 감지할 수 있기 때문에 CT 기기나 엑스레이 기기 등 엑스레이를 사용하는 장비를 제조하는 현장이나 이를 사용하는 의료 현장, 원자력 작업 현장 등 방사선이 많은 환경에서 사용하는 측정기입니다.

4. 개인선량계

개인선량계는 착용한 사람이 일정 기간 동안 얼마나 방사선에 노출되었는지 누적량으로 측정합니다. 개인선량계가 사용되는 곳은 방사성 물질을 취급하는 시설입니다.

원자력발전소 등 방사선 피폭 가능성이 높은 지역은 관리구역으로 지정되어 있으며, 출입 시 개인선량계를 착용하고 출입하는 동안 피폭선량을 측정하는 것이 법으로 의무화되어 있습니다.

방사선 측정기의 원리

방사선은 물질을 통과할 때 물질의 상호작용을 일으킵니다. 방사선 측정기의 원리는 방사선과 물질 간의 상호작용을 이용하고 있습니다.

GM관식 방사선 측정기나 전리함식 방사선 측정기에서는 방사선과 기체 사이의 이온화 작용을 이용합니다. 이온화 작용은 방사선이 물질 내 원자핵의 전자를 외부로 튕겨내는 작용으로, GM관식 방사선 측정기나 이온화 박스식 측정기에서는 이온화 작용에 의해 발생한 전류를 전기 신호로 변환하여 방사선량 값을 계산합니다.

신틸레이션식 방사선 측정기에서는 물질 간의 여기 작용을 이용합니다. 여기작용은 방사선이 원자핵의 전자에 에너지를 주어 바깥쪽 궤도로 튕겨내는 작용을 말합니다. 여기작용은 활성화 상태에서 고에너지 상태인 여기상태에서 안정된 기저상태로 돌아갈 때 가지고 있는 에너지를 빛으로 방출하는데, 이때부터 신틸레이터가 발산하는 미약한 빛을 광전자 증배관에 의해 증폭하여 전기신호로 변환하여 방사선을 측정합니다.

신틸레이터는 엑스레이와 감마선에 반응하여 발광하는 물질로, 방사선 측정에는 일반적으로 Nal 요오드화나트륨이나 Csl 요오드화 세슘이 사용됩니다. 개인선량계에도 형광의 원리가 사용되며, 개광자극발광선량계, 형광유리선량계, 전자식선량계라고 불리는 것이 있습니다.

방사선 측정기의 기타 정보

방사선의 단위

방사선 관련 뉴스에서는 평소에 들어보지 못한 단위가 사용되는 경우가 있습니다. 주요 단위는 Bq(베크렐)과 Sv(시버트)입니다.

베크렐은 1초 동안 붕괴하는 원자핵의 수를 나타내는 것으로, 방사선 물질이 방사선을 발생시키는 능력을 나타냅니다. 반면 시벨트는 인체가 받는 방사선의 영향 정도를 나타내는 것으로, 두 단위는 방사선을 발생시키는 측과 방사선을 받는 측으로 나뉩니다.

교류 전압계란?

교류 전압계는 교류 전원으로부터 공급되는 교류 전압을 측정하기 위해 사용되는 장치입니다.
휴대용의 경우 과거에는 교류 전압계로서의 기능만을 가진 제품도 많이 판매되었으나, 최근에는 테스터로서 다기능을 갖춘 제품이 주류를 이루고 있다. 다기능 제품에는 아날로그 테스터와 디지털 테스터 두 종류가 있습니다.

아날로그 테스터는 상대적으로 내부 저항이 낮기 때문에 전력 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 높은 정확도와 측정 오차가 적은 것이 장점입니다.
디지털 테스터는 내부 저항이 높기 때문에 높은 임피던스의 회로를 측정할 수 있습니다.

교류 전압계의 사용 용도

교류 전압계는 교류 전류가 사용되는 제품 검사 및 유지-보수 분야에서 널리 사용됩니다. 다음은 사용 예시입니다.

• 오디오 기기 고장 원인 파악
• 큐비클의 수전 및 송전 전압 확인
• 고속열차 조종석 내 각 장소의 전압 확인
• 배수용 수중펌프의 상태 확인
• 비상용 발전기의 출력 전압 확인
• 발전소의 발전 전압 확인
• 변전소에서의 송전-수전 전압 확인

교류 전압계를 이용하여 전자 회로 간의 고유 전압을 확인할 수 있습니다.
또한 위에서 언급한 바와 같이 교류 전압계는 기기 전압 상태 모니터링에도 활용됩니다.

교류 전압계의 원리

교류 전압계는 크게 아날로그 전압계와 디지털 전압계로 나뉩니다.

아날로그 전압계는 주로 이동식 철편 방식을 사용합니다.
이동식 철편식은 고정된 코일에 입력 전압을 인가하고, 그 코일에 발생하는 자력에 의해 철편을 움직여 지침이 흔들리게 하는 방식입니다. 구조가 간단하고 가격이 저렴한 것이 특징입니다.

디지털 전압계의 원리는 먼저 입력된 교류 전압을 AC/DC 변환기를 통해 직류 전원으로 변환합니다. 그런 다음 배율기에 의해 전기 저항을 결정하고 바이어스 전류의 전압과 교류 전압계 고유 저항의 전압에 의해 교류 전압계에 흐르는 전류의 양이 결정됩니다. 전기 저항 및 전류가 결정되면 옴의 법칙을 이용하여 전압을 구할 수 있습니다.

교류 전압계의 종류

교류 전압계는 앞서 언급한 바와 같이 종류가 있으며, 아날로그식 제품과 디지털식 제품이 있습니다. 또한, 전압을 로깅하는 데이터 로거도 판매 중입니다.

아날로그 교류 전압계

‘교류 전압계’라고 하면 아날로그 제품을 떠올리는 사람이 많을 것입니다. 전면에 투명한 아크릴 커버로 덮인 전압판과 바늘이 있는 타입이 일반적이다. 구조가 단순하기 때문에 디지털 교류 전압계에 비해 고장이 적고 신뢰성이 높습니다.

비교적 저렴하게 구할 수 있으며, 인터넷 쇼핑몰에서도 1,000원이 채 안 되는 가격으로 판매되는 제품도 있습니다.

디지털 교류 전압계

전면이 디지털 표시로 전압을 표시하는 타입입니다. 내부에 FPGA 등의 제어 기판을 탑재하고 있으며, 아날로그-디지털 변환 회로 등의 기능을 가지고 있습니다.

디지털 표시로 보기 쉽고, 기판을 제어하는 프로그램에 따라 다양한 기능을 구현할 수 있어 고기능인 제품도 있습니다. 가격은 1,000엔대에 구입할 수 있는 것부터 수십만 원대의 고성능 타입까지 가격대는 다양합니다. 아날로그에 비해 구조가 복잡하기 때문에 고장률도 높은 편입니다.

데이터 로거

교류 전압계의 기능을 가지고 있으면서 그 전압 측정 결과를 로깅하거나 확장 유닛을 연결하여 온도 등 다양한 측정을 동시에 실행할 수 있는 타입의 기기입니다.

레이저 광원이란?

레이저 광원이란 레이저 광을 발산하는 광원을 말합니다.

레이저는 일반 빛에 비해 높은 단일 파장성, 지향성과 더불어 에너지 밀도가 우수합니다. 레이저 광원은 프로젝터의 광원에 적합한 반도체 레이저부터 물체 절단, 가공에 적합한 YAG 레이저, CO2 레이저, 엑시머 레이저, 아르곤 레이저 등 그 종류가 다양합니다.

레이저는 작동 물질의 형태에 따라 고체 레이저(YAG), 반도체 레이저, 기체 레이저(CO2 레이저, 아르곤 레이저, 엑시머 레이저, HeNe 레이저)로 나뉘며, HeNe 레이저는 632.8nm 파장의 적색 레이저로, 목적물에 조사하는 것 외에도 가시광선 파장 영역 외의 레이저의 가이드 광으로도 사용할 수 있습니다. 레이저는 단일 파장성이 높지만, 원리에 따라 다른 파장의 빛이 섞여 있는 경우도 있습니다. 예를 들어, HeNe 레이저의 경우 632.8nm 부근에 다른 파장의 약한 빛의 위성 구조가 있습니다.

레이저 빛의 순도를 높이기 위해 레이저 파장만을 통과시키는 광학 필터나 해당 파장의 빛만 반사하는 이색 거울과 같은 광학 소자를 사용할 수 있습니다. 시중에서 판매되는 광학 소자의 파장 설계는 대부분 위의 레이저에 맞춰져 있는 경우가 많습니다.

레이저 광원의 사용 용도

레이저 광원은 다양한 수단으로 활용되고 있습니다. 종류에 따라 사용 용도가 다릅니다.

1. 반도체 레이저

수명이 길고 휴대성이 좋아 프로젝터의 프로젝션용 광원으로 활용되고 있습니다.

2. YAG 레이저

일반적인 고체 레이저인 YAG 레이저는 금속 및 다양한 물질의 절단과 천공으로 대표되는 레이저 가공에 이용되고 있으며, YAG 레이저는 빛이라는 특성으로 인해 투명한 물질의 가공에는 적합하지 않습니다.

3. CO2 레이저

가장 긴 파장의 레이저 광을 투사할 수 있으며, YAG 레이저와 달리 투명 물질 가공에 적합하지만 금속 가공에는 적합하지 않습니다.

레이저 광원의 원리

레이저 광원은 레이저 매체의 분자에 에너지를 공급하여 여기된 빛을 광원으로 사용합니다. 레이저 광원에 강한 에너지를 주면 레이저 매체의 특정 수의 원자가 여기 상태가 됩니다.

펌핑

여기 상태의 원자가 증가하는 것입니다.

반전 분포 상태

펌핑에 의해 여기 상태의 원자 수가 다른 상태의 원자 수를 초과하는 상태입니다.

광증폭

역분포 상태에서 여기광과 동일한 파장의 빛을 원자에 조사하면, 빛을 받은 원자는 그 빛과 같은 방향으로 동일한 파장의 빛을 방출하여 다른 원자를 여기시키는 것을 말합니다.

레이저 광원은 광증폭을 일으키기 위한 광원이 설치된 측면에 거울을, 레이저 빛을 방출하는 측면에 부분 반사 거울을 설치한 구조로 되어 있습니다. 광증폭으로 여기된 빛은 부분 반사 거울에서 반사되어 레이저 광원 내부에서 여러 번 광증폭을 반복하면서 계속 반사되어 최종적으로 부분 반사 거울의 투과부를 고에너지의 레이저 광으로 통과하게 됩니다.

레이저 광원의 특징

레이저 광원은 지향성, 단색성, 에너지 밀도 외에 위상(빛의 파형)을 가지고 있기 때문에 물체에 부딪히면 간섭을 일으키기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 이 특성을 이용한 것이 레이저 간섭계 등 거리를 측정하는 기기입니다. 일반 빛은 여러 가지 빛이 섞여 있기 때문에 위상도 제각각이어서 기본적으로 간섭이 잘 일어나지 않습니다.

레이저 광원의 기타 정보

레이저 광원의 파장

레이저 광원에는 여러 가지가 있는데, 각각 파장에 따라 분류할 수 있습니다. 엑시머 레이저는 150~308nm, 아르곤 레이저는 488nm, 루비 레이저는 694.3nm, YAG 레이저는 1,064nm, CO2 레이저는 10,600nm로 각각 다른 파장을 가지고 있습니다. 파장의 차이는 대상물에 조사했을 때 흡수율의 차이가 된다. 흡수율이 다르면 온도가 달라집니다.

위의 레이저 기본파에 대해 비선형 광학 크리스탈을 사용하면 파장 변환이 가능합니다. 예를 들어, YAG 레이저의 기본 파장은 1,064nm인데, 비선형 광학 크리스탈을 통해 제2고조파 532nm, 제3고조파 355nm, 제4고조파 266nm의 파장의 빛을 얻을 수 있습니다. 또한 파장 가변 파라메트릭 발진기를 만들 수도 있습니다.

카메라 모듈이란?

카메라 모듈은 가정제품인 SLR 카메라와 유사한 구조를 가진 산업용 장비입니다. 카메라 모듈은 렌즈와 카메라로 나눌 수 있습니다. 렌즈와 카메라를 연결하는 마운트라는 부품이 있으며, 마운트 규격이 동일하면 렌즈를 교체할 수 있습니다. 카메라의 촬영 소자는 CMOS와 CCD 두 가지가 있습니다. 또한 이미지의 인화 방식에는 글로벌 셔터와 롤링 셔터 두 가지가 있습니다.

카메라 모듈의 사용 용도

카메라 모듈은 소형의 경우 스마트폰이나 컴퓨터의 카메라로 사용되며, ATM이나 자판기, 자동판매기의 얼굴 인증용으로 사용되기도 합니다. 비교적 큰 크기의 것은 방범용 카메라, 차량용 카메라, 검사 및 측정 목적의 산업용 기기에 탑재하여 사용하는 등 다양한 용도로 사용되고 있습니다.

카메라 모듈의 원리

카메라 모듈은 렌즈에서 들어온 빛을 촬영 소자에서 결상시켜 전기 신호로 변화시켜 이미지를 획득합니다.
촬영 소자는 크게 CMOS와 CCD의 두 종류로 나뉘는데, CMOS는 저전력으로 작동할 수 있는 반면 CCD는 후술하는 글로벌 셔터를 탑재하고 있습니다. 두 센서 모두 포토다이오드에 들어온 빛을 전기 신호로 변환하고, 포토다이오드 후방에 설치된 CDS, AGC, ADS 등을 통해 노이즈를 억제하여 안정적인 디지털 신호로 변환합니다. 디지털 신호는 이미지 처리 엔진에 의해 이미지 데이터로 출력됩니다.

글로벌 셔터와 롤링 셔터의 차이점을 설명합니다. 글로벌 셔터는 무수히 많은 포토다이오드에 들어온 빛을 동일한 타이밍에 전기 신호로 변환할 수 있습니다. 롤링 셔터는 소용돌이 모양으로 순차적으로 전기 신호로 변환합니다. 롤링 셔터는 원리상 빠르게 가로지르는 피사체를 촬영하면 피사체가 비스듬히 기울어져 왜곡되어 촬영됩니다. 카메라 모듈에서 얻을 수 있는 이미지는 컬러와 흑백이 있습니다. 컬러 센서에는 청색, 적색, 녹색의 세 가지 색 중 하나의 색을 판별할 수 있는 포토다이오드가 중첩된 배열로 배열되어 있습니다. 단일 포토다이오드에서는 단일 색의 색상 정보만 얻을 수 있지만, 주변의 다른 색을 담당하는 포토다이오드로부터 정보를 얻음으로써 유사하게 하나의 포토다이오드로 세 가지 색의 정보를 얻을 수 있습니다.

카메라 모듈 시장

2020년 기준 세계 카메라 모듈 시장은 호조세를 보이고 있으며, 앞으로도 높은 성장률을 보일 것으로 예상됩니다.

스마트폰 등 모바일 단말기의 카메라는 2015년경부터 멀티 카메라화가 시작되어 싱글에서 듀얼, 트리플, 쿼드로 진화하고 있습니다.

고화질의 고화질화와 더불어 AF, 줌, 광각 기능 외에도 ToF, LiDAR 등의 센서 카메라 모듈 탑재로 어두운 곳에서의 AF 성능 향상, 얼굴인식 정확도 향상, 가상현실(VR), 증강현실(AR) 기능 활용 등으로 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.

자동차 시장에서도 첨단운전자보조시스템(ADAS)으로 차량 1대당 카메라 탑재 대수가 증가하는 추세입니다.

가전 분야와 산업 분야에서도 인력 절감, 보안, 원격화 요구로 인해 스마트 제품이나 보조 로봇, 드론에 탑재되는 수요가 확대될 것으로 예상됩니다.

카메라 모듈을 구성하는 렌즈의 진화, 신소재 활용, MEMS(미세전자기계시스템) 등의 기술 발전이 카메라 모듈의 가치를 높이고 있습니다.

차량용 카메라 모듈

차량용 카메라 모듈의 수요는 기존 미러를 대체하는 주변 사각지대 모니터링 용도 중심에서 첨단안전지원시스템(ADAS)과 자율주행의 수요가 확대되면서 센싱을 위한 용도로 빠르게 변화하고 있습니다.

첨단 광학, 영상처리, 통신 기술과 함께 ‘안전, 안심’ 자동차 사회 구현에 큰 역할을 하고 있습니다.

차량용 카메라 모듈은 다음과 같이 다양한 종류가 있습니다.

전방 감시 카메라 모듈

차량 진행 방향의 상황을 모니터링하여 안전 운전을 지원합니다.

드라이브 레코더용 카메라 모듈

주행 중 또는 정차 중 전방 및 차량 내 상황을 상시 영상으로 기록하기 위해 사용됩니다.

운전자 모니터링 카메라 모듈

운전 중 운전자를 모니터링하여 졸음운전, 졸음운전 등 위험예지 시스템에 사용됩니다.

서라운드 뷰 카메라 모듈

360도 차량 주변 사각지대를 없애고 안전 확보를 위해 배치됩니다.

PWM`이란?

PWM은 ‘Pulse Width Modulation’의 약자로, 다양한 폭을 가진 펄스파를 생성하는 기술입니다. 펄스파는 디지털 신호이지만, 다양한 펄스파를 조합하여 정현파를 비롯한 다양한 유사 아날로그 신호로 변환할 수 있습니다.

PWM은 일정한 주기로 펄스 폭을 변조시키는 기술입니다. 펄스 폭이 일정하고 주파수를 변조하는 PFM이라는 기술도 있어 구분되지만, 둘 다 통전/비통전 스위칭에 이용됩니다.

PWM의 사용 용도

PWM은 일반적으로 전원 공급장치의 전압 제어와 반도체에 대한 통전 및 비통전 사이클 제어에 사용됩니다. 특히 DC 모터를 효율적으로 제어하기 위한 목적으로 많이 사용됩니다. 모터에 대한 전압 인가 시간을 제어함으로써 실행 전압을 제어할 수 있습니다.

또한, 인버터 회로에서 변조된 교류를 생성할 때 PWM을 이용하여 다양한 폭의 펄스 전압을 생성하고, 이를 합성하여 직류-교류 변환을 할 수 있습니다. 또한, 인버터 회로뿐만 아니라 스위칭 전원의 제어, 빛의 색상에 영향을 주지 않도록 LED의 조광 등에도 PWM이 사용되고 있습니다.

PWM의 원리

펄스 폭 변조를 하는 PWM 회로는 트랜지스터를 이용하여 회로의 스위치 온/오프(Switch On/Switch Off)를 반복하여 다양한 폭의 펄스파를 생성합니다.

PWM에서는 일정한 주기로 펄스폭을 변조하기 때문에 듀티 사이클을 변화시키고 있습니다. 듀티 사이클은 펄스 폭을 주기로 나눈 것으로 ‘%(퍼센트)’로 표시합니다. 전압 제어에서는 펄스 전압과 듀티 사이클을 합산한 것이 실행 전압이 되며, 듀티 사이클 100%의 경우 직류 전원을 사용했을 때와 동일합니다.

PWM을 이용하여 전압 제어를 할 경우, 전원이 꺼지는 시간이 발생하기 때문에 상시 작동하는 직류 전원을 사용하는 것보다 전력 효율이 높아진다는 특징이 있습니다. 또한, 마이컴 등의 디지털 회로에서 펄스파를 합성하는 것만으로 의사 아날로그 신호를 생성할 수 있기 때문에 D/A 컨버터 등을 사용하지 않고 디지털 회로만으로 구성된 아날로그 변환 회로를 구축할 수 있습니다.

PMW의 기타 정보

1. 제어

전자회로로 부하를 동적으로 제어하는 경우, 부하를 정전압으로 제어하는 방법과 부하를 정전류로 제어하는 방법 외에 부하를 PWM으로 제어하는 방법이 있습니다.

최근에는 환경 문제, 에너지 문제 등으로 인해 보다 에너지 효율이 높은 방법이 유행하고 있습니다. 정전압 제어나 정전류 제어 등 선형 방식이 효율이 떨어지는 이유는 다음과 같습니다.

• 안정화를 위해 몇 V의 마진이 필요합니다.
• 전압 또는 전류를 압착할 경우 압착된 성분은 회로 내에서 소비되어 손실이 발생합니다.

예를 들어, 최대 전압 10V 전류 용량 2A의 안정화 전원을 5V2A로 사용하는 경우, 전원 회로의 전원부에서 소비되는 손실 전력은 전원부의 입력 전압을 12V로 하면 (12V-5V)x2A=14W가 되고, 부하에서 소비되는 전력은 5V×2A=10W가 됩니다.

부하에서 소비되는 전력의 1.4배의 전력이 회로 내에서 손실로 소비됩니다. 전력 소모가 많을 뿐만 아니라 사용 부품도 많아져 비용, 크기, 무게가 증가합니다다.

반면, PWM 제어는 출력 전압은 변하지 않고 펄스의 폭을 출력에 따라 가변하는 제어 방식으로, 예를 들어 10V에서 듀티비 50%의 PWM이라면 겉보기 구동 전압은 5V가 되어 이론상 손실이 없고 실제 효율이 매우 좋은 방식이라고 할 수 있습니다.

2. 듀티비

PWM 제어에서 듀티비라는 단어가 자주 등장합니다. 이것은 펄스 폭/주기이며, 듀티비 50%의 PWM 파형에서 H와 L은 같은 폭을 가집니다.

듀티비를 변경하면 겉보기 전압이 변경됩니다. 예를 들어, 10V의 PWM에서 듀티비를 0%→25%→50%→75%→100%로 변경하면 부하에 가해지는 겉보기 전압은 0V→2.5V→5V→7.5V→10V가 됩니다.

마이크로컴퓨터 등에서 아날로그 신호를 출력하려면 D/A 컨버터가 필요하지만, PWM을 사용하면 PWM의 스위칭 주파수를 적당히 가져와 마이크로컴퓨터 등에서 프로그래머블하게 듀티비를 가감하면 마이크로컴퓨터의 I/O 단자로 아날로그 신호를 유사하게 만들 수 있다, 디지털 신호 레벨까지 임의의 아날로그 신호를 생성할 수 있습니다.

이 경우 I/O 단자에 적절한 LPF를 삽입하여 PWM의 스위칭 주파수 성분과 그 고조파 성분을 제거해야 합니다.

3. PWM 제어의 노이즈

PWM 제어가 모터의 동작 제어와 인버터의 고효율화를 위해 많이 사용되는 것은 앞서 언급한 바와 같지만, PWM 제어로 인한 노이즈 문제가 사용자들을 괴롭히는 문제 중 하나입니다. 다양한 스위칭 주파수의 노이즈를 생성합니다.

이 주파수는 대략 30~40MHz로 주변 사람이나 환경에 대한 소음 문제뿐만 아니라 저주파 대역을 사용하는 AM 라디오나 센서 등에 노이즈로 영향을 미칩니다. 따라서 어떤 식으로든 소음 대책이 필요한 경우가 많습니다. 구체적인 대책으로는 인버터 장치의 경우, 장치를 하우징으로 덮거나, 전원 케이블을 짧게 하거나, 페라이트나 LC 초크 등의 노이즈 필터를 삽입하는 등의 방법을 들 수 있습니다.

PWM 제어에서는 이 스위칭 주파수를 사용자가 변경할 수 있는 경우도 있으므로 시도해 보는 것도 한 방법이다. 스위칭 캐리어 주파수를 낮추면 전체 스위칭 노이즈 자체는 줄일 수 있지만, 일반적으로 모터의 노이즈는 더 커집니다.