チャージアンプ

(charge amplifier)
振動測定に使うアンプ(増幅器)、または振動計そのものを指す。
電荷出力型の振動センサ(加速度ピックアップ)の出力は電荷なので、それを電圧信号に変換(増幅)して、データ処理を行う計測器(DAQ、FFTアナライザ、オシロスコープなど)に入力できるようにする。振動やひずみなどのセンサからの信号は微弱なので、計測器に入力できるような電圧の信号に変換(増幅)する必要がある。振動計測では、センサからの信号を受ける「計測器の先端機器(入力部)」であるチャージアンプをフロントエンドと呼ぶことが多い。

環境測定の国産計測器メーカ リオンは騒音計や振動計を多数ラインアップしている。ハンドヘルドではなく多チャンネルの振動計はUV-15/16というモデルがある。1(または2)入力できる箱型で、複数台数を横につなげてチャンネル数を増やしていくスタック型計測器である。それぞれの品名は、UV-15は「振動計ユニット」、UV-16は「2チャンネルチャージアンプ」。UV-15とUV-16の主な違いは入力数で、両方とも「圧電式加速度ピックアップやプリアンプ内蔵型加速度ピックアップ(IEPE/ICP)の入力に対応」している。
プリアンプ内蔵型センサは電源(定電流源)を供給する必要があるため、通常はチャージアンプではなく「定電流電源付きセンサアンプ」を使い、センサからの信号を計測器に入力する。ところがリオンのUV-16はチャージアンプといいながら、「定電流電源付きセンサアンプ」の機能を持っている。また、チャージアンプといいながら振動計そのものである(UV-15は振動計といっている!)。なので、この解説の冒頭に、「振動計そのものを指す」と書いたのである。
整理すると、チャージアンプとは1.「電荷出力型の振動センサのフロントエンド」なのだが、振動計トップベンダのリオンでは2.「プリアンプンプ内蔵型の振動センサからの信号も受けられる、振動計の名称」である。

「振動計専門メーカ」を標榜する昭和測器(株)はチャージアンプと「アンプ内蔵センサ用電源」をラインアップしている。チャージアンプ Model-4035-50は「センサから出力された電荷信号を電圧信号に変換でき、電荷出力型やプリアンプ内蔵型の加速度センサに対応している」とある。FFTアナライザなどで振動計測が得意な小野測器にはCH-1200A チャージアンプがある。振動加振器などの振動試験メーカであるIMV(アイエムブイ)やエミック(EMIC)にもチャージアンプ製品がある。
動ひずみなどのひずみ測定器メーカもチャージアンプをつくっている。株式会社エー・アンド・デイの工業計測機器は旧三栄測器のレコーダやひずみ測定用のアンプで、シグナルコンディショナの1製品にAG3103 チャージアンプがある。AG3103の製品カタログのタイトルは「機械振動計測器」である。東京測器研究所の動ひずみ測定器 TMR-300シリーズ マルチレコーダには「チャージアンプユニット TMR-361」がある。ロードセルを豊富にラインアップするティアック(TEAC)には圧電型加速度トランスデューサ用のアンプ SA-611 があるが、そのカタログには「電荷出力型トランスデューサ用のチャージアンプ」と書いてある。
つまり、振動やひずみの計測器メーカはほとんどチャージアンプをつくっている(電荷出力型センサに対応するアンプをラインアップしている)が、各社によって製品分類は様々で、品名もチャージアンプとは限らない。ロードセルの製品群にもチャージアンプがある程なので、初心者にはわかりにくい。

charge(チャージ)は電荷、amplifier(アンプ)は増幅器なので、チャージアンプは「電荷の増幅器」。加速度センサなどが出力する微小な電荷を電圧信号として増幅し、計測器が受けられる(処理できる)ようにする装置である。電荷のアンプなら振動センサ用でなくてもチャージアンプと名乗れるが、主に振動センサとの組み合わせが多い。同様にひひずみゲージからの微弱な信号を増幅するのがストレインアンプ(strain amp、ひずみアンプ)で、加速度センサなどの振動測定用のアンプがチャージアンプといえる。ストレインアンプはメーカによってはシグナルコンディショナとも呼ばれる。また、トランスデューサといういい方もある。単にセンサと計測器を仲介するアンプなのに、こんなに様々な表現(用語)があり、まったく初心者には理解しにくい。誤解を恐れずにいうと、振動ならチャージアンプ、ひずみならストレインアンプと覚えると楽である。