압전형 가속도계의 설계, 제작 및 보정 I

오늘날 널리 연구되고 있고 공학자들에게 많은 관심을 끌고있는 압전 세라믹(ceramic)을 이용 하여 자연계에서 일어나는 각종 진동현상을 측정하고 해석하기 위한 센서(sensor)의 설계, 제작은 이미 선진국에서도 보편화된지 오래이다. 특히 압전형 가속도계(piezo type accelerometer)는 진동의 절대 측정에 가장 유용한 센서로 널리 알려져 있다. (1) 아주 넓은 사용 주파수 범위 (2) 넓은 동적범위(dynamic range)에 걸친 뛰어난 선형성(linearity) (3) 측정된 가속도 신호를 전기적으로 적분하여 속도와 변위에 대한 자료 제공 용이 (4) 높은 정확성 (5) 자발 전(self-generating)이므로 외부 전원 공급이 불필요 (6) 수명과 뛰어난 내구성 (7) 작은 크기와 가벼운 무게 등이다. 현재 기계 구조물 진동 측정에 이용되고 있는 스트레인 게이지 형(strain gage-type)의 가속도계는 감도가 좋고 저주파 진동 측정에는 편리한 반면 충격이나 높은 주파수 전동 측정에는 적합하지 않으며 내부 구조가 다소 복잡하다(2). 반면에 압전형 가 속도계는 압전 소자와 관성 질량의 조합 설계로서 저주파 진동 측정에 적합한 고감도의 가속도 계와, 감도는 떨어지나 아주 높은 주파수 범위의 진동까지 측정이 가능한 가속도계를 손쉽게 설계, 제작할 수 있다. 본 글에서는 선진국에 비해 낙후된 국내의 센서 설계, 제작 기술을 고 양시키고자 최근 한국과학기술원에서 시도된 압전형 가속도계의 개발 연구 사례를 중심으로 설계 및 제작시 고려 사항과 보정 문제를 소개하고자 한다.