トランスデューサー：振動解析のセンサー
で 振動解析、 トランスデューサー は、物理的・機械的な運動を 振動 に変換し、 データコレクター や監視システムが処理・測定・解析できる比例電気信号に変換するデバイスです。トランスデューサは一次センサであり、計測チェーンの最初のリンクです。信頼性の高いトランスデューサなしには、意味のある解析は不可能です。適切なトランスデューサの選定は、機械の種類・運転速度・監視対象の特定の欠陥によって決まる重要な判断です。各トランスデューサの種類は、振動の異なる側面に対して固有の感度を持つためです。
1. 計測チェーンと3つのパラメータ
振動は相互に関連する3つの物理量のいずれかで表すことができ、トランスデューサが測定する物理量によって、その得意な用途が決まります。 変位 は低周波数域で支配的であり、大きな動きを反映します。 速度 は、一般的な欠陥が多く存在する中周波数帯域において最もバランスの取れた指標であり、 加速度 は、軸受やギアの初期損傷を示す高周波イベントを強調します。この3つは数学的に関連しており、 統合 は加速度信号を速度に、さらに変位に変換します。これにより、単一のセンサが電子回路によって複数の役割を果たすことが可能です。パラメータがいずれであっても、トランスデューサは信号調整、デジタル化、そして最終的な解析器へとチェーンの残りの部分に信号を供給します。
2. 振動トランスデューサの3つの主要種類
産業機械の監視に使用されるトランスデューサーには主に 3 つのタイプがあり、それぞれ異なる振動の物理的パラメータを測定します。
加速度センサー（加速度を計測）
について 加速度計 最も一般的で汎用性の高い振動トランスデューサーです。取り付けられた構造物の加速度を測定します。
- 原理： ほとんどの産業機械は piezoelectric、内部の慣性マスによって圧力を受けた際に電荷を発生する圧電素子を使用しています。
- 強み: 非常に広い周波数レンジ、優れた堅牢性、豊富な設計バリエーション、およびほぼあらゆる機械への適用性を備えています。特に高周波イベントの検出に優れています。
- 主な用途： 低速機械から超高速ターボ機械まで汎用機械の監視に使用され、次のような高周波故障の検出に適したセンサーです： ベアリング そして ギアの欠陥.
速度トランスデューサー（速度を計測）
A 速度変換器 は、振動速度を直接計測する電動型センサーです。
- 原理： マイクロフォンと同様の原理で動作します。磁界中にコイルが吊り下げられており、ハウジングが振動するとコイルと磁石の相対運動により速度に比例した電圧が発生します。
- 強み: 中周波数帯域（概ね10 Hzから1,000 Hz）において強力で低ノイズの信号が得られ、次のような一般的な故障が現れるまさにその周波数範囲をカバーします： アンバランス そして ずれ が現れ、外部電源も不要です。
- 弱点: 加速度センサーと比較して脆弱であり、周波数レンジが限られ、磁場や取り付け姿勢の影響を受けやすいという欠点があります。従来の自己発電式コイル・磁石設計、すなわち 速度計 は、電子積分機能を備えた加速度センサーに大部分置き換えられています。
- 主な用途： 堅牢な加速度センサーが普及する以前は汎用監視の主力センサーとして使用されており、中周波数帯域の常設設備では今でも採用されることがあります。
近接プローブ（変位を計測）
について 近接プローブ、 または 渦電流プローブは、回転シャフトの変位を計測する非接触型トランスデューサーです。
- 原理： 電磁場を利用してシャフト表面に渦電流を誘起・計測し、プローブ先端とシャフトの間隙を検出します。
- 強み: ケーシングではなくシャフト自体の実際の動きを計測し、非接触であり、かつ応答特性が0 Hz（DC）まで達するため、シャフトの平均位置と振動の両方を捉えることができます。
- 主な用途： 流体膜軸受上の重要な高速ターボ機械の保護・監視に不可欠です： ジャーナルベアリング （タービンおよびコンプレッサー）、ならびに シャフト軌道 そして 中心線位置.
3. 適切なトランスデューサーの選定
トランスデューサーの選択は、あらゆる監視プログラムを構築する上で重要なステップです。一般的な原則は、予測される故障の周波数範囲で最も感度の高いセンサーを選ぶことです：
- 用途 近接プローブ 流体膜軸受機械における軸の動きに対しては、比較的静止したケーシング内でシャフトが大きく動くことがあります。
- 用途 加速度センサー 最も汎用性が高いため、その他すべての用途に使用できます。信号を速度に積分して中周波故障を解析したり、直接加速度として使用して高周波故障を解析したりできます。
最終的な選択を補完する実用的な要因が2つあります。トランスデューサーの 感度 は、予測される振動振幅に適合している必要があります。感度が低すぎると小さな故障がノイズに埋もれ、高すぎると強い信号がクリップされます。また、その使用可能な 周波数 範囲は、対象とする故障周波数を網羅している必要があります。電荷出力型圧電センサーには、さらに適合する チャージアンプ in the chain.
4. 現場バランシングおよび診断におけるトランスデューサー
ポータブル計器において、トランスデューサーはあらゆる機能の基盤となるコンポーネントです。2チャンネルの現場用アナライザー（例： バランセット-1A 2個のアナログMEMS加速度計を位相基準用の光学式タコメータと組み合わせ、機械が実運転支持状態かつ運転速度で動作している間に、各ベアリングで同期した振幅と位相を取得します。この加速度計ベースの計測系により、機器は単面および二面バランシングの補正おもりを計算し、日常的な 振動監視 を実施することができます。これは、アクセラレーターが回転機械のほとんどの作業においてデフォルトのトランスデューサーであり、近接プローブおよび 地震用トランスデューサー がそれぞれの物理特性に適したケースのために使われるという一般原則を明確に示しています。
