こんにちは。第二技術部 カスタム技術課の傳田（でんだ）です。
私からは、自動計測に関連することについてお話しさせていただきます。
今回のテーマは“自動計測の多チャンネル化”です。
“多チャンネル化”とは、もともと1チャンネルしかないような計測器にスイッチ回路（マルチプレクサとよばれます）を接続することで、一度のトリガで複数のポイントを測定できるようにすることです。多チャンネル化によって、「大量のサンプルを一気に自動計測したい」「経路の繋ぎ換えが発生するから自動計測ができない」といった課題を解決できるようになります。
図 1 マルチプレクサによる自動計測の多チャンネル化
◆多チャンネル自動計測の原理
多チャンネル自動計測システムは上図1のように、計測器1台とマルチプレクサなどのスイッチモジュールがあれば実現できます。原理といってもその動作は単純で、図２に示すように「スイッチの切り替え」と「測定値の読み出し」を交互に実行するだけです。
図 2 計測器の動作順序の例
◆多チャンネル自動計測の注意点
多チャンネル自動計測システムを構築する際は、以下の点に注意する必要があります。これらの注意点は、私が過去の業務で経験したシステム不具合の原因だったものです。
- 各機器の動作所要時間とプログラム実行速度
例えば、計測器にDMM（デジタルマルチメータ）を使用するとします。DMMは高精度な測定を期待できますが、高速動作にはあまり向いていません。その理由は、セトリング時間やPLC（電源周期積分時間）の設定によって測定に時間がかかるからです。それゆえ、あまり高速に動作させようとすると、DMMが測定中にもかかわらずスイッチ切り替えが発生してしまうことがあります。
そのため、「DMM測定完了」→「スイッチ切り替え」という順番を正しく維持するようにプログラムする必要があります。
図 3 計測器の制御タイミングに起因する測定不良の一因
ちなみに、高速に測定したい場合は、アナログ入力モジュールなどを使用します。一般的に、DMMより精度やノイズ耐性が低い傾向にありますが、より高速に測定できます。
- スイッチ経路遮断による電位保持
スイッチ切り替えの際、一つ前の計測値が次の計測結果に影響を及ぼす場合があります。
例えば、スイッチモジュールの先に電圧計を接続しているとします。下図4 - (a) のように、経路1の電圧測定完了後にスイッチモジュールで経路を強制遮断した後に、下図4 - (b) の状態（スイッチがどこにも接続されないフローティング状態）になると経路は電荷の行き場がなくなり、電位をしばらく維持します。その状態で次の経路2にスイッチが接続されると、計測器側の電位が測定値に影響して正確に測定できなくなることがあります（図4 - (c)）。
図 4 経路を強制遮断したときの問題点
このような問題は、一度計測器側の経路をGNDに接続するなどして電位のリセットを行うことで解決できます。
図 5 計測器側経路の電位をリセット
◆おわりに
今回は“自動計測の多チャンネル化”についてお話ししました。計測器にスイッチモジュールを一つ接続するだけで、より多くの計測が自動化できるようになります。みなさまも一度挑戦してみてはいかがでしょうか。
弊社では他にも、カスタム計測、受託評価なども請け負っています。
機会があれば、またご紹介させていただきますのでお楽しみに！
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