KOSEN 한인과학기술자네트워크

자세히는 모르겠지만 노이즈를 어느 정도 줄일려고 하는지요? 보통 센서의 입력 전압은 5~24 V로 합니다. 입력전압을 높여주면 당연히 출력전압도 올라갑니다. 그러나 입력전압을 아무리 바꾸더라도 전압이 흔들리기 때문에 센서내부에는 전압고정 회로를 넣습니다. 대부분 5 V 안정화회로가 들어있습니다. 출력은 센서의 회로에서 퍼텐셔미터를 이용하여 조정하기 때문에 5V를 중심으로 얼마든지 바꿀 수 있습니다. 따라서 센서는 저항을 이용하여 전압을 바꾸기 때문에 출력 전류가 중요합니다.(정확하게는 전력이 중요한 개념) 출력전류를 보고 출력전압을 조정하면 노이즈를 어느 정도 줄일 수 있습니다. 또 센서회로를 보면 센서 내부의 그라운드(접지)와 외부의 접지전압을 맞추는 부분이 있습니다. (좋은 센서는 조절하는 부위가 많습니다) 센서 생산업체의 비밀에 속하는 사항인데... 센서의 회로부를 조정하여 접지전압을 외부의 접지전압과 맞추고 바이어스 전압을 줍니다. 이렇게 바이어스 전압을 어떻게 주는가 크기에 따라 노이즈의 변화가 심합니다. 센서선을 보면 보통 세가닥이 있습니다. (센서 설명서에 보면 연결방법이 나옵니다) 하나는 공급전원의 (+)와 연결하고 하나는 공급전원의 (-)와 연결시킵니다. 공급전원의 (-)가 센서회로의 접지와 연결되고 센서의 출력신호가 나오는 신호선(A선)을 컴퓨터의 (+)입력부와 연결합니다. 정리를 하면.... 전원공급의 (+)전원을 센서의 (+)와 연결하고 전원공급의 (-)를 센서의 (-)와 연결, 컴퓨터의 (-)입력과 연결, 센서의 신호선을 컴퓨터의 (+)와 연결합니다. 따라서 연결을 먼저 확인하십시오.... 이렇게 연결을 하고 (-)전원과 컴퓨터 입력단의 접지(또는 (-))를 연결하고 실험실의 접지는 센서의 접지와 연결시키면 노이즈가 엄청나게 줄어듭니다. 센서회로의 접지와 전원공급장치의 (-)가 다른 경우가 있고 같은 경우가 있으므로 조심해야 합니다. 아무리 접지와 (-)를 연결해도 센서 회로에서 접지부분을 외부접지와 맞추고 바이어스 전압을 주는 회로가 없으면 소용없습니다. 센서를 보면 출력이 (+)인 경우와 (-)인 경우가 있으므로 또 조심해야 합니다. 전원공급이 (-)일 때 접지로 하는 경우가 있고 (-)전압으로 하는 경우도 있으므로 센서의 특성에 따라 접지와 (+)를 생성하는 종류와 접지를 중심으로 (+)와 (-)를 번갈아 가면서 감지부로 보내는 종류가 있으므로 센서를 잘 살펴봐야 합니다. 실험실의 접지전압을 (-)와 연결해서 노이즈가 줄어드는 경우도 있으나 센서에서 (-)전압이 접지전압과 같은 지 아니면 (-)전압으로 하고 접지부는 따로 있는지도 알아봐야 하므로 간단한 문제가 아닙니다. 일단 실험실의 접지와 컴퓨터의 입력단의 (-)나 접지와 연결해 보십시오. 우리 실험실에서는 NI사의 DAQ를 사용하므로 채널0의 접지는 67번 단자와 연결하고 컴퓨터에서 받아들이는 신호는 68번 단자를 이용합니다. 이렇게 하면 노이즈가 센서 자체에서 생성하는 노이즈 수준으로 떨어집니다. ================================================================== << AD 변환시 노이즈를 줄이는 방법 >> 앞에서 든 예는 접지와 (-)전압이 헷갈리면서 실험실 접지를 잘못연결하거나 여러 종류의 계측장치를 동시에 연결하여 접지와 (-)전압이 헷갈려서 나타나는 현상이나 노이즈가 줄어든다고 해도 AD변환을 하여 컴퓨터에서 저장을 하여 데이터를 살펴보면 수 mV에서 수십 mV의 노이즈가 항상 발생합니다. 이런 노이즈는 피할 수 없는 노이즈로 정밀한 실험값을 얻기 위해서는 두, 세가지 피하는 방법이 있습니다. (잘 만든 센서라도 산업용(공업용)으로 나왔을 때는 공급전압을 직류 (건전지나 축전지)로 해도 출력신호의 노이즈가 2~3 mV는 항상 존재합니다) 첫째, 고가의 전력안정화 장치를 이용하는 방법... 전력안정화 장치는 수천만원 합니다. 이런 장비를 이용하면 마이크로 볼트까지 정밀한 전압을 구할 수 있습니다. 보통 실험실에서 아주 정밀한 전압을 필요로 하지 않는 실험인데 이런 고가의 장비를 들여오는 것은 약간 문제가 있지요. 둘째, 이동평균값을 구하여 실험값으로 하는 방법입니다. 대부분의 산업계에서 이용하는 방법으로 샘플링 시간을 짧게하여 (보통 초당 250번 정도나 초당 1000번으로 높여) 50개 정도의 평균값을 취하고 다음 데이터를 계속 옆으로 보내면서 이동평균값을 구하여 저장합니다. 50개씩 한꺼번에 보내면서 이동평균을 구하는 방법과 한개씩 옆으로 보내면서 평균을 구하는 방법이 있는데... 보통 수십개씩 한꺼번에 버퍼링을 해서 이동평균값을 구합니다. 이렇게 해도 수천만원 장비를 사용하는 것과 별로 차이가 없는 값을 구할 수 있습니다. (NI사의 프로그램을 보면 버퍼링하는 양을 정할 수 있으므로 버퍼링값을 높이면 이동평균값을 구하는데 아무런 문제가 없습니다) >센서에서 나오는 +- 5 V 이내를 AD 변환하려합니다. >센서 신호를 로패스 필터링하고 오실로스코프로 보면 노이즈가 5V를 기준으로 +-1mV 정도 나오는데 이걸 PC와 연결된 AD용 터미널에 연결하면서 동시에 오실로로 보면 5-10mV 이상으로 마구 흔들립니다. 어떻게 해야 좋을까요? >접지문제라면 센서접지, 컴퓨터 접지를 따로 해야 하나요? 실험실내 접지는 공통으로 사용되지 않나요? 자세히 알려주시면 무지 감사.. >전기를 잘 몰라 부탁드립니다. >

센서 회로를 설계할 때 기준 전압을 다른 전기회로처럼 접지전압으로 할 것이라고 짐작할 수 있으나 센서 회로는 약간 다릅니다. 접지 전압이 존재하고 외부 접지 (실험실접지선)와 연결시키면 상당히 안정된 출력이 나오므로 노이즈가 줄어듭니다. 그러나 센서에서 접지전압이 최저전압으로 되었을 때는 회로가 죽어버리는 일이 일어납니다. 왜냐하면 센서에 전압을 가했을 때 아무리 감지한 양이 줄어들어도 출력은 어느 정도 나와야 하지 최저 감지 상태가 접지전압인 0 V가 되면 전체 회로가 죽어버립니다. 그래서 센서회로는 일단 접지전압과 맞춘 다음 감지량이 없어도 일정한 출력이 나오도록 바이어스 전압을 줍니다. (센서 회로에 이런 것을 조정하는 부위가 있으나 사용자가 어디를 어떻게 조정하는가는 잘 모르게 해놓았습니다) 현재 가지고 있는 센서가 최저 감지량일 때 어느 정도의 출력전압이 걸리는 지 조사해 보십시오. 산업용에서는 대략 1 V를 바이어스 전압으로 주고 최대 감지량일 때 출력이 5 V가 되도록 합니다. 따라서 센서 회로에서 실험실 접지선과 접지전압을 맞추고 바이어스 전압 (감지량에 최저가 되었을 때 회로가 죽지않고 일정하게 나오는 출력전압)을 1 V를 중심으로 약간씩 조정합니다. 잘 조정이 되면 노이즈가 상당히 줄어듭니다. 센서 회로에서 어디를 실험실 접지와 연결시켜도 되는 지 센서 판매 회사에 문의하거나 메뉴얼을 보십시오. (-)선을 접지시켜도 되고, 센서회로에서 연결시켜도 되니까 잘못 연결하면 노이즈가 증가합니다. 센서회사에서는 단품으로 센서를 제공했을 때 접지를 또다시 시켜야 한다면 사용자들이 싫어하기 때문에 실험실 접지와 별다른 접지를 시키지 않아도 감지량에 따른 출력전압을 내주도록 설계했으나 온-오프가 아닌 아날로그 출력으로 낼 때는 노이즈가 상당히 존재하므로 접지를 어떻게 해야 하는 지 잘 확인하십시오. 전원공급장치는 아날로그로 스위치를 돌려서 바늘이 움직이거나 LED의 숫자가 변하는 것을 보고 입력전압을 조정합니다. 이런 종류의 장비는 저가품이기 때문에 출력으로 내는 전압이 규정 리플인 0.02% 를 간신히 만족하고 있습니다. 그러나 전원공급장치가 디지털로 출력전압을 조정하도록 되어 있는 장비가 있습니다. 상당히 비싼 장치인데 실험실에서도 좋은 결과를 얻기 위해서는 이런 장비를 사용해야 합니다. (버턴으로 출력전압을 프로그래밍하여 세팅하도록 되어 있습니다) 출력 리플이 심할 때는 센서의 부품이 빨리 망가지면서 노이즈가 엄청나게 증가합니다. 교류에서 직류로 변환을 시킬 ？？ 리플을 줄인다고 해도 센서의 출력전압에 주는 노이즈가 상당하므로 좀 더 좋은 출력값을 얻을 때는 전압이 일정하게 유지되는 직류전원을 사용하십시오. 아마 노이즈가 교류를 직류로 변환시키는 장치를 이용할때보다 절반 정도로 노이즈가 줄어들 것입니다. 또 센서 내부에서 역전류방지 회로나 과전류방지 회로가 들어있지 않는 저가품인 센서일 때는 절대로(!) 공급전원을 거꾸로 연결하면 안됩니다. TR 이나 다이오드가 순간적으로 역전류가 흘러 기능이 정지가 됩니다. (센서가 망가집니다) 센서가 망가지지 않더라도 노이즈가 엄청 증가합니다. 아무리 공급 전원이 안정되더라도 센서 내부의 부품에 의해 일정하게 노이즈가 발생합니다. 감지부분의 변화를 고정시키고 전압을 수 분동안 컴퓨터에 저장하여 노이즈를 살펴보고 평균값을 구하고 표준편차를 구해보면 표준편차가 몇 mV인가 알 수 있습니다. 보통 산업용 센서에서 표준편자는 2~4 mV 가 됩니다. (센서 부품의 열운동 때문에 나타나는 노이즈입니다) NI사의 DAQ를 사용하고 LabVIEW에서 테스트 패널을 열어놓고 출력전압을 자동으로 하고 보면 노이즈에 따른 불규칙한 곡선을 볼 수 있습니다. 입력부위의 감지량이 얼마나 빨리 변하는가를 보고 이동평균을 구해서 표준편차를 고려하면 버퍼링하여 더해주는 데이터를 어느 정도로 해야 하는가를 알 수 있습니다. 이동평균을 구하는 데이터 수 보다 감지량이 더 빨리 변하면 표준편차 범위내에서 노이즈를 없앤다고 해도 감지하는 물리량의 신뢰도 떨어집니다. (통계처리를 고려하면 표준편자를 1시그마로 할 지 2시그마로 할 지 판단하고 표준편자에서 고려하는 수 mV 보다 감지량이 더 많이 변해야 데이터의 신뢰도 높아집니다) >센서에서 나오는 +- 5 V 이내를 AD 변환하려합니다. >센서 신호를 로패스 필터링하고 오실로스코프로 보면 노이즈가 5V를 기준으로 +-1mV 정도 나오는데 이걸 PC와 연결된 AD용 터미널에 연결하면서 동시에 오실로로 보면 5-10mV 이상으로 마구 흔들립니다. 어떻게 해야 좋을까요? >접지문제라면 센서접지, 컴퓨터 접지를 따로 해야 하나요? 실험실내 접지는 공통으로 사용되지 않나요? 자세히 알려주시면 무지 감사.. >전기를 잘 몰라 부탁드립니다. >