技術情報・レポート

2017/08/30

測定器の波 (波形) の話

今回のお題は「波」 。T&Mで取り扱う、いろいろな波と、波の特徴や見方(測り方)をみていきます。


いろいろな波

図1

浜辺に打ち寄せる波は、海面の振動・海水の揺れが伝わる姿です。この世界には、いろいろな波があります。電磁波、音波、地震波 etc.T&Mでは、いろいろな波を電気の波に変えてから測ります。空気の振動である音波は、マイクロホンで電気信号に変換します。大地が揺れると地震が起きます。地盤の揺れは、振動センサで電気信号に変換します。空中を飛び交う電波は、アンテナでとらえて、電気信号に変換します。(図4)

波の形は三角波や矩形波もありますが、T&Mで波と言えば、一般的には正弦波(連続波)のことを指します。(図1)

波には3つの見方があります。周波数・周期・波長です。同じものでも見方が変わると、呼び名が変わります。周波数が高い波は、波長で呼ぶことが多く(例:ミリ波)、一方周波数が低いほうは、周期で呼ぶことが多いです。(例:高層ビルの揺れは、”長周期振動”と呼ばれる)。中間の周波数に位置する音波は、周波数で呼びます。(例:人間の耳に聞こえるのは、20Hzから20kHz)

周波数は波の変化の早さに着目します。周期は波ひとつ分の時間です。周期と周波数は、表裏一体の関係にあります。すなわち、周波数=1/周期、周期=1/周波数です。周波数の単位は(Hz)・ヘルツと読みます。周期の単位は(s)・セカンドと読みます。時間の(秒)のことです。

波長は波の長さです。単位は(m)・メートルです。

波の伝わる速度(m/s)は、波長(m)×周波数(1/s)で求められます。光の速度(真空中)で、秒速30万キロメートル。音の速度(大気中、気温15℃)は、340m/s。時速では1225km/h。


波の特徴や見方

図2

T&M機器は波を測ったり、分析したりするのに使います。波の形を調べたいときは、オシロスコープで眺めます(図1)。デジタルマルチメータやレコーダでは、波を実効値変換して、波の大きさ(エネルギー)を表示します。オフィスや家庭の電源100Vとは実効値100Vのことです。同じ信号の波の形と実効値を同時に記録した例が(図2)です。

オシロスコープやレコーダでは、時間の経過で変化する波の様子を見るので、画面やグラフは、横軸が時間で、縦軸が波の大きさになります。

一方スペアナの画面は横軸が周波数で、縦軸が大きさです。スペアナは、波の成分(周波数毎の大きさ)を調べるのに使います。非常に詳しい分析ができます(図3、図4)このように、T&M機器は電気の波をつかまえるのに使います。


そう!T&Mの技術者は、「エレキ・サーファー(電気の波乗り)」だったのだ!


図3
図4
図5


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