測定時のノイズについて

Question

こんにちは、熱電対を使用したときのノイズ除去方法を教えていただきたいです。

20年程度前のマシニング(5m×5m×5m)程度のものをつかっております。
そのマシニングを使用して金属を切削したときの温度測定をしようと考えています。
しかし、いざ測定を始めるとステージ及び主軸回転をすることにより、ノイズ(周期的に2,3mV～200mV)が発生してしまい測定値(15?V程度)がかくれてしまいます。そのような測定時のノイズを消すまたは少なくする方法を知っている方に助言を頂きたいです。
　
　測定はマシニングの中に熱電対を置き、そこから1mほどの補償導電で測定器(オシロスコープ)までいれて測定しています(この銅線にノイズが乗っている疑いがあったのでアルミホイルで巻くなどしましたが効果はありませんでした)。
　また、主軸およびステージからグラウンドは取っていますので、グラウンドの本数を増やしてもあまり意味がありませんでした。空間を漂うノイズのようなものを拾ってしまいます。

少し分かりにくい説明でしたが、2ヶ月ほど苦しんでおります。
良い助言があればお願いいたします。

すみません、書き方が悪かったようです。いくつか補足事項入れさせていただきます。
1)まず使用しているオシロスコープはLeCroy社製のデジタルオシロスコープ（WaveSurferXsのWS24Xs）です。

2)金属に付着させてK種や種の熱電ついでとるのではなく、削っている金属と熱電対との起電力で温度を取っています。ですので入力される信号は全て電流で出てきます。
　また測定の仕方として、2種類試しています。
一種類は1CH(起電力が高いほう)と2CH(起電力が低いほう)をつかってCH1-CH2という演算としてグランド(クリップのついているメスのほう)を共通にして測定する方法です(これで擬似的に差動動作になるということでした)。
もう一つは、1CHのみ使用してオスのほうに起電力が高いほう、クリップに起電力の低いほうとしてそくていしました。
私は、前者のほうの測定で正しいと考えていますが確証は持てていません。

3)計測系を探したところ
NR500　(http://www.keyence.co.jp/keisokuki/pcdirect/nr_500/index.jsp)
NR2000（http://www.keyence.co.jp/keisokuki/stand/nr_2000/index.jsp）
の2種類をみつけました。

Accepted Answer

>2)金属に付着させてK種や種の熱電ついでとるのではなく、削っている金属と熱電対との起電力で温度を取っています。

やはりカッターの先端温度を測定するのですか？
反則技クラスの超想定外ですね

http://www.lecroy.com/japan/pdf/cata/wsxs-spec.pdf
この機種には平均値処理機能がありますね（Ｍｅａｎ）
どれくらいのレンジまで可能かは分りませんが
オシロの最大値まで平均個数を上げてみては？
（移動平均モードを選択してください）
憶測ですが１０ｍｓ程度の時間分解能がオシロの最大と思う

>温度はms単位で変化するものを追っていますので、一瞬しか出てきません。
この一瞬とは具体的に何ｍＳくらいでしょうか？

先に挙げた
http://www.fa.omron.co.jp/product/family/1906/index_r.html
はサンプリング周期は１００ｍｓ
それ以上の高速は取れません
ただ先の回答にもありますが温度計測でミリセカンド単位は異常なほどの超高速
何故このようなレコーダなら温度計測でノイズの影響を受けないかと言えば
単純に応答が遅いからノイズに追従できないだけです

>もし冷接点をとることでノイズが減るなら試してみようと思います。
冷接点はノイズ防止では有りません、冷接点は温度の補正です
絶対温度Ｋ＝熱接点温度＋冷接点温度
となります
一般的に冷接点温度は測定器の雰囲気温度になります
http://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_signal_con/9607/index.html

常識的には温度測定をオシロに入力するにはのような変換器を入れます
http://www.m-system.co.jp/mssjapanese/PDF/NS/M2/nsm2ts.pdf
ただ、これの応答速度は高速型でさえも２５ｍｓと遅い
（２５ｍｓ以下のパルス的温度変化は追従しない）

因みにレコーダとは温度変換器＋オシロ＋平均値処理でしょうか

Answer

根本的に温度の測定方法についての考え方が間違っているのではないですか？熱電対の測定側は，２本の金属が一般的に溶接してあります。今回の測定では,測定すべき部分の被切削材と熱電対の先端の接続はどうなっているのでしょうか？それから，熱電対の出力は直流電圧です。測定器は温度補償をした直流の電圧計であるべきです。オシロスコープは交流波形を測定する機器だと思っています。しかも，電流で測定するように書いてありますが,電圧で出力されるという熱電対の測定原理を知らないというほかありません。熱電対の得意分野は，静止状態での測定だと思います。変化が早い場合には熱電対を極力細くして熱容量を下げてやらなければなりません。高速移動する物を測定できるものではないと思います。この場合の測定器は非接触の輻射温度計ではないでしょうか？測定したい部分は，チップですか？それとも被切削材ですか？輻射温度計でしたらどちらも測定できると思います。輻射温度計，放射温度計などで検索すればメーカーが分かります。そこに相談してみてください。

Answer

回転する工具に熱電対を接触して起電力を測定しようとしてる？
熱起電力を発生出来るほどの接触が維持出来るかどうか疑問ですが一応ここでは置いて信号処理について考えてみるとデジタルオシロスコープだけでの処理は荷が重いような気がします。少なくとも冷接点を保障出来るアンプで受けて回転主軸が一定なのですからロックインアンプを通せば確実にノイズが消せます。CH1-CH2という演算は一応そうゆうことも出来ますよってことで、やはり専用の作動入力アンプを用意したほうがよいです。
以上思いつくままに書きましたけど質問者は企業の研究部門あるいは大学でしょうか？それによって用意出来る機材が違いますよね。
そもそも工学としての計測をもう少し勉強されたほうがよいかと。

Answer

恐ろしく難しい計測ですね。
視点を変えて、高速の温度測定が出来るものを捜して見ました。
参考になるかどうか・・・
0.1Kの温度変化をマイクロ秒単位で計測できるようです。
また、この会社では『熱画像計測』なんていうこともやっているようですので相談されるのも手かなと思います。

Answer

毎度ＪＯです。
>>0.01ms程度の時間しか工具と熱電対は接触していません
この接触中の信号は「単発」的な信号ですか？　あるいは次々と信号がやって来るのでしょうか？？
0.01msの信号は100kHzとなりノイズ成分と見分けができません、

今観測できている信号が、ノイズなのか観測すべき信号なのかを判断する必要があると思われます、
仮に全ての信号が、断続的に来る観測すべき信号のみであれば、フィルタなどにより処理できるかもしれません。

Answer

>回答：0.01ms程度の時間しか工具と熱電対は接触していません。そのときに温度が発生して起電力が発生しています(計算上です)。
冗談でしょと言うしかないほどの超高速温度計測になります
一般工業用の温度計測としては５００ｍｓでも高速の部類になりますから

ただlecroyのオシロを選んだのは間違いでは無いでしょうね
恐らく同等以上の性能のデジタルオシロでしか測定は難しいと思う

lecroyに↓と同様な機能が有れば良いのですが
http://www.yokogawa.co.jp/tm/Bu/DL1600/dl1600_1.htm
このページの一番下
「見たいのはノイズではなく埋もれた信号、リアルタイムディジタルフィルタ 」
一般的に平均処理すると同様な効果が得られますが信号は”なまり”ます
横河のデジタルフィルタとは信号をなまらせる事なくノイズを消す機能です
http://www.lecroy.com/japan/products/scopes/wsxs/03.asp
lecroyにも同様な機能が有りそうで見当たりません

計測用のローパスフィルタは有りますが、最適な選定は難しい
http://www.iti.iwatsu.co.jp/products/pspl/lowpass.html
http://www.toyo.co.jp/audio/precision/preci05_5.html

測定時のノイズについて