計測関連用語集

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広帯域オシロスコープ(こうたいいきおしろすこーぷ)

(wideband oscilloscope/broadband oscilloscope) 2000年代に登場した周波数帯域がGHzのオシロスコープ。それ以前にも4GHzのモデルはテクトロニクスやhp(現キーサイト・テクノロジー)も発売していたが、高速シリアル通信などの評価をするアナライザとして2000年代中頃から登場したキーサイト・テクノロジーの54855AやテクトロニクスのTDS7000シリーズ以降の6GHz以上の帯域の機種群が代表的なモデルである。 広義には1GHz以上の帯域のモデルを指しているとする文献もあるが、各オシロスコープメーカのシリーズを見ると、2GHzあたりを境にしているので、筆者は2GHz以上が広帯域オシロスコープ(通称:高速オシロスコープ)と考えている(以下の参考記事「オシロスコープの動向と、最新1GHz帯域モデルの各社比較」に主要メーカのモデルを分類)。広帯域オシロスコープは単に周波数帯域が高いだけでなく、半導体デバイスなどに採用される、各種の通信規格の評価ができることが特長(たとえばDDRや、高速なシリアル通信のバス解析など)。そのため解析ソフトウェアや大きなメモリをオプションで用意している(以下の参考記事「計測器の形名・・・第3回 オシロスコープPart2 ~ DSO、DPO、DSA、MSO」が詳しい)。 また、広帯域オシロスコープが登場する以前は、高い周波数はサンプリングオシロスコープで測定を行ったが、広帯域オシロスコープが普及するとサンプリングオシロスコープの主要な目的の1つであるアイパターン測定は、広帯域オシロスコープのマスクパターン(オプション)などで行われるようになっている。 2010年代初頭にはオシロ3大メーカのテクトロ、キーサイト、レクロイ(現テレダイン・レクロイ)が周波数帯域30GHzのモデルを発売して、最高機種を競っている。2018年にはキーサイト・テクノロジーが110GHzモデルを発表している(以下の参考記事「キーサイト・ワールド2018」で世界初公開を取材)。同じく2010年代に、分解能(ADコンバータのビット数)を向上させる方向に各社が製品開発を進め、高分解能オシロスコープが発表されている。2023年には多チャンネルオシロスコープを売りにしてきた横河計測も12ビットモデルを発売し、内外の主要なメーカ(テクトロニクス、キーサイト・テクノロジー、テレダイン・レクロイ、ローデ・シュワルツ、岩崎通信機 、横河計測)がラインアップした。中華系オシロスコープも続々と追従している(リゴルやSiglent Technologiesなど)。 広帯域オシロスコープは薄型TVやデジタルカメラ、携帯端末、などの情報家電機器に高速な通信インタフェース規格が搭載されるに従い、それを実現する半導体デバイスメーカや家電メーカの旺盛な需要によって2000年代以降に普及した。同時にWi-FiやMIMOなどの高周波の無線通信の評価にも不可欠となった。400Gbpsなどの高速な光コヒーレント通信の開発にも使われる。 上記のアプリケーションはすべて通信である。つまり広帯域オシロスコープは、電気技術者が1台/1人で使う(普段使いの)基本測定器ではなく、通信の専用器(アナライザ)である。

光沢度計(こうたくどけい)

光沢を測定する測定器を「光沢度計」または「光沢計」という。光沢度とは物に光を当てたときの反射の度合い。製品の仕上がり具合いや見た目の美しさの指標にされる。光沢計を「グロスチェッカ」と呼ぶメーカもある。「色や光の測定」分野のため、コニカミノルタや日本電色工業がラインアップしている。堀場製作所も「環境・プロセス」製品として、ガス分析計などと並んで「光沢計」が掲載されている。

高調波(こうちょうは)

(Harmonics) ある周波数成分をもつ電気信号に対して、その整数倍の高次の周波数成分をもつ電気信号を高調波という。元々の周波数を基本波、2倍の周波数成分を持つものを第2高調波、さらに n 倍の周波数成分を持つものを第 n 高調波と呼ぶ。RFなどの高周波(無線通信など)だけでなく、電源の品質を評価する際にも使われるため、幅広いカテゴリの用語といえる。「基本波の整数倍の周波数」という考え方は、たとえば音楽の分野でも(高調波とはいわないが)使われるように、物理現象の解説に良く用いられている。参考用語:高調波歪み

高調波含有率(こうちょうはがんゆうりつ)

ひずみ波に含まれている指定された高調波または高調波群の実効値と、基本波の実効値との比。(共立電気計器株式会社の用語集より)参考用語:高調波

高調波電流(こうちょうはでんりゅう)

(harmonic current) 一般に「高調波 」とは、ある周波数の信号の、整数倍の周波数の信号のことを指す(2倍の周波数の信号は2次高調波、3倍の周波数なら3次高調波、とn次高調波と呼ばれる)。電力供給システムでは商用周波数の整数倍の周波数成分を持つ正弦波を高調波と呼び、電源の品質に関する説明で良く使われる。 計測用電源の代表メーカである菊水電子工業の製品総合カタログ(電源・電子負荷に関する用語)には「高調波電流とは、商用電源ラインの負荷に流れる電流 で、基本波以外の周波数成分のこと」と説明されている。一般に基本波の整数倍という意味がある「高調波」は、無線通信(RF)から音響まで、電気の各分野で使われる幅広い概念であるが、「高調波電流というと、特に電源の分野を指す」という説明である。

高調波歪み(こうちょうはひずみ)

(Harmonic Distortion) デバイスの非線形性によって、基本波の整数倍の周波数をもった高調波が現れる。その高調波と基本波との電力の比を高調波歪みと定義している。高調波は本来の信号(基本波)を歪ませるため、そのように呼ばれる。単位は[dBc] 。オーディオ機器では、音が歪む原因になり、アンプやスピーカの性能に関連する。「歪み」は「ひずみ」と表記されることもある。参考用語:高調波ひずみ率

高調波ひずみ率(こうちょうはひずみりつ)

機械振動系などで観測される振動波形には、通常、基本波成分の他に様々な高調波成分が含まれていて、伝送系に正弦波を加えると、伝送系の非線形特性などが原因で、出力信号にはひずみ成分と呼ばれる、加えた正弦波の高調波成分が現れる。そのために、このひずみに着目して振動波形や出力信号の高調波成分を分析し、振動の特性や伝送系の忠実度などを検討することが行われる。一般に観測波形(出力波形)が基本周波数f1及び第2高調波f2、第3高調波f3、…などの高調波成分で形成されるとき、それぞれの実効値|E1|、|E2|、|E3|、…から全高調波ひずみ率を算出できる。(小野測器の「FFT解析に関する基礎用語集」より)

高調波モニタ(こうちょうはもにた)

高調波を観測する測定器。

高電圧差動プローブ(こうでんあつさどうぷろーぶ)

(high voltage differential probe) 高い電圧を測定する時に使用する差動入力型の電圧プローブ。オシロスコープのモデルによっては別途、プローブ用の電源が必要となる。 オシロスコープのNo.1メーカであるテクトロニクスはP5202A、P5205A、P5210A、THDP0200、TDP1000などラインアップが多い。キーサイト・テクノロジー、テレダイン・レクロイ、横河計測など、オシロスコープの大手主要メーカは必ずつくっている。岩崎通信機は400MHz広帯域のモデル、BumbleBee(PMK社製)を取り扱っている。日置電機はレコーダのアクセサリとして高電圧に対応した「差動プローブP9000」がある。

高電圧プローブ(こうでんあつぷろーぶ)

高い電圧を測定する時に使用する電圧プローブ。

高電圧ボルトメータ(こうでんあつぼるとめーた)

数kV以上の高電圧を測定する機器。

光電子増倍管(こうでんしぞうばいかん)

(photomultiplier tube)光電効果を利用した高感度な光センサ。微小な光を光電効果によって増幅して、電気に変換する光検出器。陰極が光電面である真空管。日本では浜松ホトニクスが有名で、1959年の開発以来、主力製品として作り続けている。

光電融合(こうでんゆうごう)

(photoelectric fusion) 光回路と電気回路を融合させた技術や、光と電気が融合した複合デバイスの総称。電気でなく光で処理を行う光半導体の実用化を進めているNTTは、2019年に次世代ネットワーク構想、オール・フォトニクス・ネットワークのIOWN(アイオン)を発表した。NTT研究所の光電融合部門は2023年8月にNTTエレクトロニクスと統合され、NTTとは別会社のNTTイノベーティブデバイス株式会社となった。「研究所で基礎技術を培ってきた光電融合を事業として実用化するため」と発表されている。IOWNグローバルフォーラムには世界中の先端企業が参画している。インテルなど欧米の半導体メーカは、シリコンフォトニクスといって光半導体の開発に注力している。 光を使うことで、電気を使う部位が減ると省エネ、小型化が実現する。光半導体のような半導体チップだけでなく、プリント基板に光を通す技術開発も必要になるので、大手半導体メーカを筆頭に研究開発が進んでいる。 キーサイト・テクノロジーは、光部品の評価に注力して光測定器をラインアップしてきた。光電融合の関連製品としては、光ファイバの調芯ステージ(計測器の測定用の治具)を含めた、光測定ソリューションを提案している。

光度(こうど)

(luminous intensity、intensity of light) 光の強さ、ある特定の方向へ放射される光の量、円錐形の角度にどれくらいの光が放射されているかを示す。単位:カンデラ[cd]。光度の測定器には吸光光度計や蛍光分光光度計などがあるが、これらは計測器というより化学の分析機器(科学分析機器)に分類されている。 参考用語:輝度計、照度計

硬度計(こうどけい)

物の硬さを測定する機器。

高分解能オシロスコープ(こうぶんかいのうおしろすこーぷ)

(high resolution oscilloscope) オシロスコープ(オシロ)の歴史は周波数帯域を高くすることだった(2018年には110GHzの広帯域オシロスコープが発売されている。参考記事のキーサイト・ワールドを参照)。オシロは横軸(時間)の精度が良い波形観測器(スコープ)であり、電圧測定器ではない。1980年代にデジタルオシロスコープが登場して以降、ADコンバータは(数万円のローエンドから1億円のハイエンドまですべて)8ビットだった。8ビットだと、256分割でサンプリングしてアナログ信号をデジタル化する。1/256=0.4%のため、電圧の有効桁数は2桁までで、3桁めはほとんど信頼できない数値となる。表示桁数の少ない 可搬型(ハンドヘルド)のデジタルマルチメータ(DMM)の分解能に比べても明らかに精度が悪い。 デジタルオシロの歴史の中で、ADコンバータは8ビットであることは変わらない常識だった。ところが自動車などのパワーエレクトロニクス分野では、時間波形だけでなく電圧も精度良く測定するという需要に対応した、10ビットの高分解能モデルをレクロイ(現テレダイン・レクロイ)が2012年に発売した。2018年以降はテクトロニクスやキーサイト・テクノロジーという大手オシロメーカも高分解能モデルを発売したことで、高分解能対応はミドルクラス(1GHz帯域のモデル)の主要な仕様になりつつある。 アナログオシロスコープで国内No.1だった岩崎通信機は、2020年に高分解能でかつ多チャンネル(8ch)に対応したDS-8000シリーズを発売した(参考記事:多チャンネルのオシロスコープ特集)。周波数帯域350MHz~1GHzで、分解能は12ビットである。2023年現在、1GHzモデルが一番売れているらしい。つまり、当初はパワエレ向けで登場した高分解能モデルも、現在ではGHz帯域の信号の測定に使われるようになったといえる。テクトロニクスは1GHz帯域の高性能モデル(4シリーズMSO、5シリーズMSO、200MHz~2GHzをカバー)と、広帯域モデルの5シリーズMSO(高速デジタル回路の評価用、1GHz~10GHzをカバー)は標準で分解能が12ビットである(※)。つまり、同社は4シリーズMSOや5シリーズMSOというボリュームゾーン(売れ筋)モデルは高分解能オシロなのである(同社は品名にあえて「高分解能」とは付けていない)。ミドルクラスの高級器から、10GHzまでの広帯域オシロスコープ(高速デジタル回路の評価用途)は高分解能オシロスコープが主流になった、という説明もできる。 テクトロニクスとキーサイト・テクノロジーのモデルは、品名には「高分解能」の記載がないので、仕様を確認しないと該当機種はわからない。 2023年1月に当サイトが実施したアンケート調査で、「オシロで使っている他の計測器の機能は?」という質問に、マルチメータという回答が28%あった。つまり高分解能オシロの使用率は約30%といえる。約3人に1人はオシロで、DMMのように電圧値を見ていることになる。高分解能モデルの利用率を伺わせる結果となった。 みんなの投票 第2弾 オシロスコープの使用状況&主要メーカ比較記事[投票結果] (Question 7 で「オシロ以外の機能」を質問) 横河計測は分解能が12~16ビットのスコープコーダ(DL950などのレコーダオシロ)があるので、ここで解説している高分解能オシロスコープに該当するモデルはラインアップになかった(スコープコーダは日置電機のメモリハイコーダなどと競合するメモリレコーダと解釈される)。ただし2023年5月に初めての8ビット以上のモデルDL5000HD(12ビット分解能)を発売した。8chモデルの5代目モデルとして2020年5月に発売したDL5000の高分解能改良版(エンハンスド・モデル)である。 2010年にミドルクラスのモデルでオシロ市場に参入し、いまやハンドヘルド から広帯域モデルまでラインアップしたローデ・シュワルツは、2023年11月に多チャンネルオシロスコープMXO5を発売した。周波数帯域は100MHz~2GHzで、4chと8chモデルがあるが、ADCは標準で12ビット、高分解能モードで18ビット、と高分解能オシロである。前述の岩通のDS-8000のラインアップをカバーし、かつ上位の仕様になっている。同社は以前からオシロにスペアナ機能を付けているので、当然MXO5のRF測定機能も進化している。テクトロニクスやキーサイト・テクノロジーに続く、最新の高分解能モデルが発売されたといえる(2023年12月現在)。 (※)オシロを用途別に分類し、一般的な回路基板評価用途(~2GHzまで)を1G帯域のモデル、広帯域モデルの中で1GHz~10GHzに対応したモデルを高速デジタル回路の評価用と称している。参考記事の「オシロスコープの動向と、最新1GHz帯域モデルの各社比較」の表1が詳しい。

効率(こうりつ)

電源機器の入力電力に対する、出力電力の比を百分率で表したもの。但し、交流入力/直流出力の直流電源の場合は、交流入力電力と力率の積に対する出力電力の比を百分率で表したものとなる。(株式会社高砂製作所の用語集より)

交流(こうりゅう)

(alternating current) 周期的に、大きさや流れる方向を変える電流のこと (略記:AC)。交流の指標の1つが周波数。周波数(単位:Hz、ヘルツ)は交流の速さとでもいう値。電力の世界では周波数は50Hzや60Hz(商用電源)。人の耳に聞こえるのは20Hz~20kHz(可聴周波数)。音響(オーディオ)機器はこの帯域の周波数を扱う。RF(Radio Frequency)というと無線通信で使う周波数で、搬送波(キャリア)周波数(送信している電波の周波数)は、ラジオのFM東京は80.0MHz(メガヘルツ)、携帯電話は約3GHz(ギガヘルツ)。

交流安定化電源(こうりゅうあんていかでんげん)

交流の電圧・電流を発生する測定器。(=交流電源)

交流インピーダンス測定(こうりゅういんぴーだんすそくてい)

(AC impedance measurement)インピーダンスは交流信号による抵抗(正確には周波数に無関係の抵抗成分と、周波数によって変化するリアクタンスの合計)なので、交流で測定することは自明の理だが、わざわざ「交流インピーダンス測定」と呼ばれるのは、各種の測定方法が古くからあるためである。測定方法(使用する計測器)をいくつか以下に列記する(詳しくは各用語の解説を参照)。 1.ブリッジ法(交流ブリッジ。主要計測器メーカは生産中止。通販で少し見かける。) 2.共振法・Qメータ法(Qメータ。同じくほぼ生産中止。) 3.I-V法(ロックインアンプ、FRA、電力計など)4.自動平衡ブリッジ法(LCRメータに採用されている方式) 5.RF I-V法(高帯域インピーダンスアナライザに採用されている方式) 電気化学の分野では「交流インピーダンス法」と呼ばれる手法があり、電池の評価(電極や電解液の抵抗成分の測定や解析など)に使われている。 参考記事:LCRメータの基礎と概要 (第1回)の2ページ目・・交流インピーダンス測定の各手法を概説。