知っておきたい振動測定の手段あれこれ：CAEと計測技術を使った振動・騒音対策（10）（5/5 ページ）

“解析専任者に連絡する前に設計者がやるべきこと”を主眼に置き、CAEと計測技術を用いた振動・騒音対策の考え方やその手順を解説する連載。連載第10回では「振動測定の手段」をテーマに幾つかの方法を紹介する。

[高橋良一／ＲＴデザインラボ 代表，MONOist]

レーザードップラー振動計

　図13に、「レーザードップラー振動計」を示します。被測定物が運動しているとドップラー効果により反射光の周波数が変化し、これから被測定物の速度を測定します。測定レンジを切り替えることによって、非常に広い範囲の速度が測定できます。例えば、電圧出力では1［V］当たり2.5〜500［mm/s］まで切り替えることが可能です。また、周波数範囲も広くDC〜24［MHz］程度と機械振動の範ちゅうをはるかに超えています。一般論として、測定データにはノイズが含まれており、微分するとノイズが強調されますが、レーザードップラー振動計の場合、この問題は生じないようで、信頼できる加速度測定が可能です。また、積分信号（変位）も図4のようにはならず、信頼できる測定ができます。

図13　レーザードップラー振動変位計の外観［クリックで拡大］

　図14にガルバノミラーを用いた多点計測の様子を示します。ガルバノミラーには2枚の鏡と鏡の角度を変えるアクチュエーターがあり、レーザー光を任意の方向に向けることができます。コンピュータ制御でレーザー光の向きを変えるため、多点計測が可能です。測定位置を素早く変えているので同時多点計測ではありません。ガルバノミラーはオプションにあるので、購入時はガルバノミラーを付けることをオススメします。

図14　ガルバノミラーを用い多点計測［クリックで拡大］

　三脚を用いた測定器の欠点ですが、重力方向の振動を測定できません。図15は重力方向の振動を測定しようとした例ですが、三脚を天井に付けるわけにはいかず、難しいものがあります。鏡でレーザー光を曲げればよいのですが、鏡をマグネットスタンドのようなもので設置する必要があるため、図8と同じ理由から鏡の振動を測っているのか、被測定物の振動を測っているのかが分からない状態に陥ります。

図15　重力方向の測定［クリックで拡大］

　工作機械の位置決め精度を測定する「レーザー測長計」も振動策定の手段となります。変位を測定することになりますが、ナノメートル〜ミリメートルオーダーの測定が可能です。DC〜25［kHz］の振動変位を測定できます。測定精度が高いので微分しても問題ありません。ただし、プリズムが入った約3［cm］角の箱を被測定物に取り付ける必要があります。

振動測定手段の比較

　表3に、各振動測定手段の比較表を示します。安いものから順に試してみるとよいかもしれません。

方式	変位	速度	加速度	周波数範囲［Hz］	長所	短所	価格
圧電式加速度センサー	×	×	○	0.07−10,000	手軽	DC成分が測れない	安価
圧電式加速度センサー 480B10（PCB製）	○	○	○	0.07−10,000（加速度） 8−10,000（速度） 15−1,000（変位）	手軽	DC成分が測れない	安価
ひずみゲージ式加速度センサー	×	×	○	DC−250	手軽、DC測定、高感度、重力で校正可能	高周波が測れない	安価
渦電流式変位センサー	○	×	×	DC−3,300	DC測定	振動しない固定点が必要	安価
レーザー変位計	○	×	×	DC−25,000	DC測定	振動しない固定点が必要	ピンキリ
レーザードップラー振動計	○	○	○	DC−24,000,000	DC測定、高感度、広い周波数範囲	振動しない固定点（三脚）が必要、重力方向測定が苦手	高価
レーザー測長計	○	○	×	DC−25,000	DC測定、高感度	振動しない固定点（三脚）が必要、被測定物にプリズムを取り付ける必要あり、重力方向測定が苦手	高価
表3　振動測定手段の比較

トレーサビリティー

　今回は、計測器の話に終始しました。計測器といえば「トレーサビリティー」があります。計測器を購入すると「トレーサビリティーチャート」といって、家系図みたいなシートが添付されています。企業では、実験室で使っている計測器を年に1回計測器管理室に持っていき、測定値が正確かどうかを試験します。これを「校正」と呼んでいます。計測器管理室の計測器は親になります。計測器管理室の計測器は各都道府県の公的な機関にある計測器を使って校正され、公的な機関の計測器は国が管理する計測器により校正されます。国家間は相互認証になるのでしょうか。

　しかし、こうしたことよりも、もっと気を付けなければならないことがあります。そうです。「お前、1ボルト何Gか、ちゃんと知っててデータを取っているのだろうな？」的なことの方が100倍重要なのです。

---

　今回は振動測定の手段について取り上げました。次回は「振動シミュレーション」をテーマに解説します。ご期待ください！　（次回へ続く）

⇒「連載バックナンバー」はこちら

Profile

高橋 良一（たかはし りょういち）
ＲＴデザインラボ 代表

1961年生まれ。技術士（機械部門）、計算力学技術者 上級アナリスト、米MIT Francis Bitter Magnet Laboratory 元研究員。

構造・熱流体系のCAE専門家と機械設計者の両面を持つエンジニア。約40年間、大手電機メーカーにて医用画像診断装置（MRI装置）の電磁振動・騒音の解析、測定、低減設計、二次電池製造ラインの静音化、液晶パネル製造装置の設計、CTスキャナー用X線発生管の設計、超音波溶接機の振動解析と疲労寿命予測、超電導磁石の電磁振動に対する疲労強度評価、メカトロニクス機器の数値シミュレーションの実用化などに従事。現在ＲＴデザインラボにて、受託CAE解析、設計者解析の導入コンサルティングを手掛けている。⇒ ＲＴデザインラボ