계측기는 기본적으로 어떤 물리적인 양을 정량적으로 표시해주는 장비다. 최근 스마트폰과 태블릿 등의 모바일 디바이스가 대두하면서 계측기 역시 필수 장비로 인식되고 있다. 또한 전자IT산업의 발전과 맞물려 측정 분야가 늘어남에 따라 다양한 형태로 출시되고 있다.

계측(instrumentation)이나 측정(measurement)은 어떤 양의 크기에 대응되는 수치를 결정해 적절한 형태로 나타내는 과정을 말한다. 이런 측정을 가능하게 돕는 장비가 바로 계측기다. 계측기의 3가지 주요 기능은 지시(Indication)와 기록(recording), 제어(control)를 들 수 있다. 일반적인 전자계측기는 주로 지시와 기록의 기능을 갖는 반면, 프로세스 산업에 사용되는 계측기는 제어 기능을 갖는 경우가 대부분이다.

광범위하게 활용
계측 산업은 첨단 기술산업으로 국내외를 비롯해 모든 산업군에서 활용되고 있다. 응용산업분야는 전자IT산업을 시작으로 기계와 의료, 우주, 농수산 등으로 광범위하다.
전자산업을 세분화하면 반도체 산업과 통신 산업, 가전 산업, 컴퓨터 산업 등으로 구분할 수 있고, 여기에 우주 항공, 방위 산업 등으로 계측 산업이 확대되고 있다. 계측기를 특성별로 구분하면 피측정물에 신호를 공급하는 신호공급원과 공급한 신호들이 피측정물을 경유해 어떠한 결과를 측정/분석하는 신호분석기, 이 두 가지를 제어하는 컨트롤러를 들 수 있다. 신호공급원에 해당하는 계측기는 신호발생기와 파워서플라이, 데이터 발생기가 있고, 신호분석기로는 오실로스코프와 주파수 카운터, 신호분석기, 네트워크 분석기, LCR미터, 디지털미터 등이 있다. 또한 컨트롤러는 PC를 비롯해 엔지니어링 워크스테이션과 소형 또는 중형의 테크니컬 컴퓨터가 용도에 맞게 활용된다.

디지털 계측기가 주류
계측기의 방식으로는 크게 아날로그 계측기(analog instrument)와 디지털 계측기(digital instrument) 두 가지로 나눌 수 있다. 아날로그 계측기는 측정량을 지침의 위치로 압력 크기를 표시한다. 측정량을 연속적으로 표시기에 변환해 나타내기 때문에 지침을 보는 방법에 따라 개인차가 생기기 쉽고, 고정밀의 측정에 부적합하다.
디지털 계측기는 압력의 측정치를 불연속적인 수치로 표시하는 방식이다. 또한 게이트(gate)와 인버터(inverter) 플립-플롭(flip-flop) 등과 같은 2진 논리를 사용해 계측 기능을 수행한다. 디지털 계측기는 측정량이 수치로 표시되기 때문에 개인 오차가 없고 고정밀의 측정이 가능하다. 특히 측정 결과를 계산 및 처리, 판단, 정리가 가능해 현재 대부분의 산업군서 사용되고 있다. 이밖에도 컴퓨터 시스템 내에서의 인터넷 원격 제어 기능 등을 활용할 수 있다는 장점을 가진다.




주요 계측기 종류

네트워크 분석기(Network Analyzer)
네트워크 분석기는 아날로그 회로 분석의 가장 중요한 기기 중 하나로, R&D에서 회로 최적화에 사용되고 있다. 특히 통신과 오디오, 비디오, 기타 전자기기의 품질 개선 및 소형화, 생산비 절감을 위해서 정확한 측정과 각 부품 및 회로의 설계 최적화가 필요해 넓은 측정범위, 고주파 안정성, 고도의 정확성, 빠른 처리속도가 요구된다. 

디지털 스토리지 오실로스코(Digital Storage Osilloscope)
디지털 스토리지 오실로스코프는 디지털 메모리에 바이너리로 파형을 저장하는 고속의 A/D컨버터의 실현으로 탄생했다. 또한 샘플링의 고속화나 다기능화로 다채널화, 새로운 유저인터페이스 등의 성능 향상뿐만 아니라 사용도 용이하다. 오실로스코프는 변화하는 전기신호를 눈으로 볼 수 있도록 CRT(Cathode Ray Tube)에 표시해 전기 신호를 측정할 수 있는 반면, 디지털 오실로스코프는 그동안 아날로그 오실로스코프의 단점으로 지적되어 왔던 순간적으로 발생해 소멸하는 단발현상(Single Shot)이나 음성, 진동 등 불규칙한 파형의 관측, 측정된 신호의 정지 및 확대/축소 등 여러 가지의 분석에 적합하도록 설계됐다. 디지털 오실로스코프의 기본원리는 입력단자를 통해 들어온 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC가 디지털 신호로 변환 후 반도체 메모리에 저장해 측정이 완료되면 저장된 신호를 표시장치에 표시한다.



로직 분석기(Logic Analyzer)
로직 분석기는 마이크로프로세서의 비약적인 발전으로 개발 시스템의 복잡화 및 다양화에 따라 하드웨어 디버깅뿐만 아니라 시스템의 펌웨어 디버깅을 할 수 있는 기능도 제공한다. 또한 디지털 시스템의 디버깅을 효율적으로 하기 위해 많은 채널수가 요구되고 채널을 통해 입력되는 신호를 저장 및 측정 점의 입력 신호를 중지시켜 필요한 정보를 CRT에 디스플레이시켜 신호를 분석한다.



스펙트럼 분석기(Spectrum Analyzer)
스펙트럼이란 파장이나 주파수대로 나열한다는 의미를 가진다. 또한 전기적으로는 시간영역(Time domain)에서 주파수영역(Frequency domain)으로 변환시킨다는 의미기 있다. 스펙트럼 분석기는 오실로스코프가 시간영역에서 신호를 보여주는 것처럼 주파수 영역에서의 신호를 보는 수단을 제공한다. 따라서 다양한 측정이 가능하며 대표적인 측정항목으로는 하모닉 왜곡 측정, 상호 변조측정 등이 있다.

오실로스코프(Oscilloscope)
오실로스코프는 기본적으로 시간에 따른 전압변화의 정보를 CRT(Cathod Ray Tube)를 통하여 파형 형태로 표현하고, 사용자는 표현된 파형을 보고 측정회로를 분석하는 데 사용된다. 표시되는 파형은 측정되는 신호의 모양뿐만 아니라 진폭, 주파수 등과 두 신호간의 위상관계를 비교하는 데도 사용된다. 오실로스코프는 전자공학의 모든 분야에 가장 광범위하게 사용되며 측정 장비 중에서 가장 손쉽게 접근할 수 있다.

BERT(Bit Error Rate Test)
데이터 전송 시 발생되는 에러율을 측정하는 테스트 모드는 Bit Error Rate Testing, Block Error Rate Testing, Errored Seconds, Rising Transitions, Faling Transitions 등이 있다. 이중 BERT(Bit Error Rate Test)는 데이터 통신 네트워크상에서 사용되는 가장 기본적인 계측 기능으로 이용되고 있다.

시장 및 기술 동향
TechNavio의 애널리스트는 2011~2015년 글로벌 테스트 및 측정 장비 시장이 연평균 24.5% 성장할 것으로 예상했다. 주요 성장 요인으로는 전자 제품의 수요 증가를 꼽았다. 또한 테스트 및 측정 장비가 소형화될 것으로 전망했지만, 생산 비용이 높아 시장의 성장을 저해할 수 있을 것으로 내다봤다.
전통적으로 디지털 계측 시장은 반도체 분야서 많은 수요가 발생했고, TV와 관련한 디스플레이 분야에서도 많은 수요가 나타나고 있다. 이는 TV가 점차 발전하면서 무선 상의 고화질 데이터를 전송하는 기술이 필요했기 때문이다. 따라서 HDMI나 디스플레이 포트(Display Port) 등의 관련 애플리케이션이 등장했다. HDMI는 스마트폰에 HDTV를 연결해 시청할 수 있도록 돕는 기술로 최근에는 MHL을 파생시켰다. MHL 기술은 갤럭시 S2부터 탑재됐다. 이와 비슷한 디스플레이 포트 기술은 무료 라이센서 개념으로 누구나 사용할 수 있고, 한 가닥의 케이블에 여러 개의 압축되지 않은 디지털 비디오와 오디오/네트워크 신호까지 취할 수 있다. LG전자의 디스플레이 포트에 기반을 둔 MyDP 기술은 넥서스4에 적용됐다. 또한 최근 출시된 옵티머스G에도 탑재했다.
최근 디지털 측정 장비에서 D-Phy 기술에 가장 많은 관심을 기울이지만, 앞으로는 데이터 전송속도가 향상된 N-Phy로 변화할 것으로 보인다. 또한 차세대 휴대전화를 위한 메모리인 UFS는 2013년 중반부터 2014년 정도에 v2.0이 개발될 것으로 예상된다. MIPI(Mobile Industry Processor Interface)는 모바일 디바이스 내에 사용되는 다양한 인터페이스의 합으로 모바일 분야에서 UFS와 M-Phy, USB3.0이 호스트 역할을 해 적용될 것으로 보인다.
계측 시장은 스마트폰과 태블릿 등의 폭발적인 성장으로 반도체와 디스플레이 분야에서 모바일 산업으로 이동할 것으로 전망된다. 결국 차세대 기술 탑재 및 응용의 바탕은 계측 기기이기 때문에 많은 산업군에서 활용될 것으로 보인다. 업계 관계자는 “국내 대기업이 모바일 산업을 선도하고 있는 만큼 계측 기술적인 측면도 앞서 있는 게 사실”이라며 “실제 MHL 기술도 여타 나라보다 국내 엔지니어들이 더욱 상세히 알고 있어 빠르게 시장에 대응할 수 있다”고 말했다.



최신 제품 소개

애질런트의 고화질 오실로스코프
애질런트의 Infiniium 9000 H-시리즈 고화질 오실로스코프는 대역폭에 따라 250 MHz, 500 MHz, 1 GHz, 2 GHz의 네 가지 모델로 출시됐다. 기존 8비트 분해능의 오실로스코프보다 16배나 우수한 최대 12비트의 수직 분해능과 채널 당 최대 100 Mpts의 업계에서 가장 깊은 표준 메모리를 제공한다. 작은 신호를 확인할 때, 노이즈는 정확한 신호 측정을 하는데 가장 큰 방해 요소이다. 9000 H-시리즈는 하이퍼 샘플링과 선형(Linear) 노이즈 감소 기술을 결합시켜 기존 8비트 오실로스코프보다 3배 낮은 노이즈 레벨을 제공한다. 이 감소된 노이즈는 8비트 오실로스코프에서 측정할 수 없는 작은 신호들을 확인하고 해결할 수 있도록 한다. 프로빙 시스템 자체에서도 측정 노이즈가 발생하기 때문에, 애질런트는 작은 전류 신호들을 확인하고 분석할 수 있도록 특별히 고안된 새로운 저노이즈 프로브 시리즈도 선보였다. 새로운 N2820A 및 N2821A AC/DC 전류 프로브들은 업계 최고의 감도를 제공하며, 50 uA ~ 5 A의 전류 범위를 지원한다. 한편 애질런트 9000 H-시리즈는 업계에서 가장 깊은 메모리인 채널 당 최대 1억 포인트의 표준 메모리를 제공하며, 메모리 깊이를 채널 당 5억 포인트로 업그레이드할 수 있다. 메모리 깊이를 5억 포인트로 업그레이드하면 빠른 샘플 속도를 유지하면서 테스트할 수 있다.



텔레다인 르크로이의 프로토콜 디코더
텔레다인 르크로이는 업계 최초로 오실로스코프 플랫폼에서 사용하는 설정 가능한 맨체스터 및 NRZ(none-return-to-zero) 프로토콜 디코더를 발표했다. 이 디코더는 사용자가 맨체스터나 NRZ로 인코딩된 신호에 대해 다양한 물리 계층의 특성을 검증할 수 있도록 한다. 또한 비트 그룹을 워드 단위로, 워드를 프레임 단위로 재정의 가능해 일반적인 인코딩 구조에서 커스텀 또는 표준 프로토콜을 쉽고 빠르게 분석할 수 있게 해준다. 텔레다인 르크로이의 맨체스터 및 NRZ 프로토콜 디코더는 물리계층, 프로토콜 워드 구조 및 프레임 구조, 여러 파라미터들에 대해 충분한 유연성을 제공함으로써 커스텀 프로토콜의 디자인과 디버깅에 도움을 준다.
사용자는 10 bits/s 에서 10 Gbits/s 범위의 비트 속도를 지정할 수 있다. 또한 아이들(idle) 상태, 싱크 비트, 헤더 및 풋터 정보는 커스텀 프리앰블(preamble)나 CRC 디테일을 디코드하도록 설정 가능하다.
디코딩은 비트 또는 워드의 데이터 모드를 지원하고, HEX, ASCII, 또는 Decimal 형식으로 관측할 수 있다. 비트 오더는 LSB나 MSB로 지정 가능하다. 디코드된 정보는 물리적인 파형 위에 색으로 구분해 표시되며, 사용자가 오실로스코프의 타임베이스 또는 확대 기능을 이용하여 파형을 자세하게 볼 수 있도록 디코드 정보를 확장하거나 축소해 관측할 수 있다.



텍트로닉스, 고 정밀 다중 위상 전력분석기
텍트로닉스는 지난 4월 10일 새로운 고 정밀 다중 위상 전력분석기 PA4000을 출시했다. 텍트로닉스 PA4000 전력분석기는 업계 최초로 Spiral Shunt™ 설계를 채택해 빈번히 발생되는 고도로 왜곡된 전력 파형에서도 안정적이고 정밀한 전류 측정 기능을 제공한다.
에너지 효율과 새로운 파워 소스가 전자 설계에서 중요한 핵심 과제로 부각되면서, 소비자 요구, 변화하는 기술, 정부 규제, 추가적인 작업 부하에 대응할 수 있는 발전된 성능을 제공하는 장비가 필요하다. PA4000은 텍트로닉스의 오실로스코프 기반 파워 테스트 제품군을 완성하는 제품으로, 현재와 향후의 규제 기준에 대한 적합성을 측정할 수 있는 성능을 제공하는 종합 솔루션을 제공한다. 
PA4000은 각 채널마다 2개의 스파이어럴 션트(Spiral Shunt)를 사용하고, 하나는 정밀 저전류 측정용으로 최대 1 A까지 전류 측정 기능을 제공한다. 다른 하나는 고전류 측정용으로 최대 30 A의 전류 측정 기능을 제공한다. PA4000은 이러한 첨단 션트 설계가 고유의 고속 디지털 신호 처리 알고리즘과 결합됨에 따라 이상 신호 및 노이즈가 존재하는 상황에서도 파워 사이클을 정밀하게 추적할 수 있다.






첨단산업의 열쇠
최첨단 산업이 도래함에 따라 정보통신과 신소재, 생명공학, 의료, 우주항공 등의 분야가 산업을 선도할 것으로 보인다. 이에 많은 국가와 기업이 관련 분야에 뛰어들고 있다. 최첨단 산업은 기존 중공업 분야보다 높은 정밀 정확도가 요구되어 계측 기술의 향상 없이는 고도산업화를 이룰 수 없다. 최근 기업의 생산 설비 투자 중, 계측 관련 부분의 투자를 짐작해 기술 수준이나 성장 잠재력을 가늠하는 것이 일반화되면서 계측기의 수요가 점차 증가하고 있다. 하지만 국내 기업의 기술력은 아직 미약하다. 업계 관계자는 “계측기는 기술집약적인 산업으로 한 번의 제품 생산으로 끝이 나는 것이 아닌 시작을 의미한다”며 “빠르게 변화하는 기술 트렌드를 이끌 수 있는 전문 인력을 양성함은 물론, 하드웨어나 소프트웨어 등이 발전할 수 있도록 지속해서 관련 기술을 연구해야 한다”고 말했다. 실제 엔지니어의 입에서 오르내리는 계측기 업체는 많지 않다. 이들은 적어도 계측 분야에서 수십 년을 연구, 개발한 업체들이다.
이에 반해 국내 업체는 상대적으로 미비한 실정이다. 실제 국내 업체들의 기술 수준도 해외 선진국에 비해 80% 정도 수준이지만, 이 수준도 주로 중급 분야에서 평가되는 것이다. 이마저도 고사양 계측 기술에서는 역부족이라는 것이 업계 관계자의 말이다. 하지만 제조 공정은 세계적 수준으로, 공정 기술을 활용하면서 디지털 신기술과 접목한다면 기술적 시너지가 클 것으로 예상된다.
한편 기존 계측기는 안전한 지역에 독립적으로 설치되어 사용되던 기계 시스템이었다면 이제는 인간과 흡사하게 자연스럽게 서비스를 제공하고 주변 인프라와 연동되어 스스로 작동할 수 있는 지능화된 계측 기술로 변모하고 있다. 또한 계측 기술과 건설겳〕恪?의료겚냅컖제조 기술과의 접목이 시도되고 있고, 인지과학 기술, 바이오 기술, USN 기술과도 융합을 통해 장비 분야의 새로운 돌파구를 창출할 것으로 전망된다.

음성군, 지진가속도 계측기 설치 음성군은 지진 발생 시 신속한 진원 파악과 빠른 상황대처를 위해 군 청사에 지진가속도 계측기를 설치했다. 음성군은 최근 중국 쓰촨성과 미국 캘리포니아 일원에서 잇따라 큰 규모의 지진 발생과 우리나라에서도 크고 작은 지진이 발생하고 여진이 계속 관측되고 있는 가운데 지진 발생에 대한 사전대응체계를 확고히 구축하고 군민의 안전을 도모하기 위해 사업을 추진한다. 또한 지진재해대책법 제6조에 따라 총 사업비 1억4000만원을 투입해 이달말 사업발주를 시작으로 가속도 센서 4대, 상황 모니터 및 컴퓨터 본체 2대 등을 군청에 설치해 9월말까지 사업을 완료할 계획이다. 지진가속도 계측기는 각종 구조물과 기기 등의 시설물이 지진으로 인한 외부적인 힘에 반응해 움직이는 특성(지진거동 특성)을 감지하는 기기로 대규모 지진의 전조로 일어나는 비교적 작은 지진부터 주요 안전시설물 점검과 주민대피까지 발 빠른 상황대처가 가능하다. 한편 음성군은 오는 9월말 사업 완료와 동시에 지진 대응체계를 확립하고 365일 적정한 성능을 24시간 유지 관리할 방침이다. 또한 소방방재청과 충북도청의 통합시스템과 연계해 안정적 운영과 활용에도 노력할 계획이다.