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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。

物理量の測定と雑音

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 ノイズ重畳波形1 1Vrms 0.999Vrms
100mVrms ノイズ重畳波形2 140mVrms 99mVrms
1mVrms ノイズ重畳波形3 105mVrms 1.01mVrms
0.1mVrms ノイズ重畳波形4 105mVrms 0.107mVrms

 

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。

 

ポイント

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。

 

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?