振動監視とは

振動とは、基準点に対する動きまたは振動のことです。この動きの周波数はヘルツ（Hz）単位で測定されます。振動は多くの機械の通常運転の一部ですが、定義されたパラメータを超えると問題となることがあります。振動監視は、故障が起こる前に機械が注意を必要とする時期を作業者に知らせるのに役立ちます。予知保全により、高額な修理、損傷、さらには怪我を防ぐことができます。

^{図1: 振動センサ}

以下は振動監視に使用される代表的なセンサの種類の説明です。

• 加速度計—振動は通常、加速度計で測定され、多くは圧電効果を利用して振動を感知します。圧電効果とは、特定の結晶が力を受けると電圧を発生させる現象です。電圧は加えられた力に比例するため、加速度計は正確に振動を計測できます。
• 近接プローブ—近接プローブは対象物までの距離を測り、回転機械のコンポーネントの変位測定によく使われます。近接プローブは、柔軟な流体膜軸受や重いハウジングが加速度計の作動に必要な振動を遮断する場合に特に有効です。
• 速度センサ—速度トランスデューサとも呼ばれ、加速度計に似ていますが、積分回路を用いて加速度を速度に変換します。速度センサは、ノイズや歪みの影響を受けやすい低周波振動の監視によく使用されます。

^{図2: ワイヤレス振動監視プロセス}

すべての機械コンポーネントは、正常運転時に独自の振動波形を持っています。振幅の増加、周波数の変化、不規則なパターンなど、基準からの逸脱は故障の初期兆候となります。振動監視システムは、センサ、データ収集（DAQ）ハードウェア、および解析ソフトウェアを組み合わせてこれらの変化をリアルタイムで検出し、重大な故障が起こる前に予知保全を可能にします。センサの種類だけでなく、振動データの収集や解析を可能にする複数のセットアップがあり、以下に一般的な例を示します。

• ワイヤレス振動監視—機器に設置されたセンサが、解析用にコンピュータに接続されたデータ収集デバイスへ情報を送ります。ワイヤレス振動センサは、アクセスしにくい場所や危険な場所にも設置でき、機械にワイヤを通したり動作中に技術者が手動計測を行う必要がありません。配線の取り外しや再配置をせずにセンサの移設も可能です。ただし、ワイヤレスデータのセキュリティや信号範囲の制限といった潜在的な欠点もあります。
• 有線振動監視—振動センサはワイヤまたはケーブルでデータ収集デバイスやコンピュータに接続されています。データは無線設定よりも干渉や傍受に強く、リアルタイムでの読み取りが可能です。一方で、設置が複雑でワイヤの物理的損傷のリスクがあります。別の場所にセンサを再配置する際はワイヤの取り外しと再設置が必要です。

無線と有線の両振動監視方法はオンライン監視の例であり、連続的にデータを収集します。

• オフライン振動監視—携帯型センサを携えた技術者が各コンポーネントの振動レベルを測定します。柔軟な監視方法ですが、連続的ではなく周期的であり、動作中の機械の周囲で人を危険にさらすことがあります。

振動解析とは、専門的なソフトウェアによるセンサデータの解析を指します。信号解析には高速フーリエ変換（FFT）、次数解析、時間周波数解析、包絡線解析、ウェーブレット解析などがあります。これらの手法を組み合わせてより詳細な解析を行うこともできます。潜在的な問題の兆候は人間による確認のためにフラグ付けされます。状況が深刻な場合、振動監視システムは自動的に機械の停止などの対応を行うよう設定することも可能です。 

振動監視は自動車、航空宇宙、エネルギーなど多くの産業の機器に使用されています。振動監視センサは次のような箇所に設置されることが多いです。

• 回転軸
• モータ
• ガスタービン
• レシプロコンプレッサ
• ポンプ
• ベアリング
• ファン
• エンジン

振動監視は新規コンポーネントの設計と試験に欠かせません。例として、エンジニアはロケットやジェットエンジン部品が実際の過酷な条件でも安全に動作することを確認する必要があります。

振動監視には以下のような利点があります。

• 予期しないダウンタイムの削減
• 予知保全コストの削減
• 人間を危険から遠ざける
• 機械の寿命延長
• メンテナンススケジュールの最適化
• 機械の信頼性向上
• 効率向上

NI音響/振動ハードウェアは加速度計と連携して機械状態監視や騒音/振動/ハーシュネス（NVH）用途の振動信号を収集します。当社の製品はDAQに加えソフトウェアも提供しており、NI LabVIEW Sound and Vibration Toolkitにより強力かつ広く使われるプログラムで振動解析が可能です。

NIの振動監視ソリューションは他の手法に比べていくつかの優位点があります。

• NIの多くの適用事例における長年の測定実績により、NI機器での測定は状態監視専用のハードウェアよりも高品質です。NI製品はより正確でタイミングの安定性が高く、信頼性の高い測定を保証します。
• NIプラットフォームはモジュラ設計に基づき、システム設計の効率化と運用期間を通じた保守の容易さを実現します。固定パーソナリティシステムと異なり、モジュール追加による新しいチャンネルや測定機能の拡張が容易です。
• NIの高速システムは周期的なバーストだけでなく、すべてのデータを収集可能です。これにより、他のシステムが見逃すイベントを記録できます。