LVDT(선형 가변 차동 변압기) (Linear Variable Differential Transformer)
쉽게 풀면
원통형 코일 속을 자성체 막대(코어)가 앞뒤로 움직이는 구조의 센서다. 코어의 위치가 바뀌면 코일들 사이에 유도되는 전압이 그에 비례해 변하기 때문에, 이 전압만 읽으면 코어가 정확히 얼마나 움직였는지 아주 정밀하게 알 수 있다. 물리적인 마찰 없이 작동해서 마모가 거의 없고 수명이 길며, 재료시험기의 압축 변위나 정밀 기계의 위치 측정에 널리 쓰인다.
왜 중요한가
재료의 응력-변형률 곡선, 구조물의 처짐, 정밀 기계 부품의 위치 오차 등은 실험 결과의 신뢰성을 좌우하는 핵심 데이터이며, 이를 접촉 마찰이나 전기 노이즈 없이 정밀하게 확보할 수 있어야 후속 해석(탄성계수 산출, 피로 수명 예측 등)이 가능해집니다. LVDT는 비접촉·비마모 구조 덕분에 반복 시험이나 장시간 모니터링에서도 측정 특성이 잘 변하지 않아, 재료공학·토목공학·정밀기계 분야 논문에서 변위 측정의 표준 수단으로 자주 채택됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
압축시험을 하는 동안 시편이 눌리는 정도를 0.1마이크로미터의 분해능을 가진 LVDT로 정밀하게 측정했다는 뜻이다.
토목·구조공학 연구에서는 실제 구조물이나 축소 모형에 하중을 가했을 때 발생하는 처짐을 LVDT로 연속 측정해, 수치해석 결과의 타당성을 검증하는 데 활용합니다.
정밀기계공학에서는 온도 변화로 인한 미세한 부품 변형까지 감지해야 하므로, 여러 방향에 LVDT를 설치해 장시간에 걸친 미세 변위 추이를 추적하는 데 사용됩니다.
조금 더 깊게 보면
LVDT는 1차 코일에 교류 여자(excitation) 신호를 인가하고 2개의 2차 코일에서 유도되는 전압 차를 이용하는 방식이라, 출력 신호를 실제 변위 값으로 바꾸려면 복조(demodulation) 및 신호 조절 회로를 거치는 경우가 많습니다. 코어가 정중앙에 있을 때 두 2차 코일의 전압이 상쇄되어 이론상 0에 가까운 영점(null point)을 가지며, 이 영점을 기준으로 좌우 변위 방향까지 함께 판별할 수 있습니다. 분해능과 선형성은 코일 설계와 신호처리 방식에 따라 달라지므로, 논문에서는 사용한 모델의 스트로크 범위와 함께 측정 정밀도를 명시하는 것이 일반적입니다.
주의할 점
측정 가능한 변위 범위(스트로크)가 정해져 있어 그 범위를 넘는 큰 변위를 측정하려면 더 긴 스트로크의 LVDT를 선택해야 한다.