1. Analog Discovery と WaveForms

Analog Discovery

Analog Discovery は Digilent社の電気系計測の教育用インターフェースユニットであり,比較的安価でありながら,多くの機能を備えたツールとして,利用価値が高い.Analog Discovery は PC (Windows, Macintosh, Linux) に USB で接続し,バスパワーで動作する.多くの機能を持つが,電気化学計測に利用する上では以下の特徴がある:

  • 2-ch アナログ入力: 1MΩ, ±25V, 差動, 14-bit, バンド幅 30MHz (Analog Discovery 2)
  • 2-ch 任意波形発生器: ±5V, 14-bit, バンド幅 12MHz (Analog Discovery 2)
  • ネットワークアナライザ
  • データロガー
  • インピーダンスアナライザ

    アナログ入力の分解能がやや不足気味に見えるが,ポテンショスタット側で適切な感度を設定すれば,通常は問題にならない (むしろ一般には計測系の S/N 比の方が問題になる).

    また,とくに解析機能は,制御・記録のための標準ソフトウェア WaveForms を用いるだけでもさまざまな計測を行えるが,WaveForms で得られた生データを用いて信号解析部分について独自に計算処理を行うことでも,さらに多くの応用が可能である.

    この WaveForms を通じて,Analog Discovery は制御信号の発生と目的信号の記録を1台で同時に行うことができる.したがって,ポテンショスタットを用意すれば,ファンクションジェネレータとレコーダの役割をこれ一台に任せてしまうことができる.

    なお,Analog Discovery はすでに出荷を終えており,機能強化された Analog Discovery 2 (製造はすでに終了) や Analog Discovery 3 に切り替わっているが,本稿の範囲ではいずれもまったく同じように使えるので,これらを特に区別しない.

    Fig. 1.1 Analog Discovery (legacy). Fig. 1.2 Analog Discovery 2 (discontinued). Fig. 1.3 Analog Discovery 3.

    WaveForms

    Analog Discovery の魅力は,標準制御ソフト WaveForms が非常に高機能な点にもある.WaveForms は Digilent 社のサイトから無償でダウンロードできる.Analog Discovery 自体を所有していなくても,デモモードでどのような計測ができるかを確認することができる.本稿では,基本的な測定は WaveForms を用いて行い,必要に応じて,Excel 等の外部ソフトを援用して解析を行うこととする.なお,Analog Discovery のドライバに対する API は公開されているので,電気化学に特化したソフトを作成すること自体は可能である.しかし,WaveForms は非常に高機能であり,随時改訂されて新機能が追加されている状況にあるため,ここでは WaveForms を利用することを基本とする.

    WaveForms は,Windows,Mac,Linux に対応しており,必要なバージョンをダウンロードし,インストーラを実行することで Analog Discovery を使用するためのドライバと合わせてインストールできる.

    キャリブレーション

    Analog Discovery はもともとが教育用ということもあって,安価な代わりに AD/DA コンバータのキャリブレーションも行われていない状態で出荷されている.そのため,使用前にキャリブレーションを行うことが事実上必須である.キャリブレーションには,3-1/2桁以上の分解能をもつデジタルマルチメータが必要である.

    キャリブレーションは WaveForms の Device Manager から,対象となるデバイスを選択し,ウィンドウ上方の Calibrate をクリックして行う.ファンクションジェネレータ1 (AWG1),オシロスコープ1 (Ch1),同2 (Ch2) に行う必要がある.AWG2 については使用しないのでキャリブレートしなくてもよい.実際に行う必要があるのは,

  • Waveform Generator 1 Low Gain
  • Waveform Generator 1 High Gain
  • Oscilloscope

    でよい.


    目次  2. 市販ポテンショスタットとの組み合わせ:接続法