JPH07107495B2

JPH07107495B2 - 振動測定装置

Info

Publication number: JPH07107495B2
Application number: JP61102753A
Authority: JP
Inventors: 覚高野; 弘之脇若; 修前原
Original assignee: Ono Sokki Co Ltd
Current assignee: Ono Sokki Co Ltd
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1995-11-15
Anticipated expiration: 2010-11-15
Also published as: JPS62259021A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、加速度ピックアップの被検出測定対象への着
脱を容易にした、例えば製造ライン上から次々に送り込
まれる製品の振動特性の測定に用いる振動測定装置に関
する。

従来の技術振動の測定には、加速度ピックアップが使用され、それ
はケースの底板上に圧電素子が配置され、圧電素子の上
に重錘が固着されているものであり、このピックアップ
を振動する被検出対象上に載置し、振動による加速度を
重錘を介しての圧電素子の電圧変化の電気信号として取
り出すようになっている。

したがって加速度ピックアップについては振動ピックア
ップ、振動センサー、加速度計、振動検出器、加速度セ
ンサー等の別の用語がある。

しかして、その実例が記載されたものとしては実開昭58
−141837号公報「振動検出装置」あるいは実開昭58−77
436号公報「加速度センサー型ノックセンサー」があ
り、前者には従来例として簡単な振動検出装置およびそ
れの改良が記載され、また後者には従来の圧縮型加速度
センサのモデル化したものおよびその改良が記載されて
いる。

以上のように加速度ピックアップには種々なものがある
が、このピックアップを実際に使用する際に、被検出対
象への取付けについては測定範囲および取付けの簡便さ
の点でいろいろな検討が必要となる。

被検出対象の振動加速度をそのまま正確にピックアップ
に伝達させるには、ピックアップと被検出対象とを一体
化させる必要があり、最も強固に一体化させるのにボル
トによるねじ止めの方法がある。

第５図では横軸に周波数、縦軸に相対感度をとり、両者
の関係を示しているが、その（ａ）は前記のねじ止めの
場合であり、相対感度dBは周波数10KHz辺りまで平滑で
変化がないが、10KHzを越すと両者の関係は乱れてしま
う。

これでわかるようにねじ止めは広い周波数の範囲で測定
が可能であるが、その取りつけが極めて煩雑である。

つぎに磁石による取りつけがあり、これを検討するのに
ねじ止めに比べると取りつけが簡単ではあるが、同
（ｂ）に示すように10KHzの近くですでに相対感度の平
滑度が失われている。

さらに、最も簡単な取りつけ方法として、加速度ピック
アップを手で押さえつける方法を検討するのに、同
（ｃ）に示すように熟練測定者の場合でも相対感度を一
定に保持することは難しく、ふらつきがみられる。

ところで、例えばエンジンモータの如く高速回転する被
検出対象では、振動の測定範囲として少なくとも10KHz
が必要である。

したがって、一個の被検出対象のみの測定であれば、前
記のねじ止めによる取りつけを採用することになるが、
多数の被検出対象を一個の加速度ピックアップにより連
続的に測定するにはねじ止めによるわけにはゆかない。

したがって、連続的に測定する場合、測定は振動と密接
に関連する音について行なわれ従来は振動については比
較的周波数の低い振動の測定のみ熟練者により注意深く
手により押付ける方法を実施していた。この場合同時
に、ピックアップ下面と被検出対象の間に少量の潤滑油
やシリコンオイル等を塗り、それにより実質的両者間の
接触面積を大にして接触部の弾性係数を大にし、結局両
者の一体化をより図ることも行なわれていた。

発明が解決しようとする問題点上記の手によりピックアップを押し付ける方法は、ピッ
クアップの着脱法として据え置き型同様最も簡便であり
ながら、その押付により接触部の弾性係数が大にできる
のが利点である。しかしながら、低い周波数の振動であ
っても人手で押し付けているため、その押付力、押付方
向が不安定化することは避けられず、それに伴ない上記
第５図（ｃ）にみられるように振動測定系の周波数特性
が変動してしまい、さらに測定者によっても差異が生ず
るなど、正確に振動を検出する手段としては問題があっ
た。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決し、取付、取外しが簡単で
ありながら、常に一定方向と大きさの押し付け力を与え
られるようにした振動測定装置を提供しようとするもの
である。

先ず、取付、取外しを簡単化するという条件を満たすに
は、加速度ピックアップと被検出対象との間を無固着状
態とすることであるが、そうすると、加速度ピックアッ
プ当接面と被検出対象面間の接触層にはピックアップの
重量に対応した押付力しか加わらない。そこで、次には
ピックアップの上部に不足する力に対応した重量の重錘
を載せることが考えられる。しかしながら、こうする
と、接触層の弾性係数は大になり、ピックアップと被検
出対象との一体化の程度が大になるが、半面この振動系
の質量が重錘の質量分増加することになり、通常、この
質量の増加の影響によりむしろ接触層の共振角周波数ω
が低下してしまう。

すなわち、ピックアップを被検出対象に取付ける場合、
その接触層自体もばねであるから、そのばねとピックア
ップの質量とによって振動系が構成されており、実際上
の振動測定範囲は、この振動系の共振角周波数（接触共
振周波数とも呼ばれる）ωにより制約を受ける。

さて、この接触共振角周波数ωを検討するのに、これは
振動系を１自由度系で近似すると（K/M）^1/2［ここに、
K:接触層のばね定数、M:ピックアップ質量］であり、重
錘を加えるとＫは増大するが、Ｍもまた大となり、通常
の場合は接触共振角周波数ωが下がってしまう。

ところで、いま、１自由度系の振動系において共振周波
数を越えた高い周波数の領域に着目してみると、その状
態は、質量に対して振動がほとんど伝達されない振動絶
縁状態である。とすると、上記のピックアップ上に直接
付加重錘を載置することなく、その間に弾性体を介在さ
せると、ピックアップの上部にさらに付加重錘と弾性体
による振動系が付加され、全体で２自由度の振動系が構
成されることになり、その上部の振動系の共振周波数を
下方のピックアップと接触層の共振周波数に対して十分
小にしておくと、その上部の共振周波数より十分高い領
域では、付加重錘に基づく押付力はピックアップに作用
するが、付加重錘とピックアップとは振動絶縁状態とな
って、付加重錘の質量は、ピックアップと接触層により
構成される下方の振動系とは無関係にさせられることに
なる。

すなわち、いま、第２図に示すように被検出対象の変位
をUb、ピックアップ、重錘の質量をそれぞれM₁,M₂と
し、その変位をU₁,U₂とする。また、接触層のばね定
数、減衰比をK₁,C₁、弾性体のばね定数、減衰比をK₂,C₂
とし、計算においては、減衰比Ｃを０として考えると、 Ubは、 Ub＝A₀sinωｔ（１）運動方程式は、 −K₁（U₁−Ub）−K₂（U₁−U₂）＝M₁ _１（２） −K₂（U₂−U₁）＝M₂ _２（３）となる。（２），（３）式を整理し、それぞれ（１）式
に代入し、f₀＝K₁A₀とおくと、 M₁ _１＋（K₁＋K₂）U₁−K₂U₂＝f₀sinωｔ（４） M₂ _２＋K₂U−K₂U₁＝０（５）となる。

ここで、運動方程式（４），（５）の解は、（４）の右
辺を０とした場合の自由振動の解と強性振動の解との和
で表わされ、自由振動の項は、時間が十分に経過した後
は０となるので、定常解のみを考える。

解を、 U₁＝Asinωｔ（６） U₂＝Bsinωｔ（７）として式（４）と（５）に代入し、A,Bを求めると、ここで、ωn₁＝（K₁/M₁）^1/2ωn₂＝（K₂/M₂）^1/2とお
き、f₀＝K₁A₀よりA/A₀,B/A₀を求めると、となる。

また、ばね定数比をｋ、質量比をｍとすると、よりであり、この（12），（13），（14）式を（10）に代入
して、伝達特性をグラフ化した結果が第３、４図であ
る。第３図は、質量比ｍを変えた場合で、第４図はばね
定数比ｋを変えた場合である。それぞれ（ω／ωn₂）＝
１として計算している。この場合、使用可能な周波数域
はω／ωn₂ω／ωn₁のフラットな帯域であり、ｍが大、
ｋが小さいほどフラットな伝達特性部分が広かることが
わかる。

すなわち、付加重錘の質量がピックアップの質量に比べ
て大きい程、また接触層の弾性係数（ばね定数と比例）
が弾性体の弾性係数より大きい程、フラットな伝達特性
部分が広がる。

本発明は、上記検討の結果に基づいて創出されたもので
あり、少なくとも一端に被検出対象面と対向させる開口
部を有する筒状保持具内に、加速度ピックアップを摺動
自在に、かつ被検出対象面との当接面を開口部外方へ突
出自在に保持し、該加速度ピックアップの当接面の被検
出対象面への押付け手段を、該加速度ピックアップ他端
と弾性体を介して組合せた重錘とし、該押付け手段の弾
性体の弾性係数と重錘の質量との比を、上記加速度ピッ
クアップ当接面と被検出対象面間の接触層の弾性係数と
加速度ピックアップの質量との比よりも小にしたもので
あることを特徴とする。

作用以上のものにおいて、測定に際しては、被検出対象面上
に振動測定装置の加速度ピックアップを当接させ、全体
の横倒れを防ぐために筒状保持体を手により軽く保持
し、加速度ピックアップの出力を取出す。その場合、接
触層の弾性係数みると、ピックアップと接触している被
検出対象部分が振動中に変形したのでは、振動の測定自
体が成り立たないし、またピックアップ自体も変形しに
くい材質、形状をもって形成されており、加速度ピック
アップの当接面と被検出対象面の両接触面の表面の凹凸
等にも影響されはするもののその両面により形成される
接触層の弾性係数は、もともとある程度大きい。その弾
性係数がさらに、押付け手段により付加された重錘によ
り大にされるわけである。他方、この付加重錘の質量は
比較的弾性係数の小さい弾性体によりピックアップの振
動系と切り放されており、系の共振周波数とは全く無関
係ですなわち、押付け手段の弾性体の弾性係数と重錘の
質量との比が、上記加速度ピックアップ当接面と被検出
対象面間の接触層の弾性係数と加速度ピックアップの質
量との比よりも小になるほど、フラットな伝達特性範囲
を大にすることができる。この結果、振動測定範囲に応
じて押付け手段の弾性体の弾性係数と重錘の質量の一方
または両方を適当に選択することにより所望の振動特性
をもつ振動測定装置が得られる。

尚、上記の弾性体、付加重錘の緒元は、振動測定範囲に
応じてあらかじめ計算により推定した値を選ぶか、ある
いは振動試験機にこの振動測定装置を載せ、実験的に決
定することになる。

さて、被試験対象が極めて低い周波数で振動する場合に
は、ピックアップ、弾性体、付加重錘は、被試験対象と
一体的に振動する。次に振動の周波数がわずかに高くな
ると、弾性体は変形を生じるが、その変位は被試験対象
と一体的に変位するピックアップとは、相互にずれたも
のとなり、結局付加重錘とピックアップの変位との間に
は位相ずれが生じる。さらに振動の周波数が上がり、そ
の位相ずれが大になって、90度に達すると、弾性体と付
加重錘からなる系は、共振状態となる。さらに振動の周
波数が上がると、弾性体の伸縮速度よりもピックアップ
の上下動の速度の方が速くなり、結局ピックアップの上
下動、すなわち振動が付加重錘には伝わらない振動絶縁
状態となる。

従って、これより高い周波数範囲では、付加重錘はピッ
クアップを被試験対象に押し付ける役割をもつのみで、
振動系としてはピックアップと切り離されたものとな
り、この周波数からピックアップ自体のもつ共振周波数
までがこの振動測定装置の測定範囲となる。

以下、その範囲内における振動について、ピックアップ
の出力を測定する。

尚、上記は横倒れ防止のために振動測定装置全体を円筒
状の保持具内に移動自在に挿入し、その保持具を手によ
り保持したが適宜の支持体に保持しても同様であり、ま
た、振動測定装置の保持具加速度ピックアップ、押付け
手段の弾性体および重錘の上方への持上げと被検出対象
面上への降下をエアーシリンダ等の適宜の上下移動機構
により行なわせても同様である。

実施例以下、ライン上を流れる原動機を所定位置で停止させ、
その位置で振動特性を本発明の振動測定装置により測定
する場合を例にとり、本発明の実施例を説明する。

第１図において、１は上方が小径部を有する加速度ピッ
クアップであり、その小径部の外周面は、逆コップ状の
シリコンゴムによりなる弾性体２の内周部に挿入、固着
され、また、その弾性体２の外周面は逆コップ状の重錘
３内に挿入固着されていて、その重錘３の頂部はエアー
シリンダ（図示されていない）のピストン軸５と結合さ
れている。尚、これらは上記ラインの振動測定位置に配
置されている。その重錘３の外周面は、逆コップ状で頂
部に前記のピストン軸５の通孔を有する保持具４内に挿
入され、上下に移動自在となっている。また、保持具４
の側壁には上下方向に小径の貫通孔が穿たれ、その内部
にはシリコンオイルが注入されている。測定に際して
は、順次送り込まれる原動機の停止位置において原動機
の測定ヶ所と上下方向の間隔をおき、保持具４を固定枠
（図示せず）により保持し、ピストン軸５の押出時に
は、それと一体の重錘３、弾性体２を介してピックアッ
プ１の下面が原動機の測定ヶ所上に押し下げられ、ま
た、上昇時には、そこから離脱されるようにされてい
る。これにおいては、ピストン軸５を上昇させた状態で
被測定原動機をその停止位置に送り込み、その状態下で
手動指令によりピストン軸５を下降させ、ピックアップ
１を原動機の測定ヶ所に押下げる。このとき、保持具４
の貫通孔の下部から出てピックアップ１の側下面との間
で球状となっていた油滴が測定ヶ所とピックアップ１の
下面間に拡がり、油膜が形成された状態で押付けられ
る。尚、このときの押付力は、略重錘３の重量とピック
アップ１の重量およびピストン５押付力の和であるが、
前記のように、ピストン５による押付力をあまり過大に
すると、接触部のばね定数は大となるが、見掛上の質量
が大となり、周波数特性上は共振時のピークが大となっ
てその裾野が広がって、フラット部分が小となるため、
適宜の押付力に調整してある。

以上により測定準備が完了し、この状態で原動機を駆動
してピックアップ１の出力を測定する。測定範囲は、前
記の如く弾性体２と重錘３がらなる振動系により定まる
下限と重錘３およびピストン５の押付力に影響される接
触部とピックアップ１により定まる上限の間であり、こ
の範囲のピックアップ１の出力に基づき、原動機の振動
特性の評価が行なわれる。

尚、上記実施例においては、保持具４を固定枠に固着す
る場合を例示したが、上記したとおり手により保持して
もよく、また、重錘３はピストン軸５と結合せずに、手
動により持上げるようにしてもよい。

第５図（ｄ）ほ本願発明による振動測定装置において、
重量約45gのピックアップと、重錘の重量340g、弾性体
として市販の硬軟２種のスポンジを二層に合わせて厚さ
約16mm、径約24mmとした場合の周波数特性図である。弾
性体のばね定数は、接触部に対して十分小であり、極め
て良好なフラットな特性が得られている。尚、これ以外
の別の弾性体によるデータにおいても、手押等に比べ、
いずれも良好なフラット特性が得られた。また、これと
同時に加速度ピックアップの当接面、被検出対象面、接
触部の表面の仕上状態、押付力による影響等も検討した
が、接触面間に油膜を介在させることにより、仕上状態
は比較的平滑であれば大差はなく、また、押付力につい
ては、大にすることにより共振周波数は上げられるが、
それだけその裾野も広くなり、結果的にフラットな部分
はそれほど大にはならないことを確認している。

発明の効果以上のとおりであり、本発明は、加速度ピックアップの
上部にさらに振動系を付加した構造とし、その共振周波
数を小にしたものであり、被検出対象上に載置するだけ
で良好な周波数特性のもとでの振動測定を行なうことが
でき、高い効率で、かつ正確簡単に多数の被測定対象に
ついての測定を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す一部断面を有する正面
図、第２図は本発明の振動系の原理を示すモデル図、第
３〜第５図は伝達特性とそれぞればね定数比、質量比、
ピックアップの取付法との関係を示す周波数特性図であ
る。 1:加速度ピックアップ 2:押付け手段の弾性体 3:押付け手段の重錘

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端に被検出対象面と対向させ
る開口部を有する筒状保持具内に、加速度ピックアップ
を摺動自在に、かつ被検出対象面との当接面を開口部外
方へ突出自在に保持し、該加速度ピックアップの当接面
の被検出対象面への押付け手段を、該加速度ピックアッ
プ他端と弾性体を介して組合せた重錘とし、該押付け手
段の弾性体の弾性係数と重錘の質量との比を、上記加速
度ピックアップ当接面と被検出対象面間の接触層の弾性
係数と加速度ピックアップの質量との比よりも小にした
ものであることを特徴とする振動測定装置