JP2022129478A - ノイズ可視化システム及びノイズ可視化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝導妨害波を可視化できるノイズ可視化システム及びノイズ可視化方法を提供することを目的とする。
【解決手段】ノイズ可視化システムは、測定対象物における測定箇所の位置情報を取得する位置情報取得部と、測定箇所に物理的に接続された状態で測定箇所の電位情報を測定する測定部と、電位情報をスペクトラム波形に変換し、周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するスペクトラム取得部と、測定箇所の位置情報と、スペクトラムデータとを関連付けて記憶する記憶部と、スペクトラムデータのレベルと測定箇所の位置情報とが対応付けられた対応情報を作成する制御部と、対応情報を表示する表示部と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、伝導妨害波を可視化できるノイズ可視化システム及びノイズ可視化方法に関するものである。

ＩＴ機器から発生する妨害波によるテレビ又はラジオの電波障害を防ぐために、ＩＴ機器はＶＣＣＩ（Voluntary Control Council for Interference by Information Technology Equipment）規格に適合する必要がある。電磁波妨害（ＥＭＩ）は、主に放射妨害波と伝導妨害波の２つに大別でき、開発者はこれらの妨害波が規格で定められた基準値を超えないように製品設計しなければならない。

従来、妨害波を解析する手法としてノイズスキャナーが知られている。ノイズスキャナーは電子基板等から放射される放射妨害波の分布状態を測定して可視化するシステムである。ノイズスキャナーによって可視化された分布状態から、周波数ごとに放射妨害波の発生源を特定することができる。また、ノイズスキャナーを用いて妨害波への対策後の効果確認をすることも可能であるため、放射妨害波対策として有効な手法である。ノイズスキャナーの一例として、特許文献１には、測定対象となる電子機器から放射される２種類の電磁波を計測して表示することで、放射ノイズの分布及び強度の傾向を把握できるノイズ計測装置が提案されている。

特開２００９－２５７８２９号公報

しかしながら、従来のノイズスキャナーは、放射妨害波を解析して可視化できるものの、伝導妨害波については可視化できないという欠点がある。

本発明は、上記のような課題を背景としたものであり、伝導妨害波を可視化できるノイズ可視化システム及びノイズ可視化方法を提供することを目的とする。

本発明に係るノイズ可視化システムは、測定対象物における測定箇所の位置情報を取得する位置情報取得部と、測定箇所に物理的に接続された状態で測定箇所の電位情報を測定する測定部と、電位情報をスペクトラム波形に変換し、周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するスペクトラム取得部と、測定箇所の位置情報と、スペクトラムデータとを関連付けて記憶する記憶部と、スペクトラムデータのレベルと測定箇所の位置情報とが対応付けられた対応情報を作成する制御部と、対応情報を表示する表示部と、を備える。
本発明に係るノイズ可視化方法は、測定対象物における測定箇所の位置情報を取得するステップと、測定箇所に物理的に接続された状態で測定箇所の電位情報を測定するステップと、電位情報をスペクトラム波形に変換し、周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するステップと、測定箇所の位置情報と、スペクトラムデータとを関連付けて記憶するステップと、スペクトラムデータのレベルと測定箇所の位置情報とが対応付けられた対応情報を作成するステップと、対応情報を表示するステップと、を含む。

本発明に係るノイズ可視化システム及びノイズ可視化方法によれば、測定部が測定箇所に物理的に接続された状態で取得した電位情報に基づく対応情報を表示することで、伝導妨害波を可視化することができる。

実施の形態１に係るノイズ可視化システムの概略構成図である。 実施の形態１に係るノイズ可視化システムの測定系を説明する図である。 実施の形態１に係るノイズ可視化方法を示すフローチャートである。 測定対象物の位置情報の一例である。 測定箇所のスペクトラム波形の一例である。 測定対象物のノイズ分布図の一例である。 チョークコイルの定数を変更した場合の測定箇所のスペクトラム波形である。 実施の形態２に係るノイズ可視化システムの概略構成図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るノイズ可視化システム１００の概略構成図である。本実施の形態のノイズ可視化システム１００は、測定対象物１における伝導妨害波を可視化するためのシステムである。図１に示すように、ノイズ可視化システム１００は、位置情報取得部２と、測定部３と、情報処理部４とを備える。位置情報取得部２と、測定部３と、情報処理部４とは、無線又は有線通信可能に接続されている。

位置情報取得部２は、測定対象物１の位置情報を取得する装置である。位置情報取得部２は、例えば測定対象物１の画像を撮影するスキャナである。測定対象物１の位置情報は、測定対象物１の形状及び大きさ、並びに測定対象物１における複数の測定箇所の位置情報を含む。位置情報取得部２によって取得された測定対象物１の位置情報は、情報処理部４に出力される。

測定部３は、測定対象物１の複数の測定箇所の電位情報を測定する。また、測定部３は、測定した電位情報をスペクトラム波形に変換し、取得したスペクトラム波形から周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するスペクトラム取得部３１を備える。図２は、実施の形態１に係るノイズ可視化システム１００の測定系を説明する図である。測定部３は、例えばオシロスコープであり、測定対象物１の複数の測定箇所に物理的に接続されるプローブ３０を備える。本実施の形態の測定対象物１は、ＶｏＩＰ（Voice over Internet Protocol）ゲートウェイ装置１０が備える電子基板である。ＶｏＩＰゲートウェイ装置１０は、測定対象物１である電子基板と、無線カード１１と、アンテナ１２と、ＡＣアダプタ１３とを備える。

測定対象物１である電子基板は、回線コネクタ１４を備える。回線コネクタ１４には、２本の通信線１５を介して２つの電話機１６が接続されている。回線コネクタ１４は、測定対象物１における測定箇所の１つである。図２に示すように、測定部３は、回線コネクタ１４に接続される通信線１５の２線間にプローブ３０を接続して、回線コネクタ１４の電位情報を測定する。測定部３が、回線コネクタ１４に物理的に接続されて電位情報を測定することで、回線コネクタ１４における伝導妨害波を測定することができる。

測定対象物１のノイズ特性を知るには、周波数ごとのノイズレベルを測定する必要がある。本実施の形態では、まず、測定部３のプローブ３０が測定箇所に接続され、又はプローブ３０が測定箇所のピン等に当てられ、測定箇所の電位情報が測定される。電位情報は、時間領域における電位の周期的変化を示すものである。そして、測定部３のスペクトラム取得部３１は、ハミング窓関数を用いた高速フーリエ変換（以下、「ＦＦＴ」という）によって電位情報のスペクトル解析を行い、電位情報をスペクトラム波形に変換する。スペクトラム波形は、電位情報が周波数領域でのレベルに変換されたものであり、これにより、測定箇所における周波数ごとのノイズレベルを把握することができる。

測定部３のスペクトラム取得部３１は、取得したスペクトラム波形の各周波数［ｋＨｚ］に対するレベル［ｄＢＶ］をスペクトラムデータとして情報処理部４へ送信する。スペクトラムデータは、ＣＳＶファイルで抽出することができる。なお、測定部３が備える表示部に、スペクトラム波形を表示してもよい。

図１に戻って、情報処理部４は、ＰＣ、タブレット又はスマートフォンなどであり、制御部４１と、記憶部４２と、表示部４３と、入力部４４とを備える。制御部４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。制御部４１は、位置情報取得部２によって取得された測定対象物１の位置情報と、測定部３によって取得された測定箇所ごとのスペクトラムデータとに基づいて、測定対象物１のノイズ分布図を作成する。

記憶部４２は、ＲＡＭ、ＲＯＭ又はフラッシュメモリなどの不揮発性又は揮発性のメモリである。記憶部４２には、位置情報取得部２によって取得された測定対象物１の位置情報、測定部３によって取得された測定箇所ごとのスペクトラムデータ、及び制御部４１により作成されたノイズ分布図などが記憶される。

表示部４３は、例えば液晶ディスプレイであり、位置情報取得部２によって取得された測定対象物１の位置情報、測定部３によって取得された測定箇所ごとのスペクトラムデータ、及び制御部４１により作成されたノイズ分布図などが表示される。なお、表示部４３は、情報処理部４とは別体で設けられてもよい。

入力部４４は、例えばキーボード、マウス、又はタッチパネルであり、利用者による測定箇所の選択の入力などを受け付ける。入力部４４により入力された情報は、制御部４１へ送信される。なお、入力部４４は、情報処理部４とは別体で設けられてもよい。

図３は、実施の形態１に係るノイズ可視化方法を示すフローチャートである。本方法は、ノイズ可視化システム１００の各部が連携することで実行される。本方法では、まず、位置情報取得部２によって、測定対象物１の位置情報が取得される（Ｓ１）。図４は、測定対象物１の位置情報の一例である。測定対象物１の位置情報は、位置情報取得部２によって撮影された測定対象物１の画像である。図４の例では、測定対象物１の位置情報は、測定対象物１である電子基板の平面図である。

測定対象物１の位置情報は、測定対象物１に含まれる複数の測定箇所の位置情報を含む。測定箇所の位置情報は、例えば、測定対象物１の画像の長辺をｘ軸、短辺をｙ軸としたｘｙ座標で表すことができる。位置情報取得部２で取得された位置情報は、情報処理部４に送信され、記憶部４２に記憶されるとともに、表示部４３に表示される。

続いて、利用者によって測定対象物１の測定箇所が選択される（Ｓ２）。ここでは、表示部４３に表示された測定対象物１の画像を見て、利用者がどの部分を測定箇所とするかを、入力部４４を用いて選択する。図４の例では、破線の円で囲まれた回線コネクタ１４が、測定箇所として選択される。また、選択された測定箇所の位置情報が、記憶部４２に記憶される。

そして、測定部３により測定箇所の電位情報が測定される（Ｓ３）。詳しくは、測定部３のプローブ３０が、測定箇所である回線コネクタ１４に接続され、電位情報が測定される。そして、測定部３により、測定箇所の電位情報がスペクトラム波形に変換される（Ｓ４）。図５は、測定箇所のスペクトラム波形の一例である。図５では、５００ｋＨｚ～７００ｋＨｚの周波数範囲のスペクトラム波形を示している。図５に示すように、測定箇所では５８２ｋＨｚにおいてノイズレベルが局所的に上昇していることがわかる。

測定部３によって変換されたスペクトラム波形は、スペクトラムデータとして情報処理部４に送信される。情報処理部４では、受信したスペクトラムデータが、選択された測定箇所の位置情報に関連づけられて記憶部４２に記憶される（Ｓ５）。続いて、測定箇所を変更するか否かが判断される（Ｓ６）。ここでは、情報処理部４の表示部４３に測定箇所を変更するか否かのメッセージと、測定箇所の変更又は測定の終了を選択するためのボタン等が表示される。

測定箇所の変更が選択された場合は（Ｓ６：ＹＥＳ）、表示部４３に図４に示す測定対象物１の画像が表示され、ステップＳ２からの処理が繰り返される。これにより、測定対象物１の測定箇所ごとのスペクトラムデータが測定箇所の位置情報とともに記憶部４２に記憶される。

一方、測定箇所を変更しない場合（Ｓ６：ＮＯ）、すなわち測定を終了する場合、制御部４１によって測定対象物１のノイズ分布図が作成される（Ｓ７）。制御部４１は、記憶部４２に記憶される測定箇所ごとのスペクトラムデータの所定の周波数範囲において、最も高いレベルを抽出する。そして、制御部４１は、抽出したレベルを測定箇所の位置におけるノイズレベルとしてノイズ分布図を作成する。なお、スペクトラムデータの所定の周波数範囲は、任意に設定可能である。例えば、スペクトラムデータが１５０ＭＨｚで６５ｄＢＶ及び１００ＭＨｚで６０ｄＢＶのピークを有する場合、周波数範囲を３０ＭＨｚ～２００ＭＨｚに設定したときは、１５０ＭＨｚの６５ｄＢＶが最も高いレベルとして抽出されノイズ分布図に採用される。一方、周波数範囲を３０ＭＨｚ～１００ＭＨｚに設定したときは、１００ＭＨｚの６０ｄＢＶが最も高いレベルとして抽出され、ノイズ分布図に採用される。制御部４１にて作成されたノイズ分布図は、表示部４３に表示される（Ｓ８）。

図６は、測定対象物１のノイズ分布図の一例である。図６では、ノイズレベルの高い箇所の色が濃く表示されている。図６から、測定対象物１の回線コネクタ１４に対応する位置のノイズレベルが高いことが把握できる。

以上のように、本実施の形態では、測定部３のプローブ３０を測定対象物１の測定箇所に物理的に接続させて電位情報を測定することで、測定箇所における伝導妨害波を測定することができる。そして、測定した電位情報から周波数ごとのノイズレベルを取得し、測定箇所の位置情報と対応付けたノイズ分布図などの対応情報を表示部４３に表示することで、測定対象物１における伝導妨害波を可視化することができる。これにより、伝導妨害波の対策が必要な箇所を容易に把握することができ、迅速に対策することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、測定対象物１における複数の測定箇所の伝導妨害波を測定し、測定対象物１のノイズ分布図を作成したが、１箇所の測定箇所における伝導妨害波の可視化を行ってもよい。この場合は、情報処理部４の表示部４３及び測定部３の表示部の少なくとも何れかに図５に示す測定箇所のスペクトラム波形を表示する。図５のスペクトラム波形から、測定箇所（例えば回線コネクタ１４）では、５８２ｋＨｚでノイズレベルが局所的に上昇していることが分かる。そして、この５８２ｋＨｚの周波数ノイズは、ＶｏＩＰゲートウェイ装置１０の電源部のスイッチングノイズであり、回線コネクタ１４に伝導して漏れたことで、ノイズレベルが大きくなっていると推測される。よって、電源部のスイッチングノイズを抑制することで、伝導妨害波の低減に繋がると考えられる。スイッチングノイズの対策例としては、電源部に実装しているチョークコイルの定数を変更することが挙げられる。

図７は、チョークコイルの定数を変更した場合の測定箇所のスペクトラム波形である。図７に示すように、対策後は５８２ｋＨｚの周波数におけるレベルが、約３ｄＢＶ減少している。このことから、チョークコイルの定数を変更したことで、伝導妨害波の低減が実現できたことがわかる。このように、伝導妨害波を可視化することで、対策効果を簡単に確認することができる。

なお、実際にＥＭＣ試験所にて、対策前後の公式測定結果を比較し、上記の手法により解析したノイズ低減値と対策前後の公式測定結果に差分があるかを確認した。その結果、両者に差分はなく比例関係にあるといえることが分かった。よって、公式測定と上記の手法の解析結果は相関関係を持っており、伝導妨害波対策として有効である。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るノイズ可視化システム１００Ａの概略構成図である。本実施の形態のノイズ可視化システム１００Ａは、測定対象物１における伝導妨害波と放射妨害波の両方を可視化することができる点で、実施の形態１と相違する。図８に示すように、ノイズ可視化システム１００Ａは、位置情報取得部２と、測定部３と、情報処理部４と、放射測定部５と、からなる。位置情報取得部２と、測定部３と、情報処理部４と、放射測定部５とは、無線又は有線通信可能に接続されている。

放射測定部５はアンテナを備え、測定対象物１の測定箇所から放射される放射妨害波を測定する。放射測定部５により測定された放射妨害波は、スペクトラムデータに変換され、情報処理部４に送信される。放射測定部５からのスペクトラムデータは、測定箇所の位置情報とともに、記憶部４２に記憶される。制御部４１は、放射測定部５からのスペクトラムデータから、測定対象物１の放射妨害波のノイズ分布図を作成し、表示部４３に表示させる。また、制御部４１は、放射測定部５からのスペクトラムデータと、測定部３からのスペクトラムデータを組み合わせてノイズ分布図を作成してもよい。

本実施の形態によると、測定対象物１における放射妨害波と伝導妨害波とを一つの情報処理部４で可視化することができる。これにより、測定対象物１における妨害波の影響を容易に把握することができ、迅速に対応することが可能となる。

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形又は組み合わせが可能である。例えば、上記の実施の形態では、測定部３としてオシロスコープを用いた場合を例に説明したが、スペクトラムアナライザのような周波数ドメインでノイズ特性を測定可能な測定器を用いてもよい。

また、上記の実施の形態では、測定部３が、電位情報をスペクトラム波形に変換してスペクトラムデータを取得するスペクトラム取得部３１を備える構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、情報処理部４がスペクトラム取得部を備える構成としてもよい。この場合、測定部３は、測定した電位情報を情報処理部４へ出力し、情報処理部４において、電位情報からスペクトラム波形への変換及びスペクトラムデータの取得が行われる。又は、その他の機器がスペクトラム取得部３１を備える構成、もしくはスペクトラム取得部３１の機能を実現する独立した専用機器を備える構成として、測定部３から電位情報を受信し、情報処理部４へスペクトラムデータを送信する構成としてもよい。

また、上記の実施の形態の位置情報取得部２は、測定対象物１の画像を撮影して、測定対象物１の位置情報としたが、これに限定されるものではない。例えば、位置情報取得部２は、測定対象物１の画像又は設計図を外部機器から取得してもよいし、情報処理部４と一体に設けられたカメラなどであってもよい。

また、上記実施の形態では、複数の測定箇所の位置情報とスペクトラムデータとを取得し、これらに基づく測定対象物１のノイズ分布図を作成及び表示する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、１つの測定箇所の位置情報とスペクトラムデータとを取得し、これらが対応付けられた図、表又はデータなどの対応情報を作成及び表示する構成としてもよい。

１ 測定対象物、２ 位置情報取得部、３ 測定部、４ 情報処理部、５ 放射測定部、１０ ＶｏＩＰゲートウェイ部、１１ 無線カード、１２ アンテナ、１３ ＡＣアダプタ、１４ 回線コネクタ、１５ 通信線、１６ 電話機、３０ プローブ、３１ スペクトラム取得部、４１ 制御部、４２ 記憶部、４３ 表示部、４４ 入力部、１００、１００Ａ ノイズ可視化システム。

Claims (5)

1. 測定対象物における測定箇所の位置情報を取得する位置情報取得部と、
   前記測定箇所に物理的に接続された状態で前記測定箇所の電位情報を測定する測定部と、
   前記電位情報をスペクトラム波形に変換し、周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するスペクトラム取得部と、
   前記測定箇所の位置情報と、前記スペクトラムデータとを関連付けて記憶する記憶部と、
   前記スペクトラムデータの前記レベルと前記測定箇所の位置情報とが対応付けられた対応情報を作成する制御部と、
   前記対応情報を表示する表示部と、を備えるノイズ可視化システム。
2. 前記測定部が前記スペクトラム取得部を備える請求項１に記載のノイズ可視化システム。
3. 前記位置情報取得部は、前記測定対象物における複数の前記測定箇所の位置情報を取得し、
   前記測定部は、複数の前記測定箇所に物理的に接続された状態で複数の前記測定箇所の電位情報を測定し、
   前記記憶部は、複数の前記測定箇所の位置情報と、前記スペクトラムデータとを関連付けて記憶し、
   前記制御部は、前記スペクトラムデータの前記レベルと複数の前記測定箇所の位置情報とを対応付けて前記測定対象物のノイズ分布図を作成し、
   前記表示部は、前記ノイズ分布図を表示する請求項１又は２に記載のノイズ可視化システム。
4. 前記制御部は、
   前記測定箇所ごとに、前記スペクトラムデータから所定の周波数範囲における最も高いレベルを抽出し、前記抽出したレベルを前記測定箇所の位置におけるノイズレベルとして前記ノイズ分布図を作成する請求項３に記載のノイズ可視化システム。
5. 測定対象物における測定箇所の位置情報を取得するステップと、
   前記測定箇所に物理的に接続された状態で前記測定箇所の電位情報を測定するステップと、
   前記電位情報をスペクトラム波形に変換し、周波数ごとのレベルを含むスペクトラムデータを取得するステップと、
   前記測定箇所の位置情報と、前記スペクトラムデータとを関連付けて記憶するステップと、
   前記スペクトラムデータの前記レベルと前記測定箇所の位置情報とが対応付けられた対応情報を作成するステップと、
   前記対応情報を表示するステップと、を含むノイズ可視化方法。

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