4. 계측의 이론
4.2 계측용어
계측은 정의에서와 같이 단순히 측정뿐만이 아니라 측정된 데이터를 처리하고 분석하 는 작업까지를 포함한다. 즉, 측정된 데이터의 오차범위를 이해하고, 실험결과를 분석하 는 작업까지를 포함한다. 이는 다시 말하면 측정된 데이터의 오차범위를 이해하고, 실험 결과를 분석하여 공학적 원리나 유용한 자료로 가공하기 위한 신호처리 등의 실험적 기 법에 대한 이해를 필요로 한다(한국구조물진단학회, 2006).
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-4.2.1 오차와 불확실성(Error and uncertainty)
계측에 있어서 우선적으로 오차에 대한 이해가 필요하며, 무엇을 측정한다는 것은 참값 (True value)을 얻기 위하여 이와 근사한 측정값(Measured value)을 얻는 작업이며, 모 든 측정값에는 필연적으로 오차가 수반된다. 그러므로 오차(Error)는 참값과 측정값의 차 이의 절대 값으로 정의되며, 참값은 영원히 알 수 없는 값이므로 엄밀히 말해서 정확한 오차는 알 수 없다(한국구조물진단학회, 2006).
4.2.2 감도(Sensitivity)
감도란 입력되는 물리량의 변화에 대하여 계측기의 출력 값의 변화량을 나타내는 것으 로 계측기가 얼마나 민감하게 반응하는가를 표시한다. 감도가 좋은 계측기란 적은 물리 량의 변화에도 출력 값이 크게 변화하는 것으로서 정밀한 측정에 유리하고, 감도가 낮은 계측기는 큰 변화에 대하여 작은 출력변화를 보이는 것으로 정밀한 측정은 어려우나 넓 은 범위의 측정에 유리하다.
감도는 계측기의 입력 및 출력 반응곡선에서 곡선의 기울기를 의미한다. 입력 값에 따 라서 곡선의 기울기가 변화하는 경우도 있으나, 가급적 전 측정범위에 걸쳐서 선형적인 출력 신호를 내도록 하는 것이 바람직하다(한국구조물진단학회, 2006)
4.2.3 보정(Calibration)
계측기의 보정 또는 교정은 주어진 입력 량의 변화에 따른 계측기의 출력량과의 관계 를 구하여 측정오차를 줄이고 계측기를 검증하는 작업을 의미한다. 보정을 위해서는 상 호 비교하기 위한 비교대상이 필요한데, 보통 오차의 범위가 알려져 있는 표준계측기를 사용한다. 표준계측기의 보정을 위해서는 궁극적으로는 그 물리량이 어떻게 정의되었느 냐 하는 문제에까지 도달하게 된다. 예를 들어 온도계를 보정하기 위해서는 이미 보정되 어 있는 표준온도계를 사용해야 되고 이 표준온도계는 이 보다 더욱 정확한 표준온도계 로 보정되어야 한다. 결국 온도가 어떻게 정의되어 있는가 하는 것까지 이해가 필요하다.
보정 곡선치가 선형적 관계로 주어지는 경우, 원점과 기울기만 제대로 설정해 주면 된 다. Figure 4.1에서와 같이 원점이 영점에서 벗어나 있는 것을 영점오차(Zero offset)라
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-하고, 기울기가 원래의 기울기에서 벗어나서 발생하는 오차를 스팬오차(Span error)라고 한다(한국구조물진단학회, 2006)
Figure 4.1 Zero offset and span error
4.2.4 음압레벨 보정기(Sound Level Calibrator)
음향 탐촉자에 의한 음압 측정 시 음향 탐촉자에서 출력되는 전압과 음압 레벨을 연관 짓기 위한 보정이 필요하며, 이 때 사용되는 장치들을 음압 레벨 보정기라 한다. 그 예로는 기준음 원(reference sound source), 피스톤 폰(piston phone) 등이 있다(한국소음진동공학회, 2002).
Figure 4.2는 현장에서 보정기를 사용하여 보정하는 그림이다. 그러나 국내의 수중소음 계측 기 관련 논문이나 보고서에서 보정기(calibrator)를 이용하여 보정을 했다는 사례를 본적이 없 다.
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-Figure 4.2 Calibration in the Field(California Department of Transportation, 2009)