レーザ振動計を用いた長距離からの橋梁計測。

長距離対応の振動センサー.

長距離対応の振動センサーは、測定距離、安全要件、現場へのアクセス制限などにより、センサーを直接設置できない場合に使用されます。このような状況でも、非接触振動測定なら、数メートルから数百メートル離れた場所から信頼性の高いデータを取得できます。

主な用途としては、安全な遠隔測定環境が求められる大型インフラ、立入禁止区域、センサーを取り付けられない稼働中の機械などが挙げられます。

長距離振動測定

長距離振動測定では、測定システムから遠く離れた対象物の機械振動を捉えます。この測定は従来型の接触式センサーと関連付けられることも少なくありませんが、「離れた場所から振動を測定する」という本質的な要件に対し、非接触技術の重要性がますます高まっています。

加速度センサー、ひずみゲージ、速度センサーなどの従来型振動センサーは、測定点に直接取り付ける必要があります。信頼性の高いデータを取得できる一方、その使用には構造物へ直接アクセスできることが前提となります。数十メートルから数百メートル離れた場所では、この要件自体が大きな制約となります。

非接触測定システム、特にレーザー方式のシステムなら、この制約を克服できます。対象物の表面にレーザー光を照射し、構造物に触れることなく振動を光学的に検出します。これにより、従来のセンサーでは現実的でない、あるいは不可能な距離からでも測定できます。

接触式センサー

  • 物理的な取り付けが必要
  • データ収集(DAQ)装置へのケーブル接続が必要
  • 構造物に質量を付加
  • 取り付け箇所へのアクセスが必要

非接触(レーザー)

  • 取り付け不要 – レーザー光がセンサーの役割を代替
  • 測定点までの配線不要
  • 質量による影響なし
  • 安全な距離から測定可能

長距離測定に対応するレーザードップラー振動計測

レーザードップラー振動計測(LDV)は、数ミリメートルから数百メートルまでの測定距離で表面振動を捉える、光学式の非接触測定原理です。

レーザードップラー振動計は、試験対象物の表面にレーザー光を照射します。表面が振動し、装置に近づいたり遠ざかったりすると、反射光の周波数が表面速度に比例して変化します。これは、光に生じるドップラー効果です。

振動計は、この周波数シフトを干渉法によって検出し、速度、変位、加速度の各信号に変換します。測定は完全に光学式であり、構造物へのセンサー取り付けや測定点までの配線が不要なため、対象物の振動特性に一切影響を与えません。

橋梁の振動測定

1550 nmの短波長赤外(SWIR)領域で動作する最新のレーザー振動計は、300 mを超える測定距離に対応します。

長距離振動測定の代表的な用途

  • 長い測定距離(橋梁、建物、支持構造物などの大型構造物)
  • 物理的なアクセスが制限される場合(寸法、形状、運用上の制約により試験対象物へのアクセスが困難な場合)
  • 安全上のリスクが高い環境(爆発の危険がある区域、高電圧区域、高温環境など)
  • 高温、移動中、または稼働中の構造物(高温の配管や回転機械など)
  • 粗い表面や汚染された表面(鉱山や重機など、センサーを確実に取り付けられない場合)
  • 計測機器を取り付けられない対象物(非侵襲測定が求められる歴史的建造物や保護対象の建造物など)

従来型振動センサーが直面する限界

接触式振動センサーは、多くの測定環境で広く採用されています。しかし、長距離測定の用途では、次のような実用上の制約があります。

  • 配線および設置の負担: 各接触式センサーには、信号ケーブル、電源、多くの場合は追加の信号処理装置が必要です。長距離になると、配線がコスト面および設置・運用面での大きな負担となります。
  • 再配置と繰り返しのセットアップ: 大型構造物に複数の測定点が必要な場合、測定点ごとにセンサーを設置する必要があります。測定点を変更するたびに、取り付けから校正までの全工程をやり直さなければなりません。
  • 複雑なトラブルシューティング: 信号品質が低下した場合やチャンネルに障害が発生した場合、複数の接続箇所を含む長距離配線では原因究明に時間がかかります。障害の原因は、センサー、ケーブル、コネクター、あるいは取り付け自体にある可能性があります。
  • アクセスおよび安全上の要件: 橋梁、タワー、高層ビルへのセンサー取り付けには現場へのアクセスが必要であり、多くの場合、足場、昇降用装備、高所作業車などを使用しなければなりません。高電圧設備の付近や立入禁止区域では、センサーを安全に設置できない場合もあります。

Optometが提供する長距離振動測定ソリューション

Optometは、非接触振動測定用のレーザードップラー振動計を開発・製造しています。研究開発から産業試験まで、幅広い用途に対応する単一点、スキャニング、マルチチャンネルシステムを取り揃えています。

Optometは長距離振動測定向けに、CLASSIC Novaシリーズの専用システム構成であるNova-Xtraを提供しています。

長距離測定用NOVA Xtra対物レンズ。

Nova-Xtra:長距離測定用レーザー振動計

Optomet Nova-XtraはNovaシリーズの拡張モデルで、300 mを超える距離からの振動測定用に開発されました。不可視のSWIRレーザー(1550 nm)を採用しており、暗色面や粗面でも優れた後方散乱特性を発揮するとともに、周囲光の影響を抑えます。

主な特長:

  • 2,49 mから300 m超までの作動距離
  • DC~25 MHzの周波数帯域幅
  • 測定量:速度、変位、加速度
  • 長距離での信号検出性能を高める大口径フロント光学系
  • 赤外レーザースポットを可視化するオプションのSWIRカメラ
  • アナログ出力×3およびデジタルインターフェース(1 Gbit Ethernet)

Nova-Xtraは、橋梁、タワー、高層ビル、大規模産業設備など、遠距離からの非接触測定が必要な対象の構造動力学的振動解析に適しています。

Nova-Xtraの詳細はこちら →

研究・開発・産業における振動計測 – Optometがお客様の要件に最適なソリューションをご提供します。

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