센서 측정값이 흔들릴 때 대처 방법은 무엇인가요?

센서 측정값이 흔들리거나 튈 때는 먼저 노이즈가 어떤 형태로 신호에 들어오는지 구분해야 합니다. Common Mode와 Differential Mode는 발생 형태가 다르므로 무조건 Shield를 추가하거나 필터값을 높이기보다 측정 위치와 증상을 먼저 확인하는 것이 중요합니다.

Common Mode Noise란? Differential Mode Noise와 차이｜센서 측정값 흔들림 원인

Name: 산업용 센서 노이즈 측정 장비
Brand: 산업계측 기술연구소
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2026년 8월 15일 읽는 시간 약 11분 조회 31

센서 노이즈 Common Mode와 Differential Mode 차이

센서 측정값이 일정하지 않고 흔들리거나 순간적으로 튄다면 먼저 노이즈가 어떤 형태로 신호에 들어오는지 구분해야 합니다.

산업용 아날로그 신호에서는 대표적으로 Common Mode Noise와 Differential Mode Noise를 구분합니다.

두 노이즈는 발생 형태가 다르기 때문에 무조건 Shield를 추가하거나 필터값을 높이기보다 측정 위치와 증상을 먼저 확인하는 것이 중요합니다.

Common Mode Noise란?

Common Mode Noise는 두 신호선에 비슷한 방향으로 공통 전압이 나타나는 노이즈입니다.

예를 들어 Signal +와 Signal -가 Ground를 기준으로 함께 높은 전위를 가지더라도 두 선 사이의 전압차는 정상일 수 있습니다.

차동입력은 이러한 공통 성분을 일정 부분 억제할 수 있습니다. 이 능력을 나타내는 대표적인 지표가 CMRR(Common Mode Rejection Ratio)입니다.

다만 실제 PLC나 계측기에는 허용 가능한 Common Mode Input Range가 있습니다.

이 범위를 벗어나면 차동신호 자체가 정상이어도 측정값이 틀어지거나 입력회로가 정상적으로 동작하지 않을 수 있습니다.

Differential Mode Noise란?

Differential Mode Noise는 Signal +와 Signal – 사이의 전압차 자체를 변화시키는 노이즈입니다.

측정기가 실제 센서 신호와 노이즈를 함께 받아들이기 때문에 Common Mode보다 구분하기 어려울 수 있습니다.

예를 들어 정상 출력이 5.000V인 센서에 ±0.050V의 Differential Noise가 발생한다면 측정값은 순간적으로 다음처럼 변할 수 있습니다.

4.950V ↔ 5.050V

0-10V Full Scale을 기준으로 50mV는 다음과 같습니다.

0.05V ÷ 10V × 100 = 0.5% FS

정밀한 측정이나 제어에서는 무시하기 어려운 크기가 될 수 있습니다.

Common Mode와 Differential Mode 차이

구분	Common Mode	Differential Mode
노이즈 형태	두 신호선에 공통 발생	두 신호선 사이에 발생
주요 측정	각 신호선 ↔ Ground	Signal + ↔ Signal –
차동입력	일정 부분 억제 가능	실제 신호처럼 측정될 수 있음
우선 점검	Ground, 입력범위	센서, 배선, 유도 노이즈
현장 특징	여러 채널에 영향을 줄 수 있음	특정 채널에서 나타날 수 있음

실제 현장에서는 두 노이즈가 동시에 존재할 수도 있습니다.

따라서 증상만으로 확정하기보다 어디에서 신호가 달라지기 시작하는지 측정하는 것이 핵심입니다.

현장에서 가장 먼저 볼 것은?

측정값이 흔들린다고 바로 센서를 교체할 필요는 없습니다.

먼저 센서 출력단과 PLC 입력단의 값을 비교합니다.

센서 출력단부터 값이 불안정하다면 센서, 전원 또는 실제 공정변화를 확인합니다.

반대로 센서 출력은 안정적인데 PLC 입력단에서만 흔들린다면 중간 배선이나 Ground, 외부 노이즈 유입 가능성을 확인할 수 있습니다.

즉,

센서 → 배선 → PLC 입력

순서로 측정 위치를 옮겨가며 노이즈가 처음 나타나는 지점을 찾는 방식입니다.

Common Mode는 어떻게 확인할까?

Signal +와 Signal – 사이의 값만 측정하지 말고 각 신호선과 Ground 사이도 확인합니다.

다음 세 가지를 비교합니다.

① Signal + ↔ Signal –

② Signal + ↔ Ground

③ Signal – ↔ Ground

Signal +와 Signal – 사이의 차동신호는 비교적 정상인데 두 신호선의 Ground 기준 전압이 함께 크게 변한다면 Common Mode 성분을 의심할 수 있습니다.

이때 측정값만 보고 이상 여부를 결정해서는 안 됩니다.

사용 중인 PLC 또는 계측기 데이터시트의 허용 Common Mode Input Range와 비교해야 합니다.

Differential Mode는 어떻게 확인할까?

이번에는 Signal +와 Signal – 사이의 실제 신호가 흔들리는지 확인합니다.

센서 출력단에서는 안정적인데 PLC 입력단에서만 차동신호가 흔들린다면 배선 구간에서 유입되는 노이즈를 의심할 수 있습니다.

특히 인버터, 모터, 릴레이, Switching Power Supply 등의 동작 시점과 측정값 변화를 비교하면 원인을 좁히는 데 도움이 됩니다.

예를 들어 인버터가 정지하면 안정되고 운전할 때 반복적으로 값이 흔들린다면 센서 케이블의 배선경로도 점검해야 합니다.

여러 채널이 동시에 흔들린다면?

여러 센서가 같은 시점에 흔들린다면 센서 하나의 고장보다는 공통으로 사용하는 부분을 먼저 확인합니다.

대표적으로 센서 전원, Ground, PLC Analog Input 모듈 등이 있습니다.

반대로 여러 채널 중 하나만 불안정하다면 해당 센서와 단자, 케이블 구간을 우선 확인하는 편이 효율적입니다.

Ground Potential Difference와 Ground Loop 자체의 원리는 별도 글에서 확인할 수 있습니다.

4-20mA 신호에 발생하는 Ground Loop 원인과 해결 방법

4-20mA도 노이즈가 발생할까?

4-20mA는 산업 현장의 장거리 신호 전송에 유리하지만 노이즈의 영향을 전혀 받지 않는 것은 아닙니다.

Ground Potential Difference, 전원 문제, 접촉불량, 입력회로 또는 주변 Switching 장비의 영향을 받을 수 있습니다.

따라서 4-20mA 신호라는 이유만으로 노이즈 가능성을 제외하면 안 됩니다.

특히 여러 장비 사이의 Ground 전위차가 의심된다면 신호 절연이 필요한지 검토할 수 있습니다.

Signal Isolator의 역할과 절연 원리는 아래 글에서 별도로 다룹니다.

센서 신호 Isolator를 사용하는 이유와 절연 원리

Shield와 Filter부터 적용하면 될까?

노이즈가 발생한다고 무조건 Shield 접지점을 변경하거나 Filter를 강하게 설정하는 것은 좋은 진단 순서가 아닙니다.

Shield는 외부 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만 설치 환경과 Ground 구성에 따라 적용 방법이 달라집니다.

Shield는 외부 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만, 설치 환경과 Ground 구성에 따라 적용 방법이 달라집니다.

특히 Shield 접지는 무조건 한쪽만 접지한다고 정리하기보다, 사용 중인 센서·PLC·인버터 제조사의 EMC 및 배선 지침을 우선 확인하는 것이 좋습니다.

Filter 역시 측정값의 빠른 흔들림을 완화할 수 있지만 Ground Loop나 접촉불량 같은 근본 원인을 제거하지는 못합니다.

또한 필터를 과도하게 적용하면 실제 공정변화에 대한 응답까지 늦어질 수 있습니다.

센서 노이즈 현장 점검 순서

측정값이 흔들릴 때는 다음 순서로 확인하면 불필요한 부품 교체를 줄일 수 있습니다.

실제 공정값이 변하는지 확인합니다.
센서 출력단의 신호를 측정합니다.
센서 전원상태를 확인합니다.
Signal +와 Signal – 사이의 값을 확인합니다.
각 신호선과 Ground 사이의 전압을 확인합니다.
센서 출력과 PLC 입력값을 비교합니다.
모터·인버터 운전 시점과 증상을 비교합니다.
해당 케이블의 배선경로를 확인합니다.
PLC 입력의 Common Mode 허용범위를 확인합니다.
원인에 따라 Shield, 절연 또는 Filter 적용을 검토합니다.

핵심은 대책부터 적용하는 것이 아니라 노이즈가 처음 나타나는 위치를 찾는 것입니다.

증상별 빠른 구분

현장 증상	우선 확인
여러 채널이 동시에 흔들림	전원, Ground, 입력모듈
한 채널만 흔들림	센서, 단자, 해당 배선
인버터 운전 때만 발생	배선경로, 유도 노이즈
두 선의 Ground 기준 전압이 함께 변함	Common Mode
Signal +와 – 사이 값이 직접 흔들림	Differential Mode
센서 출력 정상, PLC에서만 흔들림	중간 배선, 입력단