파형 관측 장치로써 대표적인 것으로 오실로스코프, 전자 오실로그래프, 펜 오실로그래프(펜 레코더 포함)가 있었지만 디지털 기술의 발전에 의해 아날로그 오실로는 디지털 오실로로, 전자 오실로 그래프・펜 오실로 그래프는 메모리식 레코더(트랜션트 기록계)로 대체되었습니다.

이 메모리식 레코더가 메모리 하이코더입니다. 메모리 하이코더의 기본 구성을 그림 1-1에 나타냈습니다. A/D 변환기, 데이터 메모리, 파형 표시부, 프린터와 이것을 제어하는 CPU로 구성되어 있습니다. A/D 변환기에서 입력 아날로그 신호를 디지털 변환하여 메모리에 기록하고 파형으로 표시 및 인쇄하고 있습니다.

아날로그 기록계의 펜 오실로그래프(펜 레코더), 전자 오실로그래프가 메모리 하이코더로 대체된 이유를 설명하겠습니다.

펜 오실로그래프는 입력 신호의 진폭에 비례하여 서보모터를 동작하고 펜을 이동시켜 기록하는 자동 평형식 기록계로, 수십 Hz의 응답 속도가 있지만 진폭을 기계적으로 실현하기 때문에 응답 속도에는 한계가 있으며, 잉크식이면 유지 보수도 필요합니다.

다음으로 오실로스코프는 고감도 반조 검류 소자를 사용하여 이것이 입력 신호의 진폭에 맞춰 흔들리고 광원에서의 빛을 반사시켜 감광지에 기록하는 것입니다. 이 방식으로 종이 급송 속도 200cm/Sec(5ms/cm)의 고속 기록이 가능하며 수 kHz의 응답 속도를 가지지만 고속이기 때문에 감광지의 런닝 코스트 및 반조 검류 소자의 취급이 어렵습니다.

메모리 하이코더는 기록 인쇄부에 서멀 도트 어레이 프린터(Thermal dot array printer) (8점/mm의 고분해능)를 채용하고 있으며 펜 등 이동부가 없으므로 신뢰성도 높으며 샘플링 속도가 20MS/s(50ns)로 고속 응답인 제품이 일반적입니다.

또한 풍부한 트리거 기능을 가지고 있어 필요한 파형 데이터만 검출할 수 있으므로 러닝 코스트도 줄어듭니다. 또한, 본체 코스트도 기능, 성능이 업그레이드 되었음에도 낮은 코스트를 유지합니다. 이러한 이유로 전자 오실로, 펜 레코더는 메모리 하이코더로 대체되었습니다.

파형 표시용으로 컬러 액정과 인쇄용 프린터를 갖추고 있습니다. 표시도 인쇄도 어느 정도의 신호 속도까지는 실시간으로 표시됩니다. (샘플링 속도 10kS/s 이상에서 실시간으로 화면을 표시합니다)

샘플링 속도는 최고 20MS/s로 디지털 오실로보다는 속도가 느리지만 많은 신호 입력을 아이솔레이션 향상 또는 절연 향상을 사용하지 않고 전위차를 신경쓰지 않으며 사용할 수 있는 것이 특징입니다.

메모리된 데이터는 본체에 내장된 SSD 또는 CF 카드, USB에 저장할 수 있습니다.

입력용 유닛은 1개 당 기본 2CH로 입력이 가능하며 DC1000V(AC700V)까지 입력 가능한 유닛, 동작 왜곡 및 열전대, 로직 입력 등으로 유닛을 교체하여 대응할 수 있는 것이 특징입니다. 

USB 또는 LAN으로 컴퓨터와 연결하여 데이터의 전송 또는 리모트 조작이 가능합니다.

현재의 기록, 파형 관측 장치를 크게 구분하면 고속 영역인 오실로스코프, 중저속 영역인 메모리 하이코더, 저속 영역인 데이터 로거의3 종류가 있습니다. 무엇을 선택하는지에 대해선 측정하는 신호 파형의 주파수 또는 기록 가격에 따라 선택하거나, 측정 회로 상에서 GND 전위가 다른 경우, 입력하는 신호의 전압값 등에 따라 결정합니다.

디지털 오실로스코프는 고속 현상을 관측하는 점에서는 우위를 차지하지만 오실로스코프는 ch 간의 GND가 공통이므로 측정 회로에서 GND에 전위차가 있는 장소에서 측정하거나 강, 약전이 혼재되어 있는 메카트로닉스 제어 회로 등을 측정할 때는 회로 간의 단락 및 지락 등의 사고가 발생할 위험성이 있습니다.

메모리 하이코더는 ch 사이가 절연되어 있기 때문에 상용 전원인 AC 파형을 관측하며 DC 제어계의 측정이나 인버터,컨버터의 입출력 파형 기록 등이 가능하며 앞에서 기술한 강, 약전 혼재 회로 측정에서 위력을 발휘합니다.

또한 샘플링 스피드의 향상으로 가청 주파수 영역 이상의 f특을 가지며, 각종 입력 유닛 장치의 충실함으로 전기 계측부터 기계, 진동 등 물리 계측까지 가능하게 되었습니다. 그림 1-6에 각 분야 별 신호 파형의 주파수 대역 및 대응할 수 있는 파형 관측 장치의 대역을 나타냈습니다.

메모리 하이코더와 디지털 오실로스코프의 큰 차이는 입력 채널 사이 또는 본체와 입력 채널 사이가 절연되어 있는가입니다.

메모리 하이코더는 입력 채널이 각각 전기적으로 분리되어 있습니다. 디지털 오실로스코프 및 A/D 보드는 입력 채널과 -측이 어스와 연결되어 있습니다.

기판 상의 전기 신호를 관측하는 등의 경우, GND가 공통의 다점 신호를 관측하므로 디지털 오실로스코프가 적합하지만 그림 2-1과 같이 전력 변환기(컨버터 및 인버터)의 입력과 출력을 동시 관측하는 경우, 디지털 오실로스코프는 내부에서 단락되게 됩니다.

이러한 전위차가 있는 신호를 다점으로 입력하는 경우에는 메모리 하이코더가 매우 편리합니다.

디저털 오실로스코프의 경우 아이솔레이션 앰프 또는 절연 앰프를 통해 입력해야 합니다.

분해능이란 입력 신호를 아날로그, 디지털 변환할 때의 매끄러움입니다.

디지털 오실로스코프의 경우, 분해능이 8비트(256 포인트)인 경우가 많습니다. 예를 들면 ±10V 레인지이면 풀 스팬인 20V를 256 포인트로 나눈 0.078V 단위로만 값을 읽을 수 있습니다.

메모리 하이코더는 12비트 (4096 포인트)가 주류이며 같은 조건에서는 0.0048V 단위로 값을 읽게 됩니다. 분해능이 24비트인 제품에서는 0.000001192V 단위로 값을 읽을 수 있습니다.

또한 정확도의 차이도 메모리 하이코더 쪽이 유리하며 일반적인 디지털 오실로스코프가 ±1%fs ~ 3%fs인 것에 비해 메모리 하이코더는 ±0.01%rdg±0.0025%fs ~ ±0.5%fs가 됩니다.

기기의 변위 또는 진동 등의 센서 출력을 보다 상세하게 볼 수 있습니다.

일반적인 디지털 오실로스코프가 4채널인 반면, 메모리 하이코더는 종류에 따라 2채널부터 54채널의 신호 입력에 대응할 수 있습니다.

또한 여러 종류의 신호에 대응할 수 있도록 입력 유닛의 교체도 가능합니다.

DC 1000V(AC 600V)의 전압 입력이 가능한 아날로그 유닛이나 열전대, 왜곡 게이지, 가속도 픽업을 연결 가능한 유닛과 정밀도가 높은 전류 센서를 연결할 수 있는 유닛 등이 있습니다.

또한 신호 입력뿐만 아니라 함수 발생기나 임의 파형 발생 기능을 기진 신호 출력이 가능한 유닛도 있습니다.

모터 또는 인버터, 컨버터의 전압, 전류 파형과 제어 신호와의 혼재 기록, 가솔린 엔진의 왜곡과 점화 파형 기록 등 디지털 오실로스코프에서는 실현하지 못한 메카트로닉스 분야에서 메모리 하이코더는 활약할 수 있습니다.

레코더로 장기적인 변동 기록을 하면서 돌발 현상이 발생했을 때는 메모리 하이코더로 기록할 수 있습니다.

■ FFT 기능 

주파수 분석 기능, 진동 등의 주파수 성분을 파악할 수 있습니다.

■ 로직 기록 기능 

아날로그 입력 외에 로직 기록을 할 수 있습니다. 디지털, 아날로그 혼재 기록에 따라 시퀀스, 타이밍 등의 계측을 할 수 있습니다.

메모리 하이코더의 설정 기능으로써 중요한 부분이 트리거 기능입니다. 고속 트랜션트 기록을 하는 경우 인간의 손으로 시작, 종료를 할 수 없으므로 복잡한 패턴의 시작, 종료는 이 트리거 기능을 사용하여 간편하게 설정할 수 있습니다.

아래에 메모리 하이코더가 갖고 있는 트리거 기능에 대해 소개합니다.

메모리 하이코더가 갖고 있는 트리거 소스는 그림 4-1에 나타낸 종류가 있습니다. 수동 트리거를 제외한 각 소스 사이에 AND/OR 조건으로 트리거를 걸 수 있습니다. 또한 아날로그 ch 사이 및 로직 ch 사이에서도 각각 AND/OR 조건으로 트리거를 걸 수 있게 되어 있습니다.

■ 레벨 트리거 

레벨 트리거는 입력 전압이, 설정된 트리거 레벨을 초과했을 때 혹은 하강했을 때 트리거가 걸립니다.

또한, 노이즈 등에서 트리거를 방지하기 위해 트리거 필터를 설정할 수 있습니다.

■ 윈드 인 트리거 

트리거 레벨이 상하한 설정값 내에 들어왔을 때 걸립니다.

■ 윈드 아웃 트리거 

트리거 레벨이 상하한 설정값 외로 벗어났을 때 걸립니다.

    

■ 전압 강하 트리거 

상용 전원(50-60Hz) 전용 트리거에서 순시 전압 강하, 순시 정전 등의 검출이 가능합니다. 피크값(혹은 실효값)을 설정하고 하강했을 때 트리거가 걸립니다.

■ 주기 트리거 

설정한 시간폭에서 벗어난 경우 트리거가 걸립니다. 주파수 변동 등으로 트리거를 걸 수 있습니다.

■ 실효값 트리거 

실효값 레벨로 트리거를 걸 수 있습니다.

■ 로직 트리거 

로직 입력 논리 패턴에 따라 트리거가 걸립니다.

■ 타이머 트리거 

지정한 시작 시간 및 종료 시간 내에 지정한 인터벌 시간마다 트리거가 걸립니다.

측정 동작이 종료된 후에도 반복하여 트리거를 받아들일지를 아래의 모드에서 설정할 수 있습니다.

■ 단발(single) 모드 

1회만 트리거를 받아들여 트리거가 1회 걸리면 그 기록 길이만큼 파형을 기록하고 측정을 종료합니다.

■ 연속(repeat) 모드

연속하여 트리거를 받아들입니다. 트리거가 걸리지 않을 때는 트리거 대기 상태가 됩니다.

■ 자동(auto) 모드

연속하여 트리거를 받아들입니다. 약 1초가 경괴하여도 트리거가 걸리지 않는 경우, 자동으로 기록 길이의 파형을 기록합니다.

측정을 할 때, 설정 기록 길이의 기록 개시점을 0%, 기록 종료점을 100%로 두고 트리거점을 몇 %로 할지 설정합니다. 프리 트리거를 설정함으로써 트리거(고장, 이상발생) 이전의 상황을 확인할 수 있습니다.

1.전기, 전력 관련 분야

■ 전원 해석(순시 정전, 순시 전압 하강, 전원 노이즈, 고조파 해석)

■ 전기 제어계 트러블 해석 

■ 브레이커, 마그넷 차단 특성 해석 

■ 누전, 지락 회로 검출 

■ 발전기, 부하 차단 시험 

■ 서보보터, 피드백계 해석 

■ 자기 카드 재생 신호 해석 외 

■ 인버터 입출력 해석 

2.자동차, 전차, 교통 분야

■ 자동차, 엔진 제어 시험

엔진 연소 해석, ECU 신호 해석, ABS, 서스펜션, 네비 시스템, 에어백, 4WD, 트랜스미션, 각 종 주행 진동 시험, 각 종 센서 신호 해석 외

■ 전차 제어 시험 

각 종 전자 제어 시험, 인버터 모터 제어 시험, 열차 운전 제어 시험 외. 브레이크 특성, 진동 해석 등.

3.생산, 기기 분야

■ 제철, 화학 각 종 플랜트 제어 해석 

플랜트 각 종 계장 신호 해석, 전자 밸브 외, 제어계 이상 해석.

■ 플랜트 설비 유지보수, 모터, 베어링 진동 해석 

■ 유압 기기 압력 시험 

■ 설비 기기, 고유 진동수의 해석 

■ 사출 성형기의 각종 제어 해석 

■ 회전 기능, 이상 진단 

■ 용접 전류 측정 

■ 각종 자동화 설비, 이상 해석 

4.유지 보수 분야

■ 엘리베이터 가속도 시험, 전기 제어 이상 해석

■ 각종 회전 기기 진단 

5.그 외

■ 재료 시험 (압축, 당김, 하중, 진동, 충격 시험 외)

■ 의료 관련 (심전 파형 기록, 각종 ME 기기 등과의 조합에 의해 측정) 

■ 건축, 토목 (진동, 충격 시험, 물체의 고유 진동 해석)

■ 화학 (화약 폭발 시험, 전압 해석) 

목적:

전원 SW 투입 후의 출력 상승 시간을 계측합니다.     

포인트 :      

​전원 SW가 ON일 때 1차 측 입력 상승으로 레벨 트리거를 사용하여 겁니다.     

1)기록 길이 설정

2초 정도 기록하고 싶으면 100ms/DIV, Shot 길이(기록 길이)를 20DIV로 설정합니다.

2)입력 레인지 설정

1차 측은 AC 100V이므로 P-P값에선 282V가 되므로 ch1을 10V/DIV로 설정합니다.

2차 측은 DC 5V이므로 2ch 째를 1V/DIV로 설정합니다.

3)트리거 조건 설정

SW가 ON되면 0→100V(rms)가 되므로 트리거 레벨을 0V 이상의 슬로프 ↑로 합니다. 여기서는 10V로 설정합니다.

4)프리 트리거 설정

SW･ON 이후의 데이터를 원하는 경우 프리 트리거 설정을 10%로 설정합니다.

5)트리거 모드 설정

1회만 측정하므로 단발(single) 모드로 설정합니다.

6)기록 인쇄 설정

트리거가 걸리는 경우, 자동으로 프린트하고 싶을 때는 스테이터스(설정) 화면에서 자동 프린트를 ON으로 변경합니다.

외부 메모리에 자동 저장하고 싶은 경우는 각종 미디어를 선택하고 저장 형식의 바이너리 형식 혹은 텍스트 형식을 ON으로 선택합니다.

또한 자동 프린트가 OFF여도 화면 상에 데이터를 가져오면 후에 프린트 키로 기록 인쇄가 가능하므로 이곳에서는 OFF로 설정합니다.

7)트리거 대기 설정

입력 코드의 연속을 확인하고 시작 키를 누릅니다. 트리거 대기 표시가 표시됩니다.

8)기록

전원 SW를 투입합니다. 잘못된 사항이 없다면 파형 데이터 가져오기가 완료되며 종료됩니다.
 

목적:

전원 SW 투입 후의 출력 하강 시간을 계측합니다.

포인트:

AC 전원의 하강에서 트리거를 겁니다. ch1 레벨 트리거에서는 트리거를 걸 수 없으므로 피크값 검출 방식의 전압 강하 트리거를 사용하거나 DC 출력의 전압 레벨의 하강으로 트리거를 겁니다. 또한, 라인용 로직 프로브가 있는 경우는 입력 로직 레벨 1→0로 트리거를 거는 방법이 있습니다.

이곳에서는 전압 강하 트리거를 사용한 측정 순서를 소개합니다. 이 전압 강하 트리거를 이해한다면 AC 전원의 순시 정전, 순시 전압 강하 측정을 할 수 있습니다.

■ 전압 강하 트리거에 따른 측정 

1) 기록 길이 설정

5초 정도 기록하고 싶을 때는 500ms/DIV*10DIV로 설정합니다.

2) 입력 레인지 설정

1차 측은 AC100V이므로 P-P값에서는 282V가 되기 때문에 ch1을 100V/DIV로 설정합니다. 

2차 측은 DC5V이므로 2ch째를 1V/DIV로 설정하고 표시를 ON으로 설정합니다.

3) 포지션의 설정

ch1과 2가 중복되지 않도록 0 포지션을 60%, 10% 부근으로 설정합니다. (데이터 취득 후 각 ch 표시가 중복되어도 후에 포지션 변경이 가능하므로 중복되어도 괜찮습니다.) 

4) 트리거 조건 설정

ch1에서 전압 강하 트리거를 선택하고 5V로 설정합니다.

5) 프리 트리거 설정

SW를 OFF 한 이후의 데이터가 필요할 때는 프리 트리거를 10%로 설정합니다.

6) 트리거 모드 설정

1회만 측정하므로 단발(single) 모드로 설정합니다.

7) 기록 인쇄 설정

("직류 전원 입출력 특성 측정 예"와 동일합니다.)

8)트리거 대기 설정

입력 코드를 연결하고 시작 키를 누릅니다. 트리거 대기 표시가 표시됩니다.

9)기록

전원 SW를 OFF합니다. 잘못된 사항이 없다면 파형 데이터 가져오기가 종료됩니다.

※ 연결도는 그림 5-1과 동일합니다.

■ 라인용 로직 프로브에 따른 측정 

트리거 조건의 설정 변경과 로직 ch 표시의 설정 변경을 실행합니다. 그 외는 위에 기재한 것과 동일합니다.

1)트리거 조건 설정

로직 입력으로 트리거를 걸 수 있으므로 로직 트리거의 설정을 실행합니다.

chA1[0.×.×.×]4로 설정하고 chA1이 1→0가 되는 조건으로 트리거를 겁니다. 

2)로직 ch 표시

ch 표시 화면에서 로직 ch의 A1을 표시합니다.

3)이후는 위에 기재한 것과 동일한 설정입니다.

이것을 응용하여 시퀀스 제어 회로 등에서 자기 유지 회로가 초기화되는 오류가 있는 경우, 지기 유지 회로의 전압 있음, 없음으로 트리거를 거는 것으로 전원 회로 등의 오류 해석을 할 수 있습니다.

목적:

일반적인 전류계 등으로 측정했을 때는 순시 부하 전류 변동 또는 시동 전류 등은 측정할 수 없었지만 메모리 하이코더에서는 클램프 전류 센서와 조합하여 간단하게 파형 레벨에서 측정할 수 있게 되었습니다.

포인트:

클램프 전류 센서를 사용하여 시동 전류에서 트리거를 겁니다. 스켈링 기능을 사용하여 전류값을 직접 읽을 수 있도록 합니다. 사용하는 클램프 전류 센서는 9018형 센서를 사용합니다. 출력 레이트는 AC500A→AC200mV입니다. 또한 트렌스 커서로 최대값 및 돌입 전류의 시간을 측정하고 최후에 파라미터 연산 기능을 사용하여 최대값을 구합니다.

1) 기록 길이 설정

부하에 다라 다르지만 여기에서는 0.5초를 기록하는 것으로 하고 50ms/DIV에서 10DIV 설정을 합니다.

2) 입력 레인지 설정

사용하는 클램프 전류 센서의 출력이 AC200mV이므로 50mV/DIV의 레인지로 설정하고 0 포인트를 50%로 설정합니다.

3) 스켈링 설정

시스템 스켈링 설정 화면에서 2점 스켈링을 선택하고 그림 5-12와 같이 설정합니다. 스켈링의 유효, 무효는 ENG 설정을 입력하는 것으로 10의 3승, 6승 단위가 되므로 K, M, G 단위로 읽을 수 있습니다.

4) 프리 트리거 설정

트리거 이후가 필요하므로 10%로 설정합니다.

5)~8) ("직류 전원의 입출력 특성 측정 예"와 동일합니다.)

6) 최대값 연산 실행

스테이터스(설정) 화면에서 파라미터 연산을 선택하여 ON으로 변경하고 ch1만 연산 지정을 합니다. 데이터는 남아있으므로 점멸 커서를 파라미터 연산이 ON으로 된 곳으로 가져오면 기능 키인 GUI 표시에 실행 키가 있으므로 그것을 누릅니다. 화면 상에 최대값의 결과가 표시됩니다.