JP5827074B2 - 測定装置および測定方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は測定装置および測定方法、並びにプログラムに関する。

電気機器や素子の開発の現場では、電気回路や素子などの電気的特性を測定する測定装置が用いられている。測定対象となる電気的特性には、周波数毎のインピーダンスや共振周波数などがある。

従来、周波数特性の測定において、共振点付近の変化量をより詳細に測定したい場合、次の手順で測定される。まず、共振点を含むように、測定周波数（掃引開始周波数〜掃引終了周波数）が設定される。そして、設定された周波数の範囲で掃引測定が行われ、測定値が得られる（以下、共振周波数取得の測定と称する。）。得られた測定値から共振周波数が得られ、周波数ｆとされる。

そして、共振点付近の測定周波数（中心周波数＝周波数ｆ、掃引幅）が設定される。設定された中心周波数と掃引幅とで決まる周波数範囲で掃引測定が行われ、測定値が得られる（以下、共振点付近の測定と称する。）。

このように、共振点付近の変化量を測定する場合、広い範囲で掃引測定が行われ、共振周波数を得た上で共振点付近の測定範囲が設定され、再度測定が行われる。

図８は、測定結果の表示を示す図である。図８中Ｘで示されるように、左側の領域に、広い範囲での掃引測定の結果（この場合、インピーダンスの周波数特性のグラフ）が表示され、図８中Ｚで示される共振点付近の変化をより詳細に測定したい場合、同時に、図８中Ｙで示されるように、右側の領域に、共振点付近の掃引測定の結果（この場合、共振点付近のインピーダンスの周波数特性のグラフ）が表示される。

また、圧電共振子の減衰特性を測定する場合、減衰量の変化が急激である周波数の領域の測定の周波数ステップを小さくして測定ポイントを従来より増やす周波数特性測定装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−３５２１６２号公報

しかしながら、共振点を持つ複数の試料を測定する場合、共振点付近の測定周波数の設定を毎回行う必要がある。従来の測定器では、周波数範囲の設定は本体のキー操作または通信コマンドにより行われる。すなわち、本体のキー操作で行う場合、共振周波数取得の測定の後、共振周波数をカーソル機能などで読み取り、メモするなどして、改めてキー操作から共振点付近の周波数が設定される。また、通信コマンドにより行う場合、共振周波数取得の測定の後、測定値を得る通信コマンドでパーソナルコンピュータに測定値を取得させ、共振周波数を求めた後、改めて共振点付近の周波数を設定するコマンドが送られ、これにより共振点付近の周波数が設定される。

いずれの方式によっても、測定者にとっては手間がかかり、キー入力の時間や通信時間がかかる。

そこで、本発明は、上記課題を解決すること、すなわち、より簡単に、より迅速に電気的特性を測定できる測定装置および測定方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の測定装置の一側面は、測定対象の電気的特性を測定する測定装置においてそれぞれ予め定められている第１の開始周波数から第１の終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第１の測定値を測定する測定手段と、第１の測定値から共振周波数を特定する特定手段と、特定手段により特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定手段と、を有し、測定手段は、設定手段により設定された中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第２の測定値を測定するものとされている。

また、本発明の測定装置は、上述の構成に加えて、測定手段により測定された測定対象の第１の測定値を表示する表示手段を有し、表示手段は、第１の表示領域に第１の測定値を表示し、第２の表示領域に第２の測定値を表示するものとされている。

また、本発明の測定装置は、上述の構成に加えて、測定手段が、第１の開始周波数から第１の終了周波数までの周波数の幅に比較して狭い予め定められている周波数の幅の範囲であって、中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で第２の測定値を測定するものとされている。

さらに、本発明の測定装置は、上述の構成に加えて、測定手段は、中心周波数における第１の測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる第１の測定値の周波数を、第２の開始周波数または第２の終了周波数とし、予め定められた数の測定点における周波数で第２の測定値を測定するものとされている。

また、本発明の測定方法の一側面は、測定対象の電気的特性を測定する測定方法において、それぞれ予め定められている開始周波数から終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第１の測定値を測定する第１の測定ステップと、第１の測定ステップにおいて測定された第１の測定値から共振周波数を特定する特定ステップと、特定ステップにて特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定ステップと、設定ステップにて設定された中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第２の測定値を測定する第２の測定ステップと、を含むものとされている。

さらに、本発明のプログラムの一側面は、測定対象の電気的特性を測定するコンピュータに、それぞれ予め定められている開始周波数から終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第１の測定値を測定する第１の測定ステップと、第１の測定値から共振周波数を特定する特定ステップと、特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定ステップと、設定ステップにて設定された中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で測定対象の第２の測定値を測定する第２の測定ステップと、を含む処理を行わせるものとされている。

本発明によれば、より簡単に、より迅速に電気的特性を測定できる測定装置および測定方法、並びにプログラムを提供することができる。

測定装置のハードウェアの構成の一例を示すブロック図である。 制御部３２の機能の構成の一例を示すブロック図である。 表示部３４の表示の例を示す図である。 セグメント１およびセグメント２の測定条件を示す図である。 測定の処理を説明するフローチャートである。 共振周波数の例を示す図である。 コンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。 測定結果の表示を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態の測定装置について、図１〜図７を参照しながら説明する。

図１は、測定装置のハードウェアの構成の一例を示すブロック図である。測定装置１１は、例えば、インピーダンスアナライザまたはLCRメータなどであり、専用の測定装置とされるか、または各種の機器に組み込まれ、測定の対象である試料１２の電気的特性を離散的な測定点（以下、掃引点とも称する。）により測定する。試料１２は、電気回路や素子などである。測定された測定点は、インピーダンスまたは電流値などの測定値と周波数とを示す。以下、測定値としてインピーダンスを例に説明する。

測定装置１１は、測定部３１、制御部３２、操作部３３、表示部３４、記憶部３５、および通信部３６からなる。測定部３１は、所定の周波数の電圧を試料１２に印加するか、所定の周波数の電流を試料１２に流すなどして、試料１２に接続される端子に流れる電流や端子間の電圧を取得する。制御部３２は、専用の集積回路、マイクロコンピュータ、または組み込み型のマイクロプロセッサなどからなり、操作部３３からの信号を基に、測定部３１、制御部３２、表示部３４、および記憶部３５を制御する。操作部３３は、スイッチ、ダイヤル、タッチパネルの入力部などからなり、ユーザによって操作されると、その操作に応じた信号を制御部３２に供給する。

表示部３４は、液晶表示装置または有機EL（electroluminescence）表示装置などからなり、制御部３２の指示に応じて、各種の情報を表示する。記憶部３５は、半導体メモリやハードディスクドライブなどからなり、制御部３２から供給された各種の情報を記憶する。通信部３６は、通信インタフェースまたはネットワークインタフェースなどよりなり、外部の機器（例えば、パーソナルコンピュータ）からのコマンドを取得するか、または外部の機器にコマンドを発行する。

図２は、制御部３２の機能の構成の一例を示すブロック図である。すなわち、制御部３２は、設定取得部５１、掃引測定制御部５２、共振周波数特定部５３、中心周波数設定部５４、および表示制御部５５を有する。

設定取得部５１は、ユーザの操作に応じた信号を操作部３３から取得するか、または通信部３６を介して外部の機器からコマンドを取得することで、掃引開始周波数、掃引終了周波数、および測定点の数などの測定の設定を取得して設定する。

掃引測定制御部５２は、測定部３１を制御し、測定部３１に、所定の周波数の電圧を被測定回路１２に印加させるとともに、被測定回路１２に接続される端子に流れる電流などを取得させ、これにより、測定の設定に応じた測定点の測定値を取得する。すなわち、掃引測定制御部５２は、測定部３１に、それぞれ予め定められている掃引開始周波数から掃引終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で試料１２の測定値を測定させる。

共振周波数特定部５３は、測定点の測定値から共振周波数を特定する。中心周波数設定部５４は、特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する。中心周波数が設定されると、掃引測定制御部５２は、測定部３１を制御し、測定部３１に、中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で測定点の測定値を取得させる。

表示制御部５５は、表示部３４を制御することで、表示部３４に掃引開始周波数から掃引終了周波数までの予め定められた数の測定点における測定値を表示させると共に、表示部３４に中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における測定値を表示させる。

図３は、表示部３４の表示の例を示す図である。表示部３４の表示領域は、セグメント１を表示する領域とセグメント２を表示する領域とに分割される。ここで、セグメント１およびセグメント２は、それぞれに決められる測定範囲である。

図４は、セグメント１およびセグメント２の測定条件を示す図である。設定取得部５１は、ユーザの操作に応じた信号を操作部３３から取得するか、または通信部３６を介して外部の機器からコマンドを取得することで、図４に示されるように、セグメント１について、掃引開始周波数、掃引終了周波数、および掃引点の数が取得されて、設定する。また、設定取得部５１は、ユーザの操作に応じた信号を操作部３３から取得するか、または通信部３６を介して外部の機器からコマンドを取得することで、図４に示されるように、セグメント２について、掃引幅および掃引点の数が取得されて、設定する。なお、設定取得部５１は、図４に示されるように、セグメント２について、中心周波数を「自動」と設定する。

図３のＡに示されるように、表示部３４の表示領域のうちのセグメント１の表示領域には、掃引開始周波数から掃引終了周波数までの測定点の測定値（この場合、インピーダンス）が表示される。

図３のＡに示される共振点付近の変化のより詳細な測定が求められる。そこで、図３のＡに示される共振点の周波数である共振周波数が特定されて、その特定された共振周波数が自動的にセグメント２の中心周波数に設定される。これにより、セグメント２について、中心周波数、掃引幅、および掃引点の数が定まることになる。中心周波数、掃引幅、および掃引点の数で定まる測定点の測定値が測定されて、その測定結果が、表示部３４の表示領域のうちのセグメント２の表示領域に表示される。

このように、周波数特性の測定において、共振点付近の変化量をより詳細に測定したい場合、共振点付近の測定範囲が自動的に決定される。

次に、図５のフローチャートを参照して、周波数特性の測定において、共振点付近の変化量をより詳細に測定したい場合、共振点付近の測定範囲を自動的に決定する測定の処理を説明する。ステップＳ１１において、設定取得部５１は、測定範囲をセグメント１とセグメント２の２つのセグメント（２つの領域）に分割する。

ステップＳ１２において、設定取得部５１は、セグメント１およびセグメント２の各セグメントの測定条件を設定する。すなわち、設定取得部５１は、ユーザの操作に応じた信号を操作部３３から取得するか、または通信部３６を介して外部の機器からコマンドを取得することで、各セグメントの測定条件を設定する。

より詳細には、図４に示されるように、設定取得部５１は、セグメント１の測定条件である、掃引開始周波数、掃引終了周波数、および掃引点の数を取得して設定し、セグメント２の測定条件である、掃引幅および掃引点の数を取得して設定し、中心周波数を「自動」と設定する。言い換えると、セグメント１には、共振点を含むように周波数範囲が設定され、セグメント２には、掃引範囲が設定されるが、中心周波数は「自動」と設定される。

ステップＳ１３において、掃引測定制御部５２は、測定部３１を制御し、測定部３１に、セグメント１の設定された周波数範囲で掃引測定を行わせる。

ステップＳ１４において、共振周波数特定部５３は、セグメント１の測定点の測定値から共振周波数を特定する。ステップＳ１５において、中心周波数設定部５４は、求められた共振周波数を、セグメント２の中心周波数に設定する。すなわち、セグメント２の中心周波数が自動的に設定される。

なお、ステップＳ１４において、図６のＢに示されるように、セグメント１の測定点の測定値のうちの、最大値（または、極大値のうちの最大値）となる共振周波数を特定するようにしても、図６のＣに示されるように、セグメント１の測定点の測定値のうちの、極大値のうちの２番目の大きさの値となる共振周波数を特定するようにしてもよい。また、極小値から共振周波数を特定するようにしてもよい。

ステップＳ１６において、掃引測定制御部５２によって、自動的に設定された掃引範囲でセグメント２の掃引測定が行われる。すなわち、掃引測定制御部５２は、測定部３１を制御し、測定部３１に、セグメント２の設定された中心周数を中心とした予め設定された掃引幅で掃引測定を行わせる。これにより、共振点付近の変化量を詳細に測定した測定値が得られる。

ステップＳ１７において、表示制御部５５は、表示部３４を制御することで、表示部３４にセグメント１とセグメント２の測定結果を表示させて、測定の処理は終了する。例えば、表示制御部５５は、図３に示されるように、セグメント１を表示する領域に、セグメント１の測定結果を表示させて、セグメント２を表示する領域に、セグメント２の測定結果を表示させる。

このように、従来手間であった共振周波数の取得と測定周波数の再設定をする必要がなくなり、短い時間で測定ができるようになる。すなわち、より簡単に、より迅速に測定できるようになる。また、表示部３４にセグメント１およびセグメント２の測定結果を両方表示させているため、周波数特性のグラフと共振点付近のグラフそれぞれについて容易に把握することが可能となる。

なお、２つ以上の共振周波数がある場合、測定範囲を３つ以上のセグメントに分割して、それぞれのセグメントの測定結果を表示するようにしてもよい。また、第１の開始周波数から第１の終了周波数までの周波数の幅に比較して狭い予め定められている周波数の幅の範囲であって、中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で第２の測定値を測定するようにしてもよい。これにより、共振点付近の変化をより精度よく測定することが可能となる。また、セグメント１の中心周波数における測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる測定値の周波数を、自動的にセグメント２の開始周波数または終了周波数として設定し、測定するようにしてもよい。あるいは、セグメント１の中心周波数における測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる測定値の周波数の幅を自動的にセグメント２の掃引幅として設定し、測定するようにしてもよい。これらの設定により、試料１２の周波数特性に応じて適切に測定結果を得ることが可能となる。

また、セグメント１とセグメント２の表示方法は、図３に示した表示例に限らない。例えば、セグメント１の測定結果とセグメント２の測定結果とを別画面で切り替えてそれぞれ表示させるようにしてもよいし、セグメント１の測定結果とセグメント２の測定結果とを上下並べて表示させるようにしてもよい。

上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。

図７は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。

コンピュータにおいて、CPU（Central Processing Unit）２０１，ROM（Read Only Memory）２０２，RAM（Random Access Memory）２０３は、バス２０４により相互に接続されている。

バス２０４には、さらに、入出力インタフェース２０５が接続されている。入出力インタフェース２０５には、キーボード、マウス、マイクロホンなどよりなる入力部２０６、ディスプレイ、スピーカなどよりなる出力部２０７、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる記憶部２０８、ネットワークインタフェースなどよりなる通信部２０９、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリなどのリムーバブルメディア２１１を駆動するドライブ２１０が接続されている。

以上のように構成されるコンピュータでは、CPU２０１が、例えば、記憶部２０８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース２０５及びバス２０４を介して、RAM２０３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。

コンピュータ（CPU２０１）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア２１１に記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。

そして、プログラムは、リムーバブルメディア２１１をドライブ２１０に装着することにより、入出力インタフェース２０５を介して、記憶部２０８に記憶することで、コンピュータにインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部２０９で受信し、記憶部２０８に記憶することで、コンピュータにインストールすることができる。その他、プログラムは、ROM２０２や記憶部２０８にあらかじめ記憶しておくことで、コンピュータにあらかじめインストールしておくことができる。

なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１…測定装置、３１…測定部、３２…制御部、３３…操作部、３４…表示部、３５…記憶部、３６…通信部、５１…設定取得部、５２…掃引測定制御部、５３…共振周波数特定部、５４…中心周波数設定部、５５…表示制御部、２０１…CPU、２０２…ROM、２０３…RAM、２０８…記憶部、２０９…通信部、２１１…リムーバブルメディア

Claims (5)

1. 測定対象の電気的特性を測定する測定装置において、
   それぞれ予め定められている第１の開始周波数から第１の終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第１の測定値を測定する測定手段と、
   前記第１の測定値から共振周波数を特定する特定手段と、
   前記特定手段により特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定手段と、
   を有し、
   前記測定手段は、前記設定手段により設定された中心周波数を中心とし、中心周波数における前記第１の測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる前記第１の測定値の周波数の幅を掃引幅とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第２の測定値を測定する
   ことを特徴とする測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置において、
   前記測定手段により測定された前記測定対象の第１の測定値を表示する表示手段を有し、
   前記表示手段は、第１の表示領域に前記第１の測定値を表示し、第２の表示領域に前記第２の測定値を表示する
   ことを特徴とする測定装置。
3. 請求項１または２に記載の測定装置において、
   前記測定手段は、前記第１の開始周波数から前記第１の終了周波数までの周波数の幅に比較して狭い予め定められている周波数の幅の範囲であって、前記中心周波数を中心とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で前記第２の測定値を測定する
   ことを特徴とする測定装置。
4. 測定対象の電気的特性を測定する測定方法において、
   それぞれ予め定められている開始周波数から終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第１の測定値を測定する第１の測定ステップと、
   前記第１の測定ステップにおいて測定された第１の測定値から共振周波数を特定する特定ステップと、
   前記特定ステップにて特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定ステップと、
   前記設定ステップにて設定された中心周波数を中心とした範囲であって、中心周波数における前記第１の測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる前記第１の測定値の周波数の幅を掃引幅とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第２の測定値を測定する第２の測定ステップと、
   を含むことを特徴とする測定方法。
5. 測定対象の電気的特性を測定するコンピュータに、
   それぞれ予め定められている開始周波数から終了周波数までの予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第１の測定値を測定する第１の測定ステップと、
   前記第１の測定値から共振周波数を特定する特定ステップと、
   特定された共振周波数を測定の中心の周波数である中心周波数に設定する設定ステップと、
   前記設定ステップにて設定された中心周波数を中心とした範囲であって、中心周波数における前記第１の測定値から予め定めた基準値を引き算して得られた値となる前記第１の測定値の周波数の幅を掃引幅とした範囲の予め定められた数の測定点における周波数で前記測定対象の第２の測定値を測定する第２の測定ステップと、
   を含む処理を行わせるプログラム。

Images