ノイズの除去

質問

私は研究で金属の試験片に１Aの直流電流を流しながら引張試験を行いその時の電気抵抗を測定しています。
測定は波形収集装置（パソコンに接続）で行っていますが値が上下に変動しています。（ノイズだと私は考えています。）
そこで質問です。
１）ノイズを少しでも低減させるにはどうしたらよいですか？
　　（わたしはアルミホイルをコードに巻くぐらいしか知りません。）
２）試験片や電極の振動によって電気信号は乱れますか？
以上の二つ、どちらかだけでも結構ですのでお願いします。

回答No.4

esezou · ベストアンサー

zerow0さん、こんにちは。
質問者さんの試験条件だと、電圧換算で１ｍVオーダーの測定となり、
極端な微小電圧測定というほどでもありません。
こういった測定のノイズの主原因は、商用ACノイズです。
適切なシールドで防げます。
測定は、DC（周波数に依存しない）と仮定して、ご回答します。
４端子法の電流端子を駆動する２芯は、十分太い、より線を使う。
検出に用いる２芯は、より線を使う。
ケーブル全体は、シールドされていて、シールド線の片側（装置側）のみでグランドに接続する。
専門的に言えば、シールドされたダブルのツイストペアで、ツイストの片側（電流端子側）は、＃１９程度の太さ、が理想的です。
測定器は、グランドから浮いた（フローティング）で平衡の入力のものを使います。パソコンに接続している装置ならシングルエンド入力（片側がグランド）しかない　かもしれません。効果は減少しますが、この場合は、ツイスト信号の片側がグランドとなります。
この説明で判らなかったら、線をよる（ねじる）だけでも効果はあります。
もっと微小電圧の測定なら、熱起電力への考慮やアクティブシールドといった技法もありますので、勉強してください。

お礼

とても詳しい回答ありがとうございます。
試しに波形収集装置ではなくローパスフィルタ搭載のXYレコーダでも測定してみましたがダメでした。（実は２つ隣の部屋がノイズの研究をしている部屋なのでその影響かも知れません。）
早速、ご指摘のケーブルについてや熱起電力、グランドとか技法についてもっと勉強してみます。

回答No.6

otto0001otto

信号の増幅はどうされていますか？
実験室（特に建築、土木系）は動力系があったりして、
商用電源の回りこみなどで、ノイズが多い場合があります。
試験機に電圧が乗っている場合もあります。
（当然試験片にも）
こうなると、絶縁アンプを使うしかありません。

お礼

回答ありがとうございます。
お礼が遅くなってしまいまして申し訳ありません。
アンプについても詳しくは無いので正解かわかりませんが、20×100με mvで増幅を行っています。
また、CUT OFFという所を10にしています。（前はFにしていたのですがノイズが 酷かったです。）
使い方を説明されたわけでもなく指示されたとうりにやっていただけなので機能とかを把握していませんでした。（取説も見つからないので）
ご指摘の絶縁アンプのついても調べてみたいと思います。
よろしければまたご教授下さい。

回答No.5

joshua01

こんにちは。

ご質問のような試験を私は行ったことがないのですが、一般的な測定時の雑音対策として次のアドバイスはいかがでしょう。

○　測定器の「入力インピーダンス」を低くする。
測定器は、パソコン接続の波形測定器と言われており、これがどのようなものかわからないのですが、仮にオシロスコープと同様の機能があれば、「入力インピーダンス」（入力端子の抵抗）を１Mオームくらいから50オームくらいに切り替える機能はありませんか？一般には、「インピーダンス」は、高い（大きな抵抗）のほうが測定感度は高いのですが、ノイズが入り込みやすくなります。他方で、「インピーダンス」が低いと感度が低くなりますが、測定される側の部品・機器の「インピーダンス」（抵抗値）が低ければ感度に影響は少ないのです。今回は金属試験片の両端に測定電線をつないでおりその間の直流抵抗（これが部品側のインピーダンスに当たります）はミリオーム単位の抵抗ですので、測定器の入力インピーダンスが50オーム位ならほとんど影響がありません。
もし、測定器の「入力インピーダンス」を切り替える機能がなければ、入力端子のできるだけ近いところに、50オームから数百オームの抵抗をつないでみましょう。

○　測定器の入力端子にコンデンサをつなぐ。
今回の測定は、直流ですよね。多分、ノイズは数十Hzから数MHｚの波でしょうから、測定器の入力端子のできるだけ近いところに１μF～１０μF程度のコンデンサをつないでみましょう。これはローパスフィルタの一種です。既にローパスフィルタは試されたようですが、ローパスフィルタにもいろいろあり、例えば機械振動の測定用のものだと数百Hz以下の波（ノイズになりやすい室内AC電源線の振動は数十Hz）は通してしまうことも多いので、思い切って数Hz以下の緩やかな動きだけ（あるいは直流だけ）を通すようにするのが有効ではあります。（コンデンサの容量は本当は最適値がありますので、上記は一般的な測定用のカンです）

上記は、今回のような測定においては劇的な効果が得られることもありますが、もちろん、これらの対策が効果的な測定においても、測定用電線はできるだけ短く、シールド線やより線（ツイスト線）を使用し、測定器や試験片をほかのノイズ源から守るなど対策はできるだけ留意しましょう。

加えて、引っ張り試験時の力が十分強く、端子が適切に試験片にはんだ接着・圧着されているのなら、多少の振動で出力が乱される（検出される）ことはほとんどないはずです。（ただし、測定対象がミリオーム単位だけに、一般的なプラグジャックで用いられるような「接触による接続」で試験片に接続されてその接続区間の外側で電圧を測るような構造だと影響は極めて大きい。その点は大丈夫ですよね？）

さてさて、いかがでしょうか。
「インピーダンス」の概念を理解するのは機械系の方にとっては少々難しく、別途理解は進めていただくとして、多少なりともお役に立てれば幸いです。
（既に行っている内容ばかりだったらごめんなさい）

お礼

回答ありがとうございます。
お礼が遅くなってしまいまして申し訳ありません。
私が用いている波形収集装置は残念ながら入力インピーダンスの機能はありませんでした。
機能はサンプリング周期（周波数）、入力レンジ、を変更できるぐらいです。（メーカーにも問い合わせた事ありますが、回路との測定に用いる物で私のような実験には使えないと言われました）
ご指摘のコンデンサやより線は試してみたいと思います。
それから、はんだでは変形や衝撃によって剥がれたり取り付ける手間があるので四端子のうち外側の2つの電極は試験片の端にねじを切ってそこに銅ナットを取り付け、銅ナットに電極をねじ止めにしようかと考えていたのですが接触抵抗やご指摘の振動の影響が大きいとの事ですので、測定方法をもう一度考え直してみます。
これから色々勉強してみますので、またご教授頂けたら幸いです。

回答No.3

ueda21

No2の方へのお礼で０．００１３Ωとあり１Aの定電流を流しているなら測定している電圧は数ｍVオーダーで電気の技術者レベルで考えると中上級者レベルだと思います。

思いつく事で・・・
１）パソコンでFFTが使えれば周波数分析をして電源の周波数とその高調波（整数倍）があるかとか
２）引っ張り試験機を完全に止めて（コンセントから抜く）ノイズが乗るか見る。動力源がモータだと思うのでそのノイズとかコントロールしている機器のノイズとかをなくして切り分けて探る。
３）試験片の巾や厚さが変更可能なら抵抗がもう少し大きくなるようにしてノイズより信号が大きくなるようにする（電源に余裕があれば電流を増やすとか）

お礼

回答ありがとうございます。
さっそくFFTが使えますので試してみます。
実は試験機の変位も同じ波形収集装置で取ってまして（こっちの方は変形速度を早くすると波形が乱れる）試験機の近くで波形収集装置を使用していましたのでモータ等の影響があるかも知れません。
試験片の直径は今は4mmである程度（±1mm位）は変更できますが電流は増加できないのが現状です。（１Aでジュール熱による電気抵抗の変化がほとんど見られなかった為です。）

回答No.2

tetsumyi

非常に小さい電圧を測定する場合はシールド線を使うことが常識ですが
アースの取り方や電極の取付け方や位置も外的要因を受けないように
充分検討しなければなりません。
抵抗値が小さいでしょうからノイズが入るとすれば電源や測定方法に
問題があるような気がします。

お礼

早速回答ありがとうございます。
おっしゃるとうり抵抗は引張試験終了時に0.0013Ωと非常に小さいです。
測定方法は四端子法で電極は半田で止めてあります。
測定方法や電源装置に問題があるかも知れませんね。
調べてみます。

回答No.1

NAZ0001

まずは、どこからノイズが出ているかを突き止めるのが先決では？。
プローブ端子のところで短絡(か適度な抵抗)させて、それでもノイズが出るのなら、収集装置の不具合か、PCからノイズが出ているかと考えられます。
最悪、測定器を開けて、片っ端にオシロで調べるしかないかと。

お礼

回答ありがとうございます。
私は機械科で電気の事とか短絡とかプローブ端子とか全然知りませんでした。勉強して測定装置を調べてみます。