ネットが遅くてイライラしてない!?

学校の研究で加速度センサを使用してデータを取っているのですがどうしても若干のノイズが入ってしまいます。
使用しているセンサはTEAC 706です。
風や埃などは十分に気をつけて計測しているのですがやはりノイズが若干はいります。性能上どうしても入ってしまうものなのでしょうか?原因をおしえてください。

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A 回答 (3件)

ANo.1です。


圧電素子を使っていて、電圧出力で、出力インピーダンスが約50Ωなので、センサにアンプ(バッファアンプ)が内蔵されているようですね。セレクションチャート(http://www.tic.teac.co.jp/jp/products/accelerome …)を見ると、定電流(mA)/電圧(V)の欄に、0.5~5/12~25 とあるので、これがセンサに内蔵されているアンプに供給する電源の消費電流/電源電圧を表していると思います。とすれば、出力端子のミニチュアコネクタに電源電圧を加えるタイプでしょう。

そうすると、信号ラインと電源ラインが同じなので、電源にノイズが乗っていると、それがそのまま信号に重畳されます。たぶん、センサ出力を増幅するアンプは専用のもので、センサ用の電源を信号ラインに重畳するようになっていると思います。まずは、以下の確認をしてみてください。

(1) センサとアンプの間は同軸ケーブルで接続されていると思いますが、そのケーブルの芯線と外部導体間の電圧を測定できるように、何らかの手段で、芯線と外部導体が露出するようにしてください。その際、センサとアンプとの電気的な接続を保つようにしてください(アンプから電源が供給されているので、接続を切ってしまうと、センサが動作しない)。

(2) センサを除振台の上に置くなどして、センサに振動を与えない状態にして、(1)で露出させた芯線と外部導体間の電圧をオシロスコープなどで観測してみてください。オシロスコープのカップリングはAC、周波数帯域は(変えられるのであれば)20MHz程度としてください。センサの出力インピーダンスが低いので、プローブは使わなくてもいいと思います。そこで観測された信号はセンサの出力そのものなので、そこにはセンサの残留ノイズ(20μVrms)が出ているはずです。オシロスコープで観測されるノイズ波形は、peak-to-peak電圧(波形の最大値と最小値の差電圧)で 100μV = 0.1 mV くらいのはずです。オシロスコープの電圧レンジの最小は0.5mV/div~5mV/divくらいのはずなので、正常ならば、オシロスコープに表示される波形は一本線のはずです(多少太った線かもしれませんが)。一本線でなく、何かの波形が出ていたら、その周期(波形の山と山または谷と谷の時間差)と、振幅(波形の山と谷との間の電圧)を見てください。
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計測システムに混入するノイズにはいろいろな種類が考えられますので、まずはそのノイズの特徴が判らないと原因の推定も対策を考えるのも大変困難です。



ANo,1さんが親切にも質問者さんの代わりに示してくれたセンサ仕様の情報によると、このセンサは実効値10μVの基底ノイズがあるとのことですので、ピーク値で数十μV程度のノイズが乗ることは十分考えられます。さらにアンプその他からもノイズも加わるので、センサの感度(10mV/m/s^2)で換算すると0.01m/s^2程度のオーダーでノイズが混入したとしても不思議ではありませんが、いかがでしょう。

質問者さんが問題にしているノイズの電圧レベルと、肝心の信号の電圧レベルの関係(SN比)についての追加情報がもう少しあれば、より適切な回答が寄せられるかもしれません。

以下は現段階での情報での推測なので間違っているかも知れませんが、
> 風や埃などは十分に気をつけて計測
とのことなので、非常に微少な加速度変動を計測しようとしている?(例えば0.1m/s^2以下のオーダーとか)
> ノイズの周波数成分は?→ブロードです
とのことなので、ホワイトノイズが乗っている?(つまり上記の基底ノイズの可能性あり)

もしそうだとすると、ANo.1さんが指摘された
> 計測信号があまりに小さいということはないですね?
があたっているのかも知れないと私にも思えます。
その場合はこのノイズは如何ともしがたいと思われますが、なお使用しているアンプにローパスフィルタがもし付いているなら(測定したい信号の周波数範囲にもよりますが)、それを適切な値に設定することである程度ノイズをカットできるかも知れません。
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センサは(

http://www.tic.teac.co.jp/jp/products/accelerome …)ですね。

振動計測でしょうか。以下を補足して頂けると、原因がつかみやすいかと思います。

・アンプは使用しているのか
・どういう大きさのノイズなのか(振動スペクトルの波高値)
・ノイズの周波数成分(振動スペクトルのどこに出ているか。ピークノイズなのかブロードなのか)
・測定したい振動とのレベル比(SN比)
・14,000Hz以上の信号まで解析していないか

センサの感度はmV/m/s^2、残留ノイズは20μVrmsとのことですが、計測信号があまりに小さいということはないですね?周波数特性が3~14,000Hzなので、この範囲外の周波数の出力信号はカットしたほうがいいと思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。
補足については順に
・アンプは使用しています。
・ブロードです
・SN比はよくわかりません
・解析してません

お礼日時:2007/05/28 12:46

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ちなみにローパスフィルタは1000Hzをかけたいです。

Aベストアンサー

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dt:データのサンプリング間隔
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f:カットオフ周波数
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Aベストアンサー

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vはaを時間tで積分してv=6t+C(Cは積分定数です)となります。
このときのCが初速度10となります。
なので時刻tにおける物体の速度vはv=6t+10(m/s)となります。

次にさきほど求めたvを時間tで積分して、時刻tにおける物体の位置を求めます。
v=6t+10を時間tで積分するとx=3t^2+10t+C’(C’は積分定数です)となります。
このときのC’が物体がはじめにあった位置1となります。
なので時刻tにおける物体の位置xはx=3t^2+10t+1(m)となります。

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一般に加速度センサー信号の出力は電圧です。

縦軸は係数をかけていない状態では#1さんがおっしゃるように計測した電圧の値を示しています。

よって、縦軸に物理的な意味を持たせるのには、電圧と加速度の間の換算係数をかけてやる必要があります。

フーリエ解析は時刻歴波形は正弦波の組み合わせで構成されるという仮定の下で計算を行っています。FFTの結果は横軸で示される周波数の正弦波の振幅を示しています。
電圧と加速度の換算係数をかけてやると、FFTの縦軸はその周波数成分を持つ加速度振幅を示しています。

ここで1つ問題があります。FFTはサンプリング周波数により分解能が変わります。FFTによる周波数分析は正確にいうと、離散値なので、ジャストの周波数のもをだけを表しているのではなく、ある範囲の周波数範囲にある成分を表しています。
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PSDならサンプリング周波数が異なるデータ同士の比較ができます。

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一般に加速度センサー信号の出力は電圧です。

縦軸は係数をかけていない状態では#1さんがおっしゃるように計測した電圧の値を示しています。

よって、縦軸に物理的な意味を持たせるのには、電圧と加速度の間の換算係数をかけてやる必要があります。

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Qジャイロセンサを用いた角度の算出について

現在二足歩行ロボットを製作しているのですが、ボディ剛性が低いのとモーターを増やしすぎた(RC用のサーボを26個使用しています)ためか、直立状態でも姿勢が安定しないことから、姿勢の安定化のためのフィードバック用にジャイロセンサを利用しようとしたのですが、多々の問題から上手く角度が算出できずに困っています。ジャイロセンサを扱った経験のある方がいらっしゃいましたら御指導願います。
マナーが悪くて恐縮なのですが、同様の質問を下記のURLでしています。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4561017.html
上記のURLでいただいたアドバイスを元に、現在はサーボ1個をジャイロを動かすために使用し、マイコンのA/Dで値を取得してexcelで計算という作業を繰り返しています。

開発環境は下記の様になります。
・ジャイロセンサ
→村田製作所製圧電振動ジャイロENC-03R(秋月電子製圧電振動ジャイロキットをそのまま使用し、オペアンプの出力をマイコンのA/Dに直結)
印加電圧:3.38V(マイコンに印加している電圧をそのままセンサに分岐)
静止時出力:約1.41V(たまたまかもしれませんが手元にある2個のジャイロキットは大体これ位出力しています)
・マイコン
→SH7144F(秋月電子製SH7144Fマイコンボード(12.5MHz))
クロック設定PΦ=25MHzシングルチップモード
・コンパイラ
→GCC

・現在行っていること
(1)SH7144のA/Dを10bit、PΦ/8で連続スキャンモードにし、CMTを8msec(センサの応答20msecの2.5倍でサンプリング)で割り込みさせてA/Dの結果をUARTでPCに出力。
(2)UART割り込みでサーボを90°回転。このときサーボ回転開始時と停止時に"S"と"E"をPCに出力し、サーボの回転時間を計算できるようにしておく。
(3)SH7144からのUART出力をPCのハイパーターミナルでテキストキャプチャして結果をexcelに入力。
(4)excelにてA/Dの結果→電圧→角速度→角度を計算。同時にサーボの回転時間と角度から平均角速度を算出して比較。

現在抱えている問題
(1)角速度計算結果について
今回使用しているジャイロキットの場合、角速度を求める式は下記の式であっているでしょうか?キットの回路は村田製作所から出ている増幅回路例と同じです。
ENC-03Rのカタログ
http://​www.murata.co.jp/catalog/s42.pdf​
角速度=(A/D出力-静止時出力)*(3.38/1024)/(感度*ローパスフィルタの増幅度)
※静止時出力=静止時のA/D出力をあらかじめメモして代入
 感度=0.00067[V/deg/sec]
 ローパスフィルタの増幅度=10[倍](カタログの回路図より直流増幅度)
参考URL
http://okwave.jp/qa3523603.html?ans_count_asc=0
http://www.hokutodenshi.co.jp/PUPPYSupportPage/soft/status/status.html

(2)センサーからの出力について
・他の人のホームページを見た感じのセンサの出力
        
                /\
              /    \
↑センサ出力    /       \
静止電圧___/           \
                         \/ ̄ ̄ ̄
    →時間
参考URL
http://tkstechnology.web.fc2.com/robot/system/enc_03.html
・私の持っているジャイロキットの出力
        
                /\
              /    \
↑センサ出力    /       \
静止電圧___/           \
                         \       / ̄ ̄ ̄
                           \    /
                            \  /
                             \/
    →時間

上記のような出力のせいか、積分の式が間違っているのか、または別の問題か積算していくうちに角度の計算結果が0付近に戻ってしまいます

(3)積分について
数値積分の表記は下記のようであっているでしょうか。
C風表記
kakudo = kakudo + (kakusokudo_s + kakusokudo) * (t / 2);
kakusokudo_s = kakusokudo;
(上記をタイマで繰り返す)
※kakudo:角度(初期値0)[deg]
 kakusokudo_s:一回前のサンプリング時の角速度(初期値0)[deg/sec]
 kakusokudo:サンプリングした角速度(初期値0)[deg/sec]
 t:サンプリングタイム[sec]
excel風表記
角度 = 1セル前の角度 + (1セル前の角速度 + 角速度) * (サンプリングタイム / 2)
(2)の問題で、時間がたつにつれて計算結果が0付近になってしまうのも問題なのですが、サンプリングタイムに0.008[sec]を代入しても、角度の値が出てこなくて困っています。

現在二足歩行ロボットを製作しているのですが、ボディ剛性が低いのとモーターを増やしすぎた(RC用のサーボを26個使用しています)ためか、直立状態でも姿勢が安定しないことから、姿勢の安定化のためのフィードバック用にジャイロセンサを利用しようとしたのですが、多々の問題から上手く角度が算出できずに困っています。ジャイロセンサを扱った経験のある方がいらっしゃいましたら御指導願います。
マナーが悪くて恐縮なのですが、同様の質問を下記のURLでしています。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa4561017.ht...続きを読む

Aベストアンサー

ANo.2,3です。
製作お疲れ様です。長文のお礼をありがとうございます。
私もいつか2足歩行ロボットに挑戦したいとは思いつつ、今の私の知識では難しいことが多く、いただいたお礼に応えられそうもありません。

ただ、お礼を読ませていただいてフト思ったことがあります。

私の場合はロボットの進行方向を制御させる上で機体が現在どの方向を向いているかを知る必要があったので、ござは承知で角速度を積分してヨー角を計算させたわけです。

ですが、質問者さんは2足歩行ロボットの姿勢制御用にジャイロを使いたいわけですよね?ロボットがふらついた時にシャンとさせる、あれですよね。

だとしますと、わざわざ回転角度の絶対値まで計算させる必要があるのかな?と思った次第です。
むしろ瞬時の角速度信号をそのまま(もちろん最適の係数はかけるとして)サーボにフィードバックしてやればよいのでは?とおもうのですが、いかがでしょう。

それでしたら、ジャイロ出力回路は回路例のままでハイパスフィルタを入れておいたほうが良いと思います。出力のドリフトや低周波ノイズもカットできますので。ANo.3は余計なアドバイスだったかも知れません。すみませんでした。

私自身には知識がありませんので、どこか参考になるサイトは無いかと探してみたところ、tks_technology と言うサイトで
  http://tkstechnology.web.fc2.com/index.html
さいとーさんという人がROBO-1出場めざして2足歩行ロボットを作っている製作日記を見つけました。回路図などの詳しい記載はありませんが、製作日記diaryの0601~0602あたりが参考になるかも知れません。

そこには、ジャイロセンサ(ムラタENC-03M)をどう使うかを悩んだあげく、
「どうやら難しく考えすぎていたようだ。
 ただ単に角速度が生じたら逆の角速度を生じさせるだけでよかった。」
とありました。なにか参考になりますでしょうか。

参考URL:http://tkstechnology.web.fc2.com/index.html

ANo.2,3です。
製作お疲れ様です。長文のお礼をありがとうございます。
私もいつか2足歩行ロボットに挑戦したいとは思いつつ、今の私の知識では難しいことが多く、いただいたお礼に応えられそうもありません。

ただ、お礼を読ませていただいてフト思ったことがあります。

私の場合はロボットの進行方向を制御させる上で機体が現在どの方向を向いているかを知る必要があったので、ござは承知で角速度を積分してヨー角を計算させたわけです。

ですが、質問者さんは2足歩行ロボットの姿勢制御用にジャイ...続きを読む

Q3軸加速度センサによる傾き計算

加速度センサを使った傾き(重力方向に対して何度傾いたか?)の求め方を教えてください。

3軸加速度センサがあります。
3軸(=直交座標x、y、z)の値は重力の分力で、3軸合成値の絶対値(√x^2+y^2+z^2)=1です。
つまり、完全に静止状態でしか測定しないものとします。

ある時点(初期値)の加速度センサの値をZa=(x1,y1,z1)とします。
N時間経過後の加速度センサの値をZb=(x2,y2,z2)とします。
この両者の値より、N時間後に重力方向に対して傾いた角度を求めるには、どうすれば良いのでしょうか?
便宜上x、y、zとしましたが、どの軸が重力方向で、どの軸が水平線方向かは不定です。
考え方だけでも良いのでお教え頂けると幸いです。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー

 Zaに対してZbが何度傾いてるかを計算したいんですよね。
 内積
  Za ・ Zb = x1x2 + y1y2 + z1z2
を使うと、Za と Zbがなす角度θは
  Za ・ Zb = |Za||Zb|cosθ
と表せます。一方、
  |Z| = √(x^2+y^2+z^2)=1
ということだから
  Za ・ Zb = cosθ
つまり
  θ = Arccos(x1x2 + y1y2 + z1z2)

Q3軸加速センサーのオフセット値について

3軸加速センサーのオフセット値について
秋葉原でKXM52-1050型番の3軸加速センサーを購入しPICのA/D変換にてとりあえず電圧に変換しましたがオフセット値設定の方法(プログラムの処理又は物理的に?)がわかりません。よろしくお願いします。
ハード:
センサー名:XM52-1050
pic:pic16f88
電圧:+5V
ソフト:CCS社 Cコンパイラ

測定値:
X最大 3.612 X最小 1.455
Y最大 3.632 Y最小 1.497
Z最大 3.7  Z最小 1.78
単位V

オフセット値:0gの時と思っています、この辺もアドバイス願えたらと思っています。

Aベストアンサー

ANo.2 です。間違いがありました。
× これを m/s^2単位の加速度に換算するには 10 で割ります
○ これを m/s^2単位の加速度に換算するには 100 で割ります
地上での重力加速度は g = 9.8 m/s^2 程度です。

(補足)
モジュールを(2)の姿勢にしたとき、Vz の値が 2.5V より大きくなるので、z方向の加速度は正の値ということになります。重力の向きは下向きなのに逆じゃないかと思うかもしれませんが、下向きの慣性力(重力)を受けるということは、上向きに加速しているのと同じなので、加速度が正というのは正しい結果です。お分かりだと思いますが、この測定結果を使って、物体の速度や位置を求めるときは、重力加速度の影響を差し引く必要があります。

Q加速度→速度→変位の関係

加速度,速度,変位の関係を微分積分を使ってやさしく詳しく教えてください。

Aベストアンサー

速度は加速度を時間で積分したものです。

例えば初速度 0m/sec、加速度 2m/sec/sec で 8秒間加速すると
次のような積分になります。
(テキストでどう書けば良いのか分かりませんでした。(^^;))

加速度    a(t) = 2
速度      v(t) = 積分[ a(t)dt ]
           = 2t + V0 ( V0は初速度)
8秒後の速度 v(8) = 2 * 8 = 16 (初速度をゼロとした)

(* は掛け算のつもりです。)
というわけで、8秒後の速度は 16m/sec となります。

距離は速度を時間で積分したものになります。
同じように初速度 0m/sec、加速度 2m/sec/sec で 8秒間加速すると

速度      v(t) = 2t (初速度はゼロとする)
位置      x(t) = 積分[ v(t)dt ]
           = t*t + X0 ( X0はスタート位置)
8秒後の位置 x(8) = 8 * 8 = 64 (スタート位置をゼロとした)

つまり 64m進んだということになります。

この程度で良いのでしょうか?
もっとやさしく?
それとももっと詳しく?


Jizou

速度は加速度を時間で積分したものです。

例えば初速度 0m/sec、加速度 2m/sec/sec で 8秒間加速すると
次のような積分になります。
(テキストでどう書けば良いのか分かりませんでした。(^^;))

加速度    a(t) = 2
速度      v(t) = 積分[ a(t)dt ]
           = 2t + V0 ( V0は初速度)
8秒後の速度 v(8) = 2 * 8 = 16 (初速度をゼロとした)

(* は掛け算のつもりです。)
というわけで、8秒後の速度は 16m/sec となります。

距離は速度を時間で積分したものになり...続きを読む

Qエクセルを使用してデジタルフィルタのハイパスフィルタ・ローパスフィルタの掛け方を教えてください。

タイトルどおりなのですが、エクセルを使用してデジタルフィルタのハイパスフィルタ・ローパスフィルタをかけたいです。

ご存知の方、よろしくお願いします。

Aベストアンサー

わたしはわかりませんが、こんなページがありました。

エクセルを使用してデジタルフィルタのハイパスフィルタ・ローパスフィルタの掛け方を教えてください。
出来ましたらそのまま使える式をお願いいたします。

http://q.hatena.ne.jp/1204546061

Q振動計のピーク値と実効値について教えてください。

振動計で振動加速度を測定するのですが、手持ちの測定器の測定モードとして実効値(RMS値)とピーク値を選択できるようなのですが、どちらで測定するかで迷ってます。単に「ルート2倍」の違いだけなのでしょうか?
それとも、実効値とピーク値とでそれぞれのメリット、デメリットの様なものがあるでしょうか?
ノイズの有無や精度の違いなどあるのでしょうか?

シロウトなので、優しく教えていただけるとありがたいです。

Aベストアンサー

実効値とピーク値の関係
振動がきれいな正弦波なら、√2倍の違いになりますが、振動の波形が正弦波からずれると、ピーク値と実効値の比は√2からずれてきます。
例えば、幅の狭いパルスが繰り返すような振動だと、比は√2よりもかなり大きくなります。

どちらを使うか
これは、振動の何が問題になるか(何に着目するか)、によって使い分けているかと思います。
例えば、振動のエネルギが問題になる場合になら、実効値の方が適切でしょうし、瞬時の加速度が問題になるならピーク値の方が適切かと思います。

Qセンサ・積分の誤差について

・加速度センサからの速度/移動量検出
・角速度センサからの角度検出
積分によってこれらは求まりますが、積分操作によってセンサ誤差や積分誤差が蓄積してしまいます。
検出精度を上げるためにはいったいどのような工夫をすれば良いのでしょうか。

Aベストアンサー

1) 不感帯を設ける
ある一定以上の変化がないと、変化したとみなさないことにより
微小変化的な成分をカットして誤差を積分しないようにします。
不感帯の大きさを変えて感度を調整出来ます。
2) センサからの検出値の高周波分をカットしてから使用する
高周波の成分をカットする一番簡単なフィルタとしては、
移動平均といって過去X個のデータとの平均値を取って今回の値
として使用する。
Xの個数を調整することによって感度を調整できます。
3) 2)と1)を組み合わせる
フィルタをかけた検出値に不感帯を設ける。
検出値をアナログで処理するのか、デジタル(A/D変換した値をCで扱う)で処理するのかによって実現方法が違いますが、デジタルで処理するのであれば上の方法は簡単で、ずいぶん使いやすくすなるのではないかと思います。
どういった用途、精度で積分値を使用するのかによるので、お役に立たなかったらあしからず。


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