67
レーザードップラー振動計の基礎 ◎広島大学据え付け:PSV-400-M2-20

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レーザードップラー振動計の基礎

◎広島大学据え付け:PSV-400-M2-20

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/67

~目次~

# 2

レーザードップラー振動計による実習

序章 振動計測

1章 レーザードップラー振動計

2章 計測の準備

3章 PSVによる振動計測事例

終章 まとめ

© Polytec Japan Nov.2013

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序章 振動計測

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/67

序章 振動計測

# 4

序章 振動計測

《Summary》

振動とは

振動方程式

振動を“解析”すること

振動を利用する

振動が問題になるとき

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 5

振動とは

振動とは?

◎振動とは物体の往復運動である

▼振動中の物体は以下の代表的なパラメータで表現される◇振幅(d:変位 , v:速度 , a:加速度 )

⇒ 往復運動中の物体の振れ幅

◇周期: ⇒ 物体が1往復する間の時間

◇周波数: ⇒ 1秒間あたりに往復する回数( )

◇位相: or ⇒ 周期波形中の場所を示す

▼変位/速度/加速度の関係は、微積分の関係である

© Polytec Japan

]/[ 2sm

][Hzf

]/[ sm][m

][sT

[ ]sT1

=

速度:v

加速度:a 変位:d

積分積分

微分微分

][radφ ][°

Nov.2013

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/67# 6

振動とは

◎振動とは物体の往復運動である

▼振動する物体の例:ばねの運動ばねに重りを付けた際の往復運動=単振動

単振動をするばねに付けた重りには以下の特徴がある

○振動中の重りの速度は時間で変化する

○振動の両端で速度=0[m/s]となり方向が逆転する

○重りが振動の中心を通過する際に速度が最大となる

※減衰を無視する

フックの法則によれば、

・・・① :力

:ばね定数

:ばねの伸び(縮み)幅

- :ばねが戻ろうとする力の方向のためマイナス

このときの :ばね定数が大きいほど、固いばねであるということ

© Polytec Japan

質量:m[kg]

kxF −= ][NF

][mxk

k

Nov.2013

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/67# 7

振動方程式

振動方程式

◎単振動の重りの動き方

▼単振動中の重りは時間とともに下図のような軌跡を描く

▼一般的に知られるニュートンの運動方程式・・・② :質量

:加速度( )

© Polytec Japan

時間t

位置x

maF = ][kgm]/[ 2sma

2

2

dtxd

=

Nov.2013

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/67# 8

振動方程式

◎単振動の重りの動き方

▼①式と②式を について解く・・・③ :振動振幅

:固有振動数

:初期位相

⇒振動中のばねの運動は確かに単振動だった!!

◎実際の重りの付いたばねの動き方

▼いままでは減衰がない場合のはなし、しかし実際は・・・・・・④ :加速度(変位の二階微分)

:速度(変位の微分)

:変位

:減衰係数

となる が存在する。

を形成する要因:媒質、重り、ばね、固定端の材料特性、形状等

© Polytec Japan

)2sin()( Φ+= ftAtx π Af )

21(

mk

π=

Φ

0)()()( =++ tkxtxctxm xxxc

cc

Nov.2013

x

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/67# 9

振動を“解析”すること

振動を“解析”すること

◎振動を解析することでわかること

▼共振周波数による動作や変形がわかる

◇共振周波数での動作で効率よく”もの”が動く○少ないエネルギーで動作させられる

○大きな振幅が得られる

○他の周波数で動作させないので構造が単純

○あらゆるものに共振があるので応用が利く

◇共振周波数での動作で製品, 人体に致命的な障害を招く○加工機器の加工精度が落ちる

○機器の耐久力が落ちる

○振動を抑えるための吸振材使用で製造コスト増

○音を発してしまうと公害になることも

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 10

振動を“解析”すること

◎一般的な解析手法:時間軸解析

▼時間軸解析で扱うデータは連続データ

◇連続データ(時間軸)の利点○減衰等の過渡応答をみることができる

○実際の振動の最大値をみることができる

◇連続データ(時間軸)の欠点○そのままでは共振周波数がわかりにくい

○データ量が大きくなる

▼時間軸データの例:減衰

© Polytec Japan

物体への入力信号

物体の振動応答

振動の瞬間最大値

Nov.2013

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/67# 11

振動を“解析”すること

◎共振とは

▼共振(共鳴)とは?物体が外部から振動を与えられた際、その周波数が物体が個々にもつ特定の

周波数(固有振動数)に近くなると振動振幅が増大する。

このとき共振(共鳴)するという。

▼共振(共鳴)の例:音叉

© Polytec Japan

共鳴箱

ハンマーでたたく

音が発生

伝達

共振(共鳴)により同じ音が発生

Nov.2013

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/67# 12

振動を“解析”すること

◎共振とは

▼共振周波数の見つけ方 例)周波数解析

◇離散化(discretization)されたフーリエ級数

⇒離散フーリエ変換(DFT:Discrete Fourier Transform)

◇離散化とは○連続データを非連続データに置き換えること

○連続データでは解析困難な事象も、近似的な結果を容易に導き出せる

◇DFTを計算機で高速に計算するアルゴリズム

⇒高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)

▼FFTでわかること

◇各周波数とそのときの振幅/位相

⇒振動方程式の求めるものと同じ

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 13

振動を“解析”すること

◎周波数解析

▼連続(時間軸)データと非連続(FFT)データ

© Polytec Japan

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

-0.01 4E-16 0.01 0.02 0.03

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 1000 2000 3000 4000

FFTで周波数解析

連続データ 非連続データ

s

Hz

1500Hz 3000Hz500Hz

100Hz

連続データではわかりにくい波形も・・・

FFTで処理すると、一目で動作の予想がつく

Nov.2013

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/67# 14

振動を“解析”すること

◎FFTと窓関数

▼窓関数の概念フーリエ変換で周期関数は、いかに複雑でもsinとcosの合成波で表すことが

できる。しかし、このsinとcosは周期関数の基本周期を基準とした単振動で

のみ成り立つ。すなわち

・・・⑤ :整数

:基本周波数( )

:基本周期

⑦式によって表わされることをいう。

FFTでは、Band Width(周波数帯域)とFFT Lines(FFTのデータ数)により、

周波数分解能, 取り込み時間が決定する。

このとき「取り込み時間=基本周期」でない場合、リーケージエラー(Leakage

Error)が発生する

© Polytec Japan

( ){ }∑ + )cos(sin tNtN ωω NωT T

πω 2=

Nov.2013

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/67# 15

振動を“解析”すること

◎FFTと窓関数

▼窓関数とリーケージエラー①

© Polytec Japan

信号周期の整数倍=FFT取り込み時間

信号周期の整数倍≠FFT取り込み時間

一致

不一致

FFT処理 リーケージエラーなし

リーケージエラーあり振幅が減少している

Nov.2013

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/67# 16

振動を“解析”すること

◎FFTと窓関数

▼窓関数とリーケージエラー②

© Polytec Japan

リーケージエラー①での整数倍Sin波に”Hanning”窓を掛ける

同様に、非整数倍Sin波に”Hanning”窓を掛ける

FFT処理 リーケージエラーなし

リーケージエラーの抑制振幅減少が低減されている

Nov.2013

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/67# 17

振動を“解析”すること

◎FFTと窓関数

▼窓関数の代表例

◇Rectangle(矩形)○「関数」としての重み付を行わず、「窓関数無し」と同義

○過渡信号、チャープ、バースト信号等で使用

◇Hanning○最も広く使われる窓関数

○周波数分解能が良いため、狭い周波数帯域中にピークが複数ある際有効

◇Flat Top○振幅の精度が良いため、単振動の計測に使用される

○周波数分解能が悪いため、狭帯域の複数ピークを分離できないことがある

◇Exponential○ハンマー加振等、長い減衰を測定する際に使用

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 18

振動を“解析”すること

◎FFTと窓関数

▼FFT, 窓関数, リーケージエラーのまとめ

◇周波数解析をする際、FFTは容易に”もの”の振動の

振幅, 周波数, 位相がわかる

◇FFTを行う際は、リーケージエラーにより振幅誤差が

生じることがある

◇振動信号によって適切な窓関数を適用することで、

リーケージエラーを抑えることができる

© Polytec Japan Nov.2013

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振動を利用する

◎振動を利用したものは身近に存在する

▼共振周波数で動作○水晶振動子

・水晶(=石英)の圧電効果を利用

・高い周波数精度と温度特性

・人口水晶等安価で入手が容易

・例)時計, コンピュータ, 無線機器等

各種電子回路の基準信号

○超音波振動子

・超音波発振回路と併用

・少ないエネルギーでも大きな振幅

・例)歯垢除去, ワイヤボンディング

超音波カッター, 超音波洗浄機 etc

・画像(ディスケーラ)は26.8kHzで動作

(弊社PSV-400により計測)

# 19

振動を利用する

© Polytec Japan Nov.2013

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振動が問題になるとき

振動が問題になるとき

◎振動が問題になるのは主に故障発生や人体への影響

▼共振による破損○タコマナローズ橋

・1940年7月1日開通

・1940年11月7日落橋

・共振により大きくねじれ、最大振幅1m以上を記録

・その後の建築構造物の振動解析に大きく影響

▼人体への影響○自動車

・走行中の車内に伝わる振動⇒乗り心地

・運転(乗車)中の疲労の一因に

・例)ステアリング, シート他さまざまな部位

© Polytec Japan Nov.2013

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1章 レーザードップラー振動計

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1章 レーザードップラー振動計

# 22

1章 レーザードップラー振動計

《Summary》

1.1.ドップラー効果概論

1.2.レーザードップラ―とは

1.3.非接触計測の優位点

1.4.LDVの種類

1.5.LDV利用についての注意点

© Polytec Japan

レーザードップラー振動計:LDV(Laser Doppler Vibrometer)

Nov.2013

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/67# 23

1.1 ドップラー効果概論

1.1.1.ドップラー効果

© Polytec Japan Nov.2013

◎観測者(受信側)が観測する波の周波数が音源(送信側)や観測者(受信側)のふるまいによって変化する現象

Vs=音源の速度近づく場合: Vs<0

遠ざかる場合: Vs>0

Vo=観察者の速度近づく場合: Vo>0

遠ざかる場合: Vo<0[Hz]'f

[m/s]

=f='f=V

音源が発する周波数

観測者が受ける周波数

音速

fVsVVoVF

±±

= ・・・式⑥

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/67# 24

1.2 レーザードップラーとは

1.2.1.レーザードップラーに使われるレーザー

◎He-Ne(ヘリウム-ネオン)レーザー

▼ヘリウム(He)ガスとネオン(Ne)ガスの混合※混合比He:Ne=5~10:1

▼高い波長精度: =632.8nm(LDV向け)⇒赤色レーザー※標準計量状態:1気圧, 温度20℃, 相対湿度59%で632.81983nm

▼時間的/空間的コヒーレンスによる高い可干渉性

▼連続発振

λ

© Polytec Japan Nov.2013

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1.2 レーザードップラーとは

1.2.2.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎LDVで起こるドップラー効果

fc

evcf t )( ⋅−=′

te :単位ベクトル

fevc

cfr

′⋅−

=′′re :単位ベクトル

© Polytec Japan

・・・・・・式⑦

・・・・・・式⑧Nov.2013

fVsVVoVF

±±

= ・・・・・・式⑥

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/67# 26

1.2 レーザードップラーとは

1.2.2.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎最後に式⑬より周波数の変化分 についてまとめると、

以下のようになる

レーザードップラー振動計(LDV)では、He-Neレーザーの波長(=632.8nm)が

わかっているので、周波数が変化すると速度がわかる

また、レーザーに対し角度が付く方向の振動は以下となる。

f∆

λ

λv

cc

eevfff tr

2=

⋅−

=−′′=∆

)(

  

© Polytec Japan

・・・・・・式⑨

Nov.2013

TargetVibrometer

θ

Vx = Vcosθ

V

( )λ

θcos2 vf =∆ ・・・・・・式⑩

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/67

1.2.3.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎レーザー光の検出

▼He-Neレーザー光の特性は、

○光速:

○波長:

○周波数:

○レーザー管の長さに比例した共振器により共振周波数

を持ち、出力を高めている。

# 27

1.2 レーザードップラーとは

© Polytec Japan

[ ]smc 61079299 ×= .[ ]nm8632.=λ

[ ]THzf 76473.=

周波数が高い[THz]ため、[~MHz]までの計測が困難

AOMと光ヘテロダインにより検出

Nov.2013

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/67

1.2.3.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎音響光学変調器(Acousto Optic Modulator:AOM)

▼音響光学変調器

○ブラッグ回析による周波数変調

# 28

1.2 レーザードップラーとは

© Polytec Japan

0次光

1次光

ブラッグ回析

bθbθaff +00f

0f

af

aV超音波発生中の媒体中では、その周波数 , 結晶により異なる伝搬速度 をもつ。ここに周波数 の光が角 で入射するとき、光強度の強い1次光を得る。

……⑯

このとき、1次光の周波数 は光のドップラー効果により周波数が変化する(周波数変調)

……⑰

af

a

ab V

f⋅=λθ

aV

0f

am fff += 0

mf

弊社のLDVでの fa は、主に40MHzを利用。

Nov.2013

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/67# 29

1.2 レーザードップラーとは

1.2.3.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎光ヘテロダイン検出器

▼ヘテロダイン異なる2種類の周波数をもつ波を合成し、その周波数の差に等しい「うなり=

ビート」を利用し、情報を取り出す方法。

▼ビート測定光と参照光を干渉させることで、差の周波数(ビート周波数)が発生

© Polytec Japan Nov.2013

※ビート周波数はそれぞれの光の周波数差と等しい

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1.2.3.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎光ヘテロダイン検出器

▼光ヘテロダイン光におけるヘテロダインの場合、うなりのことを光ビートと呼び、周波数を単に

ビート周波数と呼ぶ。光の干渉による明暗の縞の周期的変化をみる。

片方の光信号(測定光)に振幅, 位相, 周波数の変動を与えるとき、基準となる

光信号(参照光)を重ねると、光ビートから情報を取り出せる。

# 30

1.2 レーザードップラーとは

© Polytec Japan Nov.2013

ff Δ±0測定光(反射光):

aff +0参照光:検出するのはこれら周波数の”差”なので、

周波数シフト

AOM

da ff

(※参照光>測定光)

結果 を検出する。

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1.2.3.ドップラー効果を利用したレーザードップラー

◎これまでのまとめ

# 31

1.2 レーザードップラーとは

測定サンプル

He-Ne レーザ

測定光

光ヘテロダイン検波光を高感度で電気信号に変換

v

参照光

マッハ・ツェンダ干渉計

反射光

© Polytec Japan

AOM(+40MHz)

復調器振動信号を抽出

][

][

smV

HzF

d

d

レーザ光のドップラーシフト

λV

fd2

=

ドップラ信号速度/周波数がわかる

Nov.2013

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1.3.非接触計測の優位点

1.3.1.接触式センサの特徴

◎接触式センサの例

▼加速度ピックアップ

▼歪みゲージ式センサ

▼フォースセンサ

◎接触式センサのメリット

▼ひとつひとつは安価

▼少ない測定点数なら計測が早い

(※資料元:㈱共和電業 様)

(※資料元:スペクトリス㈱ 様)

(※資料元:スペクトリス㈱ 様)

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 33

1.3.非接触計測の優位点

1.3.1.接触式センサの特徴

◎接触式センサのデメリット

▼センサの質量負荷(マスローディング)

⇒測定物の本来の減衰や剛性を変えてしまう

▼煩わしいケーブル配線

⇒測定点数が多いと大変面倒

▼空間分解能の低さ

⇒測定点同士の間隔が大きい

▼測定周波数帯域の制限

⇒~15kHz程度までが多い

© Polytec Japan Nov.2013

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/67# 34

1.3.非接触計測の優位点

1.3.2.非接触式センサの特徴

◎非接触式センサの例

①マイクロフォン:音響インテンシティ

②CCD/CMOSカメラ:画像解析

③レーザー変位計:三角測量

④LDV:ドップラー効果

◎非接触式センサのメリット

▼測定物に対するマスローディングがない

▼測定物とのケーブル配線がない

(※資料元:スペクトリス㈱ 様)①マイクロフォン

(※資料元:入江㈱ 様)②CCDカメラ

(※資料元:㈱キーエンス 様)③レーザー変位計

ポリテック:OFVシリーズ④LDV

© Polytec Japan Nov.2013

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1.3.非接触計測の優位点

1.3.2.非接触式センサの特徴

◎LDVのメリット

▼センサのマスローディング

⇒光に質量はない!!!

▼煩わしいケーブル配線は?

⇒測定物との配線はない!!

▼空間分解能の高さ

⇒レーザー1点あたりの大きさ約74µm!!※PSV-400-M2-20において測定物とセンサの距離1mの場合

▼測定周波数帯域の広さ

⇒最高周波数20MHzの高周波測定が可能!!※PSV-400-M2-20において可能な最高周波数

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1.3.非接触計測の優位点

1.3.2.非接触式センサの特徴

◎LDVのメリット

▼多様な環境と測定物に適応

⇒表面が高温な測定物(エンジン, 鉄鋼等)

⇒柔らかい測定物(タイヤ, スピーカ, 人体等)

⇒危険な測定箇所(橋梁, 工場設備等)

⇒傷つけたくない測定物(完成品の品質検査等)

⇒微小な測定物(MEMS, 電子部品等)

⇒真空パッケージ中のデバイス(MEMS等)

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1.3.非接触計測の優位点

1.3.2.非接触式センサの特徴

◎スキャニングLDVだけのメリット

▼振動状態をアニメーションにより可視化

▼最大25万点までの測定点を面として認識

▼各測定点に個別にレーザー焦点の割当

⇒奥行/凹凸のある複雑な構造物に対応

▼高速スキャンで短時間に測定可能

▼ひとつのソフト上で簡単セットアップ

▼狭範囲~広範囲な計測面

⇒1台で数mm四方から数m四方まで

▼測定データとFEM(有限要素法)モデル

とのコリレーションにも応用可

▼計測の自動化にも応用可能

圧電モータの測定点定義(写真右)

変形形状 @ 36kHz

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1.3.非接触計測の優位点

1.3.2.非接触式センサの特徴

◎LDVの注意点

▼レーザーが測定物に反射して、センサに入射される

必要がある

▼受光量(反射してセンサに戻る光の量)により、

S/Nが左右される

▼レーザー光源(He-Ne)には寿命がある

▼センサが振動してはいけない

▼レーザーを直視しない

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1.4.1.スキャニングLDV

◎基本構成

▼センサ+(コントローラ+I/O部+データ収集装置)

▼ 1軸(Z軸)計測から3軸(X, Y, Z軸)同時計測、顕微鏡まで

# 39

1.4.LDVの種類

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1.4.LDVの種類

1.4.2.スキャニングLDV

◎本学で用いる装置

▼ 1軸スキャニングLDV:PSV-400-M2-20《特徴》

○センサ内部のミラーによりレーザーを上下左右

に振らせて計測=スキャニング

○各測定点データを繋げて測定物の振動状態を

面アニメーションで表示

○計測速度:~10m/s, 周波数:~20MHz

○ビデオライブ画像で測定点を簡単定義

○レンズユニットにより数mm角の小型の測定物

まで対応

○オートフォーカス+各測定点へのレーザー焦点を

個別割り当て機能付き

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1.5.LDVの使用上の注意点

1.5.1.レーザーの安全規格

◎LDV用のレーザーはクラス2

▼万一目に当たっても反射作用で避けられる

(Eye Safety)

▼肌に直接照射しても問題ない(Radiate Available)

▼保護具の必要がない(Easy Setup)

▼管理区域/管理者設定の必要がない(for Everybody)

▼可視光なので当たっている場所がわかる(Visible)

⇒使い勝手のよい安全なレーザー装置である

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1.5.LDVの使用上の注意点

1.5.2.安全に使用するために

◎レーザーを直視しない▼クラス2では直視するとしばらく目がちらつくので、操作の安全のため

◎移動/設置に注意する▼センサ内部の光学部品は繊細が故に、落下/衝撃等でレーザーが狂う原因となる

◎決められた環境で使用/保管する▼使用温度で5℃~40℃、保管温度で-10℃~60℃(結露なきこと)

◎暖機運転中のレーザーの照射を制御▼暖機中はレーザーの照射を抑えるためメカニカルシャッタをON

▼夏は1時間、冬は1時間半程度の暖機が必要のため

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2章 計測の準備

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《Summary》

2.1.測定環境の把握

2.2.加振の種類

2.3.計測方式の選択

# 44

2章 計測の準備

2章 計測の準備

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2.1.測定環境の把握

2.1.1周囲の振動

◎LDV自体の振動もデータに乗ってしまう

なるべく振動絶縁をして設置すること

測定機器の発生する振動エレベータの運転トラックや電車の通過空調 などの振動が伝わる

フィルターではカットできない場合も・・・

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これらバックグラウンドノイズの影響で正しいデータ評価が困難になることも…

Nov.2013

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2.1.2.設置環境

◎振動を受けないために

▼悪い例:

○エネルギーの大きい振動源と同じ定盤上に

三脚を設置する

○センサの近くで大きな音響加振を行う

○その他センサが風や揺れや音を受ける環境

# 46

2.1.測定環境の把握

エンジンダイナモ

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2.1.2.設置環境

◎正対させる

▼受光量(戻り光量)=S/N比

▼レーザ方向成分を測定

▼ビームが遮られないように設置

# 47

2.1.測定環境の把握

rIN

θ

Vib

θcos*vib

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受光量インジケータ

# 48

2.1.測定環境の把握

2.1.3.レーザーフォーカス

◎フォーカスがシャープ≒受光量が多い⇒S/N比が良

◎レーザーのフォーカス・照射位置を調整する

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2.1.4.MSA-400によるスキャニング

◎1点ずつ順次測定を行う

▼振動に「繰り返し再現性」が必要

▼「位相基準」となる信号が別途必要

# 49

2.1.測定環境の把握

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位相基準有(点同士の相関がある)

位相基準無(点同士の相関関係が分からず

ぐちゃぐちゃな表示になる)

Nov.2013

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2.2.加振の種類

2.2.1.加振器

◎加振器

▼加振器により能動的に対象物を加振する

▼主に対象の周波数応答特性を知るためや

耐久性のテストといった目的に使用される

◎実稼働

▼実際の稼働状態にある対象物を測定する

▼機器の使用条件下での振動の様子が分かる

◎自励振動

▼特定の条件下で起こる振動である

▼振動が自発的に増幅される現象

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2.2.1.加振器

◎入力→応答の関係(周波数応答)の測定

ができる

# 51

2.2.加振の種類

測定物

応答波形

加振力波形

FFT

伝達関数

FEMモデルの作成/更新

加振力の制御

加振力・応答を測定

疲労耐久試験

測定物

フィードバック

コントローラ

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2.2.加振の種類

2.2.2.実稼働

◎機器の実際の使用状況下における振動測定

◎稼働時の問題が即時わかる

(振動の大きい場所, 周波数等)

◎PSVでスキャニングを行う際は下記2点が必要

▼振動の繰り返し再現性

▼位相基準となる信号

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2.2.加振の種類

2.2.3.自励振動

◎自ら振動を増幅する現象

◎振動のメカニズムを知る必要がある

◎スキャニングでの測定時には以下に注意

▼振動が再現性・安定性をもつ

▼振動の大きさを規格化できる参照信号をモニタする

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2.3.計測方式の選択

2.3.1.計測データの評価方式

◎主な計測方式

▼周波数解析《特徴》

・取りこんだ波形を周波数に分解して表示

・固有振動数等のピークを確認できる

・振動解析の基本

・FFT分析器等が必要

▼時間軸解析《特徴》

・振動波形をそのまま表示

・測定が正しいか否かの判断ができる

・周期再現性やチャンネル間関係が分かりやすい

・過渡応答の計測に有効

・オシロスコープ等で波形を表示

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2.3.計測方式の選択

2.3.2.周波数解析

◎振動解析の基本となる計測▼共振の確認ができる

▼振動の原因特定のヒントになる

▼スキャニングでアニメーションを見るには「振動の繰り返し性」と「位相基準となる」信号が必要

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2.3.計測方式の選択

2.3.2.時間軸解析

◎実際の物の動きがわかる計測▼過渡的な応答の評価ができる

▼スキャニングを行うにはトリガとなる信号が必要

提供:宇宙航空研究開発機構 JAXA

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3章 PSVによる振動計測事例

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3章 PSVによる振動計測事例

3章 PSVによる振動計測事例

# 58

PositioningLaser レーザーの位置決め

DefiningMeasurement grid 測定点設定

ScanningFull field 全面スキャン

Readyfor analysis 解析へ

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3.1.アルミ角材の振動試験

◎振動試験方法▼アルミ角材をタコ糸で吊り、自由系に

▼加振器によって周波数スイープ信号入力で周波数グラフ(=スペクトラム)を取得

3.1. 計測事例:簡素なモデル

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3.1.アルミ角材の振動試験

◎アルミ角材の振動

3.1. 計測事例:簡素なモデル

1次モード175Hz

2次モード434Hz

1次捩りモード1212Hz

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3.2.スピーカの振動

◎振動膜を測定

▼マスローディングなし

▼面計測

▼コーン型も各測定点に個別にレーザー焦点距離を

割り当てることで測定可能

3.2. 計測事例:スピーカの振動

# 61© Polytec Japan Nov.2013

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音圧測定の結果

◎音質悪化品の原因解析

▼10kHz付近で振動膜の振幅値に差

▼10kHzにおける実稼働振動形状に差

⇒振動膜メーカが膜の材質を変更、音質変化に繋がった

# 62

不合格品通常品

加速度

速度

PSVによる測定結果

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3.2. 計測事例:スピーカの振動

Nov.2013

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3.3. 計測事例:超音波スケーラの振動

# 63

3.3.超音波スケーラの振動

◎近接測定用ユニットを使用して測定

▼チップ先端:数mm幅

▼使用レンズ:CL-80

© Polytec Japan Nov.2013

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◎スキャニングによる周波数応答解析

▼周波数:20~30kHz

▼振動モードの確認

▼駆動電圧・流水量を最適化

3.3. PSVによる計測事例:超音波スケーラの振動

# 64© Polytec Japan Nov.2013

先端にいくほど振れ幅が大きい

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終章 まとめ

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終章 まとめ

# 66

◎まとめ

▼”もの”の振動を計測することが競争力のある製品づくり、

品質管理、トラブルシューティングとなる

▼LDVは振動体の振動速度を、レーザー光によるドップラー

効果を利用して計測

▼LDVのレーザーは安全かつ簡便に扱うことができる

▼非接触式センサは振動体に質量の変化を与えずに

計測できる

▼LDVは、さまざまな環境/多様な測定物にも応用ができる

▼シングルポイント/スキャニングLDVそれぞれの特徴

▼PSVによる計測データから、様々な事象が確認でき、

問題解決の優良ツールとして扱える

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お知らせ

# 67

●弊社計測機器に関するご質問は下記まで●

ポリテックジャパン株式会社

〒222-0033 神奈川県横浜市港北区新横浜3-1-9

アリーナタワー13F

TEL. 045(478)6980(代) FAX. 045(478)6981

E-mail. [email protected]

Web. http://www.polytec.com/jp

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