【6月28日】Rigol DS1054Zでノイズみたそしてセンサー検討

Tektronicsのオシロを仕事で最後に触ったのは、かれこれ15年くらい前でした。メカトロエンジニアですので20代からオシロ、ロジアナ、データロガーは仕事の道具でした。しかし、エレキハード屋さんではないので電気ハードには弱いためオシロも十分使いきってませんでした。

退職して6ヶ月めにして、得意でない電気ハードとオシロに立ち向かうことになることは、MAKERSをやると決めたからには避けて通れない道だと今更ながらに実感している次第です。

さて、本日は、先週まで練習していたCerevo BlueNinjaのAD変換サンプルプログラム動作遊びで、AD変換ソースのノイズをオシロで見てみました。これからセンサー類を多用するので、ソース信号のノイズは致命傷になるのでそれらについて、オシロで分析できるようになるための練習です。
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BlueNinjaのAD変換https://blueninja.cerevo.com/ja/example/003_adc12/
サンプルプログラムと推奨結線で1度基板上でコンパクトに配線したのですが、接触不良らしくAD値が出なかったので、判りやすく色わけしたリード線で配線しなおしてAD値がUSBシリアルでPCに取り込めるようになってます。今日は、このソースのノイズをオシロで測定です。

【電源オン=>プローブ波形校正=>CH1でAD0CHつなぐ=>AUTOボタン】でもう波形でてきました。
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ぎょっとするほど規則正しいノイズが乗ってました。
3KHzから4KHzでp-p100mVくらいあります。
これは、100KΩのボリュームが信号源の場合です。
BlueNinjaのどこかからの電磁ノイスを大きな抵抗が発熱ノイズとして
取り込んでしまっていると判断してます。
ボリュームはやめて、定電圧電源から直にADに入れてみてどうなるかみてみました。

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波形は違って数百KHzのノイズがでてます。PーPで120mVもあります。安物の定電圧電源なのでスペックで±50mVでると書いてあります。この波形から、5水準を測定して、PCで得たAD変換値平均値と入力電圧値を直線回帰したら
R=0.99992、傾き=0.5mV/digit 切片=5.2mVでした。
12ビットAD変換計算値とは随分違った値がでてしまってますが、線形性はぎりぎりですが、使えるレベルだと思います。
結論として、マイコンADコンバーター変換でセンサーを使うときは、
ノイズをチェックして、キャリブレーションをしっかりやって使える範囲か
毎回確認作業が必要だと判断しました。

【RIGOLのオシロですが、デジタル安物の他機種と違いでディスプレーが階調表現で波形をだしてくれるのでアナログ的に見え ます。これってすごく便利だと思います。UltraVisionのおかげです。】

●センサーとそのデータ取得
さて、アナログソースをAD変換するまでにノイズが数十mVから百数十mVが軽く乗ってくるという現実をみるとこれから検討していくセンサーで微少電圧電流しか出力できないものは危ないと感じてます。
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上から気圧センサーモジュール(I2C接続)
差圧センサー(微少電圧出力)
ひずみゲージとブリッジ端子(微少電圧出力)

ピエゾ圧電素子をつかう圧力センサーや微少な抵抗変化を増幅するひずみゲージなどは、ノイズの餌食になると思います。

幸い、圧力センサー類は、I2Cシリアルバス接続でデジタルでセンサーから出てくるのでノイズの餌食にならない製品が多くあります。
しかし、I2Cのプログラムを作らないといけませんがノイズでギブアップするよりは絶対いいので、I2C接続を勉強始めます。

いかんせん、ひずみゲージですがこれは、アナログ微少電圧出力しかないので、ノイズ対策を前提として取り組むということにします。
RIGOLは、ひずみゲージ計測のために買ったというべきかもしれません。
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ひずみゲージの貼り付け位置と組み合わせは、相当の検討が必要ですがここのところが、MAKERSとしての知恵のだしどころで、従来にないアイデアでロードバイク出力測定を開発をしようと思ってます。

 


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