技術レポート一覧



振動とそのセンサについて
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3.振動センサの原理と特長

先の表に掲げられた各センサの原理と特長をまとめると次のようになります。

3.1 静電容量式(VE シリーズ) - 変位センサ -

 

製品写真(VEシリーズ静電容量式変位センサ)

<原理>

イラスト(静電様式変位センサの原理)

 

センサと対象測定物によって形成されるコンデンサの静電容量から、ギャップ(変位)を測定します。 従って、測定対象は導体に制限されます。静電容量 C は、導体の対向面積 S とギャップ D の関数となり、センサと対向導体(測定対象)が平行平板であるとき上記の関係式が成り立ちます。 ここで面積 S が一定とすれば、ギャップ D は静電容量 C に反比例します。従って、静電容量 C が測定できれば、ギャップ D を求めることが出来ます。

<優位点と注意点>

優位点
  • 非接触検出
  • 導体であれば全て無校正で使用可能
  • 高精度・高安定性
  • ギャップゼロ至近から測定可
  • DCまで測定可能
注意点
  • 測定対象との導通が必要
  • 測定対象表面上の油・水等の影響を受ける
  • 測定必要面積が比較的大きい

 

3.2 渦電流方式(VS シリーズ) - 変位センサ -

 

製品写真(VSシリーズ渦電流方式変位センサ)

<原理>

イラスト(渦電流方式変位センサの原理)

 

渦電流効果を利用したもので、測定対象は金属に制限されます。センサ部のコイルのインダクタンス L と変換部のコンデンサ C により LC 共振回路を形成し、この回路を水晶発振子により共振状態とします。この高周波電流を流したコイルに対象となる金属を近づけるとコイルで発生する交流磁界により金属内に渦電流が流れます。この渦電流の強さは、到達する磁力線の強度、すなわちコイルと対象物との距離に依存するため、渦電流の強度によってインダクタンスLは変化します。この結果、共振回路の端子電圧に変化が生じ、その変化は距離の関数となるため、この信号を検波することにより測定対象までのギャップを求めることが出来ます。

<優位点と注意点>

優位点
  • 非接触検出
  • 全ての金属が測定可能
  • 測定対象表面の水・油の影響を受けない ・高温での使用が可能
  • DCまで測定可能
注意点
  • 測定必要面積が比較的大きい
  • センサを並べて使用すると相互干渉が起こる

3.3 圧電素子<電荷出力・アンプ内蔵>(NP-2000/3000 シリーズ)

 

製品写真(NP-2000/3000シリーズ加速度センサ)

 

<原理>

水晶の単結晶やチタンサンバリウムは、力を受けるとその表面に電荷が発生します。これを圧電効果と呼びます。圧電効果を生じる材料を圧電材料(圧電素子)といいます。圧電型加速度ピックアップは、圧電素子をサイズモ系のばねとして用い、また同時に機械電気変換素子として用いたセンサです。振動加速度に比例した電気信号を出力します。圧電型加速度ピックアップは、圧電素子への力の加わり方の違いにより、基本的に圧縮型とせん断型(シェア型)の2種類二大別されます。右にそれぞれの構造図を示します。圧縮型は、センサのベースとおもりの間に圧電素子を挟み込んだ構造となっています。シェア型は、ベースに垂直に立てられたポストとおもりの間に圧電素子を固定した構造となっています。なお、従来は圧縮型が使われていましたが、最近では、ベース歪みや急激な温度変化の影響が少ないシェア型が普及しています。当社の圧電型加速度検出器は一部を除きシェア型です

<優位点と注意点>

優位点
  • 計測が比較的簡単
  • システムが安価に実現可能
  • 安定性が高く、経年変化が少ない
注意点
  • 接触式のため、質量効果、接触共振に注意
  • 等加速度運動の測定は不可

 

<センサの固定方法による周波数特性の変化>

センサを測定対象物に固定する際、どのような方法を取るかによってセンサの周波数特性が変化します。下記の図を参照下さい。測定周波数範囲に合わせて最適な固定方法を取る必要があります。

 

センサの取付方法

イラスト(加速度センサの取り付け方法)

  1. ネジ固定+シリコンオイル

  2. ネジ固定

  3. マグネットベース

  4. 探触針

  5. 厚めの両面テープ

  6. 薄めの両面テープ

 

データ(加速度センサの取り付け方法による接触共振周波数特性)

接触共振周波数特性

 

 

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