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微弱電流の検出について
- 微弱な電流を検出するための回路を製作する際、ノイズの影響を抑える方法について教えてください。
- シャント抵抗、ボルテージフォロワ、反転増幅回路、A/Dコンバータを組み合わせた回路を製作したものの、ノイズまで増幅してしまいました。
- 電流→電圧変換ができる回路で、ノイズを抑える方法をご教示いただけないでしょうか。
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どの程度の分解能・精度が要求され、電流源の出力インピーダンスがどの程度なのか、測定計のフローティング(絶縁)は必要か、が無いと詳しい情報は書きづらいです。 100V以下のフローティングで一番高価かつ確実なのはケースレー6485とかの微小電流計を利用することです。(オーバースペック？) > シャント抵抗 → ボルテージフォロワ → 反転増幅回路 こんな構成ならばむしろIV変換回路(トランスインピーダンスアンプ)を組んだ方がお得です。(シャント抵抗を大きくしてもシステムへの影響が少ない。) http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/iv.html http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja098/jaja098.pdf この場合、ADCのGNDと電流源のGNDは同一となるのでフローティングが必要ならADCの出力を光か無線で伝送することになります。 ESP－WROOM-02とかおもしろそうです。 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09758/ 生産ラインへの組み込みではなく、一時的な利用であればOwonのB35も良いかもしれません。 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-09631/ フリーソフトでPCでの記録が出来ます。 http://www.ts-software-jp.net/products/tsdmmview.html ライン組み込みならば、MTTに相談してみるとかでしょうか
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アナログ又はデジタルでのレゴード又はディスク ⇒ 増幅 ⇒ スピーカー技術の応用は如何？ 貴殿で詳細は調べてくださいな。
ノイズを漠然とノイズとして捉えていたのでは、なかなかうまく解決できま せん。大切なのは、ノイズを発生させている主原因と、電気的なシステム 構成を明確にしたうえで、対処を考えることです。 まず、電流を計測するためにシャント抵抗を接続する回路と、ボルテージフ ォロワからA/Dコンバータの回路部は、同一の安定した電位のシグナルグラ ンドを共有できるのでしょうか？ 両回路間のグランド電位が大きく異なり、又は、両回路間におおきなノイズ 源が存在する場合は、電流を検出する部分を、問題の少ない回路部に変更す ることが第一の選択肢です。 両回路間のグランド電位が異なる場合や、両回路間にノイズ源が存在する 場合は、先の回答者さんがお示しのインストゥルメンテーションアンプ を使ったり、A/Dコンバータの出力をフォトカプラを使って、両回路間を アイソレートするなどの方法をとります。 いずれの場合も、コモンモード電圧をどの程度抑制できるか、コモンモード 電圧の伝達周波数特性を検討することが重要です。 両回路間のグランド電位に問題のない場合は、検出したい直流成分と 分離したいノイズ成分を、周波数フィルタで選り分けるだけで済む場合も あると思います。 いずれの場合でも、ボルテージフォロワ回路で扱えるるdv/dtよりも 急峻な波形のノイズが加わると、ボルテージフォロワ回路で信号を歪ませて しまい正しい直流成分を検出できませんから、ボルテージフォロワ回路以前 にパッシブなLPF回路を設けることが順当と思います。また、ボルテージフォ ロワ回路又はその周辺にに周波数特性を付与して、A/Dコンバータの入力に ノイズ成分を加えないようにすることも有効な手段と思います。 ノイズの問題で苦しむのは、 ＞ノイズを発生させている主原因と、電気的なシステム構成をきちんと把握 できていない＝アドバイスを受けたいと思う人に状況をうまく説明できない 場合が多いように思います。 各回路部の回路図、各回路部の動作原理、信号の流れ及びそのレベルダイア グラム、各回路部に対する電源系統、各部の接続関係を示す結線図、全体配 置を把握できる実体配線図などを横断的に検討することが問題解決に役立ち ます。 上記の電気系以外にも、電気的なノイズを出す可能性がある部分があれば 考慮する必要があります。
何をしたいのかがわからないと答えの方が明確になりません。 1ｍAを測定したいのか、1Hzも合わせて変化もみたいのか。 ですけど、速度を要求しないのであれば1Hz以下しか 通らないLPF（ローパスフィルター）をいれれば済むことです。 高速で変化を観ないといけない場合は、それに応じた LPFの周波数にして、あとはソフトで平均化処理とかに なります。 あと最低でも差動回路で受けないといけません。 もっとよくしたければインスツルメンテーション回路です。 でもその後ろでLPFは必要です。
＞システムには最大1mAの電流が流れており、電圧変換後に5V程度まで 前出の先生方が何故か触れられていないけれど 何故、わざわざ困難な電流検出しなければならないのでしょう？ １０Ａとかの大電流ならそうしなければならない事例は多いけれど たかが１ｍＡしかないのに （充電電池の充電計測とかならそうしなければならないかも知れないけれど） 電流検出 （センス）回路集 http://cds.linear.com/docs/jp/application-note/jan105.pdf 既設回路に追加改造して外部モニタ回路を付けるんですよね？ 既設回路をぶった切ってシャント抵抗入れるんですか？ そんなことして既設回路にノイズが入っちゃったりしないの？ 通常のオシロやテスタで見るように電圧計測じゃあダメなんですか？ 微妙な回路ではオシロのプローブ触っただけでノイズが入ったりしちゃうけど？ だから電圧計測はダメとかじゃあなくて 電圧計測でさえノイズ混入の危険性が有るのに それ以上に危険性のあるシャント挿入するなんて、、、
要求性能が不明ですが インスツルメンテーションアンプ回路を使ってみたらいかがでしょう。 http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/application-notes/AN-244_jp.pdf ICを使えば簡単 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02789/ 電源やGNDぎりぎりの電圧を測るのには使えないという 注意点さえ覚えておけば割りと容易に高精度の計測が可能です。
ノイズ発生源は不明ですか？ どこから どんなノイズが乗ってきてますか？
お礼
皆様、回答して頂き誠にありがとうございます。 教えて頂いた内容について早速実践してみたいと思います。