在振動分析領域，工程師面對的共同困境是：加速計只能量單點，雷射測振儀（LDV）只能逐點掃描，都無法同時看見整個結構的振型分佈。高速攝影機搭配 DIC（數位影像相關法）技術，一幀影像即可生成 435 個以上的虛擬量測點，完整還原全場位移與應變分佈圖，這是加速計和 LDV 無法做到的根本性突破。
三種振動量測工具比較
| 工具 | 量測原理 | 優點 | 缺點 | 最佳場景 |
|---|---|---|---|---|
| 高速攝影機 + DIC | 追蹤表面斑點位移，全場影像相關法 | 全場非接觸、千點同測、可視化振型 | 頻率上限 ~3–4 kHz（全解析）；雜訊基底 ~100 nm | 振型分析、旋轉件、非重複衝擊 |
| 加速計（壓電/MEMS） | 壓電晶體或電容感測加速度 | 成本最低、設置快、頻率寬（0.5 Hz–14 kHz） | 單點量測、有質量附加效應、需接觸安裝 | 旋轉機械狀態監控、IoT 連續監測 |
| 雷射測振儀（LDV） | 雷射干涉儀量測都卜勒頻移 | 靈敏度最高（~1 nm）、頻率 >10 kHz | 逐點掃描慢、需重複激振、設備最貴 | MEMS 元件特性化、高頻 NVH 分析 |
實務建議：高速攝影機（DIC 全場振型）+加速計（ISO 合規數值），兩者互補非替代。高速攝影機找出「哪裡有問題」，加速計輸出 ISO 20816 合規報告。
五個「只能用高速攝影機」的場景
1. 旋轉葉片與服役中機械
服役中的渦輪葉片、風扇葉片完全無法安裝感測器。高速攝影機（如 AOS M-PRI 4,000fps）可在非接觸狀態下量測旋轉葉片的位移，不確定度 ±10 μm（業界量測實務參考值）。
2. DIC 全場應變圖
加速計只能量單點，DIC 一次取得全結構位移分佈圖。一幀影像自動生成 435 個虛擬量測點，空間密度遠優於加速計陣列（業界常見量測實務）。適合複合材料板、PCB 板級全場應變分析。
3. PCB 微振動與元件破壞可視化
輕薄 PCB 上最小加速計的質量已造成共振頻率偏移，且加速計無法顯示元件級破壞模式（錫裂起始點、銲錫斷裂位置）。高速攝影機可直接可視化 PCB 在衝擊過程中每個元件的動態行為。
4. 衝擊 / 瞬態（<1 ms 脈衝）
加速計頻寬上限約 1,600 Hz（最短可分辨半週期 ~0.3 ms）；高速攝影機（AOS M-PRI 4,000fps，每幀 0.25 ms；SSZN SH6-113 最高 1,000,000 fps），同時捕捉 2,000+ 空間節點的動態行為。
5. 非接觸量測（高溫 / 帶電 / 機器人手臂）
高溫爐內部件、帶電導軌、主動運動的機器人手臂，物理上無法貼感測器。高速攝影機在 1–5 m 工作距離下仍可量測微米級位移。
台灣工業應用場景排序
| 排名 | 場景 | 市場規模 | 攝影機必要性 | 推薦機型 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | PCB / 電子 JEDEC 跌落測試（JESD22-B111 / IPC-9701） | 最大（消費電子/伺服器代工產業鏈，採購點數量龐大） | 不可替代（標準方法論點名） | AOS M-PRI / DITECT HAS-U1 |
| 2 | 工具機主軸顫振（台中精機聚落 200+ 廠商） | 大 | 高（振型可視化，ISO 17243-1） | AOS M-PRI / AOS L-PRI |
| 3 | 馬達 / 伺服驅動 R&D（工業馬達與伺服驅動業者） | 中 | 中（R&D 根因確認） | AOS L-PRI / Mega Speed MS180K V2 |
| 4 | MEMS 感測器製程（晶圓代工廠） | 小 | 低（LDV 為主流，攝影機輔助） | DITECT HAS-D73 |
振動頻率 vs 所需 fps 對照表（Nyquist 定理）
| 應用場景 | 目標振動頻率 | 建議幀率 | 推薦機型 |
|---|---|---|---|
| 旋轉機械（含 10 次諧波，10,000 RPM） | ~1,667 Hz | 5,000–10,000 fps | AOS M-PRI 4000 / AOS L-PRI |
| PCB 衝擊跌落（JEDEC B111） | 衝擊脈衝 <1 ms + 板振動 | 20,000–100,000 fps | AOS M-PRI 極速 / DITECT HAS-U1 |
| 音頻範圍振動（<20 kHz） | 最高 20 kHz | 60,000–80,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 超音波振動（>20 kHz） | 40 kHz 常用 | 80,000–160,000 fps | DITECT HAS-U1 |
| 主軸顫振（工具機 DIC 振型） | 500–5,000 Hz | 1,000–10,000 fps + DIC 軟體 | AOS M-PRI / AOS L-PRI + VIC-3D HS |
ISO 20816 標準角色解說
ISO 20816（2022 現行版）為 15 kW 以上機械的旋轉件振動速度評估標準（10–1,000 Hz，mm/s RMS），D 區間閾值 >7.1 mm/s RMS 須立即停機。
重要：ISO 20816 合規數值仍靠加速計輸出，高速攝影機 + DIC 做全場振型根因可視化，兩者是互補工具，不是替代關係。若客戶需要 ISO 合規報告，東茂建議搭配加速計同步量測，攝影機負責視覺化根因分析。
典型應用案例：PCB 跌落可靠度測試（JEDEC JESD22-B111）
JEDEC JESD22-B111 規定 PCB 在 1,500 G / 0.5 ms 半正弦波衝擊下的錫球存活測試。典型量測需求：
- 幀率：78,212 fps（每幀 12.8 μs，確保 0.5 ms 脈衝內有 ~40 幀）
- 解析度：足夠辨識 0.5 mm pitch 錫球的排列
- 觸發：與跌落台衝擊訊號 TTL 同步，觸發延遲 <1 μs
- 記錄：Ring Buffer 預錄（衝擊前 10 ms + 後 100 ms）
推薦機型：AOS M-PRI 4000（降解析極速 85,360 fps）或 SSZN SH6-113（極速 1,000,000 fps，全解析度 1,280×1,024 @ 13,800 fps）。
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選型常見問題
50,000-200,000fps 的高速攝影機怎麼選？
高速攝影機拍燃燒噴霧需要多少 fps？
作者：陳聖鑫 Alex Chen
東茂儀器科技有限公司｜業務窗口
10 年高速攝影機產業經驗，代理 AOS Technologies（瑞士）、SinceVision SSZN（中國）、DITECT（日本）、Mega Speed（加拿大）四大品牌，服務台灣半導體、汽車測試、學術研究客戶。