加速度計とは？振動解析ガイド
序論 加速度計 は トランスデューサー （またはセンサー）が、機械的な動き――具体的には 加速度 振動や衝撃によって生じる信号を、それに比例した電気信号に変換します。これは、現在最も広く使用されているセンサーであり、 予知保全 そして 状態監視. 加速度計は、機械上の特定の点における速度の変化率を測定することで、解析担当者が機械的および電気的な幅広い不具合を診断するための生データを提供します。その範囲は、 ベアリングの欠陥 に アンバランス そして ずれ.
1. 定義：振動測定の核心
回転機械において、加速度は測定すべき物理量です。なぜなら、機械に損傷を与える動的力――偏心による遠心力や、ベアリングレースの欠けによる衝撃など――は、加速度に比例して大きくなるからです。加速度計はこうした力に直接反応するため、現代のほぼすべての 振動分析装置 そして データコレクター.
加速度センサーの実用的な利点の一つは、その加速度信号を電子的に 統合された once to give 速度 (mm/s)、そして2回計算して 変位 （µm）。したがって、適切に取り付けられた単一のセンサーで、これら3つの代表的な振動単位をすべてカバーできるため、解析担当者は、特定の不具合を最も明確に把握できる単位を選択することができる。
2. 加速度センサーはどのように機能するのか？ 圧電の原理
いくつかの物理的原理が存在するものの、産業用機械に使用される加速度計の圧倒的多数は、 圧電効果. 作業手順は簡単です：
- 圧電結晶： センサーの内部には、小さな振動子が付いており、 piezoelectric 素子 — 通常はPZTなどのセラミック、あるいは高性能センサーでは精密にカットされた水晶振動子。
- 力の適用： 機械が振動すると、筐体もそれに伴って動きます。慣性により、内部の質量はその動きに抵抗し、水晶に力を及ぼします。この力は、ニュートンの第二法則によれば、質量に加速度を掛けた値に等しくなります。
- 信号の生成： 応力を受けた圧電結晶は、加えられた力に正比例する微小な電荷を発生させ、したがって加速度にも比例します。
- 出力： 内部の電子回路がこの電荷を整え、その地点での加速度をアナログ信号としてケーブルを介してデータ収集装置や監視システムに送信します。
その電荷がどのような条件を持つかによって、2つの一般的な分類が定義される。 charge-output センサーは生データを外部へ送信する チャージアンプ そして、非常に高い温度にも耐える。産業分野では、はるかに一般的なのは アイイーピーイー (or voltage-mode) タイプで、アンプをセンサーに内蔵し、通常の2線式ケーブルでも伝送性に優れた低インピーダンスの電圧を出力します。最も堅牢な設計では、 shear この構造により、結晶がベースのたわみや熱的過渡現象の影響を受けにくくなります。
3. 加速度センサーの種類
用途によって必要なセンサーは異なり、それぞれに独自の強みがあります。
汎用加速度センサー
これらは産業用モニタリングの主力製品です。通常、これらは 感度 100 mV/gの感度と、ポンプ、モーター、ファンなど一般的な機械のほとんどに適した周波数範囲（おおよそ2 Hz～10 kHz）を備えています。
MEMS加速度計
マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム（MEMS）加速度センサーは、シリコンを基盤とし、極めて小型で、低消費電力かつコスト効率に優れています。従来は圧電式に比べて感度が劣っていましたが、近年のMEMSデバイスは急速に進化しており、携帯電子機器や自動車システムなどで広く普及しています。 ワイヤレス監視 ノードおよび低コストの状態監視システム。
ピエゾ抵抗型加速度計
衝撃試験や低周波動の測定に使用されるこれらのセンサーは、0 Hz（直流加速度）まで応答するため、遠心分離機内の定常加速度や、車両の緩やかな走行運動の測定に有用です。
高周波加速度計
初期段階の歯車や軸受の損傷といった高周波の異常を検知するように設計されたこれらのセンサーは、より小型の振動子とより高い共振周波数を採用しており、20 kHz以上という周波数帯域でも正確な測定が可能です。この周波数帯域では、 エンベロープ分析 そして 衝撃パルス法 live.
4. 主な仕様と選定
加速度センサーを選ぶ際、エンジニアはいくつかのパラメータを考慮します：
- 感度（mV/g）： 感度が高いほど出力も大きくなり、微小な振動の検出に適しています。100 mV/gは一般的な産業規格です。
- 周波数特性： センサーが正確に測定できる周波数帯域。これは、想定される 故障頻度 本機の、センサー自体の許容範囲を十分に下回る 固有（共振）周波数.
- 温度範囲： センサーは、取り付けられる場所の表面温度に耐えられなければなりません。取り付け場所には、 温度センサー 多くの場合、統合監視のために同一場所に設置される。
- 取り付け方法： センサーの取り付け方法（スタッド、接着剤、または磁石）は、高周波域の精度に大きく影響します。スタッドマウントの場合、 ISO 5348 最高の結合特性と最も広い使用可能帯域幅を実現する。磁石は配線作業には便利だが、上限周波数が低下する。劣る 取り付け 誤った情報を招く恐れがある 取り付け共振 機械の故障を装ったもの。
特定の取り付け方法による帯域幅の低下量を推定するには、 加速度計取り付け共振計算機 取り付け方法を決定する前に。
5. 状態監視への応用
加速度センサーは、ほぼすべての 振動解析 タスクには、以下が含まれます：
- 予知保全プログラム： 定期的なデータを収集する route マシンの稼働状況を監視し、障害を予測するため。
- 故障診断： 不均衡や位置ずれを特定し、 緩み そして ベアリング摩耗 from the 振動スペクトル.
- 受け入れテスト： 新規または修理済みの機械が、以下のような振動仕様を満たしていることを確認する ISO 20816 （ISO 10816の後継規格）。
- モーダル解析： studying the 固有振動数 そして モード形状 構造体の。
フィールド・バランシングは、振幅と そして その 位相 1回転あたりの振動数。次のような携帯型2チャンネル計測器 バランセット-1A 2つの加速度センサーを取り出し、それらを タコメーター パルスを検出し、運転速度下で機械自体の軸受において1×の振幅と位相を直接測定します。これにより、加速度計の生データを、現場でローターのバランス調整を行うために必要な影響係数および補正係数に変換します。
