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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。
技術コラム : ダイナミック・レンジと分解能
投稿日時: 2021-1-12 13:24:21 (1127 ヒット)
久しぶりに測定のお話を書こうと思います。
電気信号の波形測定をする装置というと
オシロ・スコープ もしくは ロガー等が思い浮かびますが
今回は、微小電圧測定について考えます。

ダイナミック・レンジ(入力レンジ)は、信号の変化が大きい場合
デジタイジングの前のアンプがオーバーフローしないように
アッテネータによって減衰されます。

信号に対して測定器の入力レンジがあっていれば後は、デジタイザの分解能が決め手です。

例えば、600mV の振幅に信号で 2mV の変化を測定したい場合。
アンプのリニアリティはもちろん重要ですが
まずはデジタイザの分解能です。


理論的には 16bitあれば、測定できそうですが
実際には、最低ビット分はほとんどノイズで見えません。
16bitでは 1/65536の分解能 (9.15μV) 
218ポイントは、当たりそう。

分解能が高いことに越したことはないのですが
高分解能は通常サンプリング速度とトレードオフになります。
適正なサンプリング速度も顧慮する必要があります。

ドリフト600mV 100Hzの信号の中に2mVの特徴的な信号を見つける場合は
最新のデジタイザ24bit サンプリング10KHzで
電圧分解能 1/16777216 (0.3576μV)測定することができます。

このような測定の場合、最小ビットが、どちらになるかが安定しないため
デジタルのノイズとして見えてしまいます。

百聞は一見に如かず。 同じ信号で比較してみます。
(600mVのレンジで2mV100Hzの三角波を測定)


やはり16bit では、デジタルのノイズが見えてしまいます。
ここで使用した、24bitのデジタイザはキーサイトの Daq970/ Daqm909A
24 bit 800KS/s 12 Chの同時測定が可能です。
加速度センサーや振動試験には高分解能のデジタイザが必要です。
投稿者: axis


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