センシング信号処理回路の基礎と高性能、低雑音化技術およびスマートセンサ・IoTシステムへの応用 <オンラインセミナー>

~ センサシステムに必要なアナログ回路の基本、センサ信号処理、センサノイズ理論、デジタルインターフェース、非接触指先センサ、超低価格振動センサ、高信頼土壌水分センサ、センチ単位高度センサの応用開発 ~

・センサの基礎、センサ信号処理に必要なオペアンプを中心としたアナログ回路技術を修得し、信号処理回路技術、IoTシステム制御に活かすための講座

・信号処理回路技術、IoTシステム、デジタルインターフェースや制御回路に必要な知識やノウハウを修得し、高性能・高機能な製品開発に活かそう!

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・WEB会議システムの使い方がご不明の方は弊社でご説明いたしますのでお気軽にご相談ください。

講師の言葉

 今話題のコネクテッドインダストリでは、製造業からサービス業まで殆ど全ての産業にネットワークが張り巡らされ、膨大なセンサが収集する有用情報が従来の産業を飛躍的に変容させる概念です。これらの中心技術はセンサ、IoT、AIやロボット技術等ですが、成功の秘訣は最初に情報を引き出すセンシングにあると言えます。何のために、どんな情報を、どのようにして取り出すか?が全ての基本になります。
 このセミナーでは、センサの基礎からセンサ信号処理に必要なオペアンプを中心としたアナログ回路、その設計に不可欠な基本事項、IoTシステムの入力や制御に活用できる信号処理回路技術、デジタルインターフェースや制御回路に必要な知識やノウハウを学習して頂きます。事例を用いて具体的な検出方法や回路構成をご紹介します。特に今回はコロナ過社会に必須となる感染防止・非接触センサを交流容量式・光学式、センサ物理やノイズ理論を理解できると可能になる25円振動センサや気圧センサでセンチ単位の高度差を計測できるシステムを例題としてご紹介します。

セミナー詳細

開催日時
  • 2022年01月05日(水) 10:30 ~ 17:30
開催場所 オンラインセミナー
カテゴリー オンラインセミナー電気・機械・メカトロ・設備
受講対象者 ・センサの活用、利用に携わる技術者
・IoTシステムの開発に携わる技術者
・従来にないセンサ開発に携わる技術者
・マイコン応用等の組み込み機器設計に関わる技術者
予備知識 ・特に必要としません、基礎から分かりやすく解説します
修得知識 ・電子回路、特にアナログ回路の基礎知識
・センサ、センサ回路、デジタルインターフェース等の実践に必要な基礎知識
・アナログ回路、電子回路、IoTシステムの設計に必要な基礎知識
・センサシステムを理論限界まで高性能化するための指標や手段
・IoTシステムの設計や応用に亘る幅広い知見
プログラム

1.諸言 コネクテッドインダストリ、IoT時代の到来とスマートセンサシステムの位置付け
  (1).センサやMEMSのスマホへの搭載と、その衝撃
  (2).IoTでの無線との融合、それによる新しい価値
  (3).IoTシステムの全体構成
  (4).IoT実用化の課題

2.センサの基礎
  (1).センサとトランスデューサ
  (2).センサの種類
    a.センサネットワークで使われるセンサ(温度、モーション、照度等)
    b.環境モニターで使われるセンサ(化学センサ、雨量、微粒子、気圧他)
    c.インフラモニタリングで使われるセンサ(振動、非破壊センサ)
    d.農業分野で使われるセンサ(雨量、水分、照度、気温、PH等)
  
3.センサシステムに必要なアナログ回路設計の基本
  (1).基本的なアナログ量と法則
  (2).受動素子と能動素子
  (3).電子工作のABC
    a.工具の選び方(半田ごて、ピンセット、精密ニッパ、ワイヤストリッパ)
    b.部品・線材の選び方
    c.ユニバーサル基板と表面実装
    d.プロト開発に最適な修正可能な電子回路の実装方法
  (4).信号処理と増幅回路
    a.トランジスタ増幅回路
    b.オペアンプ増幅回路
  (5).オペアンプの動作
    a.基本原理と内部回路
    b.増幅回路(反転、非反転、差動)
    c.オペアンプ用電源方式(両電源、単電源、非対称仮想接地)
    d.理想OPアンプと実際の差
    e.発振の防止
    f.センサ回路に利用する場合の課題
 (6).オペアンプの種類
    a.バイポーラ型
    b.CMOS型
    c.JFET型
    d.単電源とフルスイング型
    e.データシートの見方
  (7).計測器と設計環境
    a.電源とファンクションジェネレータ
    b.デジタルボルトメータ
    c.オシロスコープ
    d.回路シミュレーション
    e.プリント基板の作成と基板設計ソフト

4.高性能を実現するセンシング信号処理回路
  (1).初段回路の選択
    a.ホイーストンブリッジと差動アンプ
    b.計装アンプの使用
    c.容量の計測
    d.時間の計測
  (2).センサで良く使う様々なアナログ信号処理
    a.電源回路と基準電源、仮想接地回路
    b.各種フィルターと使用方法
    c.各種機能アンプ、加算・減算回路、対数アンプ、積算・除算回路
    d.可変ゲインアンプ、電子ボリューム
    e.定電流源回路とその利点
    f.発振回路、コリピッツ・ハートレ・水晶等
    g.高いQ値を持つ信号処理、State Valableフィルタ、ギルバート回路による同期検波
  (3).高度なセンサ向けアナログ信号処理
    a.ロックインアンプを用いた交流信号ノイズ除去
    b.クローズドループ方式による高性能化

5.センサの性能を決める信号・雑音比と超低雑音回路の実装方法
  (1).センサの性能を決めるもの信号・雑音比
  (2).内なる雑音と、外部からの雑音
    a.センサ自信の雑音、抵抗と容量
    b.電源からの雑音
    c.電磁ノイズ
    d.デジタルノイズ
  (3).理論限界を支配する4つの雑音
    a.抵抗のノイズ:ジョンソンナイキスト原理
    b.除去が厄介な1/fノイズ
    c.切り替え時容量ノイズ:KTCノイズ
    d.周波数、カウンターのノイズ:位相ノイズ
  (4).超低雑音回路の実装方法、その考え方
    a.初段OPアンプノイズの計算
    b.OPアンプの実装方法
  (5).温度依存性の低減
    a.温度係数の少ない部品の選択
    b.温度の影響を受けない設計
    c.参照素子を用いた補償
  (6).低雑音回路を利用したセンサシステムの性能向上の例
    a.マイクロケルビン温度計
    b.LCRメータ並みの精度を持つ容量計測
    c.SQUID並みの感度を持つ磁力計

6.スマートセンシングの為の信号処理とシステム
  (1).アナログーデジタル変換
    a.ADコンバータ
    b.カウンター回路
    c.電子可変器とPWM変換
  (2).マイコンによる信号処理(PICとArduino)
    a.デジタル回路の置き換え
    b.内臓AD変換や周波数カウンターを使う
    c.Arduinoを使った簡単なマイコンシステム
    d.M5 stackの紹介
  (3).デジタルインターフェースの基礎
    a.アナログセンサとデジタルセンサ
    b.デジタルインターフェースとは
    c.シリアルインターフェース
    d.SPIインターフェース
    e.I2Cインターフェース
    f.インターフェース機能をセンサに搭載する方法
  
7.応用と開発事例
  (1).コロナ過で必要となる感染防止・非接触センサの必要性、その種類と原理
  (2).交流インピーダンスを用いた容量式非接触センサ(Dog DntTouch)
    a.センサプローブはプリント基板
    b.発振回路はコルピッツ方式
    c.フィルターはパイ型LCフィルター
    d.直射日光等のどんな環境でも動作する指先非接触センサ
    e.ロックインアンプ方式を採用することでQ=10,000相当の雑音除去能力の確認
  (3).一般的に使われている光学式非接触センサの高性能化
    a.940nmのLEDとホトトランジスタ
    b.LEDはパルス駆動、外光照度によってパルス間隔を変化させ消費電力と応答特性をバランス
    c.検出は対数圧縮、同期検波により外光に対して耐性を獲得
    d.同期検波信号と平均値との差動を取ることでロバスト化 
    e.構成を工夫して直射日光下でもある程度は可能
  (4).1個25円のコンデンサマイクと消しゴムを使った振動センサ
    a.センサ物理を用いると低価格でもセンサが可能
    b.断熱空気キャビティを用いてnmオーダの振動をコンデンサマイクで検出
    c.理想弾性体に近い消しゴムでせん断振動を抑制し、垂直振動のみを検出する構成
    d.Q値5-20のState Valableフィルタと電子可変器を用いた、3V-3mAの低消費電力で動作可能なアナログスペクトル解析
  (5).市販のアナログ絶対圧センサで1.5cmの高度差を計測する
    a.最終的に消去が困難な大気の不安定さ、気圧変化、温度変化を補正する方法
    b.基準電源に残るuVレベルの1/fノイズの対策
    c.2個のセンサの差を用いた構成でcmの高度差の変化を計測
  (6).耐久性の高い土壌水分センサシステム(Dog Soil)
    a.従来の土壌センサの課題・電極の耐久性
    b.絶縁被膜電極を使った構成と、等価回路モデルによる空気層や電極水分層の影響の低減
    c.開発事例:ZigBee無線を使ったIoT化、太陽電池を用いた高寿命化
  (7).様々な災害を事前に予知できる可能性のある電離層モニタリング(Dog Ionos)
    a.電離層のドップラーシフトによるmHz単位での空中電波の位相シフト
    b.電波時計の40kHz-JJYの周波数解析
    c.16bitマイコンを32bitレシプロカル方式周波数計測を用いたmHz信号の解析

8.まとめと質疑応答

キーワード コンデンサ トランスデューサ センサネットワーク アナログ回路 IoTシステム 増幅回路 オペアンプ フィルター 低雑音回路 交流インピーダンス 非接触センサ 振動センサ アナログスペクトル解析 電離層モニタリング
タグ 信号処理スマートメータセンサネットワーク回路設計計測器電子機器電子部品
受講料 一般 (1名):49,500円(税込)
同時複数申込の場合(1名):44,000円(税込)
会場
オンラインセミナー
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