자연과학 자료실 기계공학실험 - 가속도 측정 다운
자연과학 자료실 기계공학실험 - 가속도 측정 다운
자연과학 자료실 기계공학실험 - 가속도 측정
[자연과학]기계공학실험 - 가속도 측정
실험 제목 : 가속도 측정
━━━━━━━━━━━
1. 목적
- 반도체 방식의 가속도 센서를 이용하여 가속도 측정 방법과 가속도를 구하는 방법을 이해하고 실험적으로 구해낼 수 있다.
2. 이론
- 가속도 센서
가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하는 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로 그 활용 분야는 대단히 넓다. 검출 방식으로 크게 분류하면, 관성식, 자이로식, 실리콘반도체식이 있다. 여기서는 각각의 방식이 대표적인 가속도 센서에 대하여 설명한다.
1. 관성식
정지계를 기준으로 한 이른바 관성가속도를 측정하는 형식이며, 이에는 질량에 작용하는 가속도에 의한 반력, 즉 관성력을 이용한다.
a) 진자형 : 아래 그림과 같이 마찰이 적은 피벗 베어링으로 진자를 지지한다. 화살표 방향에 가속도 α 가 가해지면, 진자는 반대 방향으로 변위한다. 이 변위를 측정하여 가속도를 구한다.
b) 진동형 : 그림과 같이 질량 m 을 양측에서 현으로 지지하고 현의 진동수 f1, f2 의 차를 검출한다. 가속도 α 가 한 방향으로 가해지면 현의 장력에 차가 생겨, 그 주파수 차이로 가속도를 구한다.
2. 자이로식
자이로란 관성계에 작용하는 각속도를 감지하는 것이다. 자이로를 구성하는 중요한 요소에 코리올리의 힘이 있다. 관계식은 다음과 같다.
F〓mr(ω+Ω)²〓mrω²+2mrΩ+mγΩ²
여기서 v〓rω 이고, 평판을 기준으로 한 m 의 회전속도이다. 식의 제 1항은 평판을 기준으로 한 좌표에서 측정한 경우의 원심력이고, 제 2항은 m의 회전 w 와 평판의 회전 Ω의 벡터곱의 힘이며, 그것은 v 와 Ω 에 직각 방향의 힘이고 이것이 이른바 코리올리의 힘이다. 즉, 평판이 정지하고 있는 것을 기준으로 측정하면, m 에는 원심력 mrω²과 코리올리의 힘 2mγΩ 및 제 3항의 mγω² 이 작용하는 것이 된다. 이 코이올리의 힘은 ω〓0 일때 0 이되고 Ω 의 측정은 제 3항을 검출하는 것이 된다. 보통 Ω은 작으므로 그 힘도 작다. 그러나 ω≠으로써 ω``Ω 인 각속도로 회전시켜 두면 2mrωΩ라는 비교적 큰 힘을 검출하여 Ω를 측정할 수 있다. 이상과 같이 코이올리의 힘을 이용함으로써 Ω 를 검출할 수 있다.
a) 진동형 : 자이로를 구성하는 질량의 운동이 일정한 각속도의 회전운동이 아니고, 그림과 같이 음의 진동에 의한 것이다. 따라서 Ω 라는 각속도가 가해진 경우 코이올리의 힘은 음의 진동수와 같은 진동수의 진동 토크를 발생하고, 이 토크에 의한 진동을 검출하여 Ω 를 측정한다. 이 방식은 Ω〓0 인 경우에 ω의 각진동수를 가진 불필요 진동이 생기는 결점이 있다. 그러나 베어링과 같은 마찰 부분이 없는 이점이 있다.
b) 유체형 : 운동체로서의 가스를 쓴 것을 그림과 같다. 가스 펌프로 일정 방향의 가스류를 발생시켜, 브리지의 2변의 저항체를 균등하게 냉각시킨다. 여기서 자이로의 z 축에 각속도 Ω 이 가해지면 가스 분자가 코리올리의 힘을 받아 가스류가 y 방향으로 흐르고, 두 저항값이 불평형하게 된다. 이에 의해서 생기는 불평형 전압이 Ω 에 비례한다. 이 자이로의 구조는 간단하지만 정밀도가 좋지 않다. 이외에도 레이저 자이로형, 회전형 등이 있다.
3. 실험장치
- 실험 준비물
실험을 진행하기 전 준비하여야 하는 준비물은 다음과 같다.
- 진동측정 실험 장치
- 컴퓨터 자료획득 장치와 신호 연결보드
- 가속도 측정 실험용 Labview 프로그램
- 그래프를 그릴 수 있는 컴퓨터 프로그램 (예; 엑셀)
- 부가 질량(M8 볼트와 도너츠 형상의 추)
- 부가 질량을 측정할 수 있는 저울
- 실험 준비사항
실험을 시작하기 전 실험을 진행할 학생들은 다음과 같이 점검하고 준비한다.
- 가속도 측정 장치를 확인하고 각 부품들이 정상적인지 확인한다.
- 가속도 센서가 설치된 센서보드를 확인하고 실험을 진행하면서 센서보드가 바닥이나 방해물에 닿아 파손되지 않도록
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11071451&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 9 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 자료실 기계공학실험 - 가속도 측정
파일이름 : [자연과학]기계공학실험 - 가속도 측정.hwp
키워드 : 자연과학,기계공학실험,가속도,측정,자료실
자료No(pk) : 11071451
![[자연과학]기계공학실험 - 가속도 측정.hwp](https://lh3.googleusercontent.com/blogger_img_proxy/AEn0k_uCuQ52ETB2IZ1htkQyc03k2LinN4T7f3vRh6w45rusRlcsT5C4aFcWf6tk_0y2j8lA9kMtvks3=s0-d)
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실험 제목 : 가속도 측정
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1. 목적
- 반도체 방식의 가속도 센서를 이용하여 가속도 측정 방법과 가속도를 구하는 방법을 이해하고 실험적으로 구해낼 수 있다.
2. 이론
- 가속도 센서
가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하는 가속도 센서는 물체의 운동상태를 순시적으로 감지할 수 있으므로 그 활용 분야는 대단히 넓다. 검출 방식으로 크게 분류하면, 관성식, 자이로식, 실리콘반도체식이 있다. 여기서는 각각의 방식이 대표적인 가속도 센서에 대하여 설명한다.
1. 관성식
정지계를 기준으로 한 이른바 관성가속도를 측정하는 형식이며, 이에는 질량에 작용하는 가속도에 의한 반력, 즉 관성력을 이용한다.
a) 진자형 : 아래 그림과 같이 마찰이 적은 피벗 베어링으로 진자를 지지한다. 화살표 방향에 가속도 α 가 가해지면, 진자는 반대 방향으로 변위한다. 이 변위를 측정하여 가속도를 구한다.
b) 진동형 : 그림과 같이 질량 m 을 양측에서 현으로 지지하고 현의 진동수 f1, f2 의 차를 검출한다. 가속도 α 가 한 방향으로 가해지면 현의 장력에 차가 생겨, 그 주파수 차이로 가속도를 구한다.
2. 자이로식
자이로란 관성계에 작용하는 각속도를 감지하는 것이다. 자이로를 구성하는 중요한 요소에 코리올리의 힘이 있다. 관계식은 다음과 같다.
F〓mr(ω+Ω)²〓mrω²+2mrΩ+mγΩ²
여기서 v〓rω 이고, 평판을 기준으로 한 m 의 회전속도이다. 식의 제 1항은 평판을 기준으로 한 좌표에서 측정한 경우의 원심력이고, 제 2항은 m의 회전 w 와 평판의 회전 Ω의 벡터곱의 힘이며, 그것은 v 와 Ω 에 직각 방향의 힘이고 이것이 이른바 코리올리의 힘이다. 즉, 평판이 정지하고 있는 것을 기준으로 측정하면, m 에는 원심력 mrω²과 코리올리의 힘 2mγΩ 및 제 3항의 mγω² 이 작용하는 것이 된다. 이 코이올리의 힘은 ω〓0 일때 0 이되고 Ω 의 측정은 제 3항을 검출하는 것이 된다. 보통 Ω은 작으므로 그 힘도 작다. 그러나 ω≠으로써 ω``Ω 인 각속도로 회전시켜 두면 2mrωΩ라는 비교적 큰 힘을 검출하여 Ω를 측정할 수 있다. 이상과 같이 코이올리의 힘을 이용함으로써 Ω 를 검출할 수 있다.
a) 진동형 : 자이로를 구성하는 질량의 운동이 일정한 각속도의 회전운동이 아니고, 그림과 같이 음의 진동에 의한 것이다. 따라서 Ω 라는 각속도가 가해진 경우 코이올리의 힘은 음의 진동수와 같은 진동수의 진동 토크를 발생하고, 이 토크에 의한 진동을 검출하여 Ω 를 측정한다. 이 방식은 Ω〓0 인 경우에 ω의 각진동수를 가진 불필요 진동이 생기는 결점이 있다. 그러나 베어링과 같은 마찰 부분이 없는 이점이 있다.
b) 유체형 : 운동체로서의 가스를 쓴 것을 그림과 같다. 가스 펌프로 일정 방향의 가스류를 발생시켜, 브리지의 2변의 저항체를 균등하게 냉각시킨다. 여기서 자이로의 z 축에 각속도 Ω 이 가해지면 가스 분자가 코리올리의 힘을 받아 가스류가 y 방향으로 흐르고, 두 저항값이 불평형하게 된다. 이에 의해서 생기는 불평형 전압이 Ω 에 비례한다. 이 자이로의 구조는 간단하지만 정밀도가 좋지 않다. 이외에도 레이저 자이로형, 회전형 등이 있다.
3. 실험장치
- 실험 준비물
실험을 진행하기 전 준비하여야 하는 준비물은 다음과 같다.
- 진동측정 실험 장치
- 컴퓨터 자료획득 장치와 신호 연결보드
- 가속도 측정 실험용 Labview 프로그램
- 그래프를 그릴 수 있는 컴퓨터 프로그램 (예; 엑셀)
- 부가 질량(M8 볼트와 도너츠 형상의 추)
- 부가 질량을 측정할 수 있는 저울
- 실험 준비사항
실험을 시작하기 전 실험을 진행할 학생들은 다음과 같이 점검하고 준비한다.
- 가속도 측정 장치를 확인하고 각 부품들이 정상적인지 확인한다.
- 가속도 센서가 설치된 센서보드를 확인하고 실험을 진행하면서 센서보드가 바닥이나 방해물에 닿아 파손되지 않도록
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=11071451&sid=sanghyun7776&key=
[문서정보]
문서분량 : 9 Page
파일종류 : HWP 파일
자료제목 : 자연과학 자료실 기계공학실험 - 가속도 측정
파일이름 : [자연과학]기계공학실험 - 가속도 측정.hwp
키워드 : 자연과학,기계공학실험,가속도,측정,자료실
자료No(pk) : 11071451
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