荒れ狂う嵐の中でもしっかりと立っている雄大な橋を想像してみてください。それは、肉眼では動いていないように見えても、複雑で微細な動きで振動しています。これらの振動は、橋の呼吸のように、その回復力と潜在的な脆弱性の両方を明らかにします。この隠された言語を解読するための鍵は、加速度計、つまり振動現象を理解するための最も洗練されたツールにあります。
振動は、基本的な物理現象であり、物体または機械部品が平衡位置を中心に振動する運動を指します。これらの動きは、振り子の揺れのように周期的であることも、砂利道で車が跳ねるようにランダムであることもあります。通常、メートル毎秒毎秒（m/s²）または重力単位（g、1g ≈ 9.81 m/s²）で測定される振動解析は、エンジニアリング、製造、輸送部門全体で重要な役割を果たします。これにより、機器の健全性評価、故障予測、設計最適化、および性能向上が可能になります。
振動は、その励起メカニズムに基づいて主に2つのカテゴリに分類されます。
物体または構造物が、初期の乱れ（衝撃または変位など）の後、継続的な外力なしに自然に振動する場合に発生します。打撃後の音叉の持続的なリンギングは、自由振動の例です。システムの 固有振動数 —その固有の振動傾向—がこの動作を決定します。共振は、外部励起がこの固有振動数と一致する場合に発生し、振動を破壊的なレベルまで増幅する可能性があります。
回転、交互、またはその他の周期的であるかどうかにかかわらず、継続的な外力から生じます。産業的な例としては、ドラムのアンバランスが原因でスピンサイクル中に振動する洗濯機があります。状態監視では、回転機械（コンプレッサー、タービン、ポンプ）からの強制振動を分析することで、動作状態が明らかになります。これらの振動シグネチャを長期的に追跡することで、予防保全が可能になり、安全性が向上し、コストが削減されます。
振動測定には、2つの主要なセンサータイプが使用されます。
これらの圧電センサー—最も一般的な振動測定ツール—は、圧電効果を介して動作します。特定の結晶は、機械的に応力がかかると電圧を生成します。加速度がセンサー内の内部質量を移動させると、結晶にかかる比例した力によって測定可能な電荷が生成されます。以下として利用可能：
- 電荷モード加速度計： ノイズの影響を受けやすいため、外部増幅が必要な生の電荷信号を出力します。
- IEPE加速度計： 定電流源によって電力を供給される内蔵電荷アンプを組み込み、インピーダンスの変化を測定可能な電圧に変換します。ノイズ耐性と使いやすさから、産業用途で好まれます。
加速度計は、高周波測定（ベアリング、ギアボックス、またはブレードの振動）に優れており、衝撃（爆発、故障テスト）または低周波運動を評価できます。
これらの非接触センサーは、ターゲットオブジェクトまでの距離を測定します。これは、減衰された外側ケーシングを備えた重機（大型タービンなど）のシャフト振動を直接監視するのに特に役立ちます。
適切な加速度計を選択するには、複数の要素を評価する必要があります。
予想される最大振動レベルは、必要な測定範囲を決定します。オーバーレンジは信号歪みを引き起こします。高振動用途では、低感度で軽量のセンサーが必要です。
mV/gで表され（例：100 mV/gは10gで1Vの出力を生成）、感度は周波数によって異なります—フルレンジキャリブレーションが不可欠です。低感度は高振幅信号に適しており、高感度は微妙な振動を検出します。
単軸ユニットは線形振動を測定し、三軸モデルは包括的な分析（横、縦、回転）のために3次元ベクトルをキャプチャします。
センサーの質量は、振動特性を変えないように、テスト構造の重量の10％を超えないようにする必要があります。
設置技術は、測定可能な周波数範囲に大きく影響します。
| 取り付け方法 | 周波数制限（Hz） |
|---|---|
| ハンドヘルド | 500 |
| 磁気 | 2000 |
| 接着剤 | 2500-5000 |
| ネジ止め | >6000 |
極端な温度、化学物質への暴露、および湿度を考慮してください。電荷モード加速度計は高温に耐えますが、特殊なケーブルが必要です。シーリングタイプ（密閉、エポキシ、環境）は、耐湿性を決定します。
ユニット価格は同等ですが、IEPEシステムは、高価なケーブルや外部アンプの必要性をなくすことで、大規模な展開における総コストを削減することがよくあります。
正確な測定には、適切な信号処理が必要です。
- 解像度と信号対雑音比を改善するための増幅
- IEPEセンサーの電流励起
- DCオフセットを除去するためのAC結合
- 高周波ノイズを除去するためのフィルタリング
- 干渉を防ぐための適切な接地
ワイヤレスセンサー、クラウドコンピューティング、ビッグデータ分析の進歩は、よりスマートで統合された振動監視システムを約束します。振動データからより深い洞察を抽出することにより、業界はこれまでにないレベルの予防保全、運用効率、および機器の安全性を達成できます。芸術と科学の両方として、振動測定は不可欠な産業分野として進化し続けます。