シングルポイント・レーザー振動計

シングルポイントレーザー振動計は、単一の測定点における振動を非接触で確実に測定します。広い周波数範囲にわたって速度、変位、加速度を高分解能で捉え、同一点における一次元または三次元の測定を可能にします。この技術は、精密な点ごとの振動解析が求められるあらゆる場面で、研究、開発、産業品質保証において不可欠です。

  • 非接触測定:測定対象は影響を受けません。敏感な試料、高温の試料、移動する試料に最適です。
  • 高分解能:50フェムトメートル(≈ 原子直径の1/2000)に至る極めて微小な振動の検出
  • 広い測定範囲:DCから50 MHzまでの周波数、最大50 m/sの振動速度。微細構造から大型物体まで対応します。
  • 容易な統合:Ethernet(1~10 Gbit/s)、アナログ出力(±2 V)、またはオープンなデジタルインターフェースによるデータ伝送。
  • 柔軟なシステム構成:実験室、産業、研究環境向けの一体型またはファイバー結合型センサーヘッドを備えたモデル。
Single-point Laser Doppler Vibrometer with connected fiber head mounted on an adjustable stand, linked to a processing unit; a monitor in the background displays a frequency spectrum.
Single-point Laser Doppler Vibrometer shown from the front and rear; front side with optical unit, rear side with display and connectors.
Single-point Laser Doppler Vibrometer performing vibration measurement on a bridge structure; a person monitors the measurement data on a laptop.

シングルポイント測定のプロセス

シングルポイント測定では、レーザービームが表面上の定められた位置に照射されます。運動によって生じる反射光のドップラーシフトを内蔵の干渉計で評価し、対象の速度、変位、加速度を精密に特定します。完全に非接触で、対象に影響を与えることなく行えます。

代表的な測定ワークフロー:セットアップから解析まで

Single-point Laser Doppler Vibrometer shown from the front and rear; optical unit on the front side, display and connectors on the back.

ステップ1:準備と接続
まず振動計の電源を入れ、その後接続します。接続はEthernet経由でPCに対して確立できます。この場合、デバイスはOptometソフトウェア内でIPアドレスにより検出されます。あるいは、アナログ出力を介して測定信号を独自のデータ収集システムに直接入力することもできます。


Measurement object with visible green pilot laser used for alignment of the single-point Laser Doppler Vibrometer.

ステップ2:位置合わせとフォーカシング
緑色のパイロットレーザーが測定スポットを示します。位置合わせの後、システムは定められた作動距離に自動的にフォーカスします。これにより安定した後方散乱信号が確保されます。


Single-point Laser Doppler Vibrometer in a desktop measurement setup; a person monitors the data in the software.

ステップ3:測定と解析
信号を確認した後、測定範囲とフィルターを選択します。振動信号はDCから50 MHzまでの周波数範囲にわたり、最大312 MSamples/sで取得されます。速度、変位、加速度がリアルタイムで可視化されます。

約5分で測定準備完了

電源投入と自動フォーカシングの後、システムはわずか数分で使用可能になります。接続から最初の測定まで、すぐに開始できます。

  • 速度、変位、加速度のライブ測定と表示
  • 時間領域および周波数領域の解析
  • 最大振幅を表示する自動ピークファインダー
  • 測定データの記録とエクスポート
  • DC~50 MHzの周波数範囲
  • 回転体および移動体に対応
  • 最大50 m/sの振動を測定
  • 最良の変位分解能:0.05 pm
  • 0.006 mから300 mまでの可変作動距離

1Dシングルポイント、3Dシングルポイント、マルチポイントの比較

測定課題に応じて、シングルポイント振動計は一方向、三方向、または複数の位置で同時に振動を捉えます。

どのバリアントを選択するかは、測定の目的によって決まります。単一の振動を精密に解析する必要があるのか、三つの空間方向の運動を特定する必要があるのか、または複数点の挙動を同時に調べる必要があるのかによります。

1Dシングルポイント測定

Single-point Laser Doppler Vibrometer measuring a rotating drill; the laser beam is aligned with the tool surface.

1D振動計は、単一の空間軸、すなわちレーザービームの方向に沿った振動を捉えます。
このバリアントは、個々の部品の特性評価、モーダル解析の実施、生産環境における品質検査など、的を絞ったシングルポイント測定に最適です。

測定は完全に非接触であるため、敏感な構造や非常に高速で動く構造であっても、測定対象は影響を受けません。

代表的な用途には、建物や橋梁の構造解析、ドリルやベアリングなどの回転工具や駆動装置の検査生産ラインにおける品質保証スピーカー、センサー、マイクロフォン部品の振動音響解析などがあります。

3Dシングルポイント測定

3D single-point measurement setup on a brake disc; the vibrometer captures vibration data from multiple directions.

3D振動計は、3本のレーザービームを単一のシステムに統合し、測定点の運動をすべての空間方向(x、y、z)で測定します。
これにより、完全な振動ベクトルの特定と、複雑な運動パターンの精密な解析が可能になります。

代表的な用途は研究開発分野に見られ、例えば接触取り付けの要件や高温のために従来の三軸加速度センサーが使用できないエンジン試験環境において、高温または到達困難な部品の測定などが挙げられます。 

3D振動計は完全に非接触な測定を可能にし、こうした環境において光学的手法のあらゆる利点を提供します。

マルチポイント測定

Multi-point laser vibrometry setup on a turbine with multiple measurement stations and aligned laser beams.

マルチポイント測定はさまざまな方法で実現できます。

SMART シリーズでは、同期が完全に統合されています。複数のSMART シングルポイント振動計が互いに直接通信し、Ethernet経由でデジタルに同期します。必要に応じて時間基準をGPS対応にすることもでき、異なる場所にまたがる測定であっても精密な整合が可能になります。

さらに、マルチファイバーシステムも利用できます。これにはSMART Multi-Fiberのほか、CLASSIC製品ラインのFiber シリーズが含まれます。いずれも複数のファイバー結合型センサーヘッドを単一のデバイスに接続でき、複数の測定点を並行して捉える必要がある用途に特に適しています。

これにより、産業品質管理や研究などにおける複雑な運動挙動の精密な解析が可能になります。

Portrait of Tobias Schröder, Head of Sales & Marketing at Optomet

「20年以上にわたり、Optometは精密な振動測定の代名詞であり続けてきました。当社のシングルポイント・レーザー振動計は、実験室での解析から産業品質管理まで、信頼できるデータを提供します。」

Tobias Schröder (M.Sc. Mechanical Engineering)
Head of Sales & Marketing

比較:シングルポイント振動計とスキャニング振動計

Single-point laser vibrometer
シングルポイント振動計
Scanning laser vibrometer
スキャニング振動計
測定原理レーザー軸に沿った定められた一点で振動を測定します。表面を自動的に走査し、多数の点で測定して完全な振動マップを作成します。
再位置決め異なる点を測定する必要がある場合に必要です。あるいは、複数のシングルポイント振動計やファイバーセンサーヘッドを使用することでも可能です。不要です。レーザービームは内蔵のミラーによって偏向され、測定領域全体を自動的に案内されます。
空間情報1D情報(一軸に沿った速度、変位、加速度)システム構成に応じて2Dまたは3Dの表面情報
代表的な用途機械、工具、橋梁、または品質検査における部品でのシングルポイント測定全視野振動解析、モーダル解析、複雑な部品の構造調査

Optometのシングルポイント振動計の概要

Optometは、それぞれ異なる要件に対応する2つの製品ラインでシングルポイント・レーザー振動計を提供しています。

CLASSIC シリーズのレーザー振動計は、明快な構造とシンプルな構成を備えた堅牢なシステムを意味します。実験室や産業環境における確立された測定課題に最適です。SMART シリーズは、完全に統合されたシステム通信によりこのアプローチを拡張します。複数のデバイスを直接接続し、精密に同期させ、柔軟に組み合わせてモジュール式の測定セットアップを構築できます。さらに、データ収集はすでにシステムに統合されており、リアルタイムで動作します。

Optomet Nova Laser Doppler Vibrometer from the Classic Series shown from the front on a neutral surface.

Nova(CLASSIC シリーズ)

CLASSIC Nova シリーズは、SWIRレーザー光源(1550 nm)を備えたデジタル・フリービーム式レーザードップラー振動計(LDV)です。

高い信号安定性と堅牢な設計を兼ね備え、暗い表面、粗い表面、高温の表面での測定に特に適しています。

Nova シリーズの詳細はこちら | Nova シリーズ データシート(PDF)

Optomet Nova-Xtra Laser Doppler Vibrometer performing a measurement on a bridge structure; a person monitors the data on a laptop.

Nova-Xtra(CLASSIC シリーズ)

CLASSIC Nova-Xtraは、最大300 mまでの長距離測定向けに設計されたシステムでNova シリーズを拡張します。

このフリービーム式SWIRレーザー振動計は、土木工学、航空宇宙、大規模施設の検査など、遠方または到達困難な構造物の振動を測定する必要がある用途を想定しています。

Nova-Xtraの詳細はこちら | Nova-Xtra データシート(PDF)

SMART Single+ device shown from the front and rear; optical unit at the front, display and connectors at the back.

SMART Single+

SMART Single+は、SMART シリーズの「lab in a device(1台に集約された実験室)」の理念に基づき、振動計、データ収集、信号生成を単一のデバイスに統合しています。追加センサーの接続や信号の直接可視化機能を含め、すべての主要な測定、参照、解析機能が統合されています。

システムはモジュール式で拡張可能です。追加のSMARTデバイスを直接連結でき、共有された時間基準により自動的に同期します。これにより、一貫した測定データを備えた柔軟なマルチポイントセットアップが可能となり、実験室と産業環境の両方で効率的な使用に適しています。

SMART Single+の詳細はこちら | データシート SMART Single+(PDF)

SMART Multi-Fiber system with four connected fiber-optic measurement heads shown in a typical multi-point configuration.

SMART Multi-Fiber

SMART Multi-Fiberは、単一のデバイスを使用して最大4点で同時かつ同期した振動測定を可能にします。ファイバー光学式センサーヘッドにより、到達困難な領域であっても確実に捉えることができます。

このシステムはモジュール式の柔軟性と精密なデータ収集を兼ね備え、SMART シリーズに完全に統合されています。

SMART Multi-Fiberの詳細はこちら | データシート SMART Multi-Fiber(PDF)

Fiber-optic measurement heads from the Classic Series combined with a free-beam Laser Doppler Vibrometer; setup for single-point measurements.

Fiber(CLASSIC シリーズ)

CLASSIC Fiber シリーズは、Nova シリーズの技術を基盤とし、最大限の柔軟性を実現するコンパクトなファイバー結合型センサーヘッドでこれを拡張します。これらのシステムは、複数のファイバーヘッドにわたる精密な逐次シングルポイント測定を可能にします。

オプションとしてさまざまなファイバーヘッドを接続でき、それぞれが異なる測定距離や表面特性に最適化されています。

Fiber シリーズの詳細はこちら | データシート Fiber シリーズ(PDF)

SMART 3D-Fiber system with fiber-coupled measurement head and main unit; measurement setup for three-dimensional vibration analysis.

SMART 3D-Fiber

SMART 3D-Fiberは、ファイバー結合型測定技術と三次元振動解析を組み合わせています。3本のレーザービームが、単一の測定点の運動をすべての空間方向で同時に捉えます。方向依存性や複雑な変形パターンを調べる必要がある用途に最適です。

このシステムはSMART シリーズのモジュール式アーキテクチャを採用し、追加のデバイスと柔軟に同期させることができます。

SMART 3D-Fiberの詳細はこちら | データシート SMART 3D-Fiber(PDF)

SMART Multi-FiberとCLASSIC シリーズのマルチファイバーソリューションの主な違いは、データ収集の方法にあります。SMART Multi-Fiberでは、すべてのチャンネルが共有された自動同期の時間基準で動作するため、複数の測定点が同時に捉えられます。CLASSIC Fiber シリーズではデータ収集が逐次的に行われ、測定点は次々と切り替えられます。切り替え時間は通常約20 msです。

研究と産業における多彩な用途

シングルポイント・レーザー振動計は、製品開発からエンドオブライン試験まで、振動を精密かつ非接触で測定するために幅広い用途で使用されています。
多様な構造物や材料での測定を可能にし、研究、開発、品質保証のための信頼できるデータを提供します。

代表的な用途:

  • 生産および品質保証におけるエンドオブライン試験台
  • デジタルまたはアナログインターフェース統合による自動測定タスク
  • 橋梁、建物、産業構造物での長距離測定(例:Nova Xtraによる最大300 m)
  • 共振やアンバランスを検出するための機械部品の振動解析
  • 薄肉部品、板材、プレートでの構造調査
  • MEMS部品(Micro-Electro-Mechanical Systems)での微細構造解析
  • スピーカー振動板、マイクロフォン、センサーでの音響調査

FAQ:シングルポイント・レーザー振動計

ここでは、シングルポイント・レーザー振動計の機能、用途、統合に関するよくある質問への回答を掲載しています。

シングルポイント・レーザー振動計は、単一の定められた点における振動速度、変位、または加速度を測定します。これに対し、スキャニング振動計や3D振動計は、複数の点にわたって、または複数の空間方向で同時に振動を捉えます。

シングルポイントシステムは、特定の測定点を詳細に調べる必要がある場合に最適です。例えば、共振解析、材料試験、個々の部品の機能検証などです。

レーザー振動計SMART Scan+ | SMART 3D-Scan | SMART 3D-Fiber

シングルポイント振動計は、個々の構造物や部品を高精度で調べる必要がある場合に使用されます。これは特に、的を絞った点測定が求められる品質保証、研究、試験台環境において重要です。

代表的な用途には、機械部品材料医療機器土木構造物、またはMEMS部品の振動解析が含まれます。

振動計はレーザービームを測定対象の表面に照射します。振動によって生じる反射光の周波数シフト(ドップラー効果)から、システムは測定点の運動を算出します。

この手法は完全に非接触であり、対象へのセンサーの物理的な取り付けを一切必要としません。

システムは物理的な接触なしで測定するため、測定対象の質量に影響を与えません。これにより、敏感な部品、高温の部品、移動する部品であっても、改変されない正確な測定データが得られます。

さらに、従来のセンサーのような取り付け作業が不要であり、測定を迅速かつ高い再現性で実施できます。

はい。手動または自動の位置決めにより、振動計は異なる点で逐次的に測定できます。複数のデバイスやファイバー結合型センサーヘッド(例:SMART Multi-Fiber)と組み合わせれば、複数の点を同時に捉えることもできます。

これにより、システムを特定の測定課題に柔軟に適応させることができます。

シングルポイント振動計はEthernet、USB、BNCなどのデジタルおよびアナログインターフェースを備えており、試験台、測定システム、または自動化された生産プロセスに直接統合できます。

トリガー入出力により、システムを既存の試験台や自動化ワークフローにシームレスに統合することが可能です。

原則として、暗い材料、粗い材料、光沢のある材料を含め、ほぼあらゆる表面で測定が可能です。Optometシステムで使用されるSWIRレーザー技術(1550 nm)により、難しい表面であっても安定した信号品質が確保されます。

可能な測定距離はシステムのタイプによって異なります。SMARTおよびCLASSIC シリーズの標準デバイスは、数ミリメートルから数メートルまでの距離をカバーします。

CLASSIC Nova-Xtraのような特殊モデルは、最大300 mまでの距離にわたる測定を可能にします。例えば、構造試験や屋外検査などに利用できます。

CLASSIC シリーズは、実験室や産業環境における確立された測定課題向けに設計された、堅牢で明快に構成されたシステムを提供します。データ収集はデジタルですが、単一デバイス運用または逐次的なマルチポイント測定を想定しています。マルチファイバー構成では、測定点が次々と切り替えられます。

SMART シリーズは、完全に統合されたシステムアーキテクチャでこの概念を拡張します。複数のデバイスを直接連結して自動的に同期させることができ、マルチポイント測定を同時に捉えることが可能になります。セットアップは柔軟に拡張でき、共有された時間基準や統合された解析機能を含めて、モジュール式の測定システムに組み合わせられます。

両シリーズは同じ光学測定原理に基づいていますが、システムアーキテクチャ、拡張性、マルチポイント測定の実装方法において異なります。

Optometシステムは、SMART Lab(SMART シリーズ)またはOptoGUI(CLASSIC シリーズ)を使用して操作します。両アプリケーションは、リモート制御、データ収集、測定データのリアルタイム解析を提供します。

データはオープンなインターフェース(例:MATLAB、LabVIEW、Python)を介してさらに処理したり、既存のシステムに統合したりできます。

関連用語と知識

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振動計測に使用されるレーザータイプの基礎 ― ヘリウムネオン、SWIR、ファイバー結合型システム。

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レーザードップラー振動計測の物理原理 ― 精密な速度測定の基礎。

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FFT、周波数領域評価、リアルタイム処理を用いた振動データの解析。

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