振動センサ Accelerometer/IEPE/PCB/MEMS 1908-2026（しんどうセンサー）
Vibration Sensor/Accelerometer 1908-2026 (差別化: 振動計測装置軸)。Hans Geiger 1908 (放射線検出器+加速度計研究)・Piezoelectric Accelerometer 1949 RCA Labs+Endevco 1957 (PZT Lead Zirconate Titanate結晶・動的振動Dynamic 1Hz-30kHz・Charge Output→Charge Amp必要)・Brüel & Kjær Denmark 1942 (Type 4370+4393+4544+8341・Reference Standard Industry最高峰・Vibration+Acoustic+NVH Noise/Vibration/Harshness)・PCB Piezotronics USA 1967 (Industrial Series 352+356+393+603+ICP Powered+IEPE 4mA供給)・Endevco USA 1957 (Model 727+2220C+86・Aerospace+Defense・現MTS買収)・Kistler Switzerland 1957 (Charge Mode+ICP・8702+8704+8762・Modal Test+Crash Test)・Dytran USA 1970+IMI Sensors PCB買収+National Instruments NI Accelerometer・MEMS Capacitive Accelerometer (Analog Devices ADXL345+ADXL355+ADXL372 Industrial)+ST Microelectronics LIS3DH+IIS3DWB+H3LIS331DL+Bosch BMA450・MEMS低周波0-1kHz+低価格Mobile/Wearable・Auto Sensor: Bosch BMA+Sensor Tile+Continental Crash Sensor+Airbag Trigger・Type: Single-axis 1軸+Tri-axis 3軸 X/Y/Z同時+Hexa-axis 6軸 (Accel+Gyro IMU)・Output: Charge mode pC/g+IEPE Voltage mV/g (Industry Standard)+4-20mA+Digital I2C/SPI/CAN・Range: ±0.5g-±5000g+Sensitivity 1-1000mV/g・Bandwidth: DC-50kHz+Frequency Response Hz Linear・Application: Predictive Maintenance Vibration Analysis (Bearing+Motor+Pump+Gear・FFT+Order Tracking+Envelope Demodulation・Industrial Industry 4.0)+Modal Analysis (Free Vibration mode shape+構造解析)+NVH Vehicle (Crash Test+Engine Bench+Chassis Comfort)+地震計 Seismometer (Kinemetrics+Nanometrics+Güralp+気象庁強震計STS-2/T120)+Aerospace Engine+Building Health Monitoring・Wireless IoT: Petasense+Augury+Erbessd+Honeywell Versatilis+Banner Engineering+SKF Vibration Wireless・¥1K-¥¥¥¥¥¥/Industry B&K 8341 ¥300K+PCB Industrial $500-$2000・¥10-¥¥¥/MEMS ADXL345 ¥500・2026年B&K+PCB+Endevco+Kistler+ADI MEMS+ST+Petasense Wireless主流。
概要
振動センサは、機械・構造物・環境などが受ける加速度を電気信号に変換する装置で、産業用モニタリングから自動車・航空機のNVH（騒音・振動・ハルシュネス）評価、地震計まで多岐にわたる用途があります。
本稿では、IEPE（Industrial Electronics Piezoelectric Excitation）方式を採用したパッシブ加速度計（PCB・MEMS）を中心に、1908年のHans Geigerによる加速度計研究から2026年に向けた最新動向までを網羅します。
主な特徴・仕組み
| 特徴 | 内容 |
|---|---|
| 出力形式 | ①Charge mode（pC/g） ②IEPE（mV/g） ③4‑20 mA ④I²C/SPI/CAN |
| 測定範囲 | ±0.5 g 〜 ±5 000 g（高加速度用） |
| 感度 | 1 mV/g 〜 1 000 mV/g |
| 帯域幅 | DC 〜 50 kHz（高速振動） |
| 構成 | ①Piezoelectric（PZT） ②MEMS（capacitive） ③ICP（Integrated Circuit Power） |
| 環境耐性 | IP65 以上、-40 °C 〜 +85 °C、耐衝撃・耐振動 |
| サイズ | 直径 10 mm 〜 30 mm（MEMS） 直径 50 mm 以上（パッシブ） |
| 電源 | 4 mA IEPE（内蔵電源） ①外部電源（+12 V） ②バッテリ駆動（MEMS） |
| コスト | 5 000 円 〜 200 000 円（産業用） 500 円 〜 5 000 円（MEMS） |
| データレート | 1 kS/s 〜 100 kS/s |
| 設置形態 | ①マウント式 ②ワイヤレス（BLE/LoRa） ③センサタイル |
IEPE方式は、センサ本体に電力を供給し、電圧出力で加速度を表すため、外部増幅器が不要で高い信号対雑音比を実現します。MEMS型は低コスト・低消費電力で、モバイル・ウェアラブル向けに適しています。
具体例・対応製品
| 製品名 | 型番 | 種類 | 測定範囲 | 感度 | 帯域幅 | 出力 | 価格 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Brüel & Kjær | 8341 | パッシブIEPE | ±5 000 g | 1 mV/g | 0‑50 kHz | IEPE 4 mA | ¥300 k |
| PCB Piezotronics | 352 | パッシブIEPE | ±500 g | 5 mV/g | 0‑10 kHz | IEPE 4 mA | ¥50 k |
| Endevco | 727 | パッシブIEPE | ±1 000 g | 10 mV/g | 0‑30 kHz | IEPE 4 mA | ¥80 k |
| Kistler | 8702 | パッシブIEPE | ±5 000 g | 2 mV/g | 0‑50 kHz | IEPE 4 mA | ¥120 k |
| Analog Devices | ADXL345 | MEMS | ±2 g | 300 µV/g | 0‑1 kHz | I²C | ¥500 |
| ST Microelectronics | LIS3DH | MEMS | ±2 g | 400 µV/g | 0‑5 kHz | I²C | ¥700 |
| Bosch | BMA450 | MEMS | ±2 g | 250 µV/g | 0‑5 kHz | I²C | ¥600 |
| Petasense | Wireless Vibe | MEMS/IEPE | ±5 g | 1 mV/g | 0‑10 kHz | BLE | ¥1 k |
| Erbessd | Vibe‑WIFI | MEMS | ±2 g | 300 µV/g | 0‑5 kHz | Wi‑Fi | ¥1 k |
| Honeywell | Versatilis | MEMS | ±2 g | 350 µV/g | 0‑5 kHz | CAN | ¥1 k |
注
価格は2025年時点の日本国内販売価格で、為替変動や販売チャネルにより変動します。
選び方・注意点
- 測定対象の振動周波数
- 低周波（0‑1 kHz）ならMEMS、ハイフリークエンシー（10‑50 kHz）ならパッシブIEPEが適切。
- 感度と測定範囲のバランス
- 高感度が必要なら1 mV/g以上、極端な衝撃を測定する場合は±5 000 g以上の範囲を持つモデルを選択。
- 出力形式
- 既存のDAQがIEPEに対応していればIEPE、デジタルI/Oが必要ならI²C/SPI。
- 環境耐性
- 工場内の高温・高湿・粉塵環境ではIP65以上、耐衝撃型を選択。
- コスト対性能
- MEMSは低コストだが帯域幅が狭い。予算と用途を照らし合わせて選択。
- ワイヤレス化
- 配線が困難な場所ではBLE/LoRa搭載型を検討。電池寿命と通信距離を確認。
関連用語との違い
| 用語 | 主な違い | 用途例 |
|---|---|---|
| 加速度計（Accelerometer） | 基本的に加速度を測定するセンサ。IEPE・MEMS・パッシブのいずれも含む。 | 工場モニタリング、スマートフォン |
| 振動センサ | 加速度計を振動測定に特化した表現。 | 車両NVH、機械保守 |
| センサタイル | 複数の加速度計を一体化したパッケージ。 | 産業用IoT、データロガー |
| IEPE | 電源供給と電圧出力を同時に行う方式。 | 高精度振動計測、航空機 |
| MEMS | 微細構造で低コスト・低消費電力。 | ウェアラブル、モバイル |
| Piezoelectric | PZT材料を用いたパッシブセンサ。 | 高周波振動、衝撃計測 |
| Seismometer | 地震計。低周波・高感度。 | 気象庁、地震観測 |
よくある質問（FAQ）
-
IEPEとCharge modeの違いは何ですか？
IEPEは電圧出力で電力を供給し、外部増幅器が不要です。Charge modeは電荷出力で、専用の電荷増幅器が必要。IEPEは産業用で広く採用され、信号対雑音比が高いです。 -
MEMS型の加速度計は高周波振動に適していますか？
MEMSは帯域幅が数kHz程度で、10 kHz以上の高速振動には不向きです。高速振動を測定する場合はパッシブIEPE型を選択してください。 -
測定範囲が±5 000 gのセンサは、どのような環境で必要ですか？
航空機のエンジン試験、衝撃試験、爆発試験など、極端な加速度が発生する環境で使用されます。日常的な機械保守では±500 g程度で十分です。
まとめ
振動センサは、IEPE方式のパッシブ加速度計とMEMS型のデジタル加速度計の二大ブランチに分かれます。IEPEは高精度・高帯域幅を実現し、航空機・産業用モニタリングで主流です。MEMSは低コスト・低消費電力でモバイル・IoT向けに急速に普及しています。2025‑2026年の動向としては、BLE/LoRaを備えたワイヤレス型の普及、AIベースの振動解析ソフトウェアとの統合、そして高温・高湿環境に耐えるIP65以上の製品が注目されています。用途・環境・コストを総合的に検討し、適切な型番・仕様を選択することが、長期的な信頼性とコストパフォーマンスの鍵となります。