カテゴリー
category_kr

네트워크 분석기

네트워크 분석기란?

네트워크 분석기 (영어: Network analyzer) 는 시험 대상 (DUT; device under test) 의 회로망 특성을 평가하는 장비를 말합니다.

구체적으로는 DUT에 입력되는 신호의 감쇠나 임피던스를 측정할 수 있습니다. 특히 전자부품 등의 고주파 특성을 평가할 수 있기 때문에 전송장치를 비롯해 폭넓은 응용 범위가 있습니다.

네트워크 분석기의 출력은 S 파라미터 (scattering parameter) 로 표현되며, S 파라미터에 정의된 물리량은 순방향 반사 (S11), 순방향 전송 (S21), 역방향 전송 (S12), 및 역방향 반사 (S22)입니다.

네트워크 분석기의 사용 용도

네트워크 분석기는 크게 스칼라 네트워크 분석기와 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 로 나뉘는데, 그 중 진폭 정보뿐만 아니라 위상 정보까지 얻을 수 있는 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 의 사용 범위가 더 넓습니다.

네트워크 분석기의 장점인 고주파에 대한 응용을 이용하여 고주파 증폭기의 정합 회로 개발 등에 활용되고 있습니다. 여기서 증폭기, 안테나, 필터 각각의 정확한 S-파라미터를 바탕으로 설계가 이루어집니다.

고주파를 다루는 회로망에서 각 디바이스나 케이블 등의 전송로의 임피던스 불일치는 전력 손실이나 신호 왜곡의 원인이 되기 때문에 임피던스 매칭 평가에도 활용되는 경우가 많습니다.

네트워크 분석기의 원리

네트워크 분석기는 신호원과 신호 분리기, 방향성 결합기 및 최소 3개의 수신부를 갖추고 있습니다.

  • 신호원
    신호원은 시스템에 신호를 공급하는 역할을 하며, 신시사이저에 의해 공급됩니다.
  • 신호 분리기
    신호 분리기에는 저항에 의한 스플리터가 사용되며, 입력 신호는 회로 신호와 수신기 (기준 신호 R) 로 분리 됩니다.
  • 지향성 커플러 (directivity coupler)
    지향성 커플러는 입력파와 반사파를 분리하고, 반사파는 수신기에서 측정됩니다 (기준 신호 A).

DUT의 출력은 세 번째 수신기에서 측정됩니다 (전송 신호 B). 신호의 비교를 통해 평가가 이루어지며, 예를 들어 S11은 A/R, S21은 B/R로 정의됩니다.

또한, 네트워크 분석기의 고정밀 측정은 정확한 교정을 통해 보장됩니다. 교정은 미리 특성을 알고 있는 표준기를 사용하여 이루어 집니다. 일반적으로 사용되는 교정법은 SOLT법이라고 불리는 단락 (short), 개방 (open), 정합부하 (load) 가 가능한 표준기와 기준면을 결합한 직결 (thru)에서의 측정으로 교정하는 방법입니다.

매우 정밀한 측정을 위해 커넥터 조임 토크, 환경 온도, 입력 신호 및 케이블의 안정화 등 다양한 관점에서 측정 오차가 발생하지 않도록 유의해야 합니다.

네트워크 분석기의 기타 정보

1. 네트워크 분석기의 기초 지식

네트워크 분석기는 다른 말로 회로망 분석기라고 합니다. 네트워크 분석기에는 벡터 네트워크 분석기 (VNA) 와 스칼라 네트워크 분석기가 있는데, 요즘은 벡터 네트워크 분석기가 많이 사용되고 있습니다.

네트워크 분석기에는 S 파라미터라는 전송이나 반사 측정에서 진폭의 변화를 측정하는 방법이 있는데, S 파라미터는 S 행렬이라고도 불리며, 정의로서 번호 매기는 방법이 존재합니다. 번호 매기기는 ‘Sij i=출력 포트, j=입력 포트’로 되어 있으며, S11이라면 포트 1에 입사한 신호가 포트 1로 전송되는 신호의 측정을 의미하고, S12라면 포트 2에서 입사한 신호가 포트 1로 전송되는 측정을 의미합니다.

S 파라미터의 측정에는 VNA 측정기를 이용하여 측정이 가능합니다. 하지만 VNA는 측정 전에 몇 가지 교정 방법을 이용하여 교정을 해야 합니다.

VNA의 교정은 표준기 3개를 사용하여 교정하는 방법이 기본적인 방법입니다. 교정 방법으로 널리 알려진 방법으로는 앞서 언급한 SOLT 교정법, UnKnown Thru 교정법, TRL 교정법 등이 있습니다.

2. 임피던스 측정에 대하여

임피던스는 전자회로나 전자부품, 전자재료의 특성평가에 사용되는 중요한 파라미터로, 일부 주파수에서 회로 등에 흐르는 교류전류를 방해하는 양입니다. 임피던스 측정 방법에는 여러 가지 종류가 있으며, 각각 장단점이 있습니다.

측정에 필요한 주파수 범위와 임피던스 측정 범위의 측정 조건을 고려하여 측정 방법을 선택해야 한다. 측정 방법에는 브리지법, 공진법, I-V법, 네트워크 분석법, 시간영역 네트워크 분석법, 자동 평형 브리지법 등이 있습니다.

그 중 브리지법을 예로 들어 설명하겠습니다. 브리지법의 장점은 높은 정확도 (0.1% 정도) 와 여러 대의 측정기로 넓은 주파수 범위를 커버할 수 있고, 저렴한 비용으로 측정할 수 있다는 점입니다. 반면 단점으로는 밸런스 조작이 필요하고 한 대로는 좁은 주파수 범위만 커버할 수 있다는 점입니다. 브리지 방식의 측정 주파수 범위는 DC에서 대략 300MHz까지입니다.

3. 주파수 확장 추세

네트워크 분석기의 최대 주파수 확장은 현재 서브 테라헤르츠 대역 (220GHz) 까지 확장되고 있습니다. 이는 차세대 통신 표준인 6G가 D-band라고 불리는 140GHz 대역이 사용될 가능성이 높을 것으로 예상되기 때문입니다.

하지만 서브테라헤르츠 대역은 주파수가 높기 때문에 전기장 오차나 기생 소자의 영향을 받기 쉬워 RF 프로브와 케이블을 포함한 총체적인 캘리브레이션의 정확도가 매우 중요합니다.

현실적으로 한번에 교정 가능한 주파수 범위도 한정되어 있는 경우가 많으며, 교정 간 연결 데이터 처리, 밀리미터파 대역 전용 주파수 익스텐더의 추가 등 사용하기 쉬운 측정기를 목표로 각 제조사들이 개발 경쟁에 뛰어들고 있습니다.

4. 변조 전력 평가 기능 등의 추가

네트워크 분석기는 DUT의 임피던스 평가나 S 파라미터라는 소신호를 다루는 평가가 일반적인 측정기이지만, 최근에는 변조 분석이나 대신호 평가와 소신호 평가 분석이 세트로 이루어지는 경우가 많기 때문에, 네트워크 분석기에서 기존의 스펙트럼 분석기에서 주로 취급하는 변조 분석이 가능한 기종도 점차 출시되고 있는 상황입니다.

앞으로 네트워크 분석기는 단순히 임피던스나 S-파라미터 평가에 그치지 않고, 스위치, 필터, 고주파 (RF) 증폭기, LNA (저잡음 증폭기) 등 다양한 RF 프론트엔드 평가를 위해 대신호 분석, 변조 분석 등 다양한 용도로 활용될 것입니다.

カテゴリー
category_kr

고전압 전원 장치

고전압 전원 장치란?

고전압 전원 장치란 전원 장치 중 특히 고전압을 다루는 장치를 말합니다.

고전압은 일반적으로 수천 볼트 (볼트: 전압의 단위) 에서 수만 볼트이상의 전압을 말하며, 전력회사에서 송전하는 전압은 6.6kV 이상이지만, 전기설비기술기준의 정의는 교류 600V (직류 750V) 이상의 전압을 고전압으로 정의하고 있습니다.

우리가 일상생활에서 사용하는 가전제품은 AC100V 또는 200V로 전압이 낮습니다. 이는 전력회사의 발전설비에서 각 가정으로 송전되는 전원 전압이 AC100V 또는 200V를 표준으로 하고 있기 때문입니다.

일반적인 전원 장치는 AC100V나 200V이지만, 사용 조건에 따라 고전압을 발생시키고자 하는 기기도 있습니다. 구체적으로 전원 전압 이상의 고전압이 필요한 기기나 고전압에 대한 내전압 시험을 하기 위한 기기입니다. 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 일반 사용자가 사용하는 전원 전압 이상의 고전압을 발생시키는 컨버터가 필요합니다. 이때 사용되는 것이 바로 고전압 전원장치입니다.

고전압 전원장치의 사용 용도

고전압 전원장치의 사용 용도는 주로 고전압이 필요한 제품의 동작이나 내압 시험 등에 사용됩니다.

고전압이 필요한 장비로는 자동차 차체나 건축자재 등의 도장용 장비, 금속, 플라스틱 등의 표면처리용 장비, 방사선 치료나 엑스레이에 사용되는 X-선 방사선 장치, 전자현미경 등을 들 수 있습니다.

내압시험은 전선 등 산업용 전기기기에 대해 실시합니다. 전기제품 등은 전기용품안전법 (통칭: 전안법) 이라는 일본 전기 관련 안전성을 담보하기 위한 법률에 의해 제품 출하 시 1500V를 1분 또는 1800V 1초라는 제품 내압시험과 절연 내압 실시가 의무화되어 있습니다. 따라서 고전압 전원장치 설비 도입은 필수입니다. 또한, 고전압 및 특고압 전기 취급자 자격 취득을 위한 실습 등에 활용되고 있습니다.

고압 전원장치의 원리

고압 전원장치는 말단에 송전되는 일반 교류전원을 입력받아 이를 고전압으로 출력하는 컨버터로 구성되어 있습니다. 컨버터는 전력회사에서 송전되는 교류전원 전압을 정류기라는 다이오드를 사용한 회로에서 직류전압으로 바꾸고, 전해 콘덴서로 전압을 평활화하는 장치 (유닛) 를 말합니다.

그러나 단순히 컨버터 유닛을 사용하는 것만으로는 100V나 200V이기 때문에 낮은 전압으로 평활화된 직류 전압이 출력될 뿐, 원래 원하는 10배나 100배 이상의 고전압을 얻을 수 없습니다. 단순히 승압 변압기의 권선비로 승압하는 것은 가능하지만, 이것은현실적으로 한계가 있습니다.

고전압을 얻기 위해 다이오드와 커패시터를 조합한 콕크로프트-월튼 회로를 사용합니다. 커패시터의 축전 능력과 다이오드의 정류 작용을 이용한 방법입니다. 교류의 한 방향의 입력에 대해 커패시터가 축전된 후, 역방향의 전류가 흐를 때 승압되는 구조입니다.

이 회로 방식은 앞서 설명한 정류기를 이용한 회로를 겹겹이 쌓아 전압을 올리는 방법으로 일반적으로 사용되고 있으며, 기술자들 사이에서는 배전압 회로 또는 고전압 발생 회로 등으로도 불리고 있습니다. 전압의 상승은 짝수 배로 증가하기 때문에 홀수 배의 승압은 불가능합니다. 적절한 고전압 다이오드와 세라믹 커패시터의 조합을 통해 1kV 이상의 고전압을 얻을 수 있습니다.

고전압 전원 공급 장치에 대한 추가 정보

1. 고압 전원 모듈

고전압 전원 모듈은 대체로 1kV 이상의 고전압을 공급할 수 있는 고전압 대응형 전원 장치입니다.

특히, 저소음과 신뢰성을 확보하면서 고효율화를 통한 다운사이징을 실현한 기술력으로 유명한전원장치 제조업체가 물량 및 사용 편의성 향상으로 저가를 실현하여 범용 제품으로 모듈화한 고전압 출력형 전원장치 모듈입니다.

고압 전원 모듈의 주요 제조사 및 제품으로는 베르닉스 OHV 시리즈 외, 아메리칸 하이볼티지 TCR 시리즈 외, 마츠다테츠 프레시전 GP 시리즈 외, 제너럴 물산 HitekPower, 다카사고제작소 TMK형 시리즈, 하마마츠 포토닉스 C14051 시리즈 등이 있습니다. 원래의 고전압에 더해 출력전류도 증가하면 할수록 그 모듈의 크기가 커지기 때문에 실제 사용하는 부하의 사용에 따라 그 여유도와 온도 상승 및 절연 내압 확보에 유의하여 선정해야 합니다.

2. 고전압 전원 공급 장치 기판

고전압 전원 공급 장치의 기판은 고전압이기 때문에 고전압 회로에 사용되는 기판에 대한 주의 사항이 있습니다. 전압이 높아질수록 기판의 절연 거리가 충분히 확보되는 것이 표준으로 요구되기 때문입니다. 고전압은 에너지가 크기 때문에 작업 중 심각한 감전사고가 발생할 가능성이 커지기 때문에 안전을 확보하기 위해 기판의 연면거리와 절연거리, 안전 접지 설치 등 내전압과 감전에 대한 안전조치를 취해야 합니다.

실제로 일본 내에서는 전기용품안전법 (통칭: 전안법), 국외에서는 IEC 표준을 대표로 하여 이에 준거하는 국가별 규격에 따라 기판 상에 있는 전도성 동박 패턴 간 절연 거리를 확보한 기판 패턴 설계가 절대적으로 필요합니다. 이를 준수하지 않을 경우 법 위반으로 벌금 등의 처벌 대상이 되며, 처벌을 받을 뿐만 아니라 사회적 신용 자체가 실추될 가능성도 있기 때문에 고압형 전원 기판에 관해서는 특히 그 기판 패턴의 절연 거리가 확실히 표준을 충족하고 있는지 여부가 매우 중요한 확인 포인트가 되며, 제조사측과 사용자측 모두 충분한 주의가 필요합니다.

カテゴリー
category_kr

레이저 다이오드

레이저 다이오드란?

레이저 다이오드(영어: laser diode)는 반도체의 재결합 발광을 이용한 빛입니다.

재결합 발광은 전자가 빠져나간 구멍(정공)과 전자가 접합부에서 만나 서로가 가지고 있던 여분의 에너지가 빛이 되어 발광하는 것을 말합니다.

레이저 다이오드의 빛은 단일 파장으로 위상이 정렬된 레이저 빛으로, 반도체 레이저라고도 하며 LD라고 표기합니다. 반도체 레이저 빛의 색은 반도체의 구성 원소에 따라 결정됩니다. 예를 들어, InGaN은 자외선부터 녹색 (380~540nm), AlGaInP는 적색 (620~700nm), InGaAsP는 적외선이 됩니다. InGaN은 ‘GaN’, AlGaInP는 ‘GaAs’, InGaAsP는 ‘InP’로 표기 됩니다.

LED는 반도체 레이저와 마찬가지로 빛을 내지만, 반도체 레이저에 비해 빛의 위상과 파장의 폭에 차이가 있습니다. 즉, 반도체 레이저는 LED (발광 다이오드) 와 달리 ‘유도방출’이라는 원리에 따라 빛을 내기 때문에 위상이 정돈된 강한 빛을 발사할 수 있습니다.

레이저 다이오드의 사용 용도

레이저 다이오드는 가전제품에서 널리 사용되고 있습니다. 그 이유는 크기가 작고 대량 생산이 가능해 제조비용을 낮게 책정할 수 있기 때문입니다.

정보기기에서는 CD나 DVD, BD 등 광학 드라이브의 광픽업, 복사기나 레이저 프린터, 광섬유를 이용한 통신기기 등에 활용됩니다. 또한 고출력인 경우 레이저 마커, 레이저 가공기 등에도 이용되고 있습니다.

그 외에도 레이저 광이 잘 퍼지지 않고 먼 거리까지 도달하는 특성을 이용하여 측량 장비나 사물을 가리키는 레이저 포인터로도 활용되고 있으며, 저출력 적색 반도체 레이저 소자의 소형화, 저가격화와 함께 크게 보급되었습니다.

레이저 다이오드의 원리

레이저 다이오드는 전압을 가하면 정공(전자가 빠져나간 구멍)과 전자가 재결합하여 빛이 방출됩니다.

이때 방출된 광자가 방아쇠가 되어 또 다른 전자가 정공과 차례로 재결합하여 광자를 방출하기 때문에 발생된 빛은 같은 위상, 같은 파장의 빛이 됩니다. 빛의 파장이 항상 일정하기 때문에 바코드 판독기, 레이저 포인터, 광섬유 통신 등 일정한 광량을 필요로 하는 곳에 사용됩니다.

레이저 다이오드 기타 정보

1. 레이저 다이오드 사양

레이저 다이오드의 사양을 이해하기 위해서는 L/I 곡선을 이용합니다. 이 곡선을 통해 출력되는 광량에 대해 공급되는 구동 전류를 기록할 수 있게 됩니다.

이 곡선은 레이저의 동작점(정격 발광 출력에서의 구동 전류) 및 임계 전류(레이저의 발진 시작 전류)를 결정하는 데 사용되며, 특정 전류에서 높은 출력을 얻기 위해 필요한 전류를 결정하는 데에도 사용됩니다.

이 곡선을 보면 광 출력이 온도에 크게 의존하며, 온도가 상승하면 레이저 특성도 감소한다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 L/I 곡선을 도입하여 레이저 다이오드의 효율을 시각화하고 추정할 수 있게 되었습니다.

2. 레이저 다이오드와 발광 다이오드의 차이점

발광 다이오드는 빛의 위상이 맞지 않아 방사형으로 확산되는 것이 특징입니다. 반면 레이저 다이오드는 위상이 정렬되어 직선적인 광선이 됩니다.

발광 다이오드에서는 발광층의 면적이 넓기 때문에 코어계의 작은 파이버에 입사하기 어려운 특징이 있습니다. 반면, 레이저 다이오드는 발광층이 좁지만 코어계의 작은 광섬유에 입사하기 쉽다는 특징을 가지고 있습니다.

레이저 다이오드에서는 전압 인가 시 정공과 전자가 재결합하여 방출된 광자가 방아쇠를 당기고, 또 다른 전자가 정공과 차례로 재결합하여 광자를 방출(유도방출)합니다. 따라서 발생한 빛은 같은 위상, 같은 파장의 빛이 됩니다. 이에 반해 발광 다이오드에서 발생하는 빛은 위상과 파장이 다양한 빛이 됩니다.

3. 레이저 다이오드의 수명

레이저 다이오드의 평균 수명은 작동 환경(작동 온도, 정전기, 전원 서지)에 따라 다르며, 일반적으로 10,000시간으로 알려져 있습니다. 이 부분에서는 평균 수명에 영향을 미치는 작동 환경 요인 중 작동 온도에 대해 설명합니다.

먼저 작동 온도의 영향은 작동 온도가 10℃ 상승하면 수명이 절반으로 감소한다고 알려져 있으며, 최대 작동 온도 이상으로 상승이 지속될 경우 레이저 다이오드가 손상되거나 장기적인 성능이 저하될 가능성이 커지는 것으로 알려져 있습니다. 따라서 발열로 인한 영향을 최대한 피하기 위해 제품 내부의 열을 외부로 배출할 목적으로 방열판을 사용하는 것이 좋습니다.

형광 현미경

형광 현미경

형광현미경(영어: Fluorescence Microscope)은 레이저광, 초고압 수은등이나 크세논 램프를 광원으로 사용하여 대상물 내의 형광물질의 형광을 관찰하는 장치입니다. 일반 광학 현미경은 할로겐 램프 등의 가시광선을 광원으로 대상물에 조사하여 반사광이나 투과광을 관찰합니다.

형광현미경은 현미경의 일종으로, 형광을 발산하는 물질인 생체 조직, 세포 등을 주 대상으로 합니다. 현미경의 해상도는 사용하는 빛의 파장에 따라 달라지기 때문에 파장이 짧은 빛을 사용하는 형광현미경은 공간해상도와 시간해상도가 뛰어난 것이 특징입니다.

따라서 정량성이 높은 정보를 얻을 수 있습니다. 형광 현미경은 공초점 레이저 현미경, 다광자 현미경 등 고기능화가 진행되고 있어 그 중요성이 더욱 커지고 있습니다.

형광현미경의 사용 용도

형광 현미경은 주로 바이오 이미징에 사용됩니다. 구체적인 대상은 세포나 조직이며, 살아있는 상태로 관찰할 수도 있습니다. 대상을 형광으로 표지하기 위해서는 다음과 같은 기술을 조합하여 사용합니다.

  • 유전자 변형 등을 통해 특정 단백질을 형광표지하는 기술
  • 형광표지된 화학물질을 이용하여 핵산 등을 표지하는 기술
  • 형광을 내는 단백질을 특정 세포에 발현시키는 기술

이러한 기술을 통해 표적 단백질이나 발현 유전자의 국소화 등을 관찰할 수 있습니다. 또한, 특정 물질에 반응하여 형광을 발산하는 약물이나 단백질이 개발되어 신경의 활동이나 세포 내 물질 동태를 가시화할 수 있습니다.

최근에는 크리스퍼 (CRISPR) 기술의 등장으로 유전자 변형 생물의 생성이 훨씬 쉬워져 그 응용 범위가 급속도로 넓어지고 있습니다.

형광현미경의 원리

형광현미경은 형광을 관찰하는 장치입니다. 형광은 형광물질이 특정 빛을 에너지로 흡수(여기광)하여 다시 에너지를 방출할 때 발산됩니다.

여기광을 조사하면 빠른 발광이 일어납니다. 형광의 파장은 여기광의 파장보다 길며, 이 파장은 형광 물질에 따라 다릅니다. 형광현미경은 특정 형광을 관찰하기 위해 다음과 같이 구성된 필터 유닛을 가지고 있습니다.

  • 광원으로부터의 여기광을 투과시키는 필터
  • 방출된 형광을 투과시키는 필터
  • 형광에 여기광이 간섭하지 않도록 하는 거울

필터 유닛을 바꾸거나 조합하여 다양한 형광 물질을 동일한 시료에서 관찰할 수 있습니다.

형광 현미경의 기타 정보

1. 형광 현미경의 해상도

현미경의 분해능은 ‘근접한 두 점을 서로 다른 점으로 구분할 수 있는 최소 거리’를 의미합니다. 현미경은 렌즈를 이용하여 대상물을 확대하여 관찰하는데, 렌즈를 조합하면 원리적으로 무한대로 배율을 높일 수 있습니다.

하지만 빛을 이용해 시료를 관찰하는 광학현미경의 경우, 빛의 특성인 회절로 인해 빛의 파장의 약 절반 크기가 분해능의 한계가 됩니다. 이것이 현미경의 해상도의 이론적 한계로 여겨졌지만, 이 한계를 뛰어넘는 기술이 개발되어 개발자는 2014년 노벨 화학상을 수상했습니다.

이 기술이 바로 ‘초해상도 현미경법’이라는 기술입니다. 초분해능 현미경법이 개발되기 전까지 형광현미경의 해상도 한계는 약 250nm였지만, 초분해능 현미경법을 이용하면 전자현미경에 버금가는 15~100nm까지 고해상도를 얻을 수 있습니다. 초해상도 현미경은 다양한 기술을 통해 해상도를 제한하는 요인을 피하고 높은 해상도를 실현하고 있습니다.

해상도를 획기적으로 향상시켜 노벨 화학상을 수상한 초해상도 현미경법에는 ‘PALM’과 ‘STED’와 같은 기법이 있습니다. ‘PALM’과 ‘STED’는 특수 광학계와 특수 염료를 이용하여 형광 현미경 해상도의 한계를 뛰어넘는 것을 실현했습니다. 이 외에도 다양한 기술을 이용한 초해상도 현미경이 만들어지고 있으며, 각 업체에서 제품화를 진행하고 있습니다.

2. 형광현미경의 장점

형광현미경의 장점은 분자의 거동이나 세포의 구조 등을 시각적 정보로 자세히 관찰할 수 있다는 점입니다. 목적에 따라 적절한 형광 현미경을 사용하면 시간적, 공간적으로 높은 해상도로 대상을 관찰할 수 있습니다.

여러 가지 색소를 이용하여 대상물을 관찰하는 것도 가능합니다. 예를 들어, 두 개의 서로 다른 단백질을 적색과 녹색의 형광물질로 표지하여 관찰했을 때, 노란색으로 표시된 부분이 있다면 이 두 단백질이 세포 내 같은 위치에 존재할 가능성을 나타냅니다.

목적과 용도에 따라 다양한 형광물질과 형광현미경이 개발되고 있으며, 생명과학 연구와 임상연구에서 그 중요성이 점점 더 커지고 있습니다.

カーブミラー

カーブミラーとは

カーブミラーとは、交通安全のために使用される反射鏡です。

膨らんだ曲面の鏡を使用されることが多く、特にカーブや交差点などの交通箇所で視界を改善するために設置されます。中心から外側に向かって、反射する光線を散乱させる性質があります。ドライバーが他の車両や歩行者が接近してくるかを早く察知できるため、衝突の危険性を減少させます。これにより、道路における安全を向上させることが可能です。

車両や他の交通参加者が隠れている箇所を見ることができ、安全な車線変更や交差点横断が可能です。また、カーブミラーによってドライバーが注意深く運転する傾向があり、交通ルールを守る意識を向上させます。

カーブミラーの使用用途

カーブミラーは、交通安全を向上させるために様々な場面で使用されます。

1. 一般道路

一般道路では急カーブを描く場所で頻繁に使用されます。これらの場所では、ドライバーが対向車両や歩行者が接近してくることを確認しやすくし、交通事故を予防することが可能です。また、交差点近くに設置することで右折や左折時の視界が向上し、交通の流れが改善されます。

2. 大型倉庫

大型倉庫内ではフォークリフトや運搬車などの重機が移動し、棚から商品を運搬する作業が行われます。カーブミラーを使用することでフォークリフト運転手の視界を改善し、他の車両や作業員との接触を防ぐことが可能です。車両や歩行者が交差する箇所などに設置され、通行者や車両が安全に交差できるように支援します。

3. 駐車場・ガソリンスタンド

駐車場やガソリンスタンドなどの施設では、車両の移動や駐車が頻繁に発生します。カーブミラーは車両の運転手が他の車両や歩行者を見るのに役立ち、安全運転をサポートする機器です。

4. 工場

大型の工場ではフォークリフトや大型トラックが日常的に使用されることも多いです。これらの通路にカーブミラーを設置することで、道路の死角を補完します。これにより、工場内における交通事故を未然に防止することが可能です。

カーブミラーの原理

カーブミラーは光学的な反射を利用して、見る人の視界を広げます。一般的には凸面鏡または球面鏡が使用され、曲面の特性により鏡の表面から入射した光が分散され、広い視界を提供することが可能です。

反射面に向かって光が入射すると、鏡の曲率に従って反射されます。凸面鏡の場合は鏡の中心に向かって収束し、球面鏡の場合は鏡の焦点に集まります。これにより、反射光線は鏡の中心または焦点を中心に広がる仕組みです。

したがって、適切な位置に設置することでミラーに映し出される景色が広がり、通常は見えない領域を見ることができます。ドライバーや作業員は通行車両や他の物体を視認しやすくすることが可能で、特に交差点やカーブなどの箇所で安全性を向上させるのに役立ちます。

カーブミラーの種類

カーブミラーは様々な種類があり、それぞれ異なる特性や利点があります。

1. ステンレスタイプ

ステンレス鋼によって製造されたタイプです。さびにくい性質を持つ上に耐久性が高く、屋外での使用に適しています。高い耐候性を持ち、さまざまな気象条件に対応することが可能です。

2. 強化ガラスタイプ

強化ガラスによって製造されたタイプです。強化ガラスを使用したため耐久性が高く、金属のように錆びることがありません。視認性と耐久性に優れています。

3. アルミニウムタイプ

アルミニウムによって製造されたタイプです。軽量で取り扱いやすく、取り付けが比較的簡単です。経済的でリサイクル性にも優れており、多くの環境で使用されます。

4. 電熱防曇タイプ

電熱線によって防曇機能が組み込まれており、霜や結露による曇りを防ぐタイプです。低温環境や湿度の高い場所で使用されることがあり、視界のクリアさを維持します。通常は電気供給が必要で、電源を必要とすることに注意が必要です。

5. アクリルタイプ

軽量で割れにくいアクリル素材を使用したタイプです。耐候性があり、防曇や耐UVコーティングが施されることもあります。通常は軽量性により取り付けが簡単で、屋外環境での使用に適しています。

カテゴリー
category_es

Selenita

¿Qué es la Selenita?

La selenita es un mineral entre incoloro y blanco cuya fórmula química es CaSO4・ 2H2O. Desde un punto de vista químico, puede denominarse sulfato cálcico dihidratado.

Además, el nombre genérico del sulfato cálcico dihidratado natural es yeso. Entre los yesos, la forma transparente se denomina yeso transparente (selenita), la forma de grano fino se denomina yeso copo de nieve (alabastro) y la forma fibrosa se denomina yeso fibra. De todas ellas, la selenita es un cristal único, incoloro y transparente con una iluminación blanco azulada similar a la luz de la luna.

Usos de la Selenita

La selenita nos resulta familiar como piedra preciosa. A menudo se procesa y se vende en forma de pulseras y otros artículos para llevar puestos, sobre todo por sus propiedades curativas, como el aumento de la perspicacia y la intuición y sus efectos curativos. Se venden en Internet a precios que oscilan entre varios miles y varias decenas de miles de yenes. Debe manipularse con cuidado, ya que es fácilmente soluble en agua, vulnerable a la humedad y se agrieta con facilidad debido a su escasa dureza.

El sulfato cálcico se utiliza no sólo en pinturas murales para la construcción, cemento y cerámica, sino también en productos farmacéuticos, aditivos alimentarios, coagulantes del tofu y desecantes.

FFKM (パーフルオロエラストマー)

FFKM (パーフルオロエラストマー) とは

FFKMとは、ゴムやプラスチックの特性を併せ持つ高性能弾性体 (エラストマー) です。

完全フルオロエラストマー (英: Perfluoroelastomer) とも呼ばれます。化学工業や医療機器など、さまざまな産業で使用されています。厳しい要件を満たす必要がある場面で利用価値が高い材料です。

非常に高温に耐えることができ、一般的に300℃以上の温度にも耐えられます。高温のプロセスや環境での使用に有利です。化学薬品や酸・アルカリなどに対する耐性も高く、腐食性のある環境で安定して使用できます。また、高い圧力下でも弾性特性を維持し、圧力密封用途に適しています。耐摩耗性にも優れており、長期間にわたって耐久性を維持することが可能です。高圧ポンプなどの機械装置やシールなどに使用されます。

FFKMの使用用途

FKMは耐性が高いことから様々な厳しい環境で使用される高性能エラストマー材料です。以下はFFKMの一般的な使用用途の一例です。

1. 化学工業

FFKMは高い耐化学性を持つため、腐食性の強い化学薬品や酸・アルカリに対して優れた耐性を示します。化学プラント内のバルブやパッキング・ガスケットなどで使用され、材料の劣化や漏れを防ぐことが可能です。特に高温での化学反応装置において、材料の安定性と耐久性が高いFFKMは広く使用されます。

2. 石油・ガス産業

FFKMは高温・高圧環境での使用に適しており、パイプラインやガス処理装置などで使用されます。井戸のシールやパイプライン接続部のシールに利用され、厳しい環境に耐える素材です。ガス産業では高圧ガス供給システムやガス圧力調整装置などにも適しています。

3. 半導体産業

半導体産業では高い純度とクリーンルーム要件が求められ、FFKMはこの要件を満たすために使用される場合も多いです。シリコンウェハの製造装置やガスケットなどの部品において、精密なプロセスをサポートします。また、高温のプラズマ処理装置で使用されることもあります。

4. 医療機器

医療機器の多くは高温滅菌や強力な薬品に曝されるため、FFKMの高耐性が重要です。医療機器のシールやOリングなどに使用され、消毒や洗浄プロセスに耐えます。特に外科手術室や歯科診療所などで使用される高温滅菌器具の部品に適しています。

FFKMの原理

FFKMは完全にフルオロ化合物から作られており、分子内のすべての水素原子がフルオロ原子で置き換えられています。これによって非常に高い化学的耐性を持ち、多くの化学薬品や溶剤に対して不活性であり、腐食を受けにくい特性を発揮することが可能です。

また、 FFKMの高温耐性は分子構造がフルオロ化合物によって安定化されているためであり、高温下での分解や劣化が抑制されます。この耐熱性は高温のプロセスや熱を発生する用途において重要です。

弾性を持つことからシールやパッキング、Oリングなどの用途で圧力を受ける際に変形し、効果的なシール効果を提供します。また、耐摩耗性にも優れており、長期間にわたって性能を維持します。

FFKMの選び方

FFKMを選ぶ際には、要求される仕様や用途を考慮することが重要です。

1. 耐熱性

高温環境での使用に適し、基本的に通常300℃以上の温度にも耐えられますが、製品によっては耐熱性を高めて350℃程度耐えるものも存在します。使用する用途の最高温度を考慮し、製品の耐熱性を確認して適切な材料を選択します。

2. 硬度

FFKM製品の硬度は材料の柔軟性や圧力密封効果に影響を与える指標です。硬度はShoreAまたはShoreD硬度で表され、使用用途に応じて最適な硬度を選択します。柔軟な製品は圧力密封に適しており、硬い製品は耐摩耗性が高いことが多いです。

3. 引張強度

引張強度は材料が引っ張られるときにどれだけ強いかを示す指標です。高い引張強度は高い耐久性と信頼性を提供します。使用用途において引張負荷が予想される場合、引張強度を考慮して適切な製品を選択します。

無人フォークリフト

無人フォークリフトとは

無人フォークリフトとは、人間の操作や制御なしで物品を運搬するフォークリフトです。

24時間稼働が可能で休憩や人的な制約がないため、生産性を向上させることができます。人件費や研修などの人的リソースにかかるコストを削減することも可能です。また、センサーシステムを使用してリアルタイムのデータを収集し、倉庫や物流プロセスの最適化に役立つ情報を提供します。高度なセンサーシステムやアルゴリズムを使用して周囲を監視するため、安全なナビゲーションも可能です。

ただし、無人フォークリフトの運用は業界などの安全規制に準拠しなければなりません。適切な許可やライセンスを取得し、法的要件を遵守する必要があります。適切な動作を保証するために、プログラミングや設定も必要です。

無人フォークリフトの使用用途

無人フォークリフトの主な使用用途は下記の通りです。

1. 倉庫

無人フォークリフトは倉庫内での重要な役割を果たします。倉庫内での荷物の移動を自動化し、棚から商品を運び出し、注文された商品を梱包・出荷するのに役立つ機器です。倉庫のスペース利用や在庫の正確な追跡をサポートし、これらを分析することで在庫のミスマッチや過剰在庫を削減します。

2. 製造業

製造業界では生産ラインの効率向上に寄与します。原材料や部品の供給などの業務で使用され、高い作業精度から生産プロセスの停止を最小限に抑えることが可能です。また、製造業での繁忙な作業環境や危険場所での作業を代替するためにも使用されます。

3. 農業

農業業界では物品の移動などに使用されます。特に大規模な農園や温室での作業に有利です。農産物を効率的に収集し、労力を削減することができます。

4. 小売業

小売業では、店内の効率化などに寄与することが多いです。主な用途は在庫の移動と管理であり、商品の整理や運搬などの店内作業の自動化に使用されます。

無人フォークリフトの原理

無人フォークリフトは自動運転技術とセンサー技術、制御システムなどによって実現されます。

周囲の環境を正確に認識するために多くのセンサーを使用することが多く、カメラやLIDAR (英: Light Detection and Ranging) 、レーザーセンサーなどが使用されます。これらのセンサーは周囲の物体や障害物などを検知し、リアルタイムで情報を取得することが可能です。

センサーから収集したデータを使用して、倉庫内や作業場所の地図を作成し、自己の位置を推定します。これにより、フォークリフトは倉庫内の正確な位置を把握し、ナビゲーションを行う仕組みです。地図データと自己位置情報を使用して、指定された目的地まで障害物を避けながら自動的にナビゲーションします。

また、中央の制御システムに接続されていることが多く、倉庫内でのさまざまなタスクを実行します。荷物の移動や積み込みと降ろしなどが実施される指令です。運用データをリアルタイムで収集し、中央制御システムにフィードバックします。

無人フォークリフトの選び方

無人フォークリフトを選ぶ際には、下記のようないくつかの重要な要因を考慮する必要があります。

1. 可搬重量

可搬重量は搬送可能な最大の重量を示す指標です。倉庫や作業場のニーズに合った可搬重量を持っている必要があります。倉庫内での一般的な荷物の重量を考慮し、将来的な拡張性も考えて十分な可搬重量を持つ無人フォークリフトを選ぶことが重要です。

2. 移動精度

移動精度は無人フォークリフトが精密な操作を行う能力を示す指標です。実施するタスクの精度と合致する移動精度を持つ製品を選ぶことが大切です。

3. 最大揚げ高

最大揚げ高は、荷物をどれだけ高く持ち上げられるかを示す指標です。倉庫内での高い棚へのアクセスが必要な場合には、最大揚げ高を確認して要件に合ったものを選びます。倉庫内のスペースの最適活用や荷物配置にも影響を与える重要な要素です。

4. 安全機能

無人フォークリフトは安全な運用が不可欠です。選択するモデルにはセンサーやカメラを使用して周囲の障害物を検知し、事故を防ぐための安全機能が必要となります。安全機能には障害物回避や緊急停止などが含まれます。

ロウ付け

監修:ハタメタルワークス株式会社

ロウ付けとは

ロウ付け (英: Brazing) とは、金属同士や金属と他の材料を接合するための技術です。

熱によって金属を溶かして接合します。電子部品内部や配管接合など、多くの分野で使用されます。ロウ付けによって形成される接合は非常に強力で耐久性があるため、高い引張強度やせん断強度を持つ接合が実現します。これは、高負荷状態に耐える必要がある用途に適しています。

ロウ付けは高温環境で安定して結合するため、高温に耐える必要がある部品や構造物での使用に有利です。合金の選択によって接合温度を調整することもできます。また、ロウ付けによって結合した金属は密閉性も高くなります。

ただし、作業は高温を伴うため、周囲に可燃物がある場合には十分な注意が必要です。作業エリアをきれいに保ち、火災の危険を最小限に抑えることが重要です。

ロウ付けの使用用途

ロウ付けの主な使用用途は下記の通りです。

1. 空調機

空調機器では、冷媒パイプや配管の接合にロウ付けが使用されることも多いです。これにより、冷却媒体が効率的に循環し、冷却効果が得られます。また、ダクトの接合などもロウ付けが使用される場合があります。

2. 自動車

自動車のボディパネルやフレーム部分の修理には、金属部品の接合にロウ付けが必要です。これにより、部品同士を強固に結合し、破損した箇所を修理することが可能です。また、自動車のエンジン冷却システムにおいて、放熱器やラジエーターの配管がロウ付けによって接合されることが多いです。

3. 宝飾品

宝飾品製作では、金や銀などの貴金属をロウ付けで接合し、ネックレスやイヤリングなどを製作します。また、宝飾品の修理にもロウ付けが使用され、壊れた部品を修復し、宝飾品を再利用することが可能です。

4. 電子部品

ICやコンデンサなどの電子部品は、電子基板にロウ付けされます。これにより、電子回路が形成され、電気信号の伝達が可能です。また、電子機器内部でのケーブルやワイヤーの接続にロウ付けが使用されることもあります。ただし、電子部品においては、適用温度が低いはんだ付けが使用されることも多いです。

ロウ付けの原理

ロウ付けは、金属部品を接合するための一般的な接合技術です。ロウ付けプロセスは、金属部品を接合するために適切な温度を制御することから始まります。通常はバーナーやトーチを使用して、金属部品を適切な温度 (450℃~900℃程度) に加熱します。

フラックスは、ロウ付けプロセスにおいて非常に重要な役割を果たす材料です。金属表面の酸化物を除去し、ロウが金属表面に均等に広がるのを助けます。これにより、強力な接合を実現することが可能です。

温度が適切に制御された金属部品にフラックスが適用され、次にロウを適用します。ロウは線状または棒状の形状をしていることが多く、熱を加えると溶けます。ロウを接合部に適切に適用することで、金属部品が接合される仕組みです。

ロウが金属部品に適切に付着して金属同士が接合されたら冷却します。ロウは冷えると急速に固化し、確実に接合することが可能です。冷却プロセスの間、部品は動かさないように注意が必要です。

ロウ付けの種類

ロウ付けには、使用する金属材料に応じて様々な種類があります。以下は、ロウ付けの種類一例です。

1. 銀ロウ付け

銀を主成分とする合金を使用して金属部品を接合する方法です。銀は高い導電性と耐食性を持ち、高品質の接合を提供します。電子部品や精密機器、医療機器などの製造に広く使用されます。

2. アルミロウ付け

アルミニウム合金を使用して接合するロウ付けです。アルミニウムは高い熱伝導性を持ち、軽量で耐食性があるため、自動車や航空機など多くの用途で使用されます。ただし、アルミニウムの融点は高いため、高温でのロウ付けが必要です。

3. リン銅ロウ付け

リンが添加された銅を使用して接合するロウ付けです。りんの割合によって異なる特性を持ち、接合部の特定の要件に合わせて調整することができます。耐食性に優れており、湿気や腐食性環境に耐えるため、海洋環境や屋外での使用に有利です。

4. 金ロウ付け

金を使用して金属部品を接合するロウ付けです。金は酸素や湿気に対して非常に耐性があり、錆びたり腐食したりしにくい性質を持っています。また、美しい外観を持ち、宝飾品や装飾品の製作に適しています。

本記事はロウ付けを行うハタメタルワークス株式会社様に監修を頂きました。

ハタメタルワークス株式会社の会社概要はこちら

監視・制御システム

監修:三菱電機システムサービス株式会社

監視・制御システムとは

監視制御システムとは、大規模施設やインフラを構成する機器・装置・設備から、ネットワークを通して情報を集めて監視したり、必要に応じて制御するシステムです。

これを使うことで、施設内に点在する機器・装置・設備の運転状況や稼働状況をダッシュボードで監視しながら最適な制御をすることも可能になります。

監視・制御システムの使用用途

監視制御システムは、工場の生産ライン、エネルギー供給システム、建物のセキュリティシステムなど、様々な用途で利用されます。

例えば工場では、生産設備全体の機器設備を視制御することにより材料投入数量と生産数をリアルタイムに把握し、生産性 (投入量と産出量) をデジタルに把握することで生産性の向上を図ることができます。また、何らかの原因でラインが止まった時の原因究明を迅速化することにもつながります。電力消費を監視制御することにより電気代を抑制するために使われることも多くなりました。

大規模ビル等ではエネルギー監視のみならず照明や換気空調の監視制御により快適性を向上させる効果が期待されます。カーボンニュートラルが叫ばれる昨今、エネルギー消費の削減、太陽光発電等の再生可能エネルギーの最適利用にも活用されるシステムです。

監視・制御システムの原理

監視制御システムは、機器やプロセスの監視、制御、保守を行うためのシステムです。

稼働している機器・設備と中央監視システム (パソコン) をネットワークでつなぎデータ (パルス) を時系列の取得・蓄積して、それを多面的にビジュアルに表示するシステムです。データの蓄積されたデータは自由に取り出すことができ、それを分析することも可能です。実績の多いシステムでは分析のための多くのツールが用意されています。

監視・制御システムの種類

監視制御システムには、様々な種類があります。

1つは、プロセス制御システムです。これは、工場の生産ラインやエネルギー供給システムなどのプロセスを制御するためのシステムです。また、建物のセキュリティシステムや防災システムも監視制御システムの一種です。

これらのシステムは、監視カメラやセンサーを使用して、建物内外の状況を監視し、必要に応じてアラームを発するなどの制御を行います。自動化や遠隔操作の実現、人的リソースの削減などのメリットをもたらし、生産性や安全性の向上に貢献します。

監視・制御システムの選び方

監視制御システムには汎用的な製品が多く、慎重に選定することが必要です。用途と目的を、規模も含めて決めた上でベンダーと相談しながら選定ことが必要になります。主に下記のようなポイントを軸に選定します。

1. 目的の明確化

監視制御システムを導入する目的や、そのために必要な機能・要件を明確にすることが重要です。例えば、生産ラインの効率化や安全性向上など、具体的な目標を設定します。

2. 拡張性

将来の拡張や変更に対応できるシステムを選ぶことが重要です。新たなセンサーやアクチュエータの追加、異なるプロトコルの接続などに対応する柔軟性が求められます。

3. セキュリティと信頼性

監視・重要なプロセスや設備を制御するため、セキュリティが強く求められます。適切なセキュリティ対策や冗長性の確保など、信頼性の高いシステム構築が必要です。

4. 操作性

システムの使いやすさ、操作性も重要な要素です。直感的なヒューマンマシンインターフェースや簡単な設定、モニタリング機能など、使いやすいシステムを選ぶことで、効率的な運用が可能となります。

5. ROI評価

監視制御システムの導入にはコストがかかります。システムの価格だけでなく、運用コストやメンテナンス費用なども考慮します。また、システム導入による効果を評価し、投資対効果 (ROI) を考慮することも重要です。

6. サポート・保守体制

システム導入後のサポートや保守体制も重要な要素です。信頼性の高いベンダーを選び、長期的なサポートを受けられる体制にします。

本記事は監視・制御システムを製造・販売する三菱電機システムサービス株式会社様に監修を頂きました。

三菱電機システムサービス株式会社の会社概要はこちら