JPS62259021A - 振動センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ａ業上の利用分野 本発明は、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好適な振動センサに関する。

従来の技術 エンジン、モータ等の原’ＪＪｓ　Ｆ’ｌｌの製造ライ
ンあるいはそれを組込んだ機器に対しては、その完成後
、実際に機器の駆動を行なってその状態での振動特性の
良否が検査されろ、その場合、振動センサに要求される
振動測定範囲としては、通常１−１０ＫＨｚ、０．１μ
ｍ（０，４Ｇ〜４０Ｇ）程度であり、そのセンサには圧
電型の加速度ピックアップが利用されている。しかし、
この種のピックアップは、サイズモ系であり、振動加速
度を正確に検出するには、ピックアップが被検出対象と
一体的に動くように被検出対象に取付ける必要がある。

ところが、ピックアップを被検出対象に取付けた場合、
その接触層自体もばねとなり、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しまうため、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）ωＣにより制約を受けること
になり、その周波数特性からして正確な測定が可能な角
周波数範囲ω１〜ω２の上限ω２は、通常ωＣの１７２
程度となっている。

したがって、振動測定に際しては、ピックアップに振動
測定範囲に応じた適当なものを選択した後、このピック
アップの取付は方にも十分な注意をはらい、所望のω２
、結局はωＣを得ることになる。

さて、この接触共振角周波数ωＣ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　）！
ｔここに、Ｋ：接触層のばね定数、Ｍ：ビックアップ質
量１であり、このうちＭはピックアップ自体により定ま
ってしまうため、ωＣを大にするには結局Ｋを大にする
ことが必要となる。、それには、ピックアップと被検出
対象間の接触面積を大にすることであり、ピックアップ
接触面全面を強固に対象面に接触させるためにピックア
ップにねじ止め用の孔を穿った振動センサやピックアッ
プの下部に永久磁石部を設けた振動センサが提案された
。また、これとは別に、ピックアップには可算取付用の
加工を行なわずに、接着剤により接着したり、両面テー
プにより貼り付けたり、また、手により押付ける方法も
実施されていた。同時に、ピックアップ下面と被検出対
象の開に少量の潤滑油やシリコンオイル等を塗り、それ
により実質的に接触面積を大にしてばね定数を大にする
ことも行なわれていた。

発明が解決しようとする問題点 上記のねじ止め孔を有する振動センサは、ねじの締付け
により接触面積が増大して、ばね定数が極めて大にでき
、しかもこれによる質量の増加もわずかなため、共振周
波数ωＣは、ピックアップ自体の共振周波数に近い値ま
で高くすることが可能で、このねヒ止め法は現状では最
も優れた取付は法と言元るものである。しかしながら、
これにおいては被検出対象に対して孔あけ加工が必要で
あり、また、その取付は取外しに時間がかかるため、次
々に送り込まれる被検出対象の測定に際しては、作業効
率上問題があった。

次に、磁石部を設けた振動センサは、被検出対象への着
脱が容易であるが、被検出対象は強磁性体に限られ、ま
た、その吸着力は前記のねじ止めの場合より小さく、か
つ質量も磁石部の分だけ増加するため、通常その接触共
振周波数ωＣは、ねし止めの場合の数分の１以下となっ
てしまう問題点があった。

池方、接着剤による方法は、ねじ止めに近いωＣが得ら
れるが、着脱が煩雑化することは避けられず、また、両
面テープではばね定数Ｋを大にすることが難しい問題点
があった。

また、取付法としては、最も簡便な手により押付ける方
法は、その押付によりＫが大にできるが、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
い共振周波数ωＣおよび周波数特性が変動してしまう問
題点があった。

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、接着層のばね定数が大となる振動センサを
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゛出対象との開を無固着
状態とすることであるが、そうすると、接着層にはピッ
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
重量の重錘を載せろことが考えられる。しかしながら、
こうすると、Ｋは大になるが、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
加の影響の方が大きいため、むしろ接触共振角周波数ω
（は低下してしまう６ 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［１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着層の共振周波数に対して十分小
にしておくと、その共振周波数より十分高い領域では、
重錘に基づく押付力はピックアップに作用するが、重錘
とピンクアップとは振動絶縁状態となって、重錘の質量
は、ピックアップと接触層による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
なｕｂ、ピックアップ、重錘の質量をそれぞれＭ１１Ｍ
２とし、その変位をＵｌ、Ｕ２とする。また、接触層の
ばね定数、減衰比をＫ　、、Ｃ、、弾性体のぼね定数、
減衰比をに２．Ｃ，とし、計算においては、減衰比Ｃを
Ｏとして考えると、 ｕｂは、 Ｕｂ＝Ａｏｓｉｎωｔ　　　　　　　　　　　　（１）
運動方程式は、 −に、（Ｕ、−Ｕｂ）−に２（Ｕ、−Ｕ２）＝Ｍ、Ｕ、
（２）−に、（１，−Ｕ、）＝Ｍ、Ｕ、　　　　　　　
　　（Ｊ）となる、（２）、（３）式を整理し、それぞ
れ（１）式に代入し、ｆ、＝に、Ａ、　とおくと、ＭＩ
Ｕｌ＋（Ｋ、＋に２）Ｕｌ−に；Ｕ２＝ｆｏｓｉｎωＬ
　　（４）ＭｚＵｚ十に２Ｕニーに２Ｕ、＝ｏ　　　　
　　　　　（Ｓ）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、 Ｕ　＋　−Ａ　ｓｉ＋＋ωｔ　　　　　　　　　　　　
　（ｇ）Ｕ　２＝　Ｂ　ｓｉｎωｔ　　　　　　　　　
　　　（’７）として式（４）と（５）に代入し、Ａ、
Ｂを求めると、 ｆ、＝に、Ａ。よりＡ　／　Ａ　ｏ　−Ｂ　／　Ａ　ｏ
を求めると、となる。

また、ぽね定数比をｋ、質量比を１ｎとすると、より であり、この（１２）、　（１３Ｌ　（１４）式を（１
０）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「１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
／ω１゜）＝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／ωｎ２からω／ω１１１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
特性部分が広がることがわかる。

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、加速度ビック７ンプの上面に弾性材を介して重錘
を載置し、その弾性材の弾性係数と重錘の１！Ｉ量との
比を加速度ピックアップの下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。

飢叫 これにおいては、先ず、弾性体、重錘の諸元を決定する
ことになり、あらかじめ計算による推定およブ振動試験
磯による実験に基づいて測定範囲を満足する諸元を決定
しておく。

測定に際しては、被試験対象面上に振動センサを構成し
ているピックアップ、弾性体、重任を順次載置し、必要
に応じてピックアップと被検出対象間には、少量の油膜
を介在させて接触面積を大にさせる。この状態で、振動
センサの横ずれを防止するため、重錘上から軽く押し付
け、以下、その状態で振動センサの出力を測定する。尚
、横ずれ防止のために振動センサ全体を円筒状の保持１
内に移動自在にトル人し、その保持共を手あるいは適宜
の支持体に保持しても同様であり、また、撮動センサの
保持共内での上方への持上げと被検出対東面上への降下
をエアーシリング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 本発明の実施例を示す第１図において、１は上方が小径
部を有する振動ピックアップであり、その小径部の外周
面は、逆コツプ状のシリコンゴムよりなる弾性体２の内
周部に挿入、固着され、また、その弾性体３の外周面は
逆コツプ状の重錘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
トン紬５と結合されている。そして、その重錘３の外周
面は、逆コツプ状で頂部に前記のピストン紬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。＊た、保持具４のｇＡ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ケ所と上下方向の間隔をお
き、保持共４を固定枠（図示せず）により保持し、ピス
トン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を所上に押
し下げられ、また、上昇時には、そこからａ脱されるよ
うにされている。これにおいては、ピストン紬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輸５を下降させ、
ピックアップ１を原動機の測定り所に押下げる。

このとき、保持共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りていた油滴が測定を所
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の押
出力の和であるが、前記のように、ピストン５にる押付
力をあまり過大にすると、接触層のぼね定数は大となる
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である。

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か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
触層とピックアップ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、手により保持してもよく、また、
重錘３はピストン袖５と結合せずに、手動により持上げ
るようにしてもよい。

ｔｊＳｓ図は、従来のピックアップ取付法である（ａ）
ねし止め、（ｂ）磁石止め、（ｃ）手による押付と（ｄ
）本願発明の取付方法における周波数特性を比較した一
例である。尚、いずれも接触層には油膜を形成しである
。前記したように、（ａ）のねし止め法はフラット部分
が大きく、優れた取付法であることがわかる。これに対
して（ｂ）の磁石止めはそれだけ質量が増加するために
共振周波数が低下してす３す、また、（ｃ）の手による
押付けは、不安定である。これらに対し、本願発明によ
る振動センサの例は、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１６１１Ｉ１１１、径約
２４１１１＋ｍとしたものを用いたもので、そのばね定
数等は、明確に測定されていないが、接触層に対して十
分率であり、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、接触層の表面の仕上状態、押
付力による影響等も検討したが、接触層に油膜を介在さ
せることにより、仕上状態は三角記号Δが１以上であれ
ば大差はなく、また、押付力については、大：こするこ
とにより共振周波数は上がるが、それだけその裾野も広
くなり、結果的に７ラツ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、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、被検出対象に上に載置するだけで良
好な周波数特性のむ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ｂ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図は本発明の原理を示すモデル図、ｒｊＳ３〜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：　ピックアップ ２：　弾性体 ３：　重錘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、加速度ピックアップの上面に弾性体を介して重錘を
   載置し、その弾性材の弾性係数と重錘の質量との比を加
   速度ピックアップの下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
   たことを特徴とする振動センサ。