ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 飯島 淳司 *1 要 旨 電子機器の故障や誤動作な どの原因の一つ と し て挙げ ら れ る ノ イ ズや， サージ障害の調 査 と 対策を行 う ために ノ イ ズハ イ ロ ガー 3145 お よ び ク ラ ンプオン ノ イ ズセ ンサ 9754 を開 発 し た． こ こ に ノ イ ズ障害要因の説明 と 共に， 製品の特長や有用性， 構成や性能について 解説す る ． 1. は じ めに 近年， 情報シ ス テ ム機器や生産 ラ イ ン の自動化 設備な ど の故障， 誤動作， 通信障害 と い っ た ノ イ ズ障害に よ る ト ラ ブルが問題 と な っ てい る ． 主な要因 と し て， 省エネ を目的 と し た電気設備 の イ ンバー タ 化に と も な う ノ イ ズ源の増加， 電子 機器の ネ ッ ト ワ ー ク 化に と も な う ノ イ ズ の侵入， 伝播ルー ト の複雑化， IC の駆動電源や信号レベル の低電圧化に よ る S/N 比の低下な ど が挙げ ら れ る ． EMC 試験の適用に よ り ， 一般的に電子機器は ノ イ ズ放出量 と ノ イ ズ耐性について評価 さ れてい る が， 実使用環境に設置す る と 誤動作， 故障な ど の ト ラ ブルが発生す る ケース が多い． EMC 試験サ イ ト と 実使用環境 と の違い が原因 と し て 挙げ ら れ る ． 特に実使用環境におい て， アー ス 線は接地の 取り方に よ っ て ノ イ ズの侵入経路にな る 可能性が 3145, 9754 の外観 今回， 電源異常や温湿度 と 共に電子機器の環境 的 な 不 具 合要 因 と し て 挙 げ ら れ る ノ イ ズ 障害， サージ障害の調査に実用的な測定器で あ る ノ イ ズ ハ イ ロ ガー 3145 を開発 し た． あ る． ノ イ ズ障害， サージ障害以外に も 電子機器の故 障や誤動作な ど の不具合要因が考え ら れ る ． 電源 異常， アー ス 不具合， 温湿度な ど の環境的な不具 合 と ， ハー ド ウ ェ ア， ソ フ ト ウ ェ ア の設計的な不 具合が あ る ． 不具合対策の際には， ノ イ ズ 障害， サー ジ障害 を 含め た こ れ ら の要因の調査 を 行い， 切 り 分けす る こ と が不具合の早期解決への第一歩 と な る． 電源異常に関 し ては， 電源品質アナ ラ イ ザ 3196, 3197， 電源 ラ イ ンモニ タ 3351 な ど に よ り 電源調査 が行え る ． 温湿度に関 し ては， 温湿度 ロ ガー 3641, 3670， 遠隔計測シ ス テ ム 2300 な ど に よ る 調査が行 え る． ノ イ ズ障害， サージ障害調査用の測定器に関 し ては， 現場に対応 し た ノ イ ズ / サージ測定専用器 が な く ， ス ペ ク ト ラ ム ア ナ ラ イ ザや DSO (Digital Storage Oscilloscope) に よ る 調査 が 一般的 で あ っ た． 2. 電子機器を と り ま く ノ イ ズ環境 電子機器 を と り ま く ノ イ ズ環境 と ノ イ ズ障害， サージ障害発生ま での流れについて述べ る． 電子機器の実使用環境には様々な ノ イ ズが存在 す る． イ ンバー タ を用いた機器か ら の イ ン バー タ ノ イ ズ， エ レベー タ な ど の動力機器か ら の ノ イ ズ， 電動機な ど の誘導性負荷機器を切断 し た際に発生 す る シ ャ ワ リ ン グ ノ イ ズ， 帯電 し た金属や人 と の 接触に よ り 発生す る 静電気放電 ノ イ ズ，放送波や無 線など の電波ノ イ ズ， 雷サージなど 多数存在する ． シ ャ ワ リ ン グ ノ イ ズや静電気 ノ イ ズ， 雷サージ と い っ た ノ イ ズは， 常時発生 し てい る も のではな く 不定期に発生す る ． こ れ ら は定常的に発生 し て い る ノ イ ズの よ う にいつで も 確認で き る ノ イ ズで はな い． ま た， その存在を確認す る のに労力 を要 し ， ノ イ ズ障害の原因 と し て特定す る こ と が容易 ではない． *1 PMI 部 技術 2 課 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 2 雷サージ 電波ノイズ 放送波、無線 静電気放電ノイズ シャワリングノイズ 避雷針 高圧 低圧 電源線 動力ノイズ インバータノイズ アーク溶接機 誘導 ノイズ発生源 障害発生機器 通信線 情報機器 誤動作，故障，通信障害 アース線 図 1 現場の ノ イ ズ障害発生シーケ ン ス ノ イ ズ の伝播経路は， 電源線， アー ス 線， 通信 線な ど を伝導性 ノ イ ズ と し て伝播す る 経路 と ， 放 射性 ノ イ ズ と し て 空間 を 伝播す る 経路 が存在す る． 伝導性 ノ イ ズは並走す る 他のケーブルへ誘導 し て伝播 し た り ， 空間へ放射 ノ イ ズ と し て放射 さ れ る ． ま た， 放射性 ノ イ ズ が ケーブルに誘導 し て 伝導性 ノ イ ズ と し て伝播す る 経路 も 存在 し ， 伝播 ルー ト も 複雑にな っ てい る ． 最終的には， 障害発生機器の電源線やアース線， 通信線な ど のケーブルか ら 侵入す る か空間か ら 直 接機器に侵入す る こ と で ノ イ ズ障害を発生 さ せ る が， 電源線やアー ス 線， 通信線な ど の ケーブル を 経由 し て侵入す る 伝導性 ノ イ ズが原因 と な る ケー ス が大半を し め る ． 対策は ノ イ ズ の発生源， 伝播ルー ト ， 侵入箇所 のいずれかで行 う が， 現場では発生源が不明な場 3. 設計コ ン セ プ ト 上述の よ う な現場の ノ イ ズ障害調査， 対策 ツ ー ルに必要な機能 と し て以下の項目が挙げ ら れ る ． • 現場でのノ イ ズ調査を 考慮し た利便性と 携帯性 • 広帯域にわ た る 様々な ノ イ ズ を ト ー タ ル的に 調査で き る 機能 • サージ な ど の不定期に発生す る 単発 ノ イ ズ を 確実に捕捉で き る ピー ク 検出機能 • ノ イ ズ障害発生時間 と の一致が確認で き る ノ イ ズの時系列デー タ 記録機能 3145 は， 上記機能を満た し た実用的な現場向け ノ イ ズ / サージ専用測定器を設計 コ ンセプ ト と し てい る ． 4. 機能 ・ 特長 合が多いため， 発生源での対策は比較的時間を要 す る． 特定で き てい る ノ イ ズ障害発生機器周辺か (1) 小型軽量 従来の ノ イ ズ解析では ス ペ ク ト ラ ム アナ ラ イ ザ ら 侵入箇所や伝播経路を特定 し て対策を行 う 方が な ど 大型で高価な測定器を使用 し ていた ため現場 比較的短時間で済む． し た が っ て早期対策， 早期 での ノ イ ズ調査は困難だ っ た． 3145 は フ ィ ール ド 解決がのぞ ま れ る 現場においては，障害が発生し た での使い勝手を考慮 し た小型軽量サ イ ズで， バ ッ 際には侵入箇所での調査，対策が中心になる ( 図 1)． ノ イ ズの遮断方法には， 電源 ラ イ ン では絶縁 ト ラ ン ス な ど の使用， アー ス 線では他機器か ら の ノ イ ズ の流入 を 遮断す る た め に単独接地 と す る 方 法， 通信線では各種対策部品， シール ド 線や ツ イ ス ト ペア ケーブルの使用， ト ラ ン ス や光変換な ど に よ る 絶縁が挙げ ら れ る ． ま た機器内部では ノ イ ズ耐性を上げ る ため ノ イ ズ フ ィ ルタを用いたりする． いずれにおいて も 機 器へ流入す る ノ イ ズ電流を遮断す る こ と が重要 と な る． テ リ と AC アダプ タ の 2 電源に対応 し た携帯性，利 便性に優れた ノ イ ズ計測器であ る ． (2) ク ラ ン プ式電流セ ンサ ( ク ラ ン プ オ ン ノ イ ズセ ンサ 9754) 3145 では， ク ラ ンプ式電流セ ンサに よ る ノ イ ズ 測定を採用 し てい る 。 ク ラ ン プ式電流セ ン サ を採 用す る こ と に よ り 電源線， アー ス 線， 通信線を 被 覆の上か ら ク ラ ン プす る こ と で コ モ ン モー ド ノ イ ズ電流の検出が可能 と な り ， 稼動状態の電子機器 に影響 を与え る こ と な く ， 簡単， 安全に ノ イ ズ測 定を行 う こ と がで き る ． 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 電流測定 と 比較 し て， コ モ ン モー ド ノ イ ズ電圧 測定では基準 と な る アー ス へ接地す る 必要があ る ため不便で あ り ， アー ス 電位の影響を受け る 可能 性があ る ． それに対 し て ク ラ ン プ式電流セ ン サに よ る コ モ ン モー ド ノ イ ズ電流測定は接地不要のた め利便性に優れ， アー ス 電位の影響を受け ない安 定 し た測定がで き る と い う 利点を持つ． ま た アー ス 線の ノ イ ズ も 簡単に測定で き る 点 も コ モ ン モー ド 電圧測定 と 比較 し て優れてい る 点で あ る ． 今回， 専用に 9754 を開発 し てい る ． 特長， 性能については後で説明す る ． (3) 伝導性 ノ イ ズの測定に最適な測定周波数帯域 3145 では周波数帯域が 10 kHz ～ 100 MHz，電流 レベルは 2 mAP-P ～ 28 AP-P の広範囲の ノ イ ズ を測 定で き る ため， 通信線の ノ イ ズか ら 雷サージ ま で 様々な種類の ノ イ ズの測定が可能で あ る ． ノ イ ズ を 7 つ の 周波数帯域 (15 kHz/70 kHz/250 kHz/1 MHz/5 MHz/20 MHz/60 MHz) に分離 し て検出 し ， 各バ ン ド の ノ イ ズ 電流 レ ベル を リ ア ル タ イ ム で バーグ ラ フ表示す る． 3 を 基準 に し て 警報 を 鳴 ら し た い場合に便利で あ る． (7) 通信機能， 遠隔操作 LAN 端子を装備 し てお り ， LAN や イ ン タ ーネ ッ ト に接続可能で あ る ． HTTP サーバ機能に よ り ， ロ ーカルエ リ アネ ッ ト ワー ク 内の PC か ら WEB ブ ラ ウ ザで本器の遠隔操作， 測定値の監視がで き る ． ま た FTP 機能に よ り ， 本器内の測定デー タ を転送 する こ と も で き る． (8) PC 用ア プ リ ケーシ ョ ン ソ フ ト ウ ェ ア 3145 で測定 し た ロ ギ ン グデー タ の解析用に， PC 用 ア プ リ ケ ー シ ョ ン ソ フ ト を 付属 し て い る ． CF カー ド に保存 し た ロ ギ ン グデー タ を時系列グ ラ フ で表示 し ， 時間軸の拡大縮小機能や日計， 週計， 月 計表示機能を利用す る こ と がで き る． ノ イ ズ レ ベ ルや日時を指定 し てデー タ を検索可能で あ り ， 長 期の ロ ギ ン グデー タ の解析を容易に行え る． 測定 結果を も と に報告書を作成す る 際には， テ キ ス ト 変換， グ ラ フ の ク リ ッ プボー ド コ ピー機能， グ ラ フ印刷を利用で き る ． (4) 単発 ノ イ ズを確実に検出 3145 では， 雷サージ， 開閉サージ， 静電気放電 ノ イ ズ な ど の単発 ノ イ ズ を確実に捕捉で き る ． 信 5. ハー ド ウ ェ ア構成 号の周波数を計測す る 測定器 と し て ス ペ ク ト ラ ム 図 2 に 3145 のブ ロ ッ ク 図を示す． アナ ラ イ ザが あ る が， 周波数を掃引 し て計測す る 9754 に よ り 検出 し た ノ イ ズが入力端子に入力 さ ため単発 ノ イ ズ を検出す る こ と がで き ない． 3145 れ る． レ ン ジ ア ン プ部で ノ イ ズ信号の レ ベル変換 では， ピー ク 検出機能 と 全周波数帯同時計測に よ を行い， 周波数弁別部で BPF (Band Pass Filter) に り 単発 ノ イ ズ を検出可能であ る ． よ り 7 つの周波数レ ン ジの信号に弁別す る． 弁別 し た各周波数帯の ノ イ ズ信号の P-P 値を それぞれ (5) ロギング機能 機器に障害 を及ぼす ノ イ ズは， 一定期間ご と に 発生す る も のや時々 し か発生 し な い も の が多い． こ の よ う な ノ イ ズ を捕捉す る ために， 長期間の ノ イ ズ監視が必要 と な る ．本器の ロ ギ ン グ機能は，各 周波数帯の ノ イ ズの時間変化を内蔵 メ モ リ へ記録 し ， 時系列グ ラ フ と し て画面に表示す る． 記録 し た ノ イ ズ レ ベルの変化を解析 し ， 何時 ノ イ ズが発 生 し てい る か， ま た， ど のよ う なイ ベン ト と 同期し ている かわかれば， ノ イ ズ源を 特定し やすく なる ． (6) 警報機能 発生 し た ノ イ ズが， 警告 レ ベル と し て設定 し た し き い値を超え る と ， 警報音や E メ ールで通知す る こ と がで き る ． 警報発生の日時は自動的に記録 さ れ る た め， 時々 し か発生 し ない ノ イ ズ障害の日 時 を知 る こ と がで き る ． 外部出力機能に よ り ， ノ イ ズの発生 と 同期 し て外部機器を制御す る こ と も で き る ． ま た， 現在の ノ イ ズ レ ベル を警報 レ ベル 後段の ピー ク 検出部に よ り 検出す る． 検出 し た各 周波数レ ン ジの ノ イ ズ信号の P-P 値を A/D 変換器 と FPGA (Field Programmable Gate Array) を介 し て， 内部 メ モ リ に時刻 と 共に記録す る． ま た表示部に て 各周波数 レ ン ジ の ノ イ ズ レ ベル と し て 表示す る． その他，外部記録装置への保存，通信機能 (LAN， RS-232C) な ど の機能を持つブ ロ ッ ク で構成 し てい る． ロ ギ ン グ機能， PC カー ド への記録， 通信機能， CPU 回路周辺については， 既存製品であ る メ モ リ ハ イ ロ ガー 8420-50 機能のを採用 し てい る． (1) レ ン ジ ア ン プ部構成 レ ン ジ ア ンプ部分は周波数帯域は 2 kHz ～ 200 MHz (-3dB 帯域 )， 3 レ ン ジ構成にな っ てい る ． 最 高感度レ ン ジでは， 150 倍の利得を持つ広帯域， 高 利得増幅回路にな っ てい る ． と し て取 り 込む機能を有す る ため， 現在の レ ベル 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 4 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 INPUT レンジアンプ fO:15kHz ピークホールド fO:70kHz ピークホールド fO:250kHz ピークホールド fO:1MHz ピークホールド fO:5MHz ピーク検出 fO:20MHz ピーク検出 fO:60MHz ピーク検出 ADC FPGA 測定データ 8420-50 流用箇所 カラーSTN LCD(320x240) CPU VGAC BACK UP RAM (SRAM 64KB) VRAM WORK RAM (SDRAM 64MB) 制御信号 FPGA （メモリ＆I/O制御） メインメモリ (FLASH 2MB) RS-232C PCカード KEY&LED LAN 図 2 ブ ロ ッ ク図 (3145) 回路構成は広帯域増幅用ア ン プ を カ ス ケー ド 接 続 し た構成 と な っ てい る ． 広帯域， 高利得増幅回路では， 周辺回路 と の結 合や回路 GND の イ ン ピーダ ン ス の影響な ど が特性 に大 き く 影響す る ため， 注意が必要な点 と し て挙 げ ら れ る． レ ン ジ ア ン プ部についてはシール ド ケー ス を使 用 し て， 入力端子を含めた レ ン ジ ア ン プ部の回路 全体を シール ド す る こ と で周辺回路 と の結合を防 止す る 対策を 取っ てい る ． ま た， シール ド ケー ス を使用す る こ と に よ り レ ン ジ ア ンプ部の GND イ ン ピーダ ン ス を下げてい る ． パタ ーン 間の容量結合について も 高周波特性へ の影響が大き く ，ピ ーキン グ を 発生さ せる 原因と な る ． 特にア ン プの入出力信号パタ ーン と 電源， GND パタ ーン 間の結合容量を 避ける 配慮を し ている ． 最高感度 レ ン ジ ではア ン プ自身の ノ イ ズの影響 が大 き く な る ． 特に初段に使用す る ア ン プについ てはア ン プ自身の持つ ノ イ ズがゲ イ ン倍に増幅 さ 各 BPF 出力値の P-P 値の検出を行っ てい る ピー ク 検出 / ピー ク ホール ド 部は，2 種類の回路で構成 し てい る． 15 kHz/70 kHz/250 kHz/1 MHz の周波 数 レ ン ジは， アナ ロ グ ピ ー ク ホール ド 回路に よ る 構成であ る． ま た 5 MHz/20 MHz/60 MHz の BPF の出力は， コ ン パ レ ー タ に よ り ノ イ ズ レ ベルの検 出を行い， コ ン パ レ ー タ の出力値を ラ ッ チ回路に よ り ホール ド し てい る ． ピー ク 検出 / ピー ク ホール ド 部の出力値は定期 的に A/D 変換部 と FPGA を介 し て表示値， 記録値 と し て出力 さ れ る ． リ セ ッ ト 回路に よ り ， デー タ の取 り 込み直後に ピ ー ク ホール ド 部の出力値の リ セ ッ ト を行い， 次の ピ ー ク 値の検出に移 る ． 取 り こ ぼ し のない ピー ク 検出を実現す る ために，各 BPF を通過す る ノ イ ズの周波数成分 よ り も 十分速い時 間で リ セ ッ ト を行っ てい る ． (4) 電源回路部 電源は AC100 V ～ 240 V 対応の AC ア ダプ タ 9418-15 と ，バ ッ テ リ パ ッ ク 9447(Ni-MH 電池 公称 れ る ため低 ノ イ ズ品を採用 し てい る． 電圧 7.2 V/2400 mAh) での駆動が可能であ る． (2) 周波数弁別部 バ ッ テ リ パ ッ ク はACア ダプ タ を接続す る こ と に よ 15 kHz/70 kHz/250 kHz/1 MHz/5 MHz/20 MHz/ り 充電 さ れ， 約 2 時間で急速充電が終了す る． 急 60 MHz の 7 つの中心周波数を持つ BPF 回路に よ 速充電終了後は， バ ッ テ リ の自己放電防止のため り ， レ ン ジ ア ン プで レ ベル変換 さ れた ノ イ ズ信号 ト リ ク ル充電を行 う ． 急速充電終了後は， 約 60 分 を 7 つの周波数帯に弁別 し てい る ． 特性はすべて， 間の連続使用が可能であ る ． Q = 1， -40dB/dec の BPF 回路構成 と な っ てい る ． はバ ッ テ リ 動作に切 り 替わ り ， 急速充電が終了 し (3) ピー ク 検出 / ホール ド 部 単発 ノ イ ズ を取 り こ ぼ し な く 検出す る のに必要 不可欠な構成部 と な る． ま た， AC アダプ タ 使用中に停電が発生 し た場合 ていれば約 60 分間停電対策用のバ ッ ク ア ッ プ電池 と し て使用で き る． 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 5 シールド シ ールド ケース ケース 上センサ 上セ ンサ 磁気コ ア 磁気コア 開閉レ バー セ ン サケーブ ル (2 m) 窓 窓 BNC コ ネク タ シ ールド シールド セン サ 絶縁シ ート 絶縁シート 下センサ 下セ ンサ タ ーミ ネーシ ョ ン ボッ ク ス ク ラ ンプ窓 図 4 セ ンサ筐体部 磁気コ ア 磁気コア 巻線 巻線 部分シ ャ ン ト 抵抗 部分シャント抵抗 センサ ターミネーションボックス BNCコネクタ ホルダ ホルダ コモン モード フィルタ シャント 抵抗 50 Ω 同軸ケーブル フィルタ シャント 抵抗 分割巻線 部分シャント 図 5 回路ブ ロ ッ ク図 シ ールドシールド ケース ケース コ ネク タ 取付板 コネクタ 取付版 図 3 セ ンサ構造図 図1. センサ構造 図 6. ク ラ ン プ オ ン ノ イ ズセ ンサ 9754 6.1 特長 本器は， 窓径 20 mm であ り ク ラ ンプす る だけで 簡単に広帯域の電流検出が可能で， 3145 と の組み CT) 式であ り ， セ ンサ部は フ ェ ラ イ ト コ ア， 巻線， シール ド ケース な ど に よ り 構成 さ れてい る ( 図 3)． 磁気 コ アに巻線 を装着後， シール ド ケー ス に収納 し ， エポ キ シ樹脂で注型 し た後， 突 き 合わせ面を 研磨仕上げ し てい る ． 合わせで ノ イ ズ電流の検出や解析に使用で き る ． 巻線は， 分割ボ ビ ンや分割シ ャ ン ト な ど に よ っ ま た， 単独で も 汎用の交流専用 ク ラ ン プ式電流セ て浮遊容量， 層間容量お よ びそれ ら に よ る 共振の ン サ と し てオ シ ロ ス コ ープ な ど に接続 し ， 電流波 影響を低減 し ， 広帯域 と 平坦性を達成 し てい る ． 形の観測が可能であ る ． (2) セ ンサ筐体部， タ ー ミ ネーシ ョ ン部 主な特長や製品仕様 ( 概略 ) を以下に記す． 図 4 に示す よ う にセ ンサ筐体部は ク ラ ンプオ ン プ ロ ーブ 3274 な ど と 共通の部品を使用 し てお り ， (1) 広帯域 :1 kHz ～ 100 MHz (-3dB) (2) 低電流ま で優れた リ ニア特性 : ± 3.0%rdg ± 0.001% f.s. (f = 15 kHz， f.s. は定格電流 10 A) (3) 広測定範囲 : 最大ピー ク電流値 15 Apeak 基本的な構造は同一で あ る ． ク ラ ン プの開閉機構 は安全性を考慮 し た レ バー操作に よ る 開閉構造を 採用 し てい る ． 出力端子は 汎用 の電流 セ ン サ と し て オ シ ロ ス (4) 高安定度:感度の温度特性±2％以内(0～40℃) コ ープ な ど に接続で き る よ う BNC 端子を使用 し (5) 導体位置の影響 : ± 0.4％以下 た． 残留電流特性 :40 mA 以下 (3) 回路 図 5 に回路のブ ロ ッ ク 図を示す． 基本的な構成 6.2 構成 は ク ラ ンプオ ンプ ロ ーブ 3276 と ほぼ同 じ であ り ， (1) セ ンサ部 本器の検出方式は変流器 (Current Transformer， 広帯域， 周波数特性の平坦性を意図 し てい る ． 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 6 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 6.3 特性例 (1) 周波数特性 1 kHz ～ 100 MHz にわた る広い周波数帯域を有 し てい る こ と に よ り ， 様々の周波数 ス ペ ク ト ラ ム を含む電流の検出が可能であ る ( 図 6)． (2) リ ニア特性 振幅 [dB] (0dB = 1 V) -10 変流器 (CT) 方式の特長であ り ， 広範囲の電流レ -20 -30 -40 -50 -60 ベルに対 し て良好な リ ニア特性であ る ( 図 7)． (3) 導体位置の影響お よび残留電流特性 1 1.E 1.E 1.E 1 k 1.E 1.E 11.E M 1.E 1.E1 G1.E 1.E +09 +00 +01 +02 +03 +04 +05 +06周波数 +07 +08 周波数 [Hz] [Hz] 図 6 周波数特性 ( 特性例 ) 前述 し た よ う に電源 ラ イ ン な ど， 大電流が流れ る 往復導体を一括 ク ラ ン プ し ， ノ イ ズ電流を測定 3 す る と い う 使用方法 も 想定 さ れ る こ と か ら ク ラ ン 2 が重要であ っ た ( 図 8)．こ れに よ り 往復導体を一括 に ク ラ ン プ し た場合の残留電流 も 小 さ く す る こ と がで き る． 誤差 [%rdg] プ窓内におけ る 導体位置の影響を低 く 抑え る こ と (4) 飽和特性 1 0 0.001 -1 低周波数領域では変流器 (CT) 動作を外れ る と ， -2 被測定電流に よ っ て磁気 コ ア内に生 じ る 磁束が大 -3 き く な る ため， 飽和 し やす く な り ， セ ン サの応答 図 9 に入力電流 15 Apeak ( 最大ピー ク 電流値 ) 15 7.1 サン プ リ ン グ方法 中心Sからの偏差 [%] 7. 測定機能 10 100 入力電流 [A] I=10A l = 10 A 0.2 I=1A l=1A 0.1 0.0 -0.1 入力部の ピー ク 検出部， ピ ー ク ホール ド 部に よ -0.2 り 検出 さ れた 7 バン ド の ピー ク デー タ は A/D 変換 -0.3 A 部 と FPGA を介 し て 100 ms ご と に ス キ ャ ン し ， 内 B C D E 位置 F G H A B C H S D (f(f=15kHz) = 15 kHz) G F E 図 8 導体位置の影響 部 メ モ リ へ格納 さ れ る． サンプ リ ン グ速度が 100 ms と 遅いため， 内部 メ -10 振幅 [dB] (0dB = 1 V) モ リ へ格納す る 処理は ソ フ ト ウ ェ ア に よ り 実現 し てい る ． 1 0.3 kHz の場合の直流重畳特性を示す．重畳電流約 8 A 場合は飽和の影響が大 き く な る ． 0.1 図 7 振幅確度 ( 特性例 ) 特性に影響があ る ． 以下な ら ば低域の帯域を満足す る が， それ以上の 0.01 DC0, 1, 2 A -20 DC5 A -30 DC8 A DC10A -40 10 10 100 100 1k 1000 10 k 10000 周波数 [Hz] (I = 15 Apeak, 15 kHz) 図 9 直流重畳特性 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 7.2 モニタ 測定 モニ タ 表示キーを押す こ と に よ り モニ タ 画面が 表示 さ れ る ． モニ タ 画面では， サンプ リ ン グ し た 7 バ ン ド 分の電流 レ ベル を， 数値 と バーグ ラ フ で表 示す る ( 図 10)． 測定値を バーグ ラ フ 表示す る こ と で， ノ イ ズ成 分の周波数 と レ ベル を 一目でわか る よ う に し た． 画面更新間隔は， サンプ リ ン グ間隔 と 同 じ 100 ms であ る． 7.3 ロ ギン グ測定 ロ ギ ン グ機能に よ り ， ノ イ ズ レ ベルの時間変化 を本体内蔵 メ モ リ へ記録す る こ と がで き る ． 記録 間隔は 1 s ～ 60 s か ら 選択す る ． サンプ リ ン グ間 隔はモニ タ 測定 と 同 じ 100 ms であ る が， 設定 し た 記録間隔内の最大値 を 内部 メ モ リ に記録 し て い く ． 例えば記録間隔 1 s の場合， 1 秒間にサンプ リ ン グ し た 10 回分デー タ (1 s/100 ms = 10 回 ) の最 図 10 モニ タ 画面 大値 を内部 メ モ リ へ保存す る． 本体内蔵 メ モ リ に は最大で約 1,398,000 サンプ リ ン グ分の記録が可能 であ り ， 記録間隔を 1 s に設定 し た場合は， 約 16 日間の記録が可能で あ る． さ ら に， 内部 メ モ リ に 記録す る と 同時に， 測定デー タ を リ アル タ イ ム で CF カー ド へ保存す る こ と も で き ， 内部 メ モ リ の容 量を超え る 長期の測定 も 可能であ る ． 測定中電源が切れた場合で も ， 電源が切れ る 直 前ま でのCF カー ド 内のデー タ を保護する 機能を搭 載す る． 7.4 画面表示 モ ニ タ 画面では， ノ イ ズ レ ベルの瞬時値を バー グ ラ フ で表示す る と 同時に， 最大値を ピ ー ク バー で表示す る （図 10）． ま た， 画面左の数値表示は， キー操作に よ り 「現在値」 表示 と 「最大値」 表示 を切 り 替え る こ と がで き る．縦軸 ( 電流レベル ) は， 広範囲の レ ベル を一度に視認で き る よ う に対数表 示 と し た． ロ ギ ン グデー タ は時系列グ ラ フ で表示 し ， モニ タ 画面 と 同様に縦軸を対数表示 と し た （図 11）． ロ ギ ン グ画面では測定中 / 非測定中にかかわ ら ず時 間軸の拡大縮小 と ス ク ロ ール操作が可能 な た め， 過去デー タ を確認す る こ と がで き る ． 一度に 7 バ ン ド 分のデー タ を表示す る ために波形が重な り 視 認 し づ ら い場合は， 波形強調機能に よ り 指定 し た バ ン ド 波形以外はグ レ ー表示に し て視認性を高め る こ と がで き る ． 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 図 11 ロギング画面 7 8 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 ② ③ AC100 V ACアダプタ シグナル発生器 モータ周波数 設定信号 ① 入力電源 AC200 V 3Φ +インバータ ①設定信号線を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 ② AC ア ダプ タ 出力を 一括 ク ラ ン プ で 計測し た結果 モータ ③電源ラ イ ン を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 図 12 イ ンバー タ モー タ 駆動シス テム ( 対策前 ) • 設定信号線に フ ェ ラ イ ト コ ア を装着 ( 図 13） 8. ノ イ ズ対策事例 次に，実際のノ イ ズ障害において，本器を 使用し てノ イ ズ対策を 行っ た事例を 2 つ紹介する ． 8.1 シ グナル発生器の誤動作対策事例 図 12 に， 障害を起 こ し た イ ンバー タ モー タ 駆動 シ ス テ ムのブ ロ ッ ク 図を示す． シ グナル発生器の DC 出力電圧を設定信号 と し て， イ ンバー タ モー タ の回転数を制御 し てい る ．発 生器の出力を DC10 V 設定に し て 60 Hz の回転数に な る と こ ろ， 発生器か ら 5 V し か出力 さ れず， 回 転数が 30 Hz 程度にな っ て し ま う と い う 現象が生 じ た． こ れが ノ イ ズ障害に よ る 誤動作か ど う か調 査す る ため， シ ス テ ムの各部を 3145 のモニ タ 機能 にて計測 し た． それぞれの測定結果の ノ イ ズ レ ベルが一致 し て い る こ と か ら ，イ ンバー タ →発生器→ AC アダプ タ →電源お よ びアー ス 線が ノ イ ズ電流の帰還ループ にな っ てい る こ と がわか る ． • 設定信号線(－側)を バイ パス コ ン デン サで接地 ( 図 14） 図 13 は フ ェ ラ イ ト コ ア対策時の設定信号線の 計測結果であ る ． 図 12 と 比較す る と ， 20 MHz お よ び 60 MHz の レベルは減衰 し てい る が，1 MHz 以 下では効果がない．フ ェ ラ イ ト コ アは 20 MHz で最 大 2 kΩ (3 タ ーン ) の特性の も のを使用 し た． こ の 時， 発生器は誤動作を起 こ し た ま ま であ っ た． 図 14 はバ イ パ ス コ ンデンサ （0.1 μF） 対策時の 設定信号線の計測結果で あ る ． バ イ パ ス コ ンデン サに よ り ，設定信号線に混入 さ れた 15 kHz～1 MHz 帯の ノ イ ズが除去 さ れた こ と がわか る ．こ の時，発 生器から の出力はDC10 Vであ り 正常動作になっ た． バ イ パ ス コ ンデン サ と フ ェ ラ イ ト コ アに よ る 対策 結果を比較す る と ， 15 kHz ～ 1 MHz 帯の ノ イ ズに よ り 発生器 が誤動作 を 起 こ し て い た こ と が わ か り ， 15 kHz ～ 1 MHz 帯の コ モ ンモー ド ノ イ ズの帰 還ループ を し ゃ断で き てい る こ と がわか る ． イ ンバー タ に よ る ノ イ ズが発生器へ侵入 し ， 発生 器が誤動作を起 こ し てい る と 考え ら れ る ため， ノ イ ズ を除去す る ために次の 2 つの対策を試みた． 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 ③ AC100 V ② ACアダプタ シグナル発生器 モータ周波数 設定信号 入力電源 AC200 V 3Φ ① フェライトコア による対策 +インバータ ①設定信号線を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 モータ ② AC ア ダプ タ 出力を 一括 ク ラ ン プ で 計測し た結果 ③電源ラ イ ン を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 図 13 イ ンバー タ モー タ 駆動シス テム ( フ ェ ラ イ ト コ ア対策 ) ③ AC100 V ② ACアダプタ シグナル発生器 モータ周波数 設定信号 ① 入力電源 AC200 V 3Φ バイパスコンデンサに よる対策 +インバータ ①設定信号線を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 ② AC ア ダプ タ 出力を 一括 ク ラ ン プ で 計測し た結果 モータ ③電源ラ イ ン を 一括ク ラ ン プ で 計測し た結果 図 14 イ ンバー タ モー タ 駆動シス テム ( バイパス コ ンデンサ対策 ) 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 9 10 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 AC100 V UPS 測定/対策 ポイント PC RS-232C 耐圧試験器 出力 切り替え器 （リレー） ＤＵＴ １ 制御盤内 ＤＵＴ ２ 図 15 耐圧試験シ ス テム 耐圧試験中 耐圧試験中 耐圧試験中 図 16 RS-232C ケーブル （対策前） 8.2 耐圧試験器の誤動作対策事例 図 15 に， 障害を起 こ し てい る 耐圧試験シ ス テ ム のブ ロ ッ ク 図 を示す． 耐圧試験 を行 う ためのシ ス テ ム で あ り ， リ レ ーに よ る 出力切 り 替え器で試験 対象 （DUT １ ， DUT2） を切 り 替えてい る ． 耐圧試 験器 と PC を RS-232C で接続 し ， 耐圧試験器の制 御を 行っ てい る ． こ のシ ス テ ム におい て， 耐圧試 験器内の RS-232C 制御用 IC が壊れて し ま う 不具合 が過去数回発生 し てい る ． ノ イ ズに よ る 障害か ど う か確認す る ため， RS-232C ケーブルの ノ イ ズ を 3145 の ロ ギ ン グ機能で測定 し た． 図 16 に RS-232C ケーブルの ノ イ ズ測定結果を示 図 17 RS-232C ケーブル （絶縁対策後） イ ズが発生 し てい る （最大 280 mA） ． こ の ノ イ ズ は リ レーに よ る 出力切 り 替え と 同期 し て発生 し て い る ため， 測定対象の切 り 替えに よ る サージ ノ イ ズが RS-232C ケーブルを伝わっ て耐圧試験器の IC を 破壊す る と 予想で き る ． 対策 と し て， RS-232C 光変換ア ダプ タ で絶縁 し ， ノ イ ズの進入 を防 ぐ よ う に し た． 図 17 に対策後の測定結果を示す． リ レー切 り 替 え と 同期 し て ノ イ ズは発生 し てい る が， レ ベルは 半分以下に減少 し てい る こ と がわか る （最大 120 mA）． ま た，対策後は IC の破壊は起こ っ ていないた め， ノ イ ズ対策が有効であ っ たこ と が確認でき た． す． 図 16 を見 る と ， 耐圧試験中に 10 回程度の ノ 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 9. おわ り に 3145 お よ び 9754 について， 機能， 特長お よ び構 成について報告 し た． ま た， ノ イ ズ解析におけ る 電流測定の優位性 と 共に， 本器を使用 し た伝導性 ノ イ ズの調査 と 対策について言及 し た． ノ イ ズ調査では電圧測定が一般的で あ る が， 電 流測定に よ り 電圧測定では困難で あ っ た アー ス 線 の ノ イ ズの測定や， 電子機器か ら 放出 さ れ る ノ イ ズ， 侵入す る ノ イ ズ を流入 / 流出量 と し て捉え る こ と がで き る な ど 新 し い視点か ら 現場の ノ イ ズ調 査が行え る と 考えてい る ． ノ イ ズ障害の調査 / 対策を完結 さ せる ためには 知識や ノ ウ ハ ウ が必要で あ る が， ま ずは， ど こ に ど の よ う な ノ イ ズが発生 し てい る か を定量的に把 握す る こ と が ノ イ ズ障害解決のための第一歩 と な る ． 今後 さ ら に増加す る で あ ろ う ノ イ ズ障害の原 因究明に有効な測定器であ る と 考え る ． 平林 明彦 *2， 宮澤 健明 *3， 渡辺 英雄 *4 *2 FMI 部 技術 4 課 *3 技術本部 技術 9 課 *4 技術本部 技術 10 課 日 置 技 報 VOL.29 2008 NO.1 11 12 ノイズハイロガー 3145, クランプオンノイズセンサ 9754 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