An Experimental Study on the Material Characteristics of Mechanical Filters for Eliminating High-Frequency Noise in Accelerometer Measurements

Accelerometers are widely used to measure the lateral vibrations of pipe-like structures such as a gun tube under impulse loads. Stress waves that precede the lateral vibrations due to the explosion within a gun contribute little to the vibrations, but saturate the accelerometer input. A mechanical filter eliminates this high-frequency stress wave and only transmits the signal corresponding to the lateral vibrations. The mechanical filter consists of a mechanical structure for mounting the accelerometers and a damping material. The low-pass filter characteristics are determined from the equivalent damping and stiffness property of this damping material. In this paper, we tested nine commercially available damping materials for their vibration characteristics by using a test rig. We also observed the change in the vibration characteristics while compressing the material. We designed and manufactured a mechanical filter and verified its filtering performance.

가속도 측정에 있어 고주파 잡음 제거를 위한 기계적 필터의 재료 특성에 관한 실험적 연구

포신과 같은 충격하중을 받는 파이프 형태의 구조물 진동을 측정하기 위해 가속계가 널리 사용된다. 포약의 폭발로 인해 발생하는 응력파는 포신의 횡진동에 미미한 영향을 미치지만 매우 큰 가속도 성분을 가지고 있어 미세 진동의 계측을 어렵게 한다. 기계적 필터는 가속도계를 부착하는 기계적 구조물과 진동감쇠재료로 구성되어, 고주파의 응력파를 제거하고 횡진동에 관련된 가속도 성분만을 가속도계로 전달하는 역할을 한다. 진동감쇠재료는 비선형성이 강하여 수학적 모델링이나 수치적 해석에 어려움이 있다. 본 논문에서는 9 가지의 진동감쇠재료의 진동특성을 실험적으로 확인하여, 기계적 필터에 가장 적합한 재료를 선택하였다. 또한, 압착에 따른 진동특성의 변화를 통해, 기계적 필터의 설계 데이터를 얻을 수 있었다. 기계적 필터를 설계 제작하여, 필터의 성능을 확인하였다.