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>> インピーダンスの種類
● インピーダンスがセンサーのパフォーマンスにどのように影響するか
>> 信号損失と減衰
>> 歪みとノイズの干渉
>> 一致するネットワーク
>> トランス
>> バッファアンプ
>> アクティブフィルター
>> 抵抗ネットワーク
>> 周波数スイープ
>> 振幅スイープ
>> 時間領域測定
>> 実験セットアップ
>> 運用パラメーター
● 結論
● FAQ
>> 1.センサー信号に対する高出力インピーダンスの影響は何ですか？
>> 2。インピーダンスマッチングはセンサーのパフォーマンスをどのように改善しますか？
>> 3.インピーダンスマッチングの一般的な手法は何ですか？
>> 4.インピーダンス測定がセンサーの最適化に重要なのはなぜですか？
>> 5.接触したインピーダンスセンサーはどのように動作しますか？
● 引用：
インピーダンスは、センサーのパフォーマンスにおいて重要な役割を果たし、電子システム内で信号が送信および受信される方法に影響します。インピーダンスを理解することは、センサーの統合を最適化し、正確な測定を確保するために不可欠です。この記事は、インピーダンスの概念、その種類、そしてそれがどのように影響するかを掘り下げます センサーの性能。信号伝送、ノイズ干渉、インピーダンスマッチング技術を含む
インピーダンスは、AC回路の流れに対する完全な反対の尺度であり、抵抗成分とリアクタンス成分の両方を網羅しています。センサーのコンテキストでは、インピーダンスとは、受信デバイスまたはシステムの負荷インピーダンスと相互作用するセンサーの出力回路の電気抵抗を指します[1]。
1。低出力インピーダンス：アクティブな電子センサーやアンプが組み込まれたセンサーなど、多くの最新のセンサーは、出力インピーダンスが低いです。これにより、より強力な信号を駆動し、出力電圧または電流を大幅に損失することなく回路の後続の段階に送達できます[1]。
2。高出力インピーダンス：一部のセンサー、特にパッシブセンサーには、高出力インピーダンスがある場合があります。高出力インピーダンスは、センサーの電流を供給する能力を制限し、負荷に接続すると電圧降下が大きくなります[1]。
3。可変出力インピーダンス：可変抵抗または可変容量センサーなどの特定のセンサーは、測定されたパラメーターに基づいて可変出力インピーダンスを持つことができます。たとえば、一部の圧力センサーでは、出力インピーダンスが異なる圧力レベルで変化する可能性があります[1]。
4。複雑なインピーダンス：一部のセンサー、特に誘導センサーや容量性センサーなどの反応性要素を使用するセンサーは、複雑なインピーダンスを持つことができます。このタイプのインピーダンスには、抵抗成分とリアクタンス成分の両方が含まれ、多くの場合、電圧と電流の間に相の違いがあります[1]。
センサーの出力インピーダンスが受信デバイスの入力インピーダンスよりも大幅に高い場合、電圧分割効果により信号損失が発生する可能性があります。このミスマッチは、信号減衰を引き起こす可能性があり、その結果、受信機に到達する弱体化または歪んだ信号が生じる可能性があります[1]。
高出力インピーダンスは、ソースインピーダンスと受信デバイスの入力インピーダンスとの相互作用により、信号の歪みを導入できます。さらに、高インピーダンスにより、信号は電磁界や放射線などの外部ソースからのノイズ干渉を受けやすくなります[1]。
正確で信頼性の高い信号伝送を確保するには、受信デバイスの入力インピーダンスと可能な限り密接にセンサーの出力インピーダンスを一致させることが重要です。インピーダンスマッチングの技術には、マッチングネットワーク、変圧器、インピーダンスマッチング回路、バッファーアンプ、アクティブフィルター、抵抗ネットワークの使用が含まれます[1]。
L-SectionやPi-Sectionネットワークなどの一致するネットワークは、センサーと受信デバイスの間に追加できます。このネットワークは、抵抗器、コンデンサ、インダクタなどの個別のコンポーネントを使用して、目的の値に一致するようにインピーダンスを調整します[1]。
変圧器を使用して、インピーダンスレベルをステップアップまたはステップダウンさせ、電気分離とインピーダンスマッチングを提供します[1]。
バッファーアンプは、受信デバイスからセンサーを分離し、受信デバイスの入力インピーダンスに一致する低出力インピーダンスソースを提供します[1]。
アクティブなフィルターを使用して、周波数応答を形作り、インピーダンスを同時に一致させることができ、ゲインとインピーダンスマッチング機能を提供します[1]。
直列および並列抵抗ネットワークは、適切な抵抗値を選択することにより、インピーダンスマッチングを実現するように構成できます[1]。
インピーダンス測定は、感知された環境の変化がインピーダンスの変動にどのように変換されるかを理解するために重要です。これには、センサーの最適な動作周波数を識別することが含まれます。ここでは、感度が最も高い[4]。
一般的なアプローチは、インピーダンス応答を測定し、ボードまたはナイキストプロットに表示しながら周波数を掃引することです。これにより、センサーが最も効果的に動作する頻度を識別するのに役立ちます[4]。
プローブ電圧の振幅をスイープすると、センサーの最適な動作電圧を見つけることができます[4]。
外部感覚環境のステップの変化によってトリガーされるインピーダンスの変動を測定すると、センサーの応答時間を決定するのに役立ちます[4]。
容量的に結合した電気インピーダンス断層撮影（EIT）センサーは、容量を使用して、材料または組織のインピーダンスの変化を測定します。これらのセンサーは、医療イメージングおよび非破壊検査アプリケーションでよく使用されます[3]。
実験セットアップでは、励起電圧が電極ペアに適用され、結果の電流信号がI/Vコンバーターによって出力電圧に変換されます。この電圧信号をサンプリングおよび処理して、インピーダンス測定を取得します[3]。
導電率センサーとも呼ばれる非接触性インピーダンスセンサーは、フロースルー測定と液相分析で使用されます。それらは、媒体の導電率の変動により、インピーダンスの変化を検出することによって動作します[2]。
これらのセンサーの性能は、電極の幅と形状、検出ギャップ、周波数、入力信号の振幅などの動作パラメーターの影響を受けます。電極間のギャップ幅を減らすと、検出感度が増加します[2]。
インピーダンスは、センサーの性能において極めて重要な役割を果たし、信号伝達、ノイズ干渉、および全体的な測定精度に影響します。マッチングテクニックによるインピーダンスの理解と管理は、電子システムでのセンサーの統合を最適化するために不可欠です。適切なインピーダンスマッチング戦略を採用することにより、エンジニアはセンサーからの信頼できる正確なデータ収集を確保できます。
高出力インピーダンスは、損失、歪み、騒音干渉に対する感受性の増加など、信号の劣化につながる可能性があります。これは、センサーがより高い入力インピーダンスを持つデバイスに接続されている場合、特に問題があります[1]。
インピーダンスマッチングにより、センサーの出力インピーダンスが受信デバイスの入力インピーダンスに密接に一致し、信号損失と歪みを最小限に抑えることが保証されます。これにより、電力伝達と信号の完全性が最適化されます[1]。
一般的な手法には、マッチングネットワーク、変圧器、インピーダンスマッチング回路、バッファーアンプ、アクティブフィルター、抵抗ネットワークの使用が含まれます。各メソッドはインピーダンスを調整して、センサーと受信デバイス間の最適な一致を実現します[1]。
インピーダンス測定は、センサーの最適な作業周波数と電圧を特定し、センサーが最高の感度で動作することを保証するのに役立ちます。これは、正確で信頼できる測定を実現するために重要です[4]。
非接触性インピーダンスセンサーは、媒体の導電率の変動により、インピーダンスの変化を検出することにより動作します。これらは、直接接触が実行不可能なフロースルー測定や液相分析などのアプリケーションで使用されます[2]。
[1] https://gebrabit.com/sensor-output-impedance/
[2] https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmc3658714/
[3] https://www.mdpi.com/1424-8220/20/20/5787
[4] https://www.zhinst.com/fr/applications/impedance-measurement/impedance-measurement-of-sensors
[5] https://gebrabit.com/sensor-input-impedance/
[6] https://www.youtube.com/watch?v=ite6wwsuis0
[7] https://www.pcb.com/contentstore/mktgcontent/linkeddocuments/technotes/tn-32_howimpedanceinfluencesmeasurement.pdf
[8] https://www.zhinst.com/it/applications/impedance-measurement/impedance-measurement-of-sensors
[9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s221 17156240018 4x
[10] https://www.mdpi.com/2076-3417/7/6/538
[11] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0263224122010491
[12] https://www.monolithicpower.com/en/ellearning/mpscholar/sensors/basics-of-sensor-operation/sensor-output-types
[13] https://kirj.ee/wp-content/plugins/kirj/pub/eng-4-2007-455-478_20230511161257.pdf
[14] https://www.mdpi.com/1424-8220/20/7/1961
[15] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S24058440240888777
[16] https://www.analog.com/high_impedance_sensors？doc = cn0363.pdf
[17] https://patents.google.com/patent/us20180095054a1/en
[18] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0925400512011744
[19] https://en.wikipedia.org/wiki/electrical_impedance
[20] https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/s0003267025002065
[21] https://www.youtube.com/watch?v=3yclafsxyee
[22] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/s2667022422200007x
[23] https://www.youtube.com/watch?v=uyluodimmws
[24] https://www.arisewebguiding.com/what-are-different-types of-tension-sensorsとhow-to-reate-the-right-the-right-type
[25] https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.4c10384
[26] https://www.ameteksi.com/library/product-and-application-videos/eis-and-technique-videos
[27] https://nuem.ct.utfpr.edu.br/research/sensor-technology/impedance-sensors/
[28] https://scispace.com/pdf/image-reconstruction-of-electrical-impedance-tomography-2zsfvhhody.pdf
[29] https://na.industrial.panasonic.com/video-library
[30] https://www.zhinst.com/en/blogs/what-basic-accuracy-impedance-analyzer
[31] https://gebrabit.com/learning-about-sensor-accuracy/
[32] https://www.renesas.com/en/products/automotive-products/automotive-sensors/automotive-impedance-sensors
[33] https://www.analog.com/high_impedance_sensors
