圧電セラミック・水晶・MEMS振動子の共振周波数測定でつまずく3つの課題
小型・軽量の電子部品では、測定手段そのものが共振周波数の同定精度を左右します。
接触式は質量負荷で共振点がずれる
加速度センサやプローブを貼り付ける接触式では、センサ自身の質量が対象物に加わり、軽量な 圧電素子やMEMS振動子では固有振動数が本来の値からずれてしまいます。数mgの質量負荷でも共振ピークが低域へシフトするため、開発時の設計値検証や量産の良否判定を誤る原因になります。負荷をかけない非接触の測定手段でなければ、微小・軽量部品の共振周波数を正しく評価できません。
レーザドップラ振動計は導入・調整が難しい
非接触の振動測定にはレーザドップラ振動計という選択肢もありますが、光学系の調整やスペックル対策、測定点ごとの位置合わせに専門知識と時間を要し、現場での立ち上げや量産ラインへの展開が難しいのが実情です。1点ずつの測定になりやすいため、複数点の同期評価にも不向きです。導入・調整の負担が大きいと、共振評価が一部の担当者に属人化してしまいます。
サンプリング不足で高周波の振幅を取りこぼす
高い周波数で振動する対象を測るには、サンプリング周波数（サンプリングレート）が振動周波数の10倍以上必要です。サンプリングが遅いと、実際の振幅よりピーク値が小さく算出され、共振点の特定やモード分離を誤ります。FFTで共振ピークを正しく捉えるには、高周波の振幅を時系列で密に取得できる高速サンプリングが不可欠で、これが不足すると評価の再現性そのものが損なわれます。
非接触で共振周波数を同定する4ステップ
加振して変位を高速取得し、FFTで共振ピークを特定する流れで固有振動数を同定します。
加振する
圧電素子・MEMS振動子を掃引加振またはインパルス加振し、機械的な振動を励起します。非接触測定なので加振条件への影響を抑えられます。
変位を高速サンプリング
振動による変位（振幅）を最速392kHzのサンプリングで時系列取得します。質量負荷ゼロで本来の振動を捉えます。
FFTで共振ピークを特定
取得した変位波形を周波数解析（FFT）し、振幅が極大となる共振ピークから固有振動数を同定します。
複数点を同期測定
最大12ヘッドの同期サンプリングで複数点を同時取得し、振動モードの分離や量産ラインでの共振検査に展開します。
共振周波数測定の方式比較
測定方式によって、質量負荷の有無・導入のしやすさ・複数点同期などに大きな差があります。
| 比較項目 | LK-G5000シリーズ （レーザ三角測距／非接触変位） |
レーザドップラ振動計 | 接触式加速度センサ | 渦電流式変位センサ |
|---|---|---|---|---|
| 測定原理 | 変位（振幅）を時系列取得 | 速度（ドップラ効果） | 加速度（接触） | 変位（近接・渦電流） |
| 非接触・質量負荷の有無 | ◎ 非接触・質量負荷ゼロ | ○ 非接触 | × 接触・質量負荷で共振点シフト | △ 非接触だが近接が必要 |
| 高周波振幅の時系列取得 | ◎ 最速392kHzで取得 | ○ 高周波対応 | △ 積分処理が必要 | △ 機種に依存 |
| 導入・調整のしやすさ | ◎ 変位計として簡単に設置 | × 光学調整・スペックル対策が必要 | △ 配線・貼付の手間 | △ 対象材質の制約 |
| 複数点の同期測定 | ◎ 最大12ヘッド同期 | × 1点ずつの測定になりやすい | △ 多チャンネル配線が必要 | △ 機種に依存 |
| 表面状態・材質への対応 | ◎ ABLEⅡで光量自動制御 | △ スペックル・表面依存 | ◯ 材質を選ばない | × 導電体のみ |
LK-G5000シリーズを選ぶ理由
LK-G5000シリーズはレーザ三角測距の非接触変位計で、質量負荷をかけずに高周波の振幅を392kHzで時系列取得し、FFTで共振ピークを特定できます。調整の難しいレーザドップラ振動計や、質量負荷で共振点がずれる接触式に頼らず、圧電素子・MEMS振動子の共振周波数を簡単・安定に同定します。
共振周波数の非接触測定に対応するLK-G5000シリーズ
三角測距方式のレーザ変位計。高速サンプリングで振幅を時系列取得し、FFTで固有振動数を同定します。
超高速・高精度レーザ変位計
LK-G5000シリーズ
LK-G5000シリーズは信頼と実績の三角測距方式を採用したレーザ変位計で、対象に触れずに変位（振幅）を測定します。最速392kHzの超高速サンプリングにより、高速に振動する対象でも振幅を取りこぼしにくく時系列で取得。取得した変位波形をFFT解析すれば、圧電素子やMEMS振動子の共振ピークから固有振動数を非接触で同定できます。質量負荷をかけないため、軽量・微小な電子部品でも本来の振動を乱さず評価が可能です。光量自動制御機能ABLEⅡが対象の表面状態に追従し、光沢・微小ワークでも安定測定。メインコントローラにヘッド増設ユニットを接続すれば最大12ヘッドの同期サンプリングに対応し、複数点の振動モード評価や量産ラインでの共振検査にも展開できます。
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電子部品の共振・振動測定での活用例
圧電（ピエゾ）素子・超音波ホーン・振動モーターなど、高速サンプリングによる非接触測定で活用されています。
圧電素子の共振・固有振動測定
最速392kHzの高速サンプリングで、従来測定できなかった細かな振動まで捉え、圧電素子の振幅を非接触で時系列取得。FFT解析で共振ピークを特定します。
超音波ホーンの共振振幅測定
共振で駆動する超音波ホーンの振幅量を、小型ヘッドで非接触測定。設置しやすく、392kHzの高速サンプリングで細かな振動まで安定して捉え、設定条件の管理に活用します。
振動モーターの共振周波数測定
小型の振動モーターの微小な振動を非接触で測定。高速サンプリングで細かな振動までとらえ、質量負荷をかけずに共振周波数・振幅を評価します。
共振周波数の非接触測定（LK-G5000シリーズ）に関するよくあるご質問
- 圧電素子やMEMS振動子の共振周波数を非接触で測れますか？
- 測れます。LK-G5000シリーズで振動による変位（振幅）を高速サンプリングで時系列取得し、FFT解析すれば共振ピークから固有振動数を非接触で同定できます。質量負荷をかけないため軽量部品でも本来の値を評価できます。
- レーザドップラ振動計との違いは何ですか？
- レーザドップラ振動計は光学調整やスペックル対策が難しく、1点ずつの測定になりやすい方式です。LK-G5000シリーズは変位計として導入・調整が簡単で、最大12ヘッドの同期測定にも対応し、共振評価を現場で立ち上げやすい点が異なります。
- どのくらい速い振動まで測定できますか？
- 高速に振動する対象を測るにはサンプリング周波数が振動周波数の10倍以上必要です。LK-G5000シリーズは最速392kHzの超高速サンプリングに対応し、高周波の振幅もピーク値を過小評価せずに取得できます。
- 接触式の加速度センサと比べたメリットは？
- 接触式はセンサの質量が対象に加わり、軽量な振動子では共振点が本来の値からずれます。LK-G5000シリーズは非接触で質量負荷がゼロのため、微小・軽量な電子部品でも本来の振動状態で評価できます。
- 複数の測定点を同時に測れますか？
- 測れます。メインコントローラにヘッド増設ユニットを接続することで最大12ヘッドの同期サンプリングが可能です。複数点を同時取得して振動モードを分離したり、量産ラインでの共振検査に展開できます。
- インピーダンスや等価回路も測定できますか？
- 本製品は機械的な変形（変位・振幅）を測定する変位計です。電気的なインピーダンスや等価回路の測定はネットワークアナライザ等の領域となるため対応しません。共振の機械的挙動を非接触で観測する用途にご利用ください。
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