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自動計測のすゝめ ~計測器制御のキホン~

はじめまして。第二技術部 カスタム技術課の傳田です。

2018年度新卒でWTIに入社して、今年で3年目に突入しています。カスタム技術課へ配属後は、主に自動計測システムや計測器制御用アプリケーション開発業務に従事しながら、「計測」に関する技術について日々勉強しております。
よろしくお願いいたします。

皆さんは大学の学生実験や中学・高校の物理の実験などで、こんな記憶はないでしょうか?

抵抗器の電圧・電流特性を調べて“オームの法則”を確認したり、LEDの電圧・電流特性を測定してダイオードの電圧降下(VF)を調べるために、電源電圧を変えてはマルチメータの電圧・電流を確認してメモを取る、を繰り返し…。数十点のプロットの末、ようやくそれらしい波形が現れると、少し達成感があります。

私の場合、「電圧を変える人」、「電圧を読む人」、「電流を読む人」、「メモを取る人」の4人態勢で効率化を図ったりしていました。

このように、「あるパラメータを変化させながら特性を確認したい」ときに便利なのが「自動計測」です。今回は、自動計測に必要な「計測器制御」のやり方について簡単に説明したいと思います。

 

■ 自動計測・計測器制御の手順1/ PCと計測器を接続する

自動計測システムでは、多くの場合、制御したい計測器をPCに接続し、PC上のソフトウェアから計測器制御を実施します。計測器の裏側(リアパネル)を見ると、PCと接続するためのインタフェースとして、USB(大抵はType-B)端子やイーサネット(いわゆる、LANケーブル)端子、GPIB端子などが用意されています。(たまに用意されていない場合もあります。)

 

計測器の通信インタフェース

 

なお、初めて接続する計測器をPCに認識させるには、「ドライバ」が必要です。ドライバは、基本的に各計測器メーカーのホームページでダウンロードできます。

 

■ 自動計測・計測器制御の手順2/ 制御ライブラリを用意する

自動計測プログラムには、「VISA」という制御ライブラリを使用します。VISAとは、「Virtual Instrument Softwere Architecture」の略で、世界的に計測器業界の共通規格として開発されたライブラリです。

先程、計測器の通信用インタフェースとして“USB”や“イーサネット”を挙げましたが、実は、これらのどのインタフェースを使用するかによって、PC内部での制御が若干異なります。(呼び出されるAPIがそれぞれ別なのだそうです。)USB用に書いた下級の制御プログラムは、イーサネット経由では動かなくなってしまうのです。

これに対してVISAライブラリは、インタフェースの違いを吸収して、どのインタフェースを使用しても共通のプログラムで動作させることができるという特徴があります。つまり、VISAを使用してプログラムを書いておけば、インタフェースを気にする必要はないということです。

 

VISAのイメージ

 

VISAライブラリも様々な計測器メーカーが提供していますので、ドライバ同様、各メーカーのホームページを探せば見つかると思います。

 

■ 自動計測・計測器制御の手順3/ コマンドを送信して計測器を制御する

計測器を制御するには、それぞれの計測器に定義されたコマンドを送信します。自動計測プログラムとは、この「コマンド」に関して、送る内容・タイミングを制御するものであると言えます。
コマンドのリストは、各計測器シリーズの“プログラミングマニュアル”などに記載されています。(使用方法などが記載された“ユーザーマニュアル”とは別に用意されていることが多いです。)

コマンドはかなりの数があり、最初は戸惑うかと思いますが、コマンド体系は非常に分かりやすく整理されており、慣れてきたら欲しいコマンドをすぐに調べられるようになります。

・共通コマンド

数あるコマンドの中に、「共通コマンド」とよばれるコマンド群があります。共通コマンドは、その名のとおり、多くの計測器に共通して定義されており、IEEE-488に準拠した計測器であればこれらのコマンドを使用することができます。

例えば、Keysightとテクトロニクスのオシロスコープを用意して、それぞれに“*IDN?”というコマンドを送信すると、どちらからも“(メーカー名)、(シリーズ型番)、(ファームウェアバージョン)”という情報が返ってきます。

業界で共通化されるだけあって重要な動作をさせるためのコマンドが多いので、共通コマンドは覚えておくと便利かもしれません。

 

以上が弊社で行っている計測器制御のやり方です。意外と簡単ですね。
測定を自動化したいとお考えの際は、ぜひ一度試してみてください。

 

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