工業用アンプとは?

センサよりの信号処理はデータ取得プロセスの一過程で、工業用アンプ(信号処理装置)と呼ばれる機器を使用して、あるタイプの電気的または機械的信号(入力信号)を別のタイプ(出力信号)に変換します。その目的は、信号を増幅して、データ収集または機械制御のために読みやすく互換性のある形式に変換することです。

工業用アンプは、正確なデータ収集と機械制御を行う重要な機能を担っています。この機器は、増幅以外にも様々な機能を提供します。本稿では、新しいトレンドの概要を説明します。

工業用アンプの機能

信号変換

工業用アンプの主な機能は、入力されて信号をより高いレベルの電気信号に変換することです。信号変換は、多様な種類のセンサを使用する産業用アプリケーションでよく使用されます。いろいろな種類のセンサが使用されているため、センサ信号は、接続されている機器に対して使用可能な信号に変換される必要があります。どのセンサ信号も、任意の標準プロセス信号に変換することができます。

線形化

工業用アンプは、センサによって生成された信号が物理的計測値と直線関係にない場合は、線形化を行います。これはソフトウェアにより信号を処理する方式で、熱電対信号では一般的に使用されています。この方式は、すべてのセンサの特性が完全に線形でないため、より高い精度に得るために使用されます。線形化のためのパラメータは、センサ校正時に作成され、センサの校正プロトコルに記載されます。

増幅

次のステップは信号の増幅で、信号処理またはデジタル化のために信号強度を大きくするプロセスです。シグナル増幅を行うには2通りの方法があります。入力信号の分解能を上げる、またはSN比(信号対雑音比)を増加させる方法です。

信号処理には、DC信号での使用に最適化された計装アンプ(入力インピーダンス、CMRR(コモンモード除去比)、およびゲインが高いことが特徴)など様々な用途のアンプを使用します。増幅に使用される工業用アンプの別の例は、小さなACまたは差動信号を通過させながらデバイスからの高いDCレベルを分離するように設計された絶縁アンプです。

フィルタリング

工業用アンプの重要な機能にフィルタリングがあります。これは信号周波数スペクトルをフィルタして、ノイズを除去し有効なデータのみ残します。フィルタは、能動部品と受動部品のいずれか、またはデジタルアルゴリズムから作成できます。パッシブフィルタは最大利得が1のコンデンサ、抵抗、コイルのみを使用します。アクティブフィルタは、オペアンプやトランジスタなどの能動部品に加えて受動部品を使用します。最先端の工業用アンプは、調整が容易で、ハードウェアが不要な、デジタルフィルタを使用します。  デジタルフィルタは、特定の周波数範囲を遮断または通過させるなど、信号を操作するために使用される数学的フィルタです。それらは、ASIC、FPGAなどの論理コンポーネントを使用するか、または信号プロセッサを備えた逐次プログラムの形式で使用されます。

評価とスマートファンクション

最新の工業用アンプは信号評価と計測データの前処理のための特別な機能を備えています。例えば、信号状態を監視して、電気スイッチング出力を介して迅速に警報を発信します。内部演算チャネルのような追加のスマートファンクションは、センサ信号の追加などの数学的機能やPIDコントローラの操作まで処理できます。これらの機能はシステムに対する機械制御の負荷を軽減し、システムを高速化するのに役立ちます。  

インタフェース

信号変換器は、センサ信号を標準インタフェース介してプロトコルを機械制御装置に送信します。このインタフェースは、アナログまたはデジタルを使用できます。一般的なアナログインターフェースは、扱いやすい電圧(±10 V)または電流信号(±20 mA)ですが、すべての信号に別々の配線が必要です。最新のデジタルインタフェースは、イーサネットベースのバスインタフェース(Profinet、Ethercat、Ethernet / IP)を使用しており、複数のコンポーネントを1本のワイヤで接続できます。これにより配線数が削減され、部品の診断情報などの追加情報を送信することができるうえ、ダウンタイムを減少しメンテナンスを迅速化できます。

HBMの工業用アンプ

HBMは、本稿に記載されているものを含め、さまざまな機能を実行できる工業用アンプを供給しています。当社の工業用アンプは、生産管理と製造に使用できる完全な計測チェーン・ソリューションです。工業用アンプ についての詳しい情報は、HBMまで お問い合わせください 。

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