次世代レーザードップラー振動計 Optomet SMARTシリーズ

Optomet（オプトメット）社の次世代レーザードップラー振動計「SMARTシリーズ」は、従来のスタンドアロン型ハードウェアの枠を超えた、革新的な「ソフトウェア定義型」の測定プラットフォームです。その中核には高度なデジタル信号処理（DSP）技術が採用されており、FPGAベースのアルゴリズムによって不要なノイズを極限まで排除し、驚異的なS/N比を実現しています。単一のデバイス内に振動計、データ収集（DAQ）、信号発生器を統合し、比類のない測定精度と圧倒的なユーザー体験を提供することで、エンジニアが直面する最も困難な振動解析の課題をクリアにします。

レーザードップラー振動計とは？

オプトメット
Optomet GmbH

レーザードップラー振動計とはレーザーのドップラー効果を利用して、表面の振動の周波数と振幅を非接触で計測する振動計のことです。
本記事ではレーザードップラー振動計の原理をわかりやすく解説します。

多くの振動解析エンジニアは、測定の現場で以下のようなジレンマに直面しています。

加速度ピックアップなどの接触式センサーを使用する場合、センサー自体の質量付加効果が測定対象の固有振動数や減衰特性を変化させてしまい、真の振動状態を測定できません。軽量な素材や微細な部品ではこの影響が顕著になります。また、多点測定を行うためのケーブル配線や接着作業は膨大な工数を要し、セットアップエラーの原因ともなります。

一方で、従来の非接触式レーザー振動計にも課題がありました。機器の設定（測定レンジの選定やフィルタ調整など）が属人的になりがちで、測定環境の光学的ノイズ（スペックルノイズなど）によって十分なS/N比が得られないケースも少なくありません。さらに、大規模な構造物を多角的に測定しようとすると、複数デバイス間の同期やキャリブレーションが極めて複雑になり、データ解析に至るまでのハードルが高すぎたのです。

Optomet社が開発した「SMARTシリーズ」は、これまでの単なるスタンドアロン型ハードウェアとしてのレーザー振動計とは次元が異なります。最大の特徴は、システム全体がソフトウェアベースで統合され、将来的なアップデートによって継続的に進化していく次世代の測定プラットフォームであるという点です。

SMARTシリーズは、以下の3つのコアコンセプトに基づき、測定のあり方を再定義します。

1. Lab in a device（1台のデバイスに研究室の機能を）:
   振動計本体に、データ収集（DAQ）、任意波形ジェネレータ、リファレンス測定機能、4Kビデオカメラ、さらにはデータ処理用のPC機能までが高度に統合されています。外部機器への依存を減らし、複雑な配線を排除します。
2. System Concept（シームレスなネットワーク統合）:
   ギガビットイーサネット（最大10 Gbit/s）を通じて、複数のデバイスを無制限に接続・完全同期させることが可能です。
3. Intelligence（インテリジェントな自動化）:
   最適な測定レンジの自動選択、適応型ノイズリダクション、完全自動の3Dキャリブレーションなどにより、エンジニアは煩雑な設定から解放され、「Click and Go」で即座に測定を開始できます。

SMARTシリーズを次世代たらしめている中核技術が、FPGA（Field Programmable Gate Array）ベースの卓越したデジタル信号処理（DSP）技術です。

• 【極限の低ノイズ設計】適応型デジタルフィルタリング:
  光学センサーから得られた信号は、高精度なA/Dコンバータを経て即座にデジタル領域へ変換されます。SMARTシリーズは、IIR（無限インパルス応答）およびFIR（有限インパルス応答）フィルタを用いた高度な差分方程式ベースのアルゴリズムをリアルタイムで実行し、不要な周波数成分を極限まで排除します。さらに、スペックルノイズを自動的に低減する適応型フィルタにより、測定が困難な粗面や暗い表面であっても、常に最適なS/N比を自律的に確保します。
• 【驚異の測定ダイナミックレンジ】最高48 bitの高分解能:
  従来の32 bitアーキテクチャから、最高48 bitの振幅分解能へと飛躍的な進化を遂げました。最大50 MHzの広帯域でありながら、ノイズリミット分解能は1.7 fm/s/√Hz（原子の直径の数千分の一スケール）という極小の変位を捉えることが可能です。これにより、エンジニアは大きな揺れの中に埋もれていた微細な高周波ノイズを完全に切り離して解析できるようになります。

「SMART SCAN+」は、スキャニング振動計、DAQボックス、任意波形ジェネレータを1つのコンパクトな筐体に統合したモデルです。

• 高精細なデータマッピング: 4Kカメラ（20倍光学ズーム）を内蔵し、最大250,000スキャンポイントでの緻密な測定が可能です。複雑な形状のメッシュ作成も直感的に行えます。
• 圧倒的な接続性: 最大12のBNC接続に対応する4つのLEMO入力、最大312 MSPSの高周波入力、外部リファレンス用のファイバーヘッド接続ポートなど、多彩なインターフェースを備えています。
• 将来を見据えた拡張性: ソフトウェアのアップデートによる機能拡張はもちろん、モジュールを追加することでシームレスに「SMART 3D-SCAN」システムへとアップグレード可能な設計となっています。

Optomet｜Optomet SMART Scan+ スキャニング式レーザードップラー振動計

オプトメット
Optomet GmbH

Optomet社の「SMART Scan+」は次世代モデル SMARTシリーズのスキャニング式レーザードップラー振動計です。測定対象表面の振動を非接触で高精度に可視化するスキャニング式レーザードップラー振動計です。データ収集システム（DAQ）、任意信号ジェネレータ、直感的な7インチタッチスクリーンをわずか7.8kgの単一筐体に統合し、計測環境の構築にかかる時間を劇的に短縮します。

「SMART 3D-SCAN」は、3台のSMART SCAN+を組み合わせた、完全同期の3D振動解析システムです。

• 3次元モーションの完全な把握: 対象物の面内（In-plane）および面外（Out-of-plane）の振動を同時に正確に捉え、複雑な構造物の完全な3Dモーションプロファイルを取得します。FEM（有限要素法）モデルの検証に不可欠な精密データを提供します。
• 自動化されたセットアップ: 従来は非常に手間がかかっていた3D測定のキャリブレーションプロセスを完全に自動化。テストサイトでのセットアップ時間を劇的に短縮し、作業効率を大幅に向上させます。

長距離から極小の近接測定まで、あらゆる場面で活躍する単一ポイント振動計の決定版が「SMART Single+」です。

• 大幅な小型・軽量化による機動力: 従来機（NOVAシリーズ）と比較して、体積を約23%、重量を約50%（約4kg）削減。実験室のみならず、フィールドでの測定にも最適な機動力を誇ります。
• あらゆる測定距離に対応: ショートレンジ（6mm〜5m）、ミッドレンジ（125mm〜10m）、ロングレンジ（450mm〜100m）の交換可能なレンズにより、対象物のサイズや距離を選びません。
• 直感的な7インチタッチディスプレイ: 本体に統合されたタッチディスプレイにより、PCレスでの機器設定やリアルタイムの信号確認が可能となり、現場での使い勝手が格段に向上しています。

エンジンルーム内やX線環境、高温の恒温槽内など、本体を設置できない過酷な環境や狭小スペースでの測定に威力を発揮するのがファイバー接続モデルです。

• 最大4点の完全同期測定: 最大4つのファイバーヘッドを接続し、4チャンネルすべてでフル帯域幅の同時測定を実現します。各ポイント間の差動測定も容易に行えます。
• SMART 3D-Fiberによる局所3D解析: 特殊な3Dファイバーヘッドを使用することで、極めて狭い空間内のシングルポイントにおける面内・面外振動の3D解析が可能になります。

SMARTシリーズの高度な信号処理と柔軟なハードウェア構成は、これまでにない価値を様々な分野へ提供します。

• 自動車NVH・フルボディ振動計測:
  複数のSMARTデバイスを車両の周囲に配置し、ネットワーク化することで、大型の車両全体の振動を同時に測定できます。「SMART LAB」ソフトウェア上で自動的にキャリブレーションとデータのスティッチングが行われるため、風洞実験室などでの実稼働状態での高精度な空力・振動解析に最適です。
• 超音波モータおよび非破壊検査:
  50 MHzの広帯域と高分解能により、超音波帯域の微細な局所欠陥共振（Local Defect Resonance）を明確に捉えます。微小な亀裂や剥離の非破壊検査において、ノイズに埋もれて判別できなかった異常を確実に検出します。
• ブレーキ鳴きの解析（Brake Squeal）:
  SMART 3D-SCANを用いて回転するブレーキディスクの3次元振動を高精度に分離して可視化。不快なブレーキ鳴きの根本原因の特定と対策に貢献します。

Optomet社の「SMARTシリーズ」は、単なる高精度な測定器の枠を超え、ソフトウェアと最先端のデジタル信号処理によって常に進化を続ける次世代の振動解析プラットフォームです。設定の自動化、極めて高いS/N比、そして完全同期による無制限の拡張性は、エンジニアを煩雑な測定セットアップから解放し、「測定データの真の解析と製品の最適化」という本来のコア業務に集中させることを約束します。

これまでの振動計測の限界を感じている方、または次世代の製品開発に向けてより高度な解析環境を求めている方は、ぜひこの新しいパラダイムシフトを体感してください。