많은 경우 진동(vibration)은 그 크기(amplitude, magnitude)도 크기지만 주파수(frequency)에 대한 부분을 빼놓을 수 없습니다. 진동을 설명하기에 반드시 필요한 부분이죠.
어떤 물체가 A와 B라는 거리를 꾸준히 왕복하는 운동을 하고 있다고 가정을 해 봅시다. 이 물체는 누가 보기에는 빠를 수도 또 누구에게는 느리게 운동하는 것처럼 보일 수도 있습니다.
혼란을 피하고 얼마 만큼의 빠르기로 왕복을 하는지를 설명하기 위해서는 당연히 어떤 기준을 정해야 할 겁니다. 여기서, 시간을 넣어서 정량화한다면 A-B 사이를 1초에 한 번, 혹은 두 번, 혹은 열 번 왕복한다.. 라고 말할 수 있습니다.
왕복 운동을 한 번 마친 것을 '주기'(period)라고 한다면 1초에 한 번 왕복을 한 경우 '주기'는 1초가 될 것이고 두 번을 한 경우 0.5초, 열 번을 왕복한 경우 0.1초가 됩니다. 거꾸로 더 느리게 왕복 운동하여 2초에 한 번 왕복을 한 경우는 주기가 2초가 되겠죠.
주파수(frequency)는 이 주기에 역수를 취한 것으로 단위는 Hz(herz)를 사용합니다. 시간과 관계된 것으로 어쩌면 시간의 확장 개념으로 보실 수도 있다고 생각합니다.
위의 예에서 1초에 한 번 왕복은 1/1=1Hz, 두 번은 1/0.5=2Hz, 열 번은 1/0.1=10Hz 가 되겠네요. 2초에 한 번 왕복했다면 1/2=0.5Hz 가 됩니다.
여기서 눈치채셨겠지만 주파수는 '1초에 몇 번 왕복 운동을 했는지'로 설명할 수 있습니다.
다시 진동 얘기로 넘어와서 위의 예를 대입하면 A와 B는 진동에 대한 크기(여기에서는 변위, displacement)로, 주기와 주파수는 진동 주기 혹은 진동 주파수로 명명할 수 있습니다. 어떤 진동 현상을 설명할 때 항상 함께 표기를 해야하는 부분이죠. 물론 변위는 속도(velocity)나 가속도(acceleration)로 대체하여 설명할 수 있습니다.
이 진동 주파수는 어떤 진동(혹은 충격 등) 현상을 파악하고 분석하는 데 무척 중요한 자리를 차지하고 있습니다.
예를들어 어떤 기계나 기구에 크랙, 마모 등의 이상이 생기면 진동 주파수에 변화가 생깁니다. 동특성이 변화했다고 할 수 있지요. 이런 특징을 이용하여 모니터링 설비에서 고장을 예지하죠. 또, 기계/기구의 공진(resonance, 고유주파수)점과 진동 모드(vibration mode)를 파악하여 더 나은 구조로 설계가 가능하게도 합니다. 모터, 펌프, 터빈 등 회전에 의한 진동 계측에서 해당 설비의 특징을 찾도록 하는 경우도 있죠.
덧붙여 주파수에 대한 정보는 진동뿐만 아니라 모든 동적 시험의 계측/분석에 반드시 필요합니다. 소음(sound, noise), (동)압력(dynamic pressure), 힘(dynamic force), 충격(shock) 등의 분석에 가장 중요한 요인 중 하나로 요구됩니다.
오늘은 간단히 진동 주파수에 대한 포스팅을 하였는데요, 다음은 가속도센서(accelerometer, 가속도계, 진동센서)를 사용하여 진동 측정 시 주파수의 관점에서 유의하여야 할 점에 대해서 살펴보도록하겠습니다.
