バーチャル計測制御システムの開発（Ⅱ）＊１［要吉田秀之＊２

井尻

和夫＊３

黒川

大

東悟＊２
卓央＊４

旨］

当センターから遠隔地にある中小企業が、センターの試験機器を活用する試験等を実施する場合、利用するための時間的、経費的な負担が著しく大きく利用に際し市内企業に比べ不便を被り、装置の活用が出来ない。
また、遠隔地に限らず、大型設置機器のトラブル対策や試作段階での評価試験を行うにはセンターへの持ち込みが困難で、手間や時間がかかる上、設置場所における測定環境の再現も難しく、正確な評価試験ができない。
そこで、これら問題点を解決するために、コンピュータネットワークを利用した計測制御システムについて２年間計画で研究を実施し、本年度は 試作した光−電界センサや高速サンプリングボード等をシステム化することにより、高周波インピーダンス特性測定、電圧利得型伝送特性測定、インパルス電圧印加法による伝導イミュニティ試験、インパルス電磁波放射による放射イミュニティ試験の簡易測定を行うシステムを試作しその実用性を確認した。

１

一方で近年のインターネットを利用した情報化

緒言

京都府内の電気機械製造業においては、電気機の進展には目覚ましいものがあり、府内製造業に械機器の製品設計・試作段階や製品の誤動作等においては、インターネットの認識度は非常に高く、よるトラブル時の解析・評価は、EMC関連の試験・中小企業を取り巻くインターネットの環境は大き指導件数を中心として増加の傾向にあり、今後、利く変貌を遂げつつある。今後の府内中小企業への用者、企業ニーズの多様化に対応した高度な製品技術支援においても、インターネット技術を念頭の開発には、技術開発サイクルの短期間化、専門に置いた新しい枠組み（インターネット上のシス技術の多様化の中、さらに高度化された技術支援テム）による技術支援体制が求められている。

が望まれている。

一例として当センターから遠隔地にある中小企業が、センターの試験機器を活用する試験等を実＊１「地域産学官交流促進事業」

施する場合、利用するための時間的、経費的な負

＊２

機械電子課

技師

担が著しく大きく利用に際し市内企業に比べ不便＊３

同課

専門員を被り、装置の活用が十分に出来ない。また、遠＊４

同課

主任研究員

隔地に限らず、大型設置機器のトラブル対策や試−1−

作段階での評価試験を行うにはセンターへの持ちa

受信した電磁波を光信号に変換して伝送できる光−電界センサ

込みが困難で、手間や時間がかかる上、設置場所における測定環境の再現も難しく、正確な評価試s

インパルス性電磁波や電圧に対する電子機器・回路の応答を等価サンプリングによって測験ができない。

定を可能にする高速等価サンプリングボード

このような背景を踏まえ、電気機械機器の設計・試作段階での技術支援、及び製品の誤動作等によd

電子機器の EMC 特性を測定できる高圧高速インパルス電圧発生ユニット

るトラブル時の解析・評価を即時に可能とするコンピュータネットワークを利用したリモート計f

光−電界センサに接続し電界強度を計測する測・制御技術の開発を行う。また、電気機械製造ためのセンサとして利用する小型で広帯域特性業における計測・制御技術の高度化を進めることを有する光−電界センサ用小型広帯域アンテナで新製品開発等の技術支援の強化を図ると共に、g

センシング部分だけを遠隔地に置いてホスト新技術分野への参入に取り組むことのできる中小コンピュータによる計測・制御をイーサーネッ

企業の育成を図ることを目標とする。

トから可能にするネットワークアダプタ

本年度では、平成９年度に設計・開発した要素h

これらの要素技術を利用したリモートEMI計
測システム

技術を改良試作し、現在当センターにおいて中小企業からの開発過程や製品の誤動作等によるトラブル時の解析・評価に対する試験・指導件数が増３加する傾向にあるEMI試験システムの試作を行っ

３．１

結果及び考察光−電界センサ

この要素研究では、測定系の伝送ケーブルが測た。

定の場やデータ伝送に影響を与えない高周波の過２渡応答測定に有効な小型で高周波広帯域の測定機

研究内容

現在の EMI 試験における評価方法の一つとして、電子機器のエミッションとイミュニティ特性能を有し光変調に変換したデータを伝送する光−電界センサの実用化試作を行った。

を測定する方法があり、この特性は機器を構成す

光−電界センサは、ポッケルス効果を応用したる回路網や周辺回路への配線網、さらに筐体を構

光導波路型電界センサで、DC 〜数 GHz の広帯域成するハウジング等の高周波共振、スイッチング、で直線性のある感度特性を有し、パルス性の電磁放電によるインパルス性の過渡現象によって決定波の過渡応答を容易に計測できる優れた特徴を持付けられている場合が多いため、今回はインパルつ電界センサである。

ス性電磁波や電圧の過渡応答特性から簡易に特性

このセンサは、光導波路デバイスの変調電極にを測定、評価することにした。そこでこの評価方

小型の非共振アンテナを取り付け、受信信号に法を用いたシステムを試作するに当たり、まず、シよって直接光変調した結果を光ファイバーで伝送ステムを構成する要素技術として次のaからgのできる構造とした。デバイスは、LiNbO3 のZカッ試作開発を行い、その上でこれら要素技術を利用ト面上に熱拡散法を用いてチタン拡散導波路を形したリモート EMI 計測システムの開発の試作を成したマッハツェンダー型光変調器で構成した。

行った。

試作したセンサは、透過型変調器と、その1/2で−2−構成した反射型変調器の２つの構造を有するものと写真２にを示す。

で、透過型センサには、偏波面保存ファイバとマルチモードファイバを入出力ファイバに使用し、３．２高速等価サンプリングボード

反射型センサには、入出力ファイバに１本の偏波

この要素研究では、インパルス性電磁波や電圧面保存ファイバをデータ伝送ケーブルに使用した。

に対する電子機器・回路網の応答に再現性がある

透過型の光−電界センサは、変調感指数を示すので、発生させたインパルス電圧に同期して等価半波長電圧（Ｖπ）5.6 Ｖ、受信できる上限周波数サンプリングができる低コストの高速等価サンプが１ GHz、微弱電圧に対する絶対感度が数 10mVリングボ−ドを試作開発した。

を実現した優れた特性を有する実用レベルのセンサとして試作開発することができた。

サンプリングボ−ドは、分解能 12 ビット、25MHzリアルサンプリング回路にインパルス電圧をまた、反射型光−電界センサについては、透過発生させるトリガ−パルスを１nS単位にプログラ型センサに比して1/2〜1/3の感度が得られた。試

マブル遅延できる回路を付加した１GHzの高速等作した透過型と反射型のセンサをそれぞれ写真１価サンプリングボ−ドができる機能を有する次の仕様で試作した。

入力チャンネル数

２ CH

Ａ／Ｄ変換

12ビット、25MHz（リアルサンプリング時）

アッテネ−タ60dB（8dB ステップでプログラマブル可変）キャッシュメモリ

128KW

トリガパルスサンプリングクロックに同期して１ nS 単位に可変

写真１

透過型の光一電界センサ

バス仕様

ISA バス

入力回路には、高分解能の測定結果を得るためにプログラマブルアッテネータ、ウインドコンパ
レータ、オフセット自動調整回路を付加して、入力波形を最大感度でサンプリングできるようにした。また、トリガパルスのジッタを 100pS以内とし、１nSの等価サンプリングを可能にした。試作
した高速等価サンプリングボ−ドを写真３に示す。

３．３ 高圧高速インパルス電圧発生ユニット
写真２

反射型の光一電界センサ

この要素研究では、300MHz の高周波域までの−3−写真３

高速等価サンプリングボード

写真４

高圧高速インパルス電圧発生ユニット

過渡応答の測定に使用できる高電圧高速インパル

測定ユニットは、インパルス電圧発生回路と測ス電圧発生回路と、反射法によるインピ−ダンス

定回路、Windows95 対応の CPU ボードと１ GHz特性と電圧利得型伝送特性を測定できる測定ユ

等価サンプリングボード、イーサネットボード等ニットを次の仕様で試作開発した。

で構成した。測定結果の信号処理は、既存の信号処理ソフトに特性インピーダンスと伝送特性を算インパルス電圧０〜4000 Ｖ（連続可出する処理系を付加して作成した。試作した電圧変）発生ユニットを写真４に示す。

パルス幅

４〜８ nS

スイッチングジッタ

100pS 以内

３．４ 光−電界センサ用小型広帯域アンテナ

測定周波数域

０〜 300MHz

この要素研究では、光−電界センサと組み合わ特性インピ−ダンス計測反射法を使用して計せて利用する広帯域小型アンテナの試作を実施し測た。

伝送特性計測電圧利得型伝送特性を計測

なお内容については、「高効率広帯域小型プリントアンテナの開発とそのインパルス応答解析（Ⅲ）」で報告を行っているのでそちらを参照のこ

インパルス電圧発生回路には、トリガパルスにと。

同期して等価サンプリング信号が発生できるようにするため、スイッチングジッタが極めて小さい

３．５

ネットワークアダプタ50 個のパワー MOS アレイで構成された電力パル

この要素研究では、センシング部分だけを遠隔ス発生用高速スイッチング素子を使用した。出力地に置いてイーサーネットを介してホストコン回路には、パワー MOS スイッチの on 抵抗に依存ピュータにデータ伝送するネットワークアダプタ

して発生する数10nSの三角波の波尾をキャンセルを試作した。試作したネットワークアダプタを写できる波形整形回路を付加してパルス幅４nS、波真５に示す。

高値4000Ｖのインパルス電圧を発生できるようにした。

図１に示すように、このアダプタには 10BASE−Ｔのイーサーネットポートと８ビットのパラレ−4−受け、要求があるとあらかじめ決められたポートを使用し、クライアントと通信を開始する。クライアントから送信されたデータは、そのまま（透過モード）、パラレルポートへ送出される。
ユーザプログラムモードは、UNIX ライクなソケット関数をサポートしているため、さまざまなアプリケーションへの応用が可能となる。
このアダプタを開発したことにより、パソコンを用いることなく、安価、簡単にパラレルポート
写真５

ネットワークアダプタで計測したデータをイーサーネット上のホストPCに転送することが可能となった。

３．６
図１

リモートＥＭＩ計測システム

以上の３．１から３．５の要素技術を利用して、ネットワークアダプタ動作図

表１に示す機能・仕様を有するリモ−ト計測が可
ル I/O ポートを装備し、計測したパラレルデータ

能なリモートEMI計測システムを開発した。そのをTCPプロトコルに変換して伝送することが可能

システム構成を図２に、またシステムの本体部分となった。また、パラレルタイプの I/O をネット（図２の点線部分）の概観を写真６に示す。

ワークから制御することにより、計測だけでなく容易に遠隔制御を行うことが可能となった。

このシステムにより、高周波インピ−ダンス特性測定、電圧利得型伝送特性測定、インパルス電試作したアダプタのイーサーネットポートは圧印加法による伝導イミュニティ試験、インパル10Mbps の 10BASE −Ｔに対応し、パラレルポー
トは、最高330KB/Sの伝送が可能である。この速表１

リモートEMI計測システム仕様

度はシリアル伝送時の約 2.4Mbps 相当の伝送速度

機

能基本測定機能である。
このアダプタは、モードスイッチの設定により各種動作を変更することが可能である。
FTPサーバモードでは、パラレルポートで受信したデータは、アダプタ上にファイルとして存在するので、イーサーポートからFTPでファイルを取得することでデータ伝送が可能となる。同様に、パラレルポートへのデータ送出は、FTPでファイルをアダプタへ送信すればよい。
ソケットサーバモードでは、イーサーネットポート側のクライアントからのコネクションを待−5−仕様

・高周波インピーダンス特性測定
・電圧利得型伝送特性測定
・インパルス電圧印加法による伝導イミュニティ試験
・インパルス電磁波放射による放射イミュニティ試験
測定周波数域
100KHz〜300MHz
インパルス電圧 ０〜４KV
パルス幅 ４nS
A/D変換機能
リアルタイムサンプリング
25MHz
等価サンプリング １GHz
分解能 12ビット

図２

リモートEMI計測システム構成図
写真６

リモート計測システム本体部

ス電磁波放射による放射イミュニティ試験の簡易−電界センサや高速サンプリングボード等をシス測定を行うことができ、設置機器の現場でのトラテム化することにより、高周波インピ−ダンス特ブル対策や的確な技術診断を行うシステムとして性測定、電圧利得型伝送特性測定、インパルス電の実用性を確認した。

圧印加法による伝導イミュニティ試験、インパル
ス電磁波放射による放射イミュニティ試験の簡易

４測定を行うリモートEMI計測システムを試作しそ結言

本研究では、コンピュータネットワークを利用の実用性が確認できた。

したリモート計測制御システムを開発するにために必要な要素技術開発を行い、これら開発した光今後は、各要素技術及び本システムの製品化について検討を行っていく予定である。

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