電気工作ショップ
永井眞一郎

加藤正之

笠野俊一

齊藤作義

飯塚武志

第二技術系

【1】開設経緯
我々、電気電子システム工学科の技術職員④ 市販されている製品は非常に高価なので、機能・性能を必要最小限に絞り、効率的は、担当研究室の業務に当たる傍ら、他学科な装置を安価に作りたい。

及び他学部からの電子回路設計、電子回路工⑤ その他、相談に応じ支援する。

作等の相談・依頼に応じてきた。しかし、本業務を遂行するに当たり、担当研究室から装【4】これまでに行った支援の一例

置類や消耗品を提供して頂いており、技術部

１．センサ・アンプ３台の製作としての業務環境を整備する必要性が生じ

依頼者：理学部教員た。そこで、技術職員に共通する基盤技術と、使用目的：研究実験のための装置研究室で培った専門技術を整理し、本学の教支援分類：③、④

育・研究に柔軟に対応しうる組織の構築のた

備考：回路図の起案及び部品の選定から製作

め本電気工作ショップを開設した。

まで一式、今回で２回目の依頼
システム全体の概要を図１に示す。製作し【2】目的た装置は破線で囲まれた部分である。実際に電気工作ショップは、依頼された回路製作はセンサは全部で６チャンネル有るので、そ等のサービスを行うことで、教育・研究に対れに応じてアンプ及びフィルタ回路も独立する技術的支援を低予算で且つ効率的に実した６回路分が必要となる。センサはストレ現し、埼玉大学の発展に総合的に貢献するこインゲージを使用した２ゲージ法のブリッとを目的としている。サービスの対象は、埼ジ回路になっていた。

玉大学の全学としている。
【3】支援の内容

センサ

計装
アンプ

フィルタ回路データロガーユニット

電気工作ショップは、以下のような依頼に対して、技術支援をしている。

電源回路① 装置に必要とされる性能が簡易であり、パソコン製作装置市販されている製品を購入せず、比較的簡単に且つ安価に作れる。

図１

システムの概要② 学生実験用のセットは必要数が多く、市販品では比較的簡単なものでも高額となアンプには、微少な信号を効率良く受け取ってしまうので、自作によりできるだけるために、計装用差動アンプ IC を使用した。

安価に揃えたい。

この装置はチャンネル数が多いのでチャン③ 市販されている製品には研究・実験に適ネル間の独立性を重視してアースパターンした装置がないので、必要最小限の目的も工夫した。また、電源もノンスイッチングに適した装置を作りたい。

タイプにして低雑音化を図った。今回は、機能向上のため前回の設計を見直した。前回、2.

XPS（X 線光電子分光）制御装置の製作

回路構成と数を考慮して CAD により回路を依頼者：電気電子システム工学科教員設計し、プリント基板を自作していたことで、使用目的：研究実験のための装置見直しも容易であった。図２は１チャンネル支援分類：④分の基板パターン図である。部品を実装する

備考：回路図及び部品の提供あり

基板については、フォトエッチングによりプ

システム構成の概要は図５に示す。今回製

リント基板を作成し、部品実装後の配線作業作したのは、XPS インターフェース部と XPSが極力簡易となるように構成した。製作したコントロール部及びパソコン用の制御プロ装置のフロントパネルを図３に示す。内部はグラムである。このシステムの動作は、パソ

図４に示すように、安定動作と拡張性を考えコンから分析パラメータを設定して実行すてスペースを取っている。

ると、制御信号である掃引電圧を指定したステップで発生させる。それに対する応答として運動エネルギーごとの電子数をカウントするものである。製作した装置のフロントパネルが図６で、リアパネルが図７である。上側が XPS インターフェース部で下側が XPSコントロール部である。

図２

基板パターン図(1 チャンネル分)
ノートパソコンUSB

XPS
インターフェース

XPS
コント
ロール

光電子
分光装置

XPS制御装置

図５

図３

システム構成の概要

製作した装置のフロント

図６

図４

装置の内部

装置完成後は指定された感度特性と安定フロントパネル

図７
２．１

リアパネル

XPS インターフェース部の概要性を確認するために６ch、３台全てについて

こ の 部 分 は 、 パ ソ コ ン と DAQ(Data動作試験を行った。仕様を満たしていたのでAcquisition)デバイスを USB で接続して用納入した。

い る 装 置 で あ る 。 今 回 使 用 し た DAQ は

USB-6008 で、LabVIEW から容易にコント確認した。OP アンプが周辺素子及び配線のロールすることができる。パソコン側のコン浮遊容量等の影響で、発振している可能性がトロールプログラムは、分析パラメータ条件高いことがわかった。この対策として、安定に従った制御信号を出力し、計測したパルスな負帰還がかかるようにコンデンサで位相数を受け取る働きをする。すなわち、パソコ補償を行い、動作を改善した。構成要素としンとの通信を受け持ち、XPS コントロール部ては以下の通りである。

へ制御信号を伝達させる。また、プログラム

・ 掃引電圧発生ユニットによって機能を拡張させる回路も有してい

・ 分圧ボードる。構成要素としては以下の通りである。

・ アナログアンプ基板

・ USB-6008_1(LabVEW DAQ デバイス)

・ レンズ電圧制御基板

・ USB-6008_2(LabVEW DAQ デバイス)

・ レンズ電圧発生ユニット

・ ディジタル基板

・ レンズ電圧基板

・ アナログアンプ基板１・ 偏向電圧基板

・ アナログアンプ基板２・ 電源回路基板

・ 電源回路基板
図８に製作した XPS インターフェース部の図９に製作した XPS コントロール部の内部写真を示す。

内部写真を示す。

図９
図８

XPS コントロール部

XPS インターフェース部
２．３

プログラム開発ソフトウェア

XPS コントロール部の概要

開発プログラミング言語としては、計測・この部分は、光電子分光装置を機能させる制御用としてナショナルインスツルメンツための掃引電圧・レンズ電圧・偏向電圧を発社のデータ集録デバイス USB-6008 を使用し生している。掃引電圧は分析パラメータによているので、LabVIEW バージョン 7 で開発って制御され、高電圧モジュールにより-2kVするように依頼された。従来のプログラミンまで発生させることができる。レンズ電圧もグ言語(Basic, C 等)は、テキストでプログラ

レンズ電圧制御基板の設定電圧を 200 倍にすムを記述するが、LabVIEW ではグラフィカる高電圧モジュールによって昇圧している。

ルなフローチャートで記述する。プログラム

偏向回路は設定した通過エネルギーを参照としては、装置の操作パネルを仮想したフロして Inner, Outer 電圧を発生させている。回ントパネル（図 10）と、動作を記述するブロ路結線が完成した後はオフセット調整や動ックダイアグラム（図 11）によって作成する。

作チェックを行った。偏向回路の動作チェッ

いままでのプログラミング経験では、Basic,クは DVM を使って行ったが、発生電圧が不C 言語等でプログラムを作っていたので、慣安定な動作を示す場合が認められた。そこでれるまでには多少の時間を要した。基本的なオシロスコープを使用して不安定な動作を制御器・表示器・関数だけで作れるものは容２．２

易であるが、規模が大きく複雑になると非常

1. PSpice、LTspice 等のシミュレーションに多くの制御器・表示器・関数の使い方を知ソフトによる、電子回路のシミュレーシっておく必要がある。今回作成したコントロ

ョン技術の習得とその設計支援技術

ールプログラムのフロントパネルは図１０

2. CAD ソフトと基板加工機を用いたプリンに示すように、左側が分析パラメータの入力部であり、右下の XY グラフにリアルタイム

ト基板の設計・製作技術
3. LabVIEW と LabVIEW デバイスによるでスペクトルを表示させる。図１１に示すブ
ロックダイアグラムは、分析パラメータから計測装置の設計
4. マイコン（PIC, PSoC, H8 等）を利用し掃引電圧を発生させるプログラムの一部である。計測完了後には、分析パラメータと分た計測制御の開発
5. Scilab、MATLAB 等を用いた制御系の設

析データを CSV 形式でファイルに保存できる。掃引電圧の発生パターンとしては、ワイ計および安定度解析
6. その他、電気工作ショップに必要とされドスキャンとナロースキャンが現在稼働しる知識と技術の習得ている。機能の拡張のため現在マルチスキャンを作成中である。

参考文献
1) 鈴木雅臣：定本

トランジスタ回路の設計

CQ 出版社
2) 岡村迪夫：定本

OP アンプ回路の設計

CQ 出版社
3) 遠坂俊昭：計測のためのアナログ回路
CQ 出版社
4) 小澤哲也：図解

LabVIEW データ収録プロ

グラミング, 森北出版株式会社
5) 堀 桂太郎：図解LabVIEW 演習,

森北出版株式会社
図１０

LabVIEW フロントパネル

6) 日 本 ナ シ ョ ナ ル イ ン ス ツ ル メ ン ツ ㈱ ：LabVIEW8 プ ロ グ ラ ミ ン グ ガ イ ド ,㈱ASCII※

お問い合わせ先

電気工作ショップへのお問い合わせはメンバ宛てメール、電話等により受け付けています。
現在の電気工作ショップのメンバ

図１１

ブロックダイアグラムの一部【5】技術研修
電気工作ショップの技術職員は、科学技術の進展に対応した高度な技術支援を可能とするため、以下のような技術研修を行っている。

nagai@ees.saitama-u.ac.jp(内 4507)

kato@ees.saitama-u.ac.jp（内 4510）kasano@ees.saitama-u.ac.jp(内 4500)

saito@ees.saitama-u.ac.jp（内 4511）

iizuka@ees.saitama-u.ac.jp(内 4499）

なお、電気工作ショップは電気電子システ
ム工学科棟の１階・技術室にあります。