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振動とそのセンサについて
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1.振動とは

振動はその特性において次の3つに大きく分類することができます。

●直線振動

●曲げ振動

●ねじり振動

また、こうした振動を定量的に捕らえるためには、一般に次の3つの物理量が使用されます。

 

●変位(単位:m)

●速度(単位:m/s)

●加速度(単位:m/s2

イラスト(変位、速度、加速度と微分・積分の関係)

 

各物理量は上に図示したように、微分乃び積分することでそれぞれ相互に変換することが可能です。 今、速度が周波数に対して一定である場合、変位並びに加速度の周波数に対する出力の特性をグラフにすると、一般的に次の表のように表わされます。

イラスト(速度が周波数に対して一定である場合、変位並びに加速度の周波数に対する出力の特性グラフ)

この表からは、次のことを読み取ることが出来ます。

周波数の低い範囲では変位の感度が高く、周波数が上がるにつれて速度へ、また加速度へと移って行く。

 このことから、周波数の低い場合は変位で、周波数が高い場合には加速度で測定した方が、一般的には感度よく測れることになります。設備診断等では、数百Hzまでは変位・速度で、それ以上の周波数では加速度で測定します。

 

2.振動センサの選択について

精度よく振動を検出するための適切なセンサを選択するためには、次の点を考慮する必要があります。

 

● 対象とする物理量は何であるか

◆変位

◆速度

◆加速度

● 測定対象物の大きさ

センサには、接触式と非接触式のタイプがあります。接触式センサを使用する場合には、質量効果(後述)について、また、接触・非接触に関わらず、センサの測定必要面積 S と対象とする測定物の面積 S'について考慮する必要があります。(S'/S>1でないと正確な計測は不可能です。)

● 対象物の振動の大きさ、周波数範囲

測定対象の振動の大きさ、周波数範囲のおおよその目安を求めておく必要があります。ここでの目安を誤ると、場合によっては、センサを破損する可能性があります。

● 測定環境 測定対象並びに周囲環境の温度、湿度や、埃、油、水の存在の有無をチェックします。

測定方式によって得手・不得手があります。

 

以上をチェックした後、測定対象に最適なセンサの選択に入ります。当社製品での対応を以下表にまとめてみましたので参考としてください。

 

測定方式

静電容量式

渦電流式

レーザドップラ

圧電素子

 

電磁式

 

製品型名

VEシリーズ

VSシリーズ

LVシリーズ

NP-2000
シリーズ
(電荷出力)

NP-3000
シリーズ
(アンプ内蔵)

MP/PD
シリーズ
(1センサタイプ

(2センサタイプ

 

非接触測定

       

分類

直線振動

         

ねじり振動

         

物理量

変位測定

         

速度測定

   

   

加速度測定

     

   

周波数

低周波

高周波

   

超高周波

   

       

振幅

大振幅

         

微小振動

   

   

環境

高温環境

     

     

粉塵

 

         

 

<接触式と非接触式選択の際の注意点>

▼接触式

優位点
  • 比較的安価に計測が可能
  • 取付・取扱いが簡単
注意点

質量効果

質量効果とは、測定を行うために取付けたセンサの質量により測定対象体の固有振動数が影響を受け変化してしまうことを言います。

 

イラスト(質量効果の概念図)

 

 

物体の固有振動数は、物体の質量により変化するため、センサを取付けると、センサの質量が物体に付加され固有振動数が小さくなります。従って、測定対象体の質量に比べセンサの質量が十分に小さくないと固有振動数を変化させることになり測定誤差となります。 上図のように被測定物の質量を M、センサの質量を m、測定系の固有振動数を fe とすると図中の式から固有振動数は Δfe だけ減少します。センサの質量としては被測定物の質量の 1/50 が目安になります。質量 m が M の 1/50 の時、振動数の変化率 Δfe/fe は、0.01 となります。なお、ここでいう質量は測定対象全体の質量ではなく、センサを取付ける部分の構造体の質量となり、意外と軽い場合が有りますので注意が必要です。

 

▼非接触式

優位点
  • 振動体に影響を与えない
  • 回転体など接触式では測定できない部位の計測に有効
注意点

センサは振動絶縁する必要がある

 

イラスト(除振台による振動絶縁例)

 

 

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