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技術情報：計測お役立ち情報
雑音に埋もれた信号の測定 ～ロックインアンプを用いた微少信号の測定
微少信号の最適な測定方法
各種の物理量(温度・加速度など)の測定は、センサで電気信号に変換して分析器(測定器)に入力されます。必要な信号だけが得られることは非常に稀で、通常は不要な信号(すなわち雑音)も一緒に測定されます。雑音はあらゆる局面で混入してきます。
雑音は電気信号とは限らず、測定する物理量そのものに含まれる場合もあります。また、場合によっては、目的の信号よりはるかに大きなレベルとなることもあります。測定したい信号が微少なレベルになると、相対的に雑音が大きくなります。
交流電圧計とロックインアンプを用いた測定
ここで、レベルの異なる1kHzの正弦波信号を、交流電圧計で測定した結果を見てみましょう。
信号には0.1Vrmsのホワイトノイズを重畳させています。ミリバルとは一般的な交流電圧計、ロックインアンプとは微少信号測定専用の(特殊な)交流電圧計です。
信号レベル
(正弦波信号) |
波 形
(ノイズ重畳波形) |
ミリバルの
測定結果 |
ロックインアンプの
測定結果 |
| 1Vrms |
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1Vrms |
0.999Vrms |
| 100mVrms |
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140mVrms |
99mVrms |
| 1mVrms |
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105mVrms |
1.01mVrms |
| 0.1mVrms |
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105mVrms |
0.107mVrms |
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ミリバルは雑音も一緒に測定してしまいます。ディジタルマルチメータ(DMM)で測定しても、ミリバルと同じような結果となります。
それに対してロックインアンプは、1,000倍の大きさの雑音の中から、目的信号（1kHz正弦波）をほぼ正しく検出しています。
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雑音に埋もれた微少信号の測定には、ロックインアンプが適しています。
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それでは、なぜロックインアンプは雑音に強いのでしょうか？
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