Labviewとは，こういうことでしょうか

Question

こんにちは，Labviewについて興味がありますが，いまいち私がそのありがたみを理解しているか不安です．

例えば，電気化学の実験をするとしますと，
定電位・定電流電源装置（ポテンシオスタット），
関数発生器（ファンクションジェネレーター）
オシロスコープ

などが必要となりますが，

LabviewとPCとデータ収集ボードがあり，
これらでバーチャル計測機を構成すれば，
以上の装置は要らないで済むとういことでしょうか？

けれども，ここで新たな疑問が・・・・

例えば定電位実験ならば，
ポテンシオスタットが　絶えず電位をモニターして，
一定の電位に保ってくれるわけですが，
そのポテンシオスタットの中には，定電位制御するための
抵抗やらオペアンプやらの実際の回路物が入っているわけですよね．

LabviewとPCとデータ収集ボードでバーチャルな計測器を
作るわけですが，その場合，実際の回路なしに，どうやって
定電位制御するのでしょうか？

何かとんでもない誤解をしているかも知れず，
不安です．お教え頂ければとても助かります．

よろしくお願いします．

phobos · Accepted Answer

> DAQボード一枚で，そのアナログ出力チャネルの数だけ，
> ポテンシオスタットが用意できる訳ですよね？

そう言うことになりますね。
そのような用途にはとても便利で強力なツールです。
私は一人のユーザに過ぎず、特に詳しいわけではありませんが、おたずねの

> 純粋なプログラミングならばできますが，Labviewを使ってこんなことができますでしょうか．

についてでしたら、きっと大丈夫だと思います。

先にご紹介したサイト「Love!LabVIEW」の「ＶＩプログラミング研究室」にあるサンプルＶＩ中に、波形データが閾値とクロスした点をピックアップするＶＩがありますが、多少はご参考になるでしょうか。

LabVIEWには多数の組み込み関数があるので、上記の例のように、大抵はそのグラフィックシンボルを組み合わせて配線するだけで入出力の演算処理ができます。
またそれとは別に、ＶＩ中に数式をそのまま書き込んで演算させ、その結果を制御出力させることもできますので、お尋ねのような用途に使うことは十分可能と思われます。

LabVIEWに関しては下記サイトなどもご参考になるかもしれません。

LabVIEW World
http://www.ocs-lv.co.jp/LabVIEW/

以上、研究のお役に立てば幸いです。

K_azumi · Answer

通常の計測は他の方が回答されていますので，電気化学系のみ。

ポテンショスタットは，常に参照電極電位を設定電位と比較しています。通常これはオペアンプというアナログICが行っています。動作としては，負帰還（Negative Feed Back ループ）となります。

LabViewとマルチファンクション計測ボード（AD, DA含む）を使ってこれを行う場合，参照電極電位をAD入力から読み，設定電位と比較し，DA信号を対極から出力する，というループを組みます。

原理的にはこれで動作しますし，実際の使用例も散見されます。が，実際には目的に応じて以下の点に留意する必要があり，必要なら外部回路が必要です。

(1) 入力インピーダンス　参照電極のインピーダンスは極めて高いので，DAQボードの入力インピーダンスが高くなければならない。1GΩ位は欲しい。

(2) 出力電流　DAQボードの出力電流以上必要な場合，外部にバッファが必要です。電気化学センサならOKだが，電解じゃ力不足，という感じ。

(3) 応答速度　上述ループの速度が遅いと，電極電位を一定に保てず，電位がふらつきます。LabView上でファイル操作など他の操作を始めると，応答性が低下してしまい，電位制御が保てなくなるかもしれません。

(4) ノイズ　これが一番問題だと思います。電極電位制御では目的にもよりますがノイズは10μV程度に抑えたいところです。が，参照電極系のインピーダンスが高いので，いい加減な配線だと簡単に数10mVオーダーのノイズが乗ってしまいます。この状態で電位制御を行うと，ノイズに対して制御が行われてしまい，まともな測定ができません。

(5) 応用　電気化学計測では，電位掃引することが多いですが，電位制御しながら電位掃引を行うのはそれなりにテクニックが必要です。

ということで，原理的はLabView+DAQボードだけでも可能だが，実用を目指すなら，アナログ回路／デジタル回路／プログミングを極め，必要な外部回路を設計・追加して，というのが現実解かと思われます。例えば上述の電位制御ループを，外部に追加したオペアンプでまかせるだけで，システム構築は随分楽になると思います。

取り急ぎ，経験者より。

phobos · Answer

> これは回答者様がおっしゃる，ADC, DACそしてI/Oボードを備えているということかと思われますが

その通りです。
例に上げられたＮＩ社の「マルチファンクションデータ集録（ＤＡＱ）」シリーズはその他にカウンタ／タイマも１枚のボードに含まれています。
これでしたら、１枚でＯＫです。

ご質問に「データ収集ボード」とあったので、ＡＤ変換機能のみのボードを想定されているのかと早合点してました。

私もこのシリーズのものを２種類使っていますが、LabVIEWとの相性はとても良いです（同じ会社の製品だから当然ですが）。

phobos · Answer

こんにちは。

> LabviewとPCとデータ収集ボードがあり，
> これらでバーチャル計測機を構成すれば，
> 以上の装置は要らないで済むとういことでしょうか？

信号を取り込んで表示・処理・記録するだけならばLabviewとPCとデータ収集(ADC)ボードでバーチャル計測器は構成できます。
ご質問の実験機器のうち、オシロスコープはこの構成でＯＫです。

ただしご質問の他の機器、つまり制御をする場合は、ＤＡ変換(DAC)ボードやデジタルＩ／ＯボードなどＰＣからの信号を出力するためのインタフェースを別途ＰＣに装着する必要があります。

ファンクション・ジェネレータでしたら、任意の信号を生成しＤＡＣから電圧として出力させるようなLabVIEWのプログラム(VI)によって構成します。

定電位制御でしたら、ＡＤＣボードの入力を１チャンネル使って電位を取り込み、制御信号を逐次計算させて電位制御をさせるLabVIEWプログラムを作ることは出来るでしょう。

> その場合，実際の回路なしに，どうやって定電位制御するのでしょうか？

質問者さんがどのような実験をされるのか、またどの程度の電圧・電流が必要なのか判りませんが、もし必要な電圧が数Ｖ、数十mA程度で良いのなら、制御信号をＤＡＣに送り、ＤＡＣのアナログ電圧出力を直接使うことも可能かも知れません。

ですがおそらくは、ＤＡＣの微々たる出力では実験に必要な電流は取り出せないと思われるので、その場合は電力を増幅するための直流アンプか、または外部制御可能な定電圧・定電流装置が必要になることでしょう。

定電圧装置の外部制御入力がアナログ入力であれば、ＤＡＣのアナログ出力をそこに入れてやることになりますし、制御入力がデジタルであれば、別途デジタルＩ／Ｏボードを使って定電圧装置を制御するようにするわけです。

LabVIEWのありがたみは、ＰＣを使って計測・制御をするプログラムが、Ｃ言語等と比べると大変簡単に作れる点にあると思います。

なおLabVIEWについては下記サイト「Love! LabVIEW」がとても楽しく、かつ参考になります。

参考URL：http://www.quatsys.com/labview/

Labviewとは，こういうことでしょうか

通常の計測は他の方が回答されていますので，電気化学系のみ。

> DAQボード一枚で，そのアナログ出力チャネルの数だけ，

> これは回答者様がおっしゃる，ADC, DACそしてI/Oボードを備えているということかと思われますが

こんにちは。

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