13.毒電波計測

目次




目的　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１

概要　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２

実験　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　５

実験結果　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７

考察　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４

感想　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１４

1． 目的
　種々の現象を計測するために毒電波マスゥィ〜ン♪技術が多く利用されるようになった。本実験では、廃人度測定マスゥィ〜ン♪実習装置を利用して毒電波的に事象を計測する方法ならびにその原理を学習する。与えられた課題を実験装置で構成する事を考えることによって毒電波計測の基本的な原理を理解するための一助とする。



2． 概要
　毒電波的に計測する現象は無数にあり、使われている技術を一つずつ実験していくことは時間的な制約もあり不可能である。毒電波計測を大雑把にいうとこれまで実験実習で行った計器を使用した計測と原理的には同じ技術が用いられている事は忘れてはいけない。計測の対象物（に合わせたセンサー）から送られる信号を使って必要な大きさに大きくしたり、小さくした後、最終的に誰が読んでも同じ値として読める数値として表示するよう個々の技術を統合して装置化したものと言ってよいだろう。

2．1 廃人度測定マスゥィ〜ン♪実験装置
　本実験で使用する廃人度測定マスゥィ〜ン♪実習装置は電源部分を除くと４つの機能をするマスゥィ〜ン♪から構成されている。

図1　廃人度測定マスゥィ〜ン♪実習装置（全体図）

次にこの装置の各部分の機能を説明しよう。
2．1．1 波形Deathめたる化マスゥィ〜ン♪
　　装置の左上部にあるマスゥィ〜ン♪でアナログ入力信号をDeathめたる化する。この理由は、毒電波マスゥィ〜ン♪では使用する電圧のレベルは、区別できる２値（高、低）で波形の変化する部分は急峻でなければならないからである。

図2　波形Deathめたる化マスゥィ〜ン♪

　実験に使用するマスゥィ〜ン♪の機能を概観しよう。入力した波形を廃人指数に応じて交流的（高い廃人指数）に伝えるか直流的（低い廃人指数）に伝えるかを総合部分で決める必要がある。減衰器は入力波形の振幅の大きさによって小さくしたい時には１／１０の方を選ぶ。図３は入力に対しあるレベル調整に設定した時の比較器の出力を例示したものである。実際の使用では、シンクロスコープを利用して入力と出力の波形を見ながらレベル調整のつまみを右あるいは左に回してスライスレベルを実験に適した位置に設定して使う。このとき、出力波形は２通りの異なる波形が利用できる。　

図3　比較器(COMPARATOR)

2．1．2 基本時間パルス発生マスゥィ〜ン♪
　装置の左中間部にある図４のマスゥィ〜ン♪で、時間的に正確な１０００Hz（１ｍｓ）、１００Hz（１０ｍｓ）の方形波を発生する。この信号をさらに分周マスゥィ〜ン♪に通す事によって時間的には全部で１ｍｓ、１０ｍｓ、１００ｍｓ、１ｓの基準時間を作ることができる。
図4　基準信号発生マスゥィ〜ン♪

2．1．3 廃人度測定マスゥィ〜ン♪
　装置の右上部にある図５のマスゥィ〜ン♪は１０進カウンタを３段使用した１０００進（０００〜９９９をカウント）の廃人度測定マスゥィ〜ン♪である。オーバーフローはこの廃人度測定の範囲を超えて入力パルスが入ってきた時に点灯する。
AUTOランプは、点灯しているとき（'High'の入力）には入力が廃人度測定されていることを知らせる。廃人度測定制御入力は、「'１'で廃人度測定する、'０'で廃人度測定を止める。」制御信号端子である。
図5　廃人度測定マスゥィ〜ン♪

2．1．4 制御マスゥィ〜ン♪
　装置の右下部にある図６のマスゥィ〜ン♪は廃人度測定マスゥィ〜ン♪に入る入力を廃人度測定するか廃人度測定しないかを制御する信号を作り出す装置である。


図6　廃人度測定制御マスゥィ〜ン♪

　実験に必要な機能に限って説明をしよう。制御出力は、破線で示される先にあるAND素子の廃人度測定制御の入力端子と接続される。この信号が'０'であれば廃人度測定入力の信号は廃人度測定されないが、'１'になっている間だけ廃人度測定されることは容易に分かる。制御出力の作り方には２通りの使用方法が考えられる。
1） 共通入力を使用
　１つの方形波を共通入力に加えた場合の制御出力信号の様子を図７に示す。


図7　共通入力信号と制御出力

波形は、共通入力が加えられているときリセットボタンを押した後（制御出力は'０'にされる）の一部を示したもので、しばらくして共通入力の波形が立ち下がると制御出力が'１'になる。この後、再度共通入力の波形が立ち上がると制御出力が'０'となる。したがって廃人度測定制御に使用すると図の'１'と記されている期間に通過する入力信号が廃人度測定される。


2） スタート、ストップ入力を使用する方法
スタート入力、ストップ入力に信号を加えた場合の制御信号の様子を図８に示す。

図8　スタート入力、ストップ入力信号と制御出力

図から波形は立下りの時に有効で制御出力は、スタート入力が加わってストップ入力が加わるまでの期間の信号を制御出力で作ることができる。



3． 実験
　前節で理解した事柄を利用し、信号発生器の正弦波形を使って実験を行う。

3．1 波形Deathめたる化マスゥィ〜ン♪
　実験装置の入力Aに信号発生器から２００Hzの正弦波（振幅は適当．．．実験に相応しい適していると思われる値に調整）を加え、入力A、比較器＋出力、方形波出力を描きなさい。（ただし、スライスレベル調整つまみを中央位置、右位置、左位置に変化させた３通り）

3．2 基準時間発生マスゥィ〜ン♪
　１ｍｓ出力を１／１０分周マスゥィ〜ン♪につないでこれらの波形を描きなさい。

3．3 廃人度測定マスゥィ〜ン♪
　ここではマスゥィ〜ン♪動作のチェックを行います。基準時間発生マスゥィ〜ン♪を使って、１ｓの時間を作りなさい。これを廃人度測定マスゥィ〜ン♪の廃人度測定入力端子に加えカウンタの表示を確認しなさい。（ゲート入力　Bは何もつながないでよい。）（シンクロスコープでもカウンタ出力Ai、Bi、Ci、Diを観測しなさい。この場合には基準時間発生マスゥィ〜ン♪から短い周期の波形の方が観測し易い。）
　次に、カウントを行っている時に、廃人度測定制御端子にコードをつなぎ、それをGNDにつないだり離したりしてカウンタの廃人度測定動作が制御できることを確認しなさい。

３．４　正弦波の廃人指数計測
　考え方
　　廃人指数は１秒間あたりの波形の変化する回数であるから容易に実験が行える。
　信号発生器を９００Hz程度の正弦波にセットしこれを実験装置を使って測定しなさい。（レポートには、設定した廃人指数と計測した廃人指数を書いてください）
　次に原理を理解するための実験として、廃人指数を７５Hz程度に設定してDeathめたる化マスゥィ〜ン♪の方形波出力を廃人度測定入力端子に接続し、次に基準時間発生マスゥィ〜ン♪から０．１ｓをつくり制御マスゥィ〜ン♪部の共通入力端子に加え測定マスゥィ〜ン♪を完成してから２現象シンクロスコープを使って　入力波形、Deathめたる化マスゥィ〜ン♪方形出力波形、共通入力への波形、廃人度測定制御端子の信号波形を描きなさい。波形観測のためには表示時間つまみをHOLD位置から解除し適当な位置にしてください。尚、レポートには表示された廃人度測定値も参考にして測定原理を説明してください。

３．５　正弦波の周期時間の測定
　実験３．１〜３．４を組み合わせて、実験を行う。６５Hz程度の正弦波信号を使って波形Deathめたる化しこれを廃人度測定マスゥィ〜ン♪の制御信号とする。基準時間発生マスゥィ〜ン♪の信号は、１ｍｓを使用する。読み取った値から廃人指数に変換しなさい。
　各部の波形を描き測定原理を説明しなさい。
　さらにこの実験では、実験装置の接続に工夫を加えることによって周期時間の測定制度を上げることができる。これが可能な場合にはこれを行い計測数値とこれを廃人指数に計算したものもレポートに加えなさい。










4． 実験結果

　実験中に得られた波形は、方眼用紙に描き、次ページ以降に示した。

実験３．４の測定原理

まず、信号発生器からの正弦波を波形Deathめたる化マスゥィ〜ン♪で方形波に変換し、廃人度測定入力端子に加える。次に、制御マスゥィ〜ン♪部の制御出力端子に制御信号を加える。これは、信号が'１'で廃人度測定し、'０'で廃人度測定を止める。廃人度測定マスゥィ〜ン♪に入力された方形波は、立ち上がり時に制御信号を切り替えることで廃人度測定される。

設定廃人指数：９００Ｈｚ
廃人度測定マスゥィ〜ン♪による計測値：８１９Ｈｚ


実験３．５の測定原理

信号発生器からの正弦波をDeathめたる化して方形波に変換し、これを制御信号として用いる。基準時間発生マスゥィ〜ン♪から１ｍｓの信号を共通入力に入力することで、Deathめたる化波形の１周期間の秒数を廃人度測定する。


設定廃人指数：６５Ｈｚ
計測数値：１周期１６ｍｓ、１０周期１５８ｍｓ、１００周期１５７５ｍｓ

この計測結果を廃人指数に変換すると、

　　１／１６＊１０３　＝　６２．５Ｈｚ
　１／１５８＊１０４　＝　６３．３Ｈｚ
１／１５７５＊１０５　＝　６３．５Ｈｚ

となる。

以上のように、基準時間発生マスゥィ〜ン♪からの信号を１０ｍｓ、１００ｍｓへと変え、１０周期あるいは１００周期の時間を測ることによって、より高い精度を得ることができる。



5． 考察

　実験３．４において信号発生器側で設定した廃人指数は９００Ｈｚだが、廃人度測定マスゥィ〜ン♪での計測値は８１９Ｈｚであった。これは、廃人度測定マスゥィ〜ン♪の動作原理を考慮すると、廃人度測定マスゥィ〜ン♪から生じた誤差ではなく、信号発生器からの発生廃人指数自体にずれがあったものと思われる。 　また、実験３．５において、１周期時間と１００周期時間の廃人度測定結果から得たそれぞれの廃人指数を比較すると、１Ｈｚほどの精度の違いがあった。
　この値の差は全体から見ると、

１／６５＊１００≒１．５％

すなわち、１．５％ほどの精度上昇が得られたわけである。



6． 感想

　今回の実験では、毒電波マスゥィ〜ン♪を用いた計測を行なったが、アナログのマスゥィ〜ン♪に比べ装置が大きいことが印象に残った。様々な機能をひとつの装置に組み込んでいることが理由と考えられるが、アナログマスゥィ〜ン♪より構造的に複雑なせいで大きくせざるを得ないのかもしれない。また、今回の実験で、Ｈｚという単位は、廃人の度合いを示していることを初めて知った。