(57)【要約】【課題】測定対象物に適切な信号を印加しつつ、信号発生装置の構成を簡素にする。【解決手段】測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置は、測定対象物の電気特性を検出する検出回路１２０と、検出回路１２０を介して測定対象物に信号レベルが変化する所定の掃引信号を印加する信号発生器１１０とを備える。信号発生装置は、所定の掃引信号により測定対象物に生じる電圧を計測する電圧計測部１４３と、電圧計測部１４３によって計測される電圧特性と所定の掃引信号との対応関係を算出する電圧特性算出部１４４と、その対応関係に基づいて波形信号を補償する測定信号補償部１４５と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置であって、
前記測定対象物の電気特性を検出する検出回路と、
前記検出回路を介して前記測定対象物に信号レベルが変化する所定の掃引信号を印加する印加回路と、
前記所定の掃引信号により前記測定対象物に生じる電圧を計測する計測手段と、
前記計測手段により計測される電圧特性と前記所定の掃引信号との対応関係を算出する算出手段と、
前記算出手段により算出される前記対応関係に基づいて、前記波形信号を補償する補償手段と、
を備える信号発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号発生装置であって、
前記補償手段は、前記対応関係に基づいて前記所定の掃引信号に対する前記電圧特性の逆特性を算出し、算出された当該逆特性を用いて前記波形信号の信号レベルを補償する、
信号発生装置。
【請求項３】
請求項２に記載の信号発生装置であって、
前記所定の掃引信号は、電圧信号であり、
前記補償手段は、前記印加回路により印加される電圧信号と前記測定対象物の前記電圧特性との対応関係を反転させることにより、前記逆特性を算出する、
信号発生装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の信号発生装置であって、
前記算出手段は、前記所定の掃引信号と前記測定対象物の前記電圧特性とに基づいて前記対応関係を示す近似関数を算出し、
前記補償手段は、前記近似関数に基づいて前記逆特性を示すテーブルを生成し、前記波形信号の各値を前記テーブルに対応する各値に変換する、
信号発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の信号発生装置であって、
前記印加回路は、前記補償した後の波形信号を前記掃引信号として印加し、
前記補償手段は、前記掃引信号により前記測定対象物に生じる電圧特性と前記波形信号との差分に応じて前記テーブルを補正する、
信号発生装置。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の信号発生装置であって、
前記測定対象物は、非線形な電流電圧特性を有する、
信号発生装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の信号発生装置であって、
前記検出回路は、非線形な電流電圧特性を有する、
信号発生装置。
【請求項８】
測定対象物の電気特性を検出する検出回路を介して前記測定対象物に波形信号を印加する信号発生装置の制御方法であって、
前記検出回路を介して前記測定対象物に所定の掃引信号を印加する印加ステップと、
前記所定の掃引信号により前記測定対象物に生じる電圧を計測する計測ステップと、
前記計測ステップにより計測される電圧特性と前記所定の掃引信号との対応関係を算出する算出ステップと、
前記算出ステップにより算出される前記対応関係に基づいて、前記波形信号を補償する補償ステップと、
を備える信号発生装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、非線形な測定対象物の電流電圧特性を測定するためにランプ波形などの制御電圧に従って測定信号を測定対象物に印加し、増幅器及び抵抗により構成される検出回路を用いて測定対象物に流れる電流を検出するサーボ回路が開示されている。このサーボ回路では、測定信号が制御電圧に収束するよう検出回路によって検出される電流値が測定信号にフィードバックされる。これにより、測定対象物には適切な測定信号が印加される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−５５４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のサーボ回路を備えた信号発生装置では、測定信号が検出回路を介して非線形な電流電圧特性の測定対象物に印加されるような場合は、電流電圧特性が線形な測定対象物に比べて測定対象物に流れる電流の変動が大きくなり、フィードバック制御が発散するおそれがある。この対策として、測定信号が制御電圧から過度に乖離しないようサーボ回路の処理を高速にすることが考えられる。しかしながら、サーボ回路の処理を高速にするには、信号発生装置の回路規模が大きくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、測定対象物に適切な信号を印加しつつ、信号発生装置の構成を簡素にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置は、前記測定対象物の電気特性を検出する検出回路と、前記検出回路を介して前記測定対象物に信号レベルが変化する所定の掃引信号を印加する印加回路と、を備える。さらに信号発生装置は、前記所定の掃引信号により前記測定対象物に生じる電圧を計測する計測手段と、前記計測手段により計測される電圧特性と前記所定の掃引信号との対応関係を算出する算出手段と、前記算出手段により算出される前記対応関係に基づいて前記波形信号を補償する補償手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この態様によれば、所定の掃引信号と測定対象物の電圧特性との対応関係を算出することにより、測定対象物に印加される信号の歪み成分を特定することが可能となる。それゆえ、算出した対応関係を利用して波形信号を補償することにより、歪み成分を抑制するための補償成分が波形信号に反映されるので、測定対象物に印加される波形信号の歪みを抑制することが可能となる。
【０００８】
このように、波形信号を補償する簡易な演算処理を実行することにより、測定対象物に印加される信号の歪みが抑制されるので、測定対象物に適切な信号を印加しつつ信号発生装置の構成を簡素にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態における測定装置の構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、電気化学センサの作用電極を説明する図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、作用電極の表面形状を示す図である。
【図３】図３は、本実施形態における測定回路の構成を示す図である。
【図４】図４は、所定の掃引信号と測定対象物の電圧特性との対応関係に基づいて波形信号を補償する手法を説明するための図である。
【図５】図５は、本実施形態における補償後の測定信号の波形を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態における信号発生装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、信号発生装置の制御方法に含まれる補償処理に関する処理手順例を示すフローチャートである。
【図８】図８は、測定対象物に波形信号を印加する信号発生装置の基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態における電気化学測定装置１の構成を示す図である。
【００１２】
電気化学測定装置１は、めっき液槽（セル）Ｘに電気めっき液Ｘａが貯蔵され、その電気めっき液Ｘａの状態（コンディション）を測定する電気めっき液測定装置である。電気化学測定装置１は、例えば、ＣＶＳ（Cyclic Voltammetry Stripping）法やＣＰＶＳ（Cyclic Pulse Voltammetry Stripping）法などに基づいて、電気めっき液Ｘａの電気化学測定処理を実行する。
【００１３】
本実施形態では、電気化学測定装置１が、ＣＶＳ法に従って、電気めっき液Ｘａに含まれる一又は複数の添加剤の濃度を分析する。電気化学測定装置１は、電気めっき液Ｘａに浸漬される電気化学センサ２と、その電気化学センサ２が無線又は有線を介して接続される測定装置本体３と、を備える。
【００１４】
電気化学センサ２は、三電極法による電気化学測定処理を実行可能に構成されるセンサ装置であり、電気めっき液Ｘａの状態を測定するために用いられる。電気化学センサ２は、可搬型でもよく、固定型であってもよい。
【００１５】
電気化学センサ２は、電気めっき液Ｘａで電気電解を行う作用電極２１と、作用電極２１の電位の基準となる参照電極２２と、作用電極２１に対向する対向電極２３と、対向電極２３及び作用電極２１間の電流を測定する測定回路２４と、を備える。
【００１６】
作用電極２１は、電気めっき液Ｘａにおいて反応物質である金属イオンの酸化還元反応を生じさせる電極である。参照電極２２は、作用電極２１の電位を制御するための電極である。対向電極２３は、作用電極２１に流れる電流を検出するための電極である。対向電極２３と作用電極２１との間には、作用電極２１で生じる酸化還元反応に応じた電流、いわゆる応答電流が流れる。
【００１７】
測定回路２４は、測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置により構成される。本実施形態の測定対象物は、非線形な電流電圧特性を有する電気めっき液Ｘａであり、測定対象物に印加される電気信号としては、例えば、三角波、パルス波、又は正弦波などの波形信号が挙げられる。
【００１８】
本実施形態の測定回路２４は、電気化学測定処理を実行する制御回路であり、作用電極２１と参照電極２２との間に三角波の電圧を印加しながら作用電極２１と対向電極２３との間に流れる応答電流を測定する。そして測定回路２４は、測定した結果を示す検出信号を測定装置本体３に出力する。
【００１９】
なお、電気めっき液Ｘａ中に還元反応を抑制する作用を有する添加剤が混入している場合は、還元反応時において作用電極２１に析出する金属の量が減少するので、酸化反応時の応答電流のピーク値も減少する。このような特性を利用して電気めっき液Ｘａ中の添加剤濃度が推定される。このような理由から測定回路２４によって応答電流が測定される。
【００２０】
測定回路２４は、例えば、ポテンショスタット及びＩ／Ｖ変換回路を備え、ポテンショスタットによって作用電極２１と参照電極２２の間に三角波の電圧が段階的に印加される。そして印加電圧の大きさが段階的に変更されるたびに、Ｉ／Ｖ変換回路によって作用電極２１と対向電極２３間の応答電流に比例する電圧が検出信号として出力される。
【００２１】
測定装置本体３は、電気化学センサ２から出力される検出信号に基づいて、電気めっき液に含まれる添加剤の濃度を測定する演算器を構成する。測定装置本体３は、記憶部３１と、操作部３２と、表示部３３と、処理部３４と、を備える。
【００２２】
記憶部３１は、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成される。本実施形態の記憶部３１には、ＣＶＳ法に基づく電気化学測定処理を実行するプログラムが記憶されている。すなわち、記憶部３１は、処理部３４の動作プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。
【００２３】
操作部３２は、測定条件の設定操作や、電気化学測定処理の開始又は停止などを指示する各種の操作スイッチを備えている。操作部３２は、これらの操作に応じた操作信号を処理部３４に出力する。
【００２４】
表示部３３は、処理部３４の指示に従って電気化学測定処理の設定内容や解析結果などを表示する。
【００２５】
処理部３４は、ＣＰＵ、入出力インターフェース及びこれらを相互に接続するバスにより構成される。処理部３４は、記憶部３１からプログラムを読み出してＣＰＵに実行させることで、入出力インターフェースを介して電気化学測定装置１を総括的に制御する。
【００２６】
本実施形態では、処理部３４が、操作部３２からの操作信号に従って、ＣＶＳ法に基づく電気化学測定処理を実行する。これにより、処理部３４は、電気化学センサ２の動作を制御するとともに、電気化学センサ２からの検出信号を取得して記憶部３１に記録する。
【００２７】
処理部３４は、記憶部３１に記憶された検出信号を解析する。処理部３４は、電気めっき液Ｘａに関して予め規定された項目についての解析値を求め、その解析値を記憶部３１に記憶するとともに表示部３３に表示させる。
【００２８】
例えば、処理部３４は、還元反応時において作用電極２１に析出する反応物質の量を推定するために、記憶部３１に記憶された検出信号に基づき、酸化反応時における検出電流のピーク値の電気量を求める。そして処理部３４は、その電気量から電気めっき液Ｘａ中の添加剤の濃度を算出し、算出した添加剤の濃度を表示部３３に表示させる。
【００２９】
さらに処理部３４は、記憶部３１に記憶された検出信号に基づいて、検出電流と作用電極２１の電極電位との関係を表わす電流電圧特性、いわゆるボルタモグラムを表示部３３に表示させる。
【００３０】
次に、本実施形態における電気化学センサ２の形状について図２Ａ及び２Ｂを参照しながら説明する。
【００３１】
図２Ａは、本実施形態における電気化学センサ２の作用電極２１の形状を示す図である。図２Ｂは、電気めっき液Ｘａに浸漬される作用電極２１の表面２１ａの形状を示す図である。
【００３２】
図２Ａに示すように、作用電極２１は、ガラスなどの絶縁材２１１に封入されており、作用電極２１の先端の表面２１ａが電気めっき液Ｘａに接触する。以下では、作用電極２１の表面２１ａのことを接触面２１ａと称する。
【００３３】
図２Ｂに示すように、作用電極２１の接触面２１ａの形状は円形であり、接触面２１ａの直径ｒは、数十μｍ（マイクロメータ）以下に形成される。
【００３４】
直径が数ｍｍ（ミリメートル）前後に形成された一般的な作用電極では、その接触面に対して直交する方向の拡散である平面拡散が支配的となると考えられる。これに対して本実施形態では、作用電極２１の直径ｒを一般的な作用電極の直径と比較して百分の一程度まで小さくすることにより、接触面２１ａに対して０度から１８０度までの全方向の拡散が集中する球面拡散が優勢となると考えられる。これにより、還元反応時において作用電極２１の接触面２１ａ上への金属イオンの輸送効率が増大する。
【００３５】
したがって、接触面２１ａ付近に存在する電気めっき液Ｘａを攪拌する機構が無くとも、球面拡散により接触面２１ａ上へ金属イオンが輸送される。なお、接触面２１ａの直径ｒが数十μｍ以下に形成された作用電極２１は微小電極とも称される。
【００３６】
また、微小電極である作用電極２１は、接触面２１ａの面積が極めて小さい。そのため、拡散層への金属イオンの輸送量も少なくなるため、測定回路２４から作用電極２１及び対向電極２３の間に印加される三角波の周期を短くすることが可能となる。このように測定時間の短縮化を図るためには、測定回路２４の処理速度を高速にしなければならない。
【００３７】
次に、本実施形態における信号発生装置を備える測定回路２４について図３を参照しながら詳細に説明する。
【００３８】
図３は、本実施形態における測定回路２４の機能構成の一例を示すブロック図である。
【００３９】
測定回路２４は、電気めっき液Ｘａの電気特性を測定するための波形信号を発生する信号発生装置を備えている。また、電気めっき液Ｘａは、電流電圧特性が非線形な測定対象物である。さらに、この例では作用電極２１が接地線に対して接続されている。
【００４０】
測定回路２４は、信号発生器１１０と、検出回路１２０と、測定処理部１３０と、信号制御部１４０と、を備える。信号制御部１４０は、信号データ保持部１４１と、データ設定部１４２と、電圧計測部１４３と、電圧特性算出部１４４と、測定信号補償部１４５と、を備える。
【００４１】
信号発生器１１０は、電流又は電圧の電気信号を発生する回路であり、本実施形態の信号発生器１１０は電圧信号を発生する。信号発生器１１０は、例えば、オペアンプなどにより構成される。信号発生器１１０は、検出回路１２０を介して測定信号を電気めっき液Ｘａに印加する。
【００４２】
本実施形態の信号発生器１１０は、信号制御部１４０の指令に従い、測定信号としての三角波の波形信号を、対向電極２３を通じて電気めっき液Ｘａに印加する。
【００４３】
検出回路１２０は、信号発生器１１０と測定対象物との間に接続され、電気めっき液Ｘａの電気特性として電流電圧特性を検出する。検出回路１２０は、電気抵抗、電気容量、及びインダクタンスの少なくとも一つの電気的特性を有するインピーダンス回路である。例えば、検出回路１２０は、抵抗器、コイル又はコンデンサなどにより構成される。
【００４４】
本実施形態の検出回路１２０は、抵抗素子１２１と検出器１２２とを備える。抵抗素子１２１は、電気めっき液Ｘａ中の作用電極２１及び対向電極２３の間に流れる応答電流を検出するための検出素子である。
【００４５】
検出器１２２は、抵抗素子１２１の両端間の電圧を検出する回路である。本実施形態の検出器１２２は、抵抗素子１２１において応答電流が流れる際に生じる電圧降下の大きさを検出する。すなわち、検出器１２２は、作用電極２１と対向電極２３間に流れる応答電流に比例する電圧を検出する。検出器１２２は、検出した電圧値を示す検出信号を測定処理部１３０に出力する。
【００４６】
測定処理部１３０は、測定装置本体３と通信を行い、電気化学測定処理の開始及び停止を検出回路１２０及び信号制御部１４０の双方に指示する。
【００４７】
測定処理部１３０は、測定装置本体３から電気化学測定処理の実行を指示する指令信号を受信すると、測定信号の印加開始を信号制御部１４０に指示するとともに、検出回路１２０から出力される検出信号を取得する。そして測定処理部１３０は、電圧計測部１４３によって計測された電圧Ｖｍを示す計測信号と、検出回路１２０から出力された検出信号との双方を対応付けて測定装置本体３に送信する。
【００４８】
信号制御部１４０は、信号発生器１１０の動作を制御するコントローラであり、あらかじめプログラムされた処理を実行する。信号制御部１４０は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及び記憶装置を備える一又は複数のマイクロコンピュータにより構成される。信号制御部１４０は、測定信号として三角波を示す波形信号の電圧を出力するように信号発生器１１０の動作を制御する。
【００４９】
このように、測定回路２４では、電気めっき液Ｘａの電流電圧特性を測定するために、信号発生器１１０から三角波の電圧Ｖｇがインダクタンスを有する検出回路１２０を介して電気めっき液Ｘａへ印加される。
【００５０】
この場合には、電気めっき液Ｘａから対向電極２３を通じて検出回路１２０に流れる電流が変動するので、抵抗素子１２１の両端間の電圧降下も同様に変動する。その結果、信号発生器１１０から出力される三角波の電圧Ｖｇに対して、電気めっき液Ｘａに印加される電圧Ｖｍの波形には歪が生じてしまう。
【００５１】
上述のとおり、電気めっき液Ｘａに印加される実際の電圧Ｖｍの波形が歪んでしまうと、ボルタモグラムに用いられる実際の電圧Ｖｍと電圧Ｖｇとの間に誤差が生じるため、電気めっき液Ｘａの測定精度が低下してしまう。
【００５２】
特に、電気めっき液Ｘａは非線形な電流電圧特性を有するため、電気めっき液Ｘａから対向電極２３を通じて検出回路１２０に流れる電流の変動は、線形な測定対象物に三角波の電圧を印加した場合に比べて大きくなる。その結果、電圧Ｖｍの波形に生じる歪みはさらに大きくなるため、電気めっき液Ｘａの測定精度もさらに低下してしまう。検出回路１２０が非線形な電流電圧特性を有する場合も、同様である。
【００５３】
この対策として本実施形態の信号制御部１４０は、電気めっき液Ｘａの電気特性を測定する前に、測定対象物に生じる測定信号の歪み成分を特定し、その歪み成分が相殺されるように測定信号の信号レベルを補償する。
【００５４】
次に、本実施形態における信号制御部１４０の機能構成について詳細に説明する。
【００５５】
信号データ保持部１４１には、測定信号の歪みを特定するために、信号レベルを掃引するための所定の掃引信号を示す掃引データが保持される。所定の掃引信号は、時間の経過とともに信号レベルが変化するものであり、本実施形態では、測定レンジの下限値から上限値まで一定の速度で信号レベルが上昇するようにあらかじめ定められた電圧信号である。なお、掃引信号の波形は、測定信号の波形と同じでもよく、異なる波形であってもよい。
【００５６】
さらに信号データ保持部１４１には、測定信号として波形信号を示す波形データが保持される。波形データ及び掃引データの双方は、測定処理部１３０によって信号データ保持部１４１に格納される。
【００５７】
データ設定部１４２は、測定処理部１３０の指示に従って、信号データ保持部１４１に保持されたデータを信号発生器１１０に送信する。
【００５８】
例えば、データ設定部１４２は、電気めっき液Ｘａの測定を開始する前において、信号データ保持部１４１から掃引データを取得し、その掃引データを信号発生器１１０及び電圧特性算出部１４４の双方に出力する。そして信号発生器１１０は、掃引データを受け付けると、掃引信号の電圧Ｖｇを、検出回路１２０を介して電気めっき液Ｘａに印加する。
【００５９】
電圧計測部１４３は、掃引信号によって電気めっき液Ｘａに生じる電圧を計測する計測手段を構成する。本実施形態の電圧計測部１４３は、信号発生器１１０から掃引信号が出力されている間、参照電極２２に生じる電気めっき液Ｘａの電圧Ｖｍを計測する。電圧計測部１４３は、計測した電圧Ｖｍの値を電圧特性算出部１４４に出力する。また、電圧計測部１４３は、信号発生器１１０から測定信号が出力されている間、計測した電圧Ｖｍを示す計測信号を測定処理部１３０に出力する。
【００６０】
電圧特性算出部１４４は、掃引データに示される掃引信号と、信号発生器１１０によって電気めっき液Ｘａに生じる電圧Ｖｍを示す電圧特性と、の対応関係を算出する算出手段を構成する。
【００６１】
本実施形態では、電圧特性算出部１４４が、掃引信号の電圧Ｖｇと電圧特性の電圧Ｖｍとが一対一で互いに対応付けられた電圧対応テーブルを生成する。そして電圧特性算出部１４４は、電圧対応テーブルを参照し、電圧Ｖｇと電圧Ｖｍとの対応関係を示す曲線をフィッティングにより近似する近似関数を算出する。この近似関数は、例えば、三次スプライン補間法又は最小二乗法などにより算出される。電圧特性算出部１４４は、算出した近似関数を測定信号補償部１４５に出力する。
【００６２】
測定信号補償部１４５は、掃引信号の電圧Ｖｇと電気めっき液Ｘａの電圧Ｖｍとの対応関係に基づいて、電気めっき液Ｘａの電気特性を測定するための測定信号を補償する補償手段を構成する。
【００６３】
本実施形態では、測定信号補償部１４５が、電圧特性算出部１４４から電圧Ｖｇと電圧Ｖｍとの近似関数を受け付けると、信号データ保持部１４１から波形データを取得する。測定信号補償部１４５は、取得した近似関数に基づいて、測定信号の歪み成分が補償されるよう、波形データに示された波形信号の各値を変換する。なお、波形データの変換手法については、図４を参照して後述する。
【００６４】
そして、測定信号補償部１４５は、変換後の波形データを測定信号として信号データ保持部１４１に格納する。データ設定部１４２は、電気化学測定処理の開始指令を受け付けると、信号データ保持部１４１から変換後の波形データを取得して信号発生器１１０に出力する。
【００６５】
これにより、信号発生器１１０からは歪み成分を補償した測定信号が出力されるので、電気めっき液Ｘａにおいて電流電圧特性の測定に適した三角波の電圧Ｖｍが印加される。このため、電気めっき液Ｘａの測定精度が低下するのを抑制することができる。
【００６６】
次に、本実施形態における測定信号を補償する手法について図４及び図５を参照しながら詳細に説明する。
【００６７】
図４は、本実施形態における測定信号補償部１４５の補償処理を説明するための図である。
【００６８】
図４には、電気めっき液Ｘａの電圧特性Ｌ１が実線により示され、線形特性Ｌ０が点線により示され、線形特性Ｌ０に対する電圧特性Ｌ１の逆特性Ｌ２が破線により示されている。
【００６９】
電圧特性Ｌ１は、信号発生器１１０による掃引信号の出力電圧Ｖｇと、その出力電圧Ｖｇによって電気めっき液Ｘａに生じる発生電圧Ｖｍと、の対応関係を示す電気特性のラインである。本実施形態の電圧特性Ｌ１は、信号発生器１１０の出力電圧Ｖｇに対する電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍの対応関係を示す。この電圧特性Ｌ１は、例えば、信号発生器１１０の出力電圧Ｖｇを一定速度で上昇（掃引）させながら電圧計測部１４３で計測された電圧Ｖｍを取得することにより算出される。
【００７０】
線形特性Ｌ０は、信号発生器１１０の出力電圧Ｖｇと電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍとが線形関係にあるときの電気特性のラインである。線形特性Ｌ０のように歪みのない理想的な電気特性であれば、出力電圧Ｖｇと発生電圧Ｖｍとが互いに一致するため、発生電圧Ｖｍと出力電圧Ｖｇとの不一致による測定誤差は生じない。このため、線形特性Ｌ０は、測定精度を確保するにあたり目標となる電気特性である。
【００７１】
逆特性Ｌ２は、線形特性Ｌ０を基準とする電圧特性Ｌ１の逆特性であり、線形特性Ｌ０を介して電圧特性Ｌ１の線対称となる電気特性のラインである。本実施形態の逆特性Ｌ２は、電圧特性Ｌ１の座標軸における発生電圧Ｖｍに対する出力電圧Ｖｇの対応関係を示し、出力電圧Ｖｇに対する発生電圧Ｖｍの対応関係を反転させる（入れ替える）ことにより算出される。
【００７２】
図４に示すように、掃引信号の出力電圧Ｖｇに対応する発生電圧Ｖｍの関係を示す電圧特性Ｌ１は、線形特性Ｌ０に対して歪んでおり、非線形特性を有する。電圧特性Ｌ１の線形特性Ｌ０に対する逆特性Ｌ２を求め、その逆特性Ｌ２を測定信号に反映することにより、測定対象物において歪み成分を補償することが可能となる。
【００７３】
本実施形態では、電圧特性算出部１４４が、出力電圧Ｖｇと発生電圧Ｖｍとに基づいて電圧特性Ｌ１の近似関数を算出する。そして測定信号補償部１４５は、その近似関数を用いて、発生電圧Ｖｍに対応する出力電圧Ｖｇの逆特性Ｌ２を示す逆特性テーブルを生成し、測定信号の各値を逆特性テーブルに対応する値に変換する。このようにして、測定信号に補償処理が施される。
【００７４】
図５は、本実施形態の測定信号補償部１４５の補償処理により生成される測定信号の一例を示す図である。
【００７５】
図５には、補償後の測定信号の電圧Ｖｇが実線により示され、電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍが破線により示されている。この例では、信号発生器１１０から三角波の波形信号Ｓｗを測定信号として出力することを想定している。
【００７６】
図５に示すように、測定信号に対して補償処理が施されることにより、測定信号の信号レベルは、電気めっき液Ｘａの電圧特性に歪みが生じないよう逆特性Ｌ２を用いて補償される。これにより、電気めっき液Ｘａにおいて歪みが抑えられた三角波の電圧Ｖｍが印加される。
【００７７】
なお、電気めっき液Ｘａの電気特性は非可逆性を有するため、電圧Ｖｍを下限値から上昇させる場合の電圧特性と、電圧Ｖｍを上限値から低下させる場合の電圧特性と、が互いに異なる。したがって、本実施形態では、上昇時及び低下時の両者についての電圧特性の近似関数が算出され、算出された近似関数ごとに逆特性テーブルが生成される。
【００７８】
次に、本実施形態における測定回路２４の動作について説明する。
【００７９】
図６は、測定回路２４の制御方法についての処理手順例を示すフローチャートである。
【００８０】
ステップＳ１において信号制御部１４０は、電気めっき液Ｘａの測定を開始する前に、検出回路１２０を介して信号発生器１１０から電気めっき液Ｘａに所定の掃引信号を印加させる。なお、ステップＳ１の処理は、検出回路１２０を介して測定対象物に所定の掃引信号を印加する印加ステップである。
【００８１】
本実施形態では、例えば電気化学測定装置１を起動するときに、データ設定部１４２は、信号データ保持部１４１に保持された掃引データを信号発生器１１０に出力する。これにより、信号発生器１１０は、その掃引データに示された掃引信号の電圧Ｖｇを出力する。具体的には、信号発生器１１０から出力される電圧の信号レベルが測定レンジの下限値から上限値まで掃引される。
【００８２】
ステップＳ２において電圧計測部１４３は、ステップＳ１で信号発生器１１０から掃引信号が出力されている間、電気めっき液Ｘａに生じる電圧Ｖｍを計測する。なお、ステップＳ２の処理は、印加ステップにより測定対象物に生じる電圧を計測する計測ステップである。
【００８３】
ステップＳ３において電圧特性算出部１４４は、信号発生器１１０の掃引信号の出力電圧Ｖｇと、電気めっき液Ｘａの電圧特性Ｌ１の発生電圧Ｖｍと、の対応関係を算出する。なお、ステップＳ３の処理は、計測ステップにて計測される電圧特性と所定の掃引信号との対応関係を算出する算出ステップである。
【００８４】
本実施形態では、電圧特性算出部１４４が、掃引信号の出力電圧Ｖｇに対応する電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍの関係を示す電圧対応テーブルを生成し、その電圧対応テーブルを参照して出力電圧Ｖｇと発生電圧Ｖｍとの近似関数を算出する。
【００８５】
ステップＳ４において測定信号補償部１４５は、ステップＳ３で算出された対応関係に基づいて測定信号に対する補償処理を実行する。すなわち、測定信号補償部１４５は、出力電圧Ｖｇと発生電圧Ｖｍとの対応関係に基づいて、電気めっき液Ｘａの電気特性を測定するための測定信号を補償する。この補償処理については図７を参照して後述する。なお、ステップＳ４の処理は、算出ステップにて算出される対応関係に基づいて波形信号を補償する補償ステップである。
【００８６】
ステップＳ５において測定処理部１３０は、測定装置本体３から電気化学測定処理の実行（開始）を指示する指令信号を受信したか否かを判断する。測定処理部１３０は、その指令信号を受信するまで待機する。
【００８７】
ステップＳ６において測定処理部１３０は、測定処理の実行を指示する指令信号を受信すると、信号発生器１１０から補償後の測定信号を出力するよう信号制御部１４０に指示するとともに検出回路１２０から出力される検出信号を取得する。これにより、電気めっき液Ｘａの電流電圧特性が測定される。
【００８８】
本実施形態では、データ設定部１４２が測定処理部１３０の指示に従って、補償後の波形データを信号発生器１１０に出力し、信号発生器１１０は、その波形データに示された補償後の測定信号を、検出回路１２０を介して電気めっき液Ｘａに印加する。
【００８９】
ステップＳ６の処理が終了すると、測定回路２４の制御方法についての一連の処理手順が終了する。
【００９０】
図７は、ステップＳ４の補償処理に関する処理手順例を示すフローチャートである。
【００９１】
ステップＳ４１において測定信号補償部１４５は、図４に示したように、ステップＳ３で算出された出力電圧Ｖｇと電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍとの対応関係に基づいて、電圧特性Ｌ１の線形特性Ｌ０に対する逆特性Ｌ２を算出する。
【００９２】
本実施形態では、測定信号補償部１４５が、電圧特性算出部１４４で算出された近似関数を用いて、出力電圧Ｖｇと発生電圧Ｖｍとの対応関係を反転させることにより、逆特性Ｌ２を示す逆特性テーブルを生成する。
【００９３】
逆特性テーブルには、掃引信号の電圧Ｖｇの各値に対応する測定対象物の発生電圧Ｖｍの近似値が対応付けられている。測定信号補償部１４５は、その逆特性テーブルを信号データ保持部１４１に記録する。
【００９４】
ステップＳ４２において測定信号補償部１４５は、ステップＳ４１で算出された逆特性Ｌ２を用いて、信号発生器１１０から出力される測定信号を補償する。
【００９５】
本実施形態では、逆特性テーブルが生成されると、測定信号補償部１４５は、信号データ保持部１４１から波形データを取得し、その波形データに示される測定信号の各値を、逆特性テーブルに対応付けられた各値に変換する。測定信号補償部１４５は、変換した測定信号を示す補償後の波形データを生成し、その波形データを信号データ保持部１４１に記録する。
【００９６】
ステップＳ４３においてデータ設定部１４２は、信号発生器１１０から補償後の波形データに示された測定信号を出力させる。
【００９７】
本実施形態では、データ設定部１４２が補償後の波形データを信号発生器１１０に出力する。これにより、信号発生器１１０は、補償後の波形信号を測定信号として出力する。
【００９８】
ステップＳ４４において電圧特性算出部１４４は、補償後の測定信号に含まれる値ごとに、電圧計測部１４３で計測された発生電圧Ｖｍの波形についての誤差を算出する。すなわち、電圧特性算出部１４４は、測定対象物に印加すべき電圧の波形に対して発生電圧Ｖｍの波形の誤差を算出する。
【００９９】
本実施形態では、補償後の測定信号の出力電圧Ｖｇごとに、電圧計測部１４３が電気めっき液Ｘａの発生電圧Ｖｍを計測して電圧特性算出部１４４がその発生電圧Ｖｍと本来（補償前）の波形信号の電圧値との差分を誤差として算出する。そして電圧特性算出部１４４は、補償後の測定信号の出力電圧Ｖｇごとに、算出した誤差を測定信号補償部１４５に出力する。
【０１００】
ステップＳ４５において測定信号補償部１４５は、補償後の測定信号に含まれる値ごとに、ステップＳ４４で算出された誤差に基づいて、ステップＳ４１で算出された逆特性Ｌ２を補正する。
【０１０１】
本実施形態の測定信号補償部１４５は、信号データ保持部１４１から逆特性テーブルを取得すると、その逆特性テーブルにおける測定対象物の発生電圧Ｖｍの値に対し、ステップＳ４４での補償後の測定信号の電圧値に対応する誤差を反映する。
【０１０２】
例えば、測定信号補償部１４５は、補償後の測定信号の各値について、逆特性テーブルのうち補償後の測定信号の電圧値と一致する発生電圧Ｖｍの値を抽出する。そして測定信号補償部１４５は、その抽出した発生電圧Ｖｍの値からこれに対応する誤差を減算し、減算した値を逆特性テーブルに格納する。これにより、信号データ保持部１４１に保持された逆特性テーブルが補正される。
【０１０３】
ステップＳ４６において測定信号補償部１４５は、ステップＳ４５で算出された補正後の逆特性Ｌ２を用いて、測定対象物に印加すべき本来の波形信号が印加されるよう信号発生器１１０から出力される測定信号の信号レベルを補償する。
【０１０４】
本実施形態では、測定信号補償部１４５が、波形テータに示される測定信号の各値を、補正後の逆特性テーブルに対応付けられた電圧値に変換する。そして測定信号補償部１４５は、その測定信号を示す補償後の波形データを信号データ保持部１４１に上書きする。
【０１０５】
ステップＳ４６の処理が完了すると、ステップＳ４の補償処理についての一連の処理手順が終了し、信号制御部１４０は、図６に示したステップＳ５の処理に進む。
【０１０６】
なお、ステップＳ４３乃至Ｓ４６の各処理は省略してもよい。これらの処理を省略することにより、測定対象物に印加される波形信号の歪みを抑制しつつ測定信号補償部１４５の補償処理を簡素にすることができる。
【０１０７】
または、ステップＳ４３乃至Ｓ４６の一連の処理を繰り返し行ってもよい。繰り返し行うことにより、測定対象物の発生電圧Ｖｍの誤差が徐々に小さくなるので、測定対象物に印加される波形信号の歪みをさらに小さくすることができる。例えば、信号制御部１４０は、算出される各発生電圧Ｖｍの誤差のうちの最大値が所定の値以下となるまで、ステップＳ４３乃至Ｓ４６の一連の処理を繰り返し行ってもよい。
【０１０８】
なお、本実施形態では電気めっき液Ｘａを測定対象物としたが、これに限られない。例えば、図８に示す信号発生装置１０１のように測定対象物は、電流電圧特性が非線形となる非線形測定対象物２００であってもよい。非線形測定対象物２００としては、例えばリチウムイオン電池やダイオードなどが挙げられる。なお、信号発生装置１０１は、図３に示した信号発生器１１０、インピーダンスを有する検出回路１２０及び信号制御部１４０を備えている。
【０１０９】
次に、本実施形態の作用効果について詳細に説明する。
【０１１０】
本実施形態によれば、測定回路２４は、測定対象物を測定するための波形信号を発生する信号発生装置を備える。そして信号発生装置は、測定対象物の電気特性を検出する検出回路１２０と、検出回路１２０を介して測定対象物に信号レベルが変化する所定の掃引信号を印加する印加回路としての信号発生器１１０を備える。
【０１１１】
さらに、測定回路２４の信号発生装置は、信号発生器１１０により生じる測定対象物の電圧特性を計測する計測手段としての電圧計測部１４３と、電圧計測部１４３で計測される電圧特性と所定の掃引信号との対応関係を算出する算出手段としての電圧特性算出部１４４とを備える。そして信号発生装置は、電圧特性算出部１４４で算出される対応関係に基づいて波形信号を補償する補償手段として測定信号補償部１４５を備える。
【０１１２】
通常、信号発生器１１０と測定対象物との間に検出回路１２０が配置された信号発生装置では、図４に示したように、検出回路１２０が有するインピーダンスによって、測定対象物に印加される波形信号に歪みが生じてしまう。
【０１１３】
測定対象物に対して精度よく波形信号を印加するには、測定処理の実行中において測定対象物の電圧を波形信号の指令値にフィードバックさせる制御回路が必要になる。しかしながら、測定対象物において波形信号に歪みが生じるような構成では、波形信号に歪みが生じない構成に比べて、波形信号の変化に対する測定対象物での発生電圧の変動が大きくなる。これに対して制御回路の追随性を確保しようとすると、回路構成が複雑になり、測定回路２４のサイズ及び製造コストが増大してしまう。
【０１１４】
特に、測定対象物及び検出回路１２０の少なくとも一方が非線形な電流電圧特性を有する場合は、波形信号の変化に対する測定対象物の電圧変動がより一層大きくなる。測定対象物の電圧変動が大きくなるほど、回路構成が複雑になるので、測定回路２４のサイズ及び製造コストがさらに増大してしまう。
【０１１５】
これに対して本実施形態では、測定処理の実行前において、信号発生器１１０から出力される所定の掃引信号と測定対象物の電圧特性との対応関係を求めることにより、検出回路１２０に起因する測定対象物での波形信号の歪みを特定できる。したがって、上述の対応関係を用いることにより、波形信号の歪みが抑制されるよう信号発生器１１０から出力される波形信号を補償することができる。
【０１１６】
このように、信号発生器１１０の掃引信号と測定対象物の電圧特性との対応関係を求めて波形信号を補償する演算処理を実行することにより、測定対象物の測定に必要となる波形信号を正しく測定対象物に印加することができる。
【０１１７】
したがって、測定回路２４のサイズ及び製造コストの増加を抑制しつつ、測定対象物に精度よく波形信号を印加することができる。すなわち、測定対象物に適切な測定信号を印加しつつ、信号発生装置の構成を簡素にすることができる。
【０１１８】
これに加え、本実施形態では、図２Ｂで述べたように作用電極２１が微小電極であることから、電気めっき液Ｘａに印加される波形信号の周期を短くすることが可能となる。さらに測定回路２４は、信号発生器１１０から補償後の測定信号を出力するだけで歪みの少ない波形信号を測定対象物に印加できるため、フィードバック制御が不要となる。したがって、本実施形態によれば、回路構成が複雑にならずに測定時間を短縮することができる。すなわち、信号発生装置の構成を簡素にしつつ、測定信号の高速化を図ることができる。
【０１１９】
また、本実施形態によれば、測定信号補償部１４５は、図４の破線で示したように、上述の対応関係に基づき、線形特性Ｌ０を基準として、掃引信号に対する電圧特性Ｌ１の逆特性Ｌ２を算出する。そして測定信号補償部１４５は、算出した逆特性Ｌ２を用いて、信号発生器１１０から出力される波形信号の信号レベルを補償する。
【０１２０】
このように、電圧特性Ｌ１の逆特性Ｌ２を求めることにより、波形信号の各値に対して測定信号の歪みを抑制するための補償成分を波形信号に加味することが可能となる。それゆえ、逆特性Ｌ２を用いて波形信号の信号レベルを補償することで、図５に示したように、測定対象物に対して歪みの小さな波形信号を印加することができる。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、図４に示したように、逆特性Ｌ２は、測定対象物の電圧特性に対する所定の掃引信号の関係を示す。このため、逆特性Ｌ２を用いて波形信号を補償することにより、測定対象物に印加される波形信号Ｓｗの歪みを抑制することができる。
【０１２２】
また、本実施形態によれば、掃引信号は電圧信号であり、測定信号補償部１４５は、信号発生器１１０によって印加される電圧信号と測定対象物の電圧特性との対応関係を反転させることにより逆特性Ｌ２を算出する。具体的には、図４に示したように、電圧特性Ｌ１についての縦軸の電圧Ｖｇと横軸の電圧Ｖｍとを互いに反転させることにより逆特性Ｌ２が算出される。したがって、簡易な手法により逆特性Ｌ２を算出することができる。
【０１２３】
また、本実施形態によれば、電圧特性算出部１４４は、信号発生器１１０の掃引信号と測定対象物の電圧特性との対応関係を示す近似関数を算出する。そして測定信号補償部１４５は、その近似関数に基づいて逆特性Ｌ２を示す逆特性テーブルを生成し、波形信号の各値を逆特性テーブルに対応する各値に変換する。このように、近似関数を用いて逆特性テーブルを生成することにより、電圧特性Ｌ１から逆特性Ｌ２への変換処理を簡易にすることができる。したがって、簡易な処理により波形信号を補償することができる。
【０１２４】
また、本実施形態によれば、信号発生器１１０が補償後の波形信号を印加するとともに、測定信号補償部１４５は、補償後の波形信号によって測定対象物に生じる電圧特性と波形信号との差分を求め、その差分に応じて逆特性テーブルを補正する。これにより、測定対象物に印加される測定信号の歪みをより一層抑えることができる。
【０１２５】
また、本実施形態によれば、測定対象物は、非線形な電流電圧特性を有するものであってもよく、例えば電気めっき液Ｘａなどが挙げられる。このような測定対象物に生じる電圧は、信号発生器１１０から出力される信号の変化によって急峻に変動する場合があり、このような場合であっても測定回路２４は、測定対象物に対して歪みの小さい測定信号を印加することができる。
【０１２６】
また、検出回路１２０は、非線形な電流電圧特性を有するものであってもよい。このような検出回路１２０が信号発生器１１０と測定対象物との間に配置され、測定対象物の電圧変動が急峻となっても、測定回路２４は、測定対象物に印加される測定信号の歪みを抑制することができる。
【０１２７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【０１２８】
例えば、信号発生器１１０は電流信号を出力する回路であってもよい。この場合でも、信号発生器１１０の掃引信号の出力電流と測定対象物の電圧特性との対応関係に基づいて波形信号を補償することができる。
【０１２９】
また、上記実施形態では電圧特性算出部１４４が信号データ保持部１４１から掃引信号を指令値として取得する例について説明したが、電圧特性算出部１４４は信号発生器１１０から掃引信号の出力値を取得してもよい。この場合には、信号発生器１１０自体の出力誤差についても補償されるので、より正確な測定を実現することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３０】
２４  測定回路（信号発生装置）
１０１  信号発生装置
１１０  信号発生器（印加回路）
１２０  検出回路
１４３  電圧計測部（計測手段）
１４４  電圧特性算出部（算出手段）
１４５  測定信号補償部（補償手段）
２００  非線形測定対象物
Ｘａ  電気めっき液（測定対象物）
Ｓ１〜Ｓ４  印加ステップ、計測ステップ、算出ステップ、補償ステップ
【図１】
2019219220.tif 000003
【図２Ａ】
2019219220.tif 000004
【図２Ｂ】
2019219220.tif 000005
【図３】
2019219220.tif 000006
【図４】
2019219220.tif 000007
【図５】
2019219220.tif 000008
【図６】
2019219220.tif 000009
【図７】
2019219220.tif 000010
【図８】
2019219220.tif 000011