homeへ
システム製品案内
システム導入事例
技術コラム
新着情報
会社案内
コラム
アクシス・ネット技術コラム

技術コラムを連載でお届けいたします。
「ケースレー428−PROG型電流電圧変換アンプのエミュレーション・モード搭載したA4280高速電流電圧変換アンプ」の開発現場より、不定期でお送りします。
投稿日時: 2020-2-27 11:25:02 (3 ヒット)
電気の怪獣といえば、
今であればほぼ100%ピカチュウと言われるのだろうが、
エレキングも捨てがたい(ウルトラセブン)
ピカチュウ 10万ボルト 
エレキング 50万ボルト

ウルトラセブンは、なかなかの名作ぞろいで子供相手に本気を出した
特撮物であったような気がする。
といっても、リアルタイムで見ていた人は、若くても50歳以上で
世の移り変わりのなんと早いこと。

実際の生物では、ネットで調べると
電気ウナギ 最大電圧800V 1A を1m秒程度
電気ナマズ 最大電圧300V程度 
シビレエイ 最大電圧60V ピーク電力100W 10m秒間
の3種類が有名です。

特に電気ウナギは、時として馬でも死ぬといわれています。
感電で重要なのは、経験上電圧と電力です。
感電の被害の大きさは体内を流れた電流で決まります。
ただ、最初の皮膚の絶縁を破る電圧があるかどうか
電流が流れても電圧を維持できるエネルギーが溜まっているかで
痛さが変わります。

筆者は、感電は、嫌いですが電気風呂が大好きです。
銭湯の電気風呂は3-10V で 10mA以下の電気を電極間に流し
人間の体には、1mA以下の電流が流れるようになっています。
感電の疑似体験器を製作した時に測定した電流では500μA程度で
充分痛く感じます。

その感覚から推測すると2-300μA程度の電流ではないかと想像します。
この辺りが気持ちよさげです。
体の中では、何かが電気泳動されていそうです。


筆者は、温泉も大好きで特にお気に入りは
万座温泉  お湯(硫黄泉)が最高です。
那智勝浦 忘帰洞 
曽爾高原 亀の湯など 多数あります。

エンジニアには、たまには温泉に浸かってストレス解消をお勧めします。
お湯に浸かってほっこり。。。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-2-13 15:18:55 (16 ヒット)
著者の周りには、けっこう苦労しているエンジニアがたくさんいます。
毎日が苦労の連続、一難さってまた一難。

何で難しい問題が起こるんや。毎日、何かの問題を解決しないといけない無間地獄。
いやいや、問題解決の能力があるから、より難しい問題がやってくる。
しかし、これはどうにもならん。。。
どこで人生を間違ったのか、自問自答を繰り返す。

うまくいったはずなのに、帰ってくるとトラブルが起きている。
まさに いたちごっこ。

エンジニアにとっての幸せは、
1.装置が動く
2.まともなデータがでる
3.顧客から文句が出ず、営業から感謝される。
ささやかな幸せである。

たったこれだけのことに、うまくいかずに悶え苦しむ。うまくいっているときも、絶えず不安感がよぎる。

1990年くらいに日本でも、マーフィーの法則が有名になりました。
アメリカ空軍のエンジニアが言ったことがきっかけですが。
壊れる可能性のあるものは、必ず壊れる。
壊れるタイミングは、最悪のタイミングで壊れる。

桂米朝(3代目)での落語 算段の平兵衛の一節で
弱り目に祟り目、貧すりゃ鈍する藁打ちゃ手打つ、
便所に行ったら人が入っとる。というくらいひどい状態。

不幸は必ずやってくる。長年、エンジニアをやっているとマーフィーの法則が確かにあると思える。

ただ、長い経験の中でじっくり思い起こすとすべてがうまくいかなかったこともなく
運よく問題を簡単に切り抜けたこともある。

たまたま、ひどい例に当たった時に強い印象が残って自分はどれほど不幸かを逆に
自慢していたような気がしてきます。

自尊心とは、不思議なもので自分が特別であることを自慢したくなります。
SNSの承認要求も同じ根源ではないでしょうか。

いいねと大変ねは、紙一重。 運、不運の分かれ目も紙一重。

昔々、まるで仙人のようなエンジニアと仕事をしました。
仕事は楽しんでやるもの、トラブルも楽しむ。仕事があることに感謝する。
時間さえあれば解けない問題は無い。 

悟りの境地です。
こうなれば、毎日幸せ。

手と手を合わせて
(シワとシワとが合わさり寄って)
しわ寄せ。

やはりできるエンジニアには不幸が似合う。。。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-2-6 15:08:05 (14 ヒット)
世の中には、見たいと思っても見えない物 見たくなくても見えてしまう物があります。
光学的に見えるものは、人間の目で見える光の領域でしか見えません。
この領域を可視光領域といい、赤から紫までです。実体顕微鏡も拡大はできますが
可視光領域をはみ出て観測はできません。(およそ波長800nm-400nm)

要は、この領域からでた光を目で観測することができず、400nmより小さい物は
光学顕微鏡では見れません。
細菌の大きさは1μm以上はあるので、顕微鏡での観察は可能ですが
100nm以下のウィルスは、見ることができません。 
まてまて、ニュースでウィルスの写真を見たぞという方、その写真は電子顕微鏡の画像で
可視光で見たものではありません。

電子顕微鏡は、サンプルに電子を当て跳ね返ってきた電子を測定し画像化したもの(SEM)か
電子をサンプルにあて透過してきたものを測定し画像化しもの(TEM)があります。
通常ニュースで流されている映像は、SEMの画像です。

有名な野口英雄は、細菌研究ではその時代のトップでしたが、実験器具は光学顕微鏡だけでした。
その為、研究中に黄熱病のウイルスに感染し亡くなります。 
電子顕微鏡は野口英雄が亡くなってから2年後に開発されます。

この100年間で、見える物見えざる物も変わってきました。 
電子以外にも、観察する手法として超音波やX線等が使われます。

超音波は非破壊試験として、壁の中のヒビの検出等や 超音波エコーとして内臓の動きが見えます。
X線は、物質を透過し観察します。 レントゲンやCT等 骨折の状態や 肺の検査に使われています。 研究用では兵庫県の山奥にあるSACLAはX線レ―ザーで
世界最小の物が見えます。 波長63pm 原子が直接見えそうです。
でも、SACLAは装置ではなく施設です。

バイオセンサーの対象物はおおざっぱに言って、
カビ100μm 酵母10μm 細菌1μm ウィルス100nm以下というところでしょうか。

細菌までは、顕微鏡で確認しセンサーを通過すれば信号が出るという検査もできるかもしれませんがウィルスは強敵です。電子顕微鏡はまだまだ大がかりな装置で簡単に見るという感じではありません。

ウィルスの検査方法で今一般的といわれているのは、PCR法(ポリメラーゼ連鎖反応)でRNAもしくはDNAを増幅し検査する方法です。
これも、直接ウィルスを見ているわけではありません。

見た目だけで インフルエンザの型がわかればいいのですが。
ウィルスを直接見ても何のウィルスかは正確にはわかりません。

ウィルスや細菌が1000倍くらいになってそのまま見えるようになれば、
おそらくホラー映画の1場面のようになってしまいます。
恋人の本当の姿を見たいと思っても、
恋人がばい菌だらけでは、百年の恋も冷めるというものです。
人間は見た目が99%。 知らぬが仏、見なくていい物もありそうです。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-1-31 16:28:04 (21 ヒット)
中国 秦の趙高が鹿を二世皇帝に献じて馬であると披露すると、群臣は趙高の権勢をはばかって
反対を唱えなかったという。もう少し詳しく解説すると鹿を連れて歩きこれは馬だと言い、
それは鹿ですがと言った者はすべて処刑し逆らう物を排除したという。
自分の権勢をよいことに、矛盾したことを押し通す。また、人を愚弄する。
白を黒ということわざです。

筆者は、中国の歴史も大好きで横山光輝の中国史の漫画をすべて読みました。
今風にいうとキングダムです。
人間は太古の昔からあまり変わってないのかもしれません。
盛者必衰のことわりのとおり、歴史は繰り返されます。 
この趙高も二世皇帝を殺した後殺害されます。 
(二世皇帝とは、秦の始皇帝の出来の悪い息子胡亥で、趙高が始皇帝の死後策略を持って二世皇帝にします。 因みに始皇帝は預言書で『秦を滅ぼすのは胡ならんや』
ということを信じ 胡を北西の民族だと思って防御用に万里の長城を築きます。
預言書は当たっていて 秦を滅ぼすのは胡亥であったという落ちです。
 北西の民族とは簡単に言うとジンギスカンの先祖で、ジンギスカンは万里の長城
を破ります。その後世界最大のモンゴル帝国を築きます。
2重の意味で当たっている預言書はすごい)

現在も、目まぐるしく技術が変わっているように見えますが何か本質のところでは
同じようなことが問題になっているのではという気持ちになります。
自動運転、宇宙旅行、バイオテクノロジー 人工頭脳 等 華々しい言葉が
飛び交います。
ただ、現在の技術開発をみていると、何か鹿を指して馬と為すの要素が混ざって
いるような気配を感じてしまいます。
未来予想とは、いかに難しいか。 

確かに、半導体ができてから電気製品の性能は飛躍的に上がり、コンピュータの
発展(ハード ソフト)も年々変わっていきます。夢を実現するという言葉が
良く聞かれ、確かに新製品は夢に近づいているように思えます。
CPUも 一時期はムーアの法則により 1.5年で2倍の性能アップ
(トランジスタの数で2倍)が行われておりました。
あの頃、CPUは速くなってもOSが重くなって、差し引きあまり変わらない
処理速度であったよう気がします。
前にも言いましたが、だから筆者は、Windowsが嫌いです。
新しいCPUは前より高速になっているので 同じアプリケーションは2倍の速さで
動いてほしい。経験で言えるのは、CPUを変えるよりハードディスクをSSDに
した方がPCは速くなります。

ムーアの法則も、CPUのみならず広く技術開発の場面で叫ばれ技術は必ず進化し
続けるものとされています。技術者も毎日努力しているので進化しているはず
なのですが、時々新製品が前の製品より性能が落ちていることもある。
どことは言いませんが、OSの大手メーカーでさえVISTAや8 8.1は無かったことにしていましたね。 7の方が10より使いやすいのに。

子供のころはいずれ自動車が空を飛び 町をロボットが歩いているところを夢見ていましたが
2003年4月7日 もしくは、2013年4月7日鉄腕アトムは生まれませんでしたし 自動車はまだ空を飛んでいません。

ただ、サンダーバードが出動する国際救助隊本部にあるモニターは、
どう見ても液晶パネルでした。50年以上前に、液晶パネルを正確に予測したことは、すごいことです。 但し 原子力でどうやって空を飛ぶのかが未だにわかりません。
何を噴射していたのやら。。 また、マイクがやたらにでかい。もう少し小型化できるやろう。

現在では、車は空を飛ばなくても、ドローンは飛んでいるし皆スマホで通信しているし
AIは日々進化しているようです。

技術の進化は、徐々に進む部分と一気に進む部分の組み合わせのような物なので
社会生活を変える開発は、予想が難しく当然開発も難しいので予想が中々当たりません。
この辺りに、馬と鹿が住んでいそうです。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-1-27 11:16:31 (21 ヒット)
よく新製品開発を山登りに例えて今8合目であるとか
頂上が見えてきたという表現をします。

エベレスト登山では、登るのも難しいが下りるのはもっと難しい。
2019年は、頂上で渋滞が数100人あり 10名亡くなられています。
もっと驚きなのは日本では、谷川岳(1977m)登山での死亡事故ギネス記録
2012年までに805名の死者が出ている。
ちなみに、世界各国の8000メートル峰14座の死者を合計しても637名であり、
この飛び抜けた数は日本のみならず「世界の山のワースト記録」として
ギネス世界記録に記載されている。
原因としては、複雑な地形や切り立った岩壁、そして激しい天候の変化があります。
景色も素晴らしく、軽装備の登山客やスキーヤーも多く訪れるので
結果、多数の人が遭難します。簡単に見える山ほど危ない。

新しい技術の開発でも、確かに同じようなことがあり
新型の装置開発で大きな予算を使い開発設備も最新で多くの優秀なエンジニアが投入され
開発が進みます。


これに対して、例えば何かの部品の性能を引き上げるという開発があったとすると
よほど大型のプロジェクトでない限り、そんなに予算もかけられず多くのエンジニアも投入されません。

自動運転の開発で考えてみると、エベレスト登頂成功が自動運転でしょう。
多くに人が携わり、世界最高を目指します。 不意のトラブルにも対応した体制で臨みます。
自動運転に必要であると考えられるセンサーも高速かつ高感度を求められます。
全体の運転は、おそらくカメラからの画像処理でしょうが、距離や状況判断には多数のセンサーの
データが必要とされます。

何らかのセンサーで、感度を上げてノイズを減らし高速検出を要求されある程度改善したくらいでは総合的な自動運転と比べると、過小評価されがちです。
ただ、各種センサーも夢のようなことを言われても対応できるものではありません。

100km/h で走行していれば、 1秒間に28m進みます。
瞬間に反応し、自動車という機械を制御しなければなりません。

去年、某社の最新の自動車に乗りました。 その車はセンサーだらけです。
運悪く、ゲリラ豪雨にあった瞬間制御パネルにSYSTEM ERRORのメッセージが出ました。
おそらく、4方の近接センサーが豪雨を壁と認識しエラーを出したと思われます。
エラーで車が止まらないかハラハラしながら、道路を走っておりました。
すぐに雨がやんで、エラーは消えました。
レンタカーだったのですが、同じ車に乗る気はなくなりました。 

世の中を変える新しい技術の開発は、多くのエンジニアが関わりますが
名もないエンジニアの苦労の成果も関わっています。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-1-22 9:03:00 (29 ヒット)
計測器の基礎としてコネクタの説明をいたします。

バナナ


昔から使われているコネクタで、DMMやソースメータの端子として使われ
一番一般的な接続端子と言えそうです。
電流も通常12A程度流せます。 耐圧は1000Vあります。

ジョンソンターミナル


陸端(陸式ターミナル)


これらも規格は古く、またバナナが刺さることで汎用として使用されている。

BNC


測定器に汎用で使われているのはBNCである。
同軸コネクタの特性インピーダンスは絶縁体と中心コンタクトの材質(誘電率)
及び寸法(内外径比)で決まります。
同軸コネクタは同軸ケーブルのインピーダンスに合致するように作られています。
同じ形状をしたコネクタでもインピーダンスが50Ωと75Ωのものとでは絶縁体の
材料もしくは形状が異なります。
但し、相互接続できてしまいます。 信号測定には注意が必要です。
高周波の測定としては、インピーダンス50Ωのものでないと反射が起こり波形が歪みます。
ケーブル自体も RG- 58A/Uが 特性インピーダンス50Ωです。
測定器では、バンド幅500MHz以下の装置が多く採用されている。
耐圧は、500V以下。

SMA


高周波の測定器で500-4000GHzくらいまでは、SMAが多く信頼されています。
取付けには、トルクレンチを使う必要があります。

SMB


主に、基板に信号入力用に使用します。ワンタッチで脱着可能。
信号の周波数は1GHz程度まで。

N


18GHz以上となれば、N型コネクタ。 損失が少ないことが特徴。

TRX (トライアクシャル・ケーブル)


三重同軸ケーブル(微小電流測定用) 中心が信号、インナーシールドがガード、
外側がシールドになっている。外径がBNCと同じなので昔は誤挿入によりコネクタをよく壊されていました。
そこでBNCは引っ掛けのピンが2本(180°)で TRXは3本(120°)にして誤挿入を防止しています。

ソースメータや半導体パラメータ・アナライザでは、ガードに信号と同じ電位をかけ
リーク電流が流れないようにして測定する。
微小電流測定専用のエレクトロメーターでも使用しますが、ガードはグランドにつながっています。
この辺りのお話は、また別の機会といたします。
ただ、計測器の世界で微小電流測定(具体的にはnA以下)は、TRXケーブルが必須です。

MHV


SHV


その他、各メーカーの特殊ケーブルはありますが、高電圧用はMHV SHVコネクタがあります。
常識的には、DC500Vを超えるとBNCが使えず DC1500Vくらいまでが MHV DC5kVまでが SHVになります。
但し、気をつけないといけないのが ディレーティング・カーブです。


プローブやケーブルには、容量があり周波数が高くなると電流が流れます。
耐圧の高い絶縁体ほど、誘電率が高く電極が接近していると容量が大きくなります。
高電圧で周波数を上げていくと、どんな絶縁体でも電流が流れます。
最高耐圧が5KVあっても3MHzでは、1kVもちません。
安全の為、ACの高電圧を印加する場合は注意が必要です。
また、速い立ち上がりの高電圧は、高い周波数を含むので立上りで放電することがあります。

1kV 以上は十分に注意が必要です。
投稿者: axis

投稿日時: 2020-1-8 15:05:00 (34 ヒット)
昔々、学生のころ化学の授業で聞いた化学反応は温度が10℃上がれば2倍になるという
おぼろげな記憶で今まで、材料を判断してきました。

この10℃で 化学反応2倍は、ほぼ経験則ですが意外とゴム(高分子)や電解質などでは
成り立つ法則のようです。

バイオセンサーは体温近く(37℃)で動作することが考えれますが、室温20℃では
1/(2x1.7)=ほぼ0.3 つまり 体内の反応に対し室温で測定すると30%の
信号強度しかない可能性があります。 タンパク質の変性温度は60℃なので
装置を60℃に温めれば信号強度があがるかもしれません。

わかりやすく言うと、ゆで卵の半熟を作る温度です。
タンパク質は60℃で変性を始めて
卵黄は70℃で固まり、卵白は80℃で固まります。
野沢温泉や湯村温泉の源泉は90℃以上あり、
15分で固ゆでのゆで卵ができます。
箱根大涌谷の黒卵は、80℃の温泉に60分付けた後
100℃の温泉の蒸気に15分当てて完成です。

昔、ハワイのキラウエア火山に行ったときそこらじゅうで蒸気が出ているのに
温泉卵は無いと聞いて、日本では温泉卵は常識だとガイドに説明したことがあります。
未だキラウエア火山で温泉卵はやっていないようです。

かなり脱線いたしましたが
まあ、温度を一定に保てないと逆にノイズの原因を増やすばかりです。
溶液中の分子振動も大きく違います。

また温度は、微小電圧の測定にも大敵です。
ゼーベック効果があり、銅と酸化銅の接触点が1℃変化すれば
1mV変化します。

昔から、化学実験室にある装置は触媒になる物質が多く
配線がやたら錆て緑青をふいていた記憶しかありません。

簡単にいえば、NaClや KCl があればイオン化傾向によって
簡単に錆びます。

銅に金メッキをしても、金メッキの隙間や傷から銅が酸化してしまいます。
銅は銅塩(どうしおう)もありません。

そこで、一番いいのは白金ですがこれの値段がべらぼうに高い。
装置に組み込むには高額すぎる部品です。(材料で 1g 3700円くらいしています)
ペアの電極を作ると数万円してしまいます。

白金を使用したとしても、どこかで銅線に接続しますが
1℃で0.5mVくらいの熱起電力の誤差が考えられます。

数mVの測定で 0.5mVは大きな誤差になります。

この辺りのヤヤコシイことをふまえてのバイオセンサー開発になるのでしょう。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-12-26 13:23:39 (44 ヒット)
お正月向けにおめでたいお話を一席。

めでたいとは
喜び祝うに値するさま。喜ばしいということでめでたく成功する等称賛される場合に使われます。
ただ、おがついたおめでたい人とは、ばか正直でお人よし、楽観的でなにも知らない人という意味で使われている。 上から目線で若干ばかにして呼ばれています。

筆者は、開発をするエンジニアは時としておめでたい人の方が成功すると信じています。

1.ばか正直であること
都合が悪いデータや現象が出たとき、その場をごまかしても解決にはなりません。
何度かは、ごまかせても他社競合がその対策ができていると歴然と性能差になり負けてしまいます。愚直に努力し続けた、積み重ねが経験の差になりエンジニアの技量を磨きます。

2.お人よし
エンジニアは、ビジネスライクに割り切って仕事をしているイメージがあるかもしれませんが、
一人でできることは、やはり限られています。 才能もある程度は必要ですが、
他人への気配りや配慮がないと人は助けてくれません。
お人よしで、いつも人を助けておれば困った時に助けてもらえるはずです。

3.楽観的
数限りなく何度も悪い結果が出た場合でも、楽観的にあきらめず努力し続けたエンジニアが
成果を出します。悲観的に何をやってもダメと思うエンジニアは絶対成功しません。


4. 知らないこと
人のやっていることを見てしまうと同じ発想に囚われてしまうことがあります。
有名な話で、青色LEDの開発者の中村さんは他人の研究は全く参考にしなかったので
ノーベル賞が取れた。他人が考えないことで、新しい技術が生まれるのです。
知らないことでいいこともある。


新製品の開発には、もちろん才能豊かで経験豊富なエンジニアが必要ですが、
おめでたいエンジニアが日々努力して めでたいエンジニアになるのです。

正月に飾られるおめでたい七福神の中で、
エンジニアが信ずるべきは弁財天 弁才と知恵の神様です。

おめでたい人でありながら、知恵と才能があり弁才が立ち人を説得できるのが
理想のエンジニアなのかもしれません。



因みに大国主と恵比寿は親子だそうで、大変めでたい親子です。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-12-20 10:47:31 (88 ヒット)
長時間データを取る場合、最初に思いつくのがデータロガーです。ただ、最新のDMMは長時間測定に対応するもの出てきています。
ここで、使い勝手から比較をしてみます。
1.分解能
DMMのスペックは、
5.5 桁とか 6.5桁 高分解能で 7.5桁 8.5桁と桁数で表現されます。先頭の数字1の部分が、
0と1もしくは、0 1 2 というように10進数すべてを表示できないので 
0.5桁と言います。そろばんで、縦の棒を桁と言います。 
このイメージで言うとDMMの最大桁は、珠が1個もしくは2個しかない。
(そろばんで電圧が測定できたら、1.5V表示 おそらく世界最古のデジタル表示)

6.5桁というと 100万分の1の分解能 ADにして21bit分解能(±も含め)です。
測定速度は、桁数が少なければ速くなります。
このコラムでも、何度か取り上げていますが測定速度は、積分時間PLCで決まります。
電源ラインの1周期が 1PLC(20ms) 高速のDMMであれば1秒間に50回データが読めます。
更に、高速にサンプリングできるオプションもあり、4桁半であれば0.001PLC(20μs)で計測できます。

データ・ロガーも、高分解能16bitくらいで長時間捕捉が可能ですが
測定対象が、電圧と温度のみで、抵抗と電流が測定できません。
 
2.マルチチャンネル
DMMにマルチチャンネルのものもありますが、通常はADが1個だけで、2Chタイプのものもありますが、
3CH以上はリレーで入力を切り替えて測定になりマルチチャンネルの同時測定ができません。

マルチチャンネルの測定ではデーターロガーが優位で ユニットの組み合わせで100CH 1kS/sの測定器も可能です。 

3.測定レンジ
DMMのもう一つの特長は、mV〜1kVと他の計測器には無い広い測定レンジを持つことです。 
測定レンジは、100mV  1V  10V  100V  1000V が一般的で 
1Vを1Vレンジ測定した場合 6.5桁では
1.000000と表示されます。 分解能1μV
10Vレンジで 1V を測定すれば
1.00000と表示されます。 分解能10μV
同じ電圧でも、大きなレンジで小さい電圧を測定すれば
分解能が落ちます。
まあ、最後の桁は、ノイズで信頼できないとしても、
最適なレンジ設定によって、より正確な測定ができます。

データロガーは、10mVレンジから 100V程度です。

4.入力インピーダンス
DMMは、更に正確な測定ため入力インピーダンスも、低いレンジ(100mV 1V 10V)では
10MΩ 10GΩと切替えられます。
微小な電圧では、高インピーダンスで測定することは重要で、データロガーは1MΩです。 

5.オートレンジ  
DMMは、電圧や抵抗が変化する場合オートレンジの設定があります。
データの変動に追随し、最適なレンジの測定ができる。
オートレンジの速度も5ms程度なので、高速のDMMなら6.5桁で 50回/秒の速度で測定ができる。
固定レンジで4.5桁(16bit相当)の測定データでよければ、5000回/秒で測定も可能です。

データ・ロガーには、オートレンジがなく、分解能16bit程度で長時間捕捉が可能です。


固定レンジで、3CH以上のマルチチャンネルの電圧か温度の長時間測定ならデーターロガー、それ以外はDMMの方がよさそうです。
DMMも最近性能が上がってきており、メモリ―も増えてリアルタイムでデータを読めるようなり、高分解能のデータロガーしてのアプリケーションもありそうです。

投稿者: axis

投稿日時: 2019-12-11 15:24:04 (52 ヒット)
何等かの測定をしている場合、その計測器がどれだけ正しいかを確認する校正が
必ず必要になります。
校正をしていないとせっかく時間をかけてテストしても、最悪その結果自体が
信じられないことになります。
通常校正は、計測器では1年に1回行うことで精度を保証します。


測定システムを構築し、何等かのデバイスを測定した場合を例に説明します。

アナログ・デバイス → ピックアップ(治具もしくは、インターフェイス回路)→
デジタル計測器入力/デジタル計測器出力 → コンピュータ
の流れでデータを取得します。

工業製品であれば、測定の精度が問題になります。
どこの測定装置で測定したか。データの精度と信頼性を問われます。


精度とは、DMMでいえば、電圧1Vを測定した場合の誤差が何%以内であるか(例えば0.1%)
信頼性は、その装置がどのように校正されているか
国の標準器に照らし合わせて(校正)精度を保証できるか。
JQA JEMIC等の校正機関で、定期的に測定器のデータを測定し精度が保証できる証明をします。
DMMの電圧であれば、標準電源を測定し誤差を%で表示します。
(多くの校正業者も、この標準と年に1回照合し、校正しています。
この校正をした標準器で更に計測器を校正しています)

もちろん、国の基準器に直接接続できないので、どのような測定器を間に入れてデータを照合したかが重要になります。
トレーサビリティです。 (芋づるしきとも言えそうです。蔓が最後まで繋がっていれば合格)


生産設備に使用される計測器は、通常1年に一回校正されます。
工場には、基準室を設け照合用標準器(2次標準)を置き
照合用標準器を国の基準器にトレーサブルな校正を受ける。
計測器は、DC測定に関しては日本の工業用標準にトレーサブルに校正できます。

さて、交流(高周波)の基準はどうなっているのでしょう。
実は、正確には周波数の基準をNICTの基準電波で合わす以外、直接校正することができません。

ここが、少しややこしいのですが高周波に関しては、日本に基準がありません。
もちろん、発振器やスペアナも正しく測定できているのですが、
DCに比べて高周波の標準校正は、あやふやになっています。
まあ、高周波を校正するのが難しいということですが、

特に、高速パルスのライズタイムの標準は米国標準NISTにしかありません。
それも特定のメーカーに依存しています。

またバンド幅という定義は、-3dBの周波数
振幅で 0.707 になってしまい。30%も誤差になってしまいます。

バンド幅までの周波数応答のフラットネスは特に決まりが無く
各メーカーが2%程度を保証しています。
バンド幅近くで測定した波形が小さくてもOKとなります。
DCの厳密な世界とは、違う世界です。

もちろん、高周波のメーカーは長年の実績や経験に基づき装置の校正をしています。


計測器の世界だけでなく、今後開発が進むバイオの世界でも校正という概念は
通用するのでしょうか。
バイオの標準器とは、どういったものが必要となるのでしょう。

標準の癌細胞は、無さそうですし。標準のウィルスも取り扱うことができません。
おそらく ポリマーでナノサイズの疑似サンプルを測定し判断するしか
今は無いのかもしれません。

ただ、検出方法なども違うので、このあたりは、バイオセンサーの開発で信頼性を証明するキーになりそうです。


投稿者: axis

投稿日時: 2019-12-11 15:23:48 (41 ヒット)
寒い季節 仕事に追われ、毎日プレッシャーを感じる日々を送ると
体も疲れますが、心が疲れます。

なかかな成果の出ない毎日を送っていると、体より心がまいります。
無理な日程で仕事をやっつけていると
ふとしたタイミング、今までやっていたことが無駄になった時等
ものすごい消失感に襲われます。

ゾッとする寒気、体力を奪われているので体も風邪をひきそうですが
心も風邪をひきそうです。


これほど、ひどい状態でなくても、なかなかうまくいかないときは
心の免疫力も弱っています。

別の例えで、心の安全弁。まあ開き直る力があるかどうか。
ここまで来たらしょうがないと思えること。

お客様や営業からの無理難題。 何とか形にしようと努力しても
なかなかできない。まじめなエンジニアほど心を壊します。

著者の知り合いのエンジニアにも、重症になった場合は睡眠障害や
心の病になってしまった例があります。

突如として、会社に行けなくなってしまったエンジニアもいます。
まじめで優秀なエンジニアほど、重症になる傾向がありそうです。
心の風邪にワクチンはありません。

なかなか、うまくいかないときは上手な気分転換が必要で、適度な安全弁でストレスによる重圧を
減圧しておかないと心が風邪をひき、最後は肺炎になってしまいます。

エンジニアの仕事は、ストレスフルな仕事なのですが、それゆえうまくできた場合は、
喜びも大きい仕事なのでなかなかやめれません。 昔からワーカーホリックの多い業界です。

20年ほど前、日本人がすべてワーカーホリックだと言われた時代に、めちゃくちゃ働くアメリカ人に会いました。
彼は、にこやかに仕事をこなし 『俺は仕事中毒 ワーカーホリックだ』と言っていました。
人種や国に関係なく、エンジニアは油断をするとすぐにワーカーホリックになります。

北風が吹いて寒い夜は、早く帰って寝ることが一番。
見切り千両。 今日はこの辺で。。。

追伸:筆者は、懐が寒くて風邪をひきそうです。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-11-20 10:58:58 (136 ヒット)
最近、バイオセンサーという言葉をよく聞くようになりました。
従来では、時間もお金もかかる検査を簡単にできるようになるセンサー開発です。
テレビなどの家電品の新開発が行き止まっているような状況で
バイオセンサーという商品は将来性があると注目されています。




バイオセンサーの用途としては、
エクソソームの解析によるガン等の病気の早期発見
O-157、インフルエンザ等 細菌及びウィルスの検出
鳥インフルエンザ 豚コレラ等の検疫検査
DNAによる遺伝子情報の解析
海に溶け込んでいるマイクロプラスチックの検出
これらの課題解決が要求されています。


従来センサーで検出ができなかったものを検出するためには、
ナノテクとバイオの融合技術が必要となってきます。

ナノテクの開発技術は、まだ日本には残っていそうです。
家電品の開発は、ほとんど残っていそうにありません。

サンプルのサイズは、エクソソーム、DNAやウィルスで数10nm-100nm
細菌やマイクロプラスチックで1μm―10μm
これらのを正確に検出するには、ナノテクで形状を振り分け、電気の反応に変換できれば
センサ―の出来上がりなのですが、これがどちらも大変です。

サンプルはほとんどがバッファ溶液に溶けており何等かの方法(電気泳動か圧力等)で
センサーを通過させて電気信号に変換する必要があります。
溶液が電解質かそうでないかも大きな問題になります。
電気の反応は、イオン電流で数μA トンネル電流で 数10pA レベルです。
泳動用ローノイズ電源でバイアスをかけ、電流アンプで微小電流を検出することが
一般的です。

空気中の物質をナノサイズで検出するには、もっと課題が出てきます。
空気中を漂うウィルス等を検知できれば、ほとんどSFの世界です。

ナノテク側は、微細加工技術と材料 量産化の問題があり
電気の方も、信号検出は容易ではありません。
レベルも低く反応も速いとなるとノイズとの戦いが待っています。

それと電気屋さんは、どちらかというと化学や医学にあまり関係が無く
化学屋さんやお医者様も電気には強くないという印象があります。
つまり、全く違う研究者とエンジニアを統括して開発をする必要があります。
特殊なデバイス開発とアナログ技術開発がキーになります。

多大な問題と課題が山積みですが
今回は、概要説明でまた次回に続きます。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-11-20 10:57:51 (95 ヒット)
ものすごい ご無沙汰ですが、コラムを再開します。

最近では、バイオの市場において電気泳動に関する
アプリケーションが増えてきています。
溶液中に溶けている粒子で電荷を帯びているものを電場によって移動させます。
まず、イオン電流というと溶液の中を流れる電流なのですが
単位はμA 電圧としては10V以下というところがほとんどです。




溶液の抵抗と誘電率にもよりますが
直径で30个らい長さ50个らいの筒に溶液(例えば生理食塩水)を入れ
直流電圧を印加し電流を測定すると
抵抗と容量をもった特性のIVカーブ(電流―電圧)を描きます。
溶液を挟んで電極があるのでコンデンサを作ったことになります。
IVカーブの最初の部分は、コンデンサに充電された部分で
CRの時定数によるカーブです。




電流が一定になれば、溶液の抵抗値がわかります。
泳動が一方向であるならば、バイアス電圧を印加しながら
容量を測定すれば、溶液のより正しい電気特性(抵抗、容量)が
測定できることになります。

コンデンサの測定というよりダイオードの測定に近いのかもしれません。
イオン電流を正確に制御するには、電圧印加型の電源では制御できません。
理論的には、出力インピーダンスの大きい(100MΩ以上)の電源で
溶液の変動があっても一定の電流が出力できることが重要になります。
更に電源は差動であることが望ましいということが言えます。

イオントフォレシス等、能動的に電流印加をする場合もは、電源の特性が重要です。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-11-20 10:57:14 (70 ヒット)
ここらで少しまともな測定のお話
バイオセンサーでは、溶液の中の微粒子を測定することが多く
溶液のふるまいがキーなってきます。

溶液に棒状の電極を2本突っ込んで、
1.抵抗を測定する
2、容量(キャパシタンス)を測定する
場合を考えてみます。

一般的にバッファ溶液に使われている溶液は、
μA程度イオン電流が流れるのであれば、
抵抗測定はそれほど難しくはありません。

10V 1μA 10MΩといった感じです。
少し温度等で変化しても問題ないということです。

片や容量つまり 誘電率の測定となると様相が変わります。
電荷は低い電圧でも、電極の周りの集中してしまい。
誘電率の違う溶液に電圧を印加して容量を測定しても
違いを測定することができません。



電極の周りだけにコンデンサができ
C R Cのような回路構成になる。

また、電極間の距離が遠いと容量の測定がうまくできずに
誘電率が計算できない。

溶液の誘電率を測定するには、厚みのあまりない平行電極をつけた
治具を作製し測定する必要があります。

測定条件をしっかり決めないと簡単に測定はできません。
投稿者: axis

投稿日時: 2019-11-20 10:56:44 (83 ヒット)
いつ出るかわからない信号を1つ捕捉するだけなら
オシロスコープやデータロガーのシングル・トリガで捕まえれば
いいのですが、不定期におこる現象を長時間例えば24時間取り続け、
尚且つ 取り逃がしたくない場合はどうすれば良いのでしょう。

途轍もないメモリを持ったデジタイザでずっと取り続ける。
まあ、間違いではないのですが途轍もなく高い装置を買うことになってしまいます。

1MHzでサンプリングした場合、サンプリング間隔は1μ秒になり
24時間(86,400秒)は、86.4Gの高速メモリーが必要になります。
計測器がありません。

100KHzのサンプリングで捕捉できる場合でも 8.64Gのメモリーが必要となり
相当高額な装置になってしまいます。

また、取ったデータが膨大で現象を探すだけでも大変です。
検索ソフトを作製し現象を探すことになります。

ここで少し考え方を変えてみましょう。



もし、現象と現象の間隔が(Tx)10μs程度以上あり、現象が起こらなかった時間(Tx)に意味が無い場合
現象が起きた波形のみを取り、タイムスタンプを押して次の現象が起きるまでを繰り返しできたとすると
どうなるのでしょう。


ある程度の高速メモリー (GHzサンプリング可能)が トータル160M あり、
20msの現象を分解能1μsで波形だけを捕捉したとすると(1波形メモリ20K)8000個 取れる計算になります。
各現象の間隔が不定期でいつ起こるかわからない場合でも、起こった現象のみを捕捉
すればよいのであれば捕捉条件(トリガ)をセットして待っておけば良いのです。

オシロスコープには、このようなロングメモリでセグメント機能を持った機種があります。
縦軸分解能も16bitある機種もあり、高速高分解能の波形評価が可能です。

捕捉できた波形はコンピュータに転送し、データ処理にてヒストグラム等で解析をすることもできます。

この機能は、研究機関での波形補足だけでなくデジタルオシロならではの複雑なトリガの
組み合わせを使用することにより回路の不良化解析にも応用できます。
開発中の回路の動作検査にて繰り返し波形を計測しばらつきを見ることも可能です。
また、オシロスコープは、4CH同時測定が可能なので複数の信号の時間間隔の測定もできます。

効率よくデータを多数捕捉し、簡単にデータ解析を行うシステムを構築することができます。
投稿者: axis

(1) 2 3 4 »
このページのTOPにもどる