IEPE 센서(ICP 센서)의 원리는 어떻게 되는가?

안녕하세요. 구스입니다.

오늘은 IEPE 타입의 센서의 원리에 대해서 알아볼까 하는데요.

IEPE 센서가 무엇인지, 그리고 ICP와 어떠한 차이가 있는지 먼저 알아보도록 할께요.

먼저 IEPE 센서와 ICP(Integrated Circuit Piezoelectric) 센서는 동일한 센서라고 보시면 됩니다. 일반적인 센서는 전압, 전류등을 출력하여 DAQ 장비에서 수집하게 됩니다.

하지만 IEPE 센서(ICP 센서)는 외부에서 일정한 전류(Constant Current)를 제공하고, 이를 이용하여 내부회로를 통해서 출력되는 전압 값을 DAQ 장비에서 수집을 하게 됩니다.

따라서 IEPE 센서와 ICP 센서를 정상적으로 측정을 하기 위해서는 DAQ 장비 혹은 다른 전원 소스를 통해서 전류가 들어가야합니다. 

그럼 IEPE 혹은 ICP의 원리가 어떻게 되는지 확인해 봅시다. 

IEPE 센서 혹은 ICP 센서에서 받는 전류는 가속도계의 진동을 측정하기 위한 장비 혹은 다른 소스원에서 출력이 됩니다. IEPE 센서(센서라 부르고 대부분 가속도계)는 전압 증폭기(전하 증폭기)와 트랜스듀서를 통합한 센서인데, 트랜스듀서는 압력을 전압을 변환하게됩니다. 

하지만 트랜스듀서를 통해서 변환된 전압은 미미하기도 하고, 노이즈에 취약하기 때문에 IEPE 가속도계 내부에서는 증폭기를 사용하게 됩니다.

IEPE 가속도계(ICP 가속도계)의 내부 회로는 일정한 전류를 공급을 받습니다. 이때 내부회로는 저항의 역할을 하게 되는데, 옴의 법칙(V=IR)에 따라 일정한 전류 상태에서는 트랜스듀서를 통해서 변환된 전압이 트랜스듀서에 전달되는 압력의 변화라고 할 수가 있습니다. 

진동 신호가 변환된 전압은 다시 데이터 수집 장치로 전달이 되게 됩니다. 이 때 이 전압은 바이어스 전압이 전달 됩니다. 

바이어스 전압이란?

증폭 회로나 변조 회로에 쓰는 전자관이나 트랜지스터에 원하는 동작점을 설정하기 위하여 사용되는 전압

진동 신호의 경우는 변조된 바이어스 전압으로 출력이 됩니다. 따라서 아래의 그림 커패시터 Cc는 제로 베이스 AC 신호를 출력하는 장비로부터 센서의 바이어스 전압을 제거합니다. 

일반적으로 외부 전원을 통해서 공급받는 전류는 2 – 20mA인데, 적은 전류일수록 높은 출력 임피던스를 가지기 때문에 4 mA가 가장 이상적이라고 할 수 있습니다. 

바이어스 전압( 예) 외부 전원이 없는 상태에서의 센서 DC 출력값)은 일반적으로 12-14V이지만 공급되는 전류와 온도에 따라서 달라질 수 있습니다. 가속도계 센서 오실레이터에서 나오는 전압은 바이어스 전압을 기준으로 하게 때문에 –신호가 나올 수 없습니다.

이 전압 신호의 최대값은 공급되는 전류에 따라서 결정이 됩니다. 공급 전류의 일반적인 전압은 24-30V 사이입니다. 전압의 최저치는 센서에 있는 Amplifier에 의해서 결정이 됩니다. 

이 글에서는 IEPE 센서(ICP 센서)의 원리에 대해서 알아보았습니다.

그럼 이만 줄이겠습니다.

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