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기계공학실험(랩뷰) 평가B괜찮아요

◈ 목 차1. 실험목적2. 실험적 이론1) LabVIEW란 무엇인가?2) LabVIEW는 어떻게 동작되는가?① Front Panel② Block Diagram③ Icon and Connector3) LabVIEW의 물리적 처리 시스템① Convertor② Actuator③ A/D Convertor④ Computer⑤ Transdure3.LabVIEW의 실제 응용사례6.참고자료1.실험목적자연계의 대부분의 물리량은 analog형으로 이루어져 있다. 이 물리량들을 분석하고 활용하기 위해서는 analog형의 신호를 digital형의 신호로 바꾸어야만 한다. 본 실험은 이와 같은 analog형의 신호를 digital화하여 미지의 물리량을 수집하고 수집된 물리량의 분석을 목적으로 한다.2.실험적 이론(LabVIEW에 대하여...)1) LabVIEW란 무엇인가? LabVIEW는 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench를 줄인 말이다. 이것은 마이크로소프트 윈도우즈, 애플 매킨토시, 선 스파크스테이션을 이용하는 PC에서 운영되는 강력하고 유연성 있는 장치이며 해석 소프트웨어 시스템의 일종이다.LabVIEW는 여러 범용의 C 또는 BASIC 개발 시스템처럼 프로그램 개발 도구이다. 다른 프로그래밍 시스템들이 코드를 생성하기 위하여 텍스트 기반의 언어를 사용하는 데 반하여 LabVIEW는 여러 가지 문법적인 사항들을 없애고 블록 다이어그램으라 불리는 흐름도를 사용하여 프로그램을 생성하는데, 우리는 이 언어를 그래피컬 프로그래밍(graphical programming)이라고 부르며 간단히 G언어라고 한다.LabVIEW는 과학자와 공학자들에게 익숙한 개념 및 용어들을 사용한다. LabVIEW는 프로그래밍을 하기 위해 문자화된 언어를 사용하기보다는 그림기호(graphical symbol)에 의존한다. 프로그래밍 경험이 전혀 없는 사람일지라도 LabVIEW를 쉽게 배울 수 있으나 프로그래밍에 대한 기본 지식이 있으면 더 좋을 것이다.범위한 함수들의 라이브러리를 가지고 있다. 또한 데이터 수집, GPIB, 시리얼계측기 제어, 데이터 해석, 데이터 표현 및 데이터 저장 등을 위한 라이브러리도 포함하고 있다. LabVIEW는 프로그램을 통해서 라인 단위의 실행이나 디버깅을 할 수 있는 기존의 프로그램 도구들도 포함하고 있으며 실행 과정에서 데이터의 흐름을 다이나믹하게 관찰할 수 있도록 되어 있다.LabVIEW의 그래피컬한 성질로 인하여 데이터 표현을 위한 패키지로 많이 사용된다. 딸라서 데이터를 표현하기 위한 다양한 도구를 가지고 있으며, 우리가 원하는 어떠한 형태로도 나타낼 수 있다. 차트, 그래프, 사용자 정의 그래픽은 단지 출력 선택 사양의 일부분을 구성한다. 데이터 수집, 해석, 표현 도구들을 가진 LabVIEW는 기능적으로 완벽하다고 볼 수 있으며, 기존의 프로그램밍 언어로 가능한 어떠한 rAPtks도 LabVIEW Virtual Instrument를 이용하여 계산할 수 있다.2) LabVIEW는 어떻게 동작되는가?LabVIEW는 그 모양이나 작동이 실제의 계측 장치와 매우 유사하기 때문에 가상 계측기(VI)라 불린다. 그러나 화면 뒤에서는 C나 BASIC과 같은 일반적인 프로그래밍 언어가 사용하는 메인 프로그램, 함수, 부 프로그램 등을 사용한다. VI는 대화식의 사용자 인터페이스와 소스 코드를 가지고 있으며 그들 사이에 데이터를 주고 받을 수 있다. VI는 다음과 같은 세 개의 주요 부분을 가지고 있다.① 프론트 패널(Front Panel)프론트 패널은 VI의 대화식 사용자 인터페이스이며 이것은 실제의 계측 장치 패널을 묘사하고 있다. 프론트 패널은 스위치, 누름 단추, 노브(knob), 그리고 여러 가지 다른 컨트롤(control, 사용자 입력)과 인디케이터(indicator, 프로그램 출력)를 포함하고 있다. 따라서 키보드나 마우스를 이용하여 데이터를 입력하고 프로그램이 생성한 결과를 스크린을 통하여 볼 수 있다.다시 말해 프론트 패널은 사용자들이 프로그램과 대화하는 창(win이 필요하다.프론트 패널은 컨트롤과 인디케이터의 결합이다. 콘트롤은 종래의 계측기에서 발견할 수 있는 노브라든가 스위치 등과 같은 전형적인 입력 장치들을 모사하고 있다. 콘트롤은 VI의 블록 다이어그램에 데이터를 공급해 준다. 인디케이터는 프로그램이 수집하거나 발생시키는 데이터를 보여 주는 출력 표시기를 모사하고 있다. 컨트롤과 인디케이터에 대해서는 다음과 같은 방법으로 기억해 두는 것이 좋다.컨트롤(Control) = 입력(Input)인디케이터(Indicator) = 출력(Output)마우스의 오른쪽 버튼을 누르면 컨트롤 메뉴가 패널에 나타나게 되며 그들 중 하나를 선택하면 컨트롤 또는 인디케이터가 패널에 놓여진다. object가 한번 패널에 놓여지면 그것들의 크기, 모양, 위치를 쉽게 조절할 수 있다.② 블록 다이어그램(Block Diagram)LabVIEW에서 사용하는 그래피컬 프로그래밍 언어를 G언어라고 한다. 블록 다이어그램은 VI의 소스 코드이며 LabVIEW는 그래피컬 그로그래밍 언어 G로 구성된다. 블록 다이어그램은 단순한 기호처럼 보이지만 실제로 실행 가능한 프로그램이다. 볼록 다이어그램의 아이콘들은 저수준(low-level) VI, 즉 LabVIEW에서 미리 만들어져 있는 함수들과 프로그램 제어를 위한 스트럭처(structure)들을 나타낸다.블록 다이어그램 창은 LabVIEW VI의 소스 코드를 나타내는 데 사용된다. LabVIEW의 블록 다이어 그램은 실제 실행 가능한 코드인 C나 BASIC에서의 문자들로 구성된 프로그램에 대응된다. 종래의 프로그래밍에서 사용되는 흐름도와 비슷하게 보이는 그림 표현으로 LabVIEW의 프로그램을 구성한다.ⅰ) 터미널(Terminal)프론트 패널상에 컨틀롤과 인디케이터를 위치시키면 LabVIEW는 블록 다이어그램에 이것들에 대응되는 터미널을 생성한다. 블록 다이어그램에서 이 컨트롤 또는 인디케이터에 속하는 터미널을 지워 버릴 수는 없다. 터미널은 프론트 패널에 있는 컨트롤 또는 인디케이터를 지울 때 사라진다터미널을 통하여 블록 다이어그램에도 나타난다.ⅱ) 노드(node)노드는 프로그램 실행 요소이다. 노드는 표준화된 프로그래밍 언어에서 문(statement), 연산자(operator), 함수(function), 서브루틴(subroutine)과 유사하다. 덧셈과 뺄셈 기능 등이 노드의 한 형태를 보여 주며, 스트럭처는 노드의 다른 형태를 보여준다. 전통적인 프로그래밍 언어에서의 루프나 케이스와 유사하게 스트럭처는 코드를 조건부 또는 반복적으로 실행한다. LabVIEW는 수식 노드라고 불리는 특수한 노드를 가지고 있으며 이것은 문자로 된 식들을 평가하는 데 매우 유용하다.ⅲ) 와이어(wire)와이어는 입력과 출력 터미널 사이의 데이터 통로이다. 우리는 입력 터미널을 다른 입력에 또는 출력 터미널을 다른 출력에 연결할 수는 없지만 하나의 입력 터미널을 여러 출력 터미널에 연결할 수는 있다.각 와이어는 와이어를 따라 흐르는 데이터의 형태에 따라 서로 다른 모양과 색을 가진다. 앞에서 본 블록 다이어그램은 수치의 스칼라 값에 대한 와이어 형태를 보여준다.③ 아이콘과 커넥터(Icon and Connector)일반적으로 하나의 함수 또는 단일 프로그램은 입력을 받아서 결과를 출력하는 형식으로 이루어진다. LabVIEW의 함수와 VI들도 입력과 출력을 수행할 수 있다. LabVIEW상에서 아이콘은 하나의 함수 또는 단일 VI를 나타내며, 아이콘은 커넥터라는 것을 사용하여 입력과 출력 단자를 표시해 준다.따라서 함수를 사용하기 위해서는 함수의 입력과 출력을 커넥터의 각 입출력 단자에 연결해 주어야 한다. 따라서 각 VI와 함수들은 이 커넥터를 통하여 데이터를 전달하며, 자신의 데이터형을 이 커넥터를 통하여 표시하기도 한다.적절하게 함수를 사용하는 것은 프로그램의 모듈화에 도움이 되며, 사용자는 모듈화를 통해서 프로그램을 쉽고 간결하게 작성할 수 있다.이러한 특징으로 LabVIEW는 모듈화된 프로그램의 개념을 프로그램에 사용할 수 있다. 프로그램을 모듈화하기 위해서는 하나의 응용다이어그램에서 그 VI들을 서로 연결한다. 여기서 만들어지는 부 프로그램들은 하나의 역할을 수행할 수 있도록 잘 구성해야 하며, 일반적으로 전체 블록 다이어그램에서 반복되는 부분을 하나의 부 프로그램으로 만들면 된다.이와 같이 세 개의 주요구성 성분이 어떻게 작동하는 보면 다음의 그림과 같이 된다.3) LabVIEW의 물리적인 처리 시스템대부분의 물리적 변화량들은 아날로그값을 가지며, 연속되는 범위내의 어느 값이라도 취할 수 있는데 온도, 압력, 광도, 음성신호, 순환속도, 유동률 등이 그 예이다. 디지털 시스템은 디지털 회로와 디지탈연산을 사용하여 내부동작을 수행한다. 디지털 시스템에 입력되는 모든 값들은 디지털 시스템이 물리적 처리과정을 제어하기 위해 사용될 때, 처리되는 변화량들의 아날로그 성질과 컴퓨터의 디지털 성질 사이의 차이점을 다루어야 하는데, 다음의 그림에서 이러한 상황을 나타내었다.위의 그림은 컴퓨터가 아날로그화 되어졌다고 가정되는 물리적 변화량들을 감시하고 제어할 때 포함되는 5 가지 요소를 나타낸다. 위의 5가지 요소를 살펴보면 다음과 같다.① 디지털 -아날로그변환기(D/A변환기)컴퓨터로부터의 출력은 D/A변환기에 의해 그에 비례하는 값의 전압이나 전류로 바뀐다. 예를 들어, 컴퓨터가 00000000에서 11111111 에 걸친 출력을 내면, D/A변환기는 이를 0-10V 사이의 값을 갖는 전압으로 변환시켜준다.② 액추에이터(actuator)D/A변환기로부터의 아날로그 신호는, 물리적 변화량을 제어하기 위한 액추에이터로서, 액추에이터는 D/A변환기로부터의 전압에 따라 탱크로 들어오는 온수의 흐름을 조정하는 전기적 제어밸브이다. 유동률은 0V에서 흐름이 없고, 10V에서 최대유동률을 보이는 것과 같이 이 아날로그 전압에 비례하여 변한다.③ 아날로그-디지탈변환기(A/D변환기)트랜스듀서의 전기적 아날로그출력은 A/D변환기의 입력으로 공급되고, A/D변환기에 의해 디지털 값이 출력되는데, 이 출력은 아날로그입력의 값을 나타내는 여러 비트로 구성되어

공학/기술| 2001.12.06| 8페이지| 1,000원| 조회(1,159)

디지털, 실험, 리포트, 아날로그, Labview

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[계측공학] 베어링 지름 측정

1. sample실험에 대한 data (N=10)1) 10개의 sample을 측정하여 다음 식을 통해 x, Sx, CI, tv,95를 구한다.▶ Sample meanx~=~ 1 over N sum from i=1 to N x sub i▶ Sample standard deviationS sub x ~ = ~ [ 1 over N-1 SUM from i=1 to N (x sub i - x)^2 ]^1/2▶ Precision intervalCI ~=~ +- ~t sub v,95 S sub x over N^1/2 ~~(95%)(two sided)d ~ =~ CI over 2 ~=~ t sub v,95 S sub x over N^1/2(one-sided)※ Sample dataNumberBearing's diameter(mm)NumberBearing's diameter(mm)12.61562.55622.53472.57432.53182.60742.55292.5452.527102.476▶ Sample meanx~=~ 1 over N sum from i=1 to N x sub i ~ =~ 1 over 10 sum from i=1 to 10 x sub i ~=~ 2.5512▶ Sample standard deviationS sub x ~ = ~ [ 1 over N-1 SUM from i=1 to N (x sub i - x)^2 ]^1/2 ~=~ [ 1 over 9 sum from i=1 to 10 (x sub i - 2.5512)^2 ]^1/2 ~ =~ 0.040548▶ Table 4.4 Student-t Distribution에서 tv,95 = 2.262▶ Precision intervalCI ~=~ +- t sub v,95 S sub x over N^1/2 ~~(95%) ~=~ +- ~ 2.262 times 0.040548 over 10^0.5 ~=~ 0.0292) 위에서 구한 값을 통해 다음 식으로 필요한 측정수 N을 검증해 보자.▶ Required number of measurementsN ~ APPROX ~ [{t sub v,95 S sub x} over d ]^2 ~~(95%) ~=~ [{2.262 times 0.040548} over 0.029 ]^2 ~=~ 10.0029위 식을 통해 얻은 N 값이 10이므로 위 sample 실험이 올바름을 알수 있다.2. Actual 실험에 대한 data 분석54개의 Bearing' diameter 측정 data를 통해 계측 결과를 검토해보자※ Actual dataNumberBearing's diameter(mm)NumberBearing's diameter(mm)NumberBearing's diameter(mm)12.615192.542372.55722.534202.586382.58332.231212.505392.53942.552222.554402.53952.527232.569412.52962.556242.577422.50172.574252.572432.55982.607262.508442.53692.54272.539452.514102.476282.614462.521112.476292.587472.548122.522302.487482.519132.52312.541492.543142.493322.597502.581152.502332.508512.514162.543342.485522.498172.585352.513532.554182.537362.554542.572▶x~=~ 1 over N sum from i=1 to N x sub i ~ =~ 1 over 54 sum from i=1 to 54 x sub i ~=~ 2.5424▶S sub x ~ = ~ [ 1 over N-1 SUM from i=1 to N (x sub i - x)^2 ]^1/2 ~=~ [ 1 over 53 sum from i=1 to 54 (x sub i - 2.5424)^2 ]^1/2 ~ =~ 0.035458▶ Table 4.4 Student-t Distribution에서 t50,95 = 2.010▶CI ~=~ +- ~t sub v,95 S sub x over N^1/2 ~~(95%) ~=~ +- ~0.035458 times 2.010 over 54^0.5 ~=~ 0.0321♠ Mean x = 2.5424♠ Standard deviation Sx = 0.035458♠ Precision interval (CI) = 0.0321※ Histogram and frequency distribution for sample data▶ The numbrer of intervalK ~=~ 1.87 ( N-1)^0.4 +1 ~=~ 1.87 (54 - 1)^0.4 +1 ~=~ 10.152▶ The intervals are shown belowjIntervalnjfj = nj/N12.45≤xi〈2.470022.47≤xi〈2.4940.0740732.49≤xi〈2.5170.1296342.51≤xi〈2.53100.18518552.53≤xi〈2.55110.20370462.55≤xi〈2.5780.14814872.57≤xi〈2.5990.16656782.59≤xi〈2.6130.05555692.61≤xi〈2.6320.037037102.63≤xi〈2.6500[ Histogram dan frequency distribution for data ]※ Probability density function의 정규 분포를 가정한 함수 P(x)▶p(x)~=~ { 1 } over { sigma (2 pi )^{ 0.5 } } `exp`[ -{ 1 } over { 2 } { (x sub i - x)^2 } over { sigma ^{ 2 } } ]※ 위에서 구한 data와 DFT를 이용한 구한 data의 통계적 분포 ChartIntervalnjfj = nj/N/0.02PDF2.45000.2667452.4743.7037040.9893712.4976.4814812.6696332.51109.2592595.2405072.531110.185197.4838392.5587.4074077.7750812.5798.3333335.8764462.5932.7777783.2311262.6121.8518521.2924762.63000.376115[ Histogram and frequency distribution, pdf graph ]3. DiscussionHistogram 과 pdf함수사이의 관계를 나태내고 있는 위의 graph를 보면 가장 이상적인 경우 Histogram이 pdf 그래프를 벗어나지 않으면서 전체적으로 분포되어 있는 야한다. 그러나 측정결과 Histogram 값들은 pdf graph 밖으로 많이 나가 있음을 볼 수 있다. 이는 Bearing's diameter 계측시 error 가 발생했음을 보여준다.이에 대한 에러 요인을 살펴보면, 계측과정해서 계측자가 constant force로측정치 않았기 때문이라 생각한다. 이러한 Random error를 줄이기 위해 Repetition을 실행하면 어느정도 error를 줄일수 있으리라 생각한다.[ Project : Bearing's diameter 측정 및 분석 ]과 목계 측 공 학학 과기계공학과학 번31951615

공학/기술| 2001.12.06| 6페이지| 1,000원| 조회(436)

계측공학, 베어링, 에러분석

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