より正確な測定を迅速に行い、製品開発を加速させる方法

高度な電子・電気機械製品の開発は、時間との戦いとなることがあります。強力な新しいデータ収集（DAQ）ツールは、開発プロセスを簡素化および高速化し、市場投入までの時間を短縮するのに役立ちます。

これらのDAQツールは、さまざまな高性能の機能を提供します。これらの機能には、20ビット、最大1MS/s/chのサンプルレートでのセンサ、バッテリ、その他のデバイス用±10V入力、最大16本のデジタルI/Oライン、カウンタ、直交エンコーダ用入力、レゾルバ、メータなどのパルス/イベントカウントセンサ、高速電圧信号、電流測定用シャント抵抗の電圧降下などがあります。

また、TTLデジタルラインへの読み書き、デジタルラインを使った低電流リレーの駆動、センサをシミュレートするための±10V出力制御信号および±10V信号の生成、パルス幅変調（PWM）信号の生成、電圧、デジタル、カウンタ信号の同期など、複数の機能を自動化して生成する必要もあります。

市場競争に勝つためには、これらの包括的なツールは、アナログおよびデジタルI/O用の独立したタイミングエンジン、セルフキャリブレーション、USB接続、迅速なセットアップと統合などの機能を備えた、使いやすいものでなければなりません。システムには、無料のロギングソフトウェア、API、サンプルプログラムなどのソフトウェアオプションに加え、PythonやC/C++の高度なサポートも必要です。

USB DAQ

NIの新しいmioDAQ USBシステムは、幅広い電子・電気機械システムの市場投入までの時間を短縮する性能と柔軟性を備えています。このシステムはUSB Type-C接続を採用しています。mioDAQ USBはラップトップやデスクトップコンピュータにケーブル1本で素早く接続でき、データ収集、分析、電源供給が可能です。

20ビット分解能で最大16チャンネル、±10Vの測定を提供し、毎秒100万サンプルの同時測定に対応します。さらに、高性能で柔軟なテストおよび製品開発システム向けに、さまざまなデジタルI/Oおよびカウンタ/タイマチャンネルを備えています（図1）。

図1：mioDAQ USBのこちら側には、さまざまなI/Oがあります。USBコネクタは反対側にあります。（画像提供：NI）

スマートIDピンはユーザー提供のEEPROMと通信するため、インテリジェンスをテストベンチに組み込むことができます。EEPROMはバネ留め式端子プラグに直接接続することも、プロトタイプ基板に組み込むこともできます。EEPROMを読み出すことで、以下のタスクを実行できます。

• ケーブルが正しいポートに差し込まれていることを確認する
• チャンネルおよび定数マッピングに使用する被試験デバイス（DUT）情報を取得する
• メタデータロギングを自動化する

冷接点補償（CJC）は熱電対で使用されます。熱電対のホットジャンクション（温度が測定されている場所）とコールドジャンクション（熱電対のワイヤが測定システムに接続されている場所）の間の温度差を補正します。CJCは、特にコールドジャンクション温度が変動する場合に、熱電対測定の精度を大幅に向上させます。

堅牢な性能

mioDAQはデスクトップ上に設置できるように設計されており、完全自動化されたテスト器具で使用するのに十分な堅牢性を備えています。再キャリブレーションなしで最長10年間精度を維持できるよう設計されているため、頻繁な再キャリブレーションが生産性の妨げとなる製造試験やフィールドアプリケーションでの使用に適しています。また、2年間の再キャリブレーションサイクルを持つモデルもあり、ラボのベンチテストや検証用途に最適です。

セルフキャリブレーションは、動作環境の違いや製造部品のばらつきを調整することができます。ハードウェア構成ユーティリティのボタンをクリックするだけで開始できます。mioDAQドライバは、セルフキャリブレーションの調整値をオンボードEEPROMに多変数多項式として保存します。これにより、処理速度に大きな影響を与えることなく、よりシンプルな線形キャリブレーション式と比較して優れた性能を実現しています。

mioDAQでサポートされる測定例には、以下のものが含まれます。

• 最大1MS/s/chでのセンサおよびその他の±10V信号
• シャント抵抗の電圧降下
• バッテリ電圧（±10Vピーク測定）
• USBまたはバッテリ駆動設計の電源レール
• パルスとイベントのカウント
• 直交エンコーダ
• レゾルバ
• 線形変位測定用ストリングポテンショメータ
• 低電圧電流センサとトランス

mioDAQデバイスの中には、より高いチャンネル数を達成するためにマルチプレクシングをサポートしているものがあります。マルチプレクスモードでは、複数のアナログ入力チャンネルに対して1つのA/Dコンバータを使用します。チャンネル数は効果的に増えますが、マルチプレクスチャンネルで全体のサンプルレートを共有する必要があり、個々のチャンネルのサンプルレートが低下します。

また、制御信号を自動化して、以下のようなさまざまな機能を実現できます。

• ±10V出力信号
• デジタル出力信号
• 外部リレー（デジタルラインによる制御）
• パルス幅変調信号の生成
• センサのシミュレーション
• LEDへの接続
• クロックとトリガ

品番789887-01、789882-01、789888-01、789884-01を含む4つのmioDAQモデルにより、ユーザーは必要な性能を備えた製品を購入して、より優れた製品の設計や研究活動を迅速に進めることができます（表1）。

表1：mioDAQ USBには4つのモデルがあり、ユーザーはアプリケーションの要件に性能を合わせることができます。（表提供：NI）

技術的詳細

最大限のメリットを得るためには、デバイスの仕様と能力をしっかりと理解する必要があります。たとえば、mioDAQは3つのアナログ入力端子構成をサポートしています。

差動モードは、2つの入力端子間の電圧差を測定し、コモンモードノイズの影響を最小限に抑えるために使用できます。リファレンスシングルエンド（RSE）モードは、グランドから絶縁された特定の基準点の信号電圧を測定します。外部グランドリファレンスがなく、フローティングまたは絶縁グラウンドの信号電圧を測定する必要がある場合、非リファレンスシングルエンド（NRSE）モードを使用することができます。

個別のタイミングエンジンにより、アナログ入力（AI）チャンネル、アナログ出力（AO）、デジタルI/O（DIO）ラインに対して異なるレートを設定できます。たとえば、ユーザーは以下のタスクを選択できます。

• システムを同じクロックに同期させ、AI、AO、DIOをすべて同じレートと時間で使用する
• アナログ入力電圧値でトリガする
• 異なる実行レートで同時に開始するよう、複数のサブシステムをトリガする
• データ収集を再トリガし、トリガに基づいて固定数のサンプルを取得した後、リセットして次のトリガイベントを待つ

NI mioDAQ USBプログラム可能な機能的インターフェース（PFI）は、スタティックデジタルI/Oとして構成したり、カウンタ/タイマ、トリガ、タイミング機能で使用したりできる一連のデジタルI/Oラインです。より柔軟な制御と監視が可能になります。

たとえば、PFIラインは、アナログ収集、波形生成、カウンタイベントなどの機能に使用できます。NI-DAQmxドライバや構成ユーティリティなどのソフトウェアサポートにより、PFIラインの使用プロセスが簡素化されます。

プロジェクトのクイックスタート

NI mioDAQの箱の中には、NI mioDAQ、ロックネジ付き2mのUSB-C - USB-Cケーブル（品番789956-02）、バネ留め式端子（品番785502-01）、端子用にストレインリリーフを提供するバックシェル（品番785080-01）、USBコネクタのロックネジを締めるためのNIドライバーなど、クイックスタートに必要なハードウェアが入っています。 ケーブル、バネ留め式端子、バックシェルは別途購入することもできます（図2）。

図2：NI mioDAQには、すぐに使用を開始し、開発作業をスピードアップするために必要なコネクタとケーブルが付属しています。（画像提供：NI）

ソフトウェアはセットアップを迅速化し、柔軟性をサポート

ユーザーはデバイスのQRコードをスキャンしてmioDAQのセットアップを開始します。NIウェブサイトのページが表示され、必要なソフトウェアとドキュメントをダウンロードできます。利用可能なリソースには、ユーザーマニュアル、セットアップビデオ、ピン配列マップ、ソフトウェアがあり、スムーズなセットアッププロセスと最小限のセットアップ時間を保証するために、LabVIEW、Python、C/C#用のFlexLogger Liteとドライバのダウンロードリンクが含まれています。

NI Measurement & Automation Explorer（MAX）無料ソフトウェアは、NIハードウェアへのアクセスを提供し、NIハードウェアおよびソフトウェアと相互作用するための中心的なハブとして機能します。すべてのNIドライバとシステム構成とともに自動的にインストールされます。MAXでは、デバイスの構成、問題のトラブルシューティング、さらには物理的なハードウェアなしでテストを目的としたシミュレーションデバイスの作成が可能です。

NI FlexLogger Liteは、シンプルなプロジェクトや、データの取得とロギングを希望する新規ユーザー向けの無料ソフトウェアアプリケーションです。プログラミングをすることなく、センサやその他の計測機器からのデータを素早く構成、視覚化、記録することができます。

FlexLogger Liteは、NI DAQハードウェアを自動的に検出し、センサ固有の構成オプションを提供します。取得したデータをリアルタイムで視覚化できるため、ユーザーは測定しながら監視することができます。また、Excelやバイナリ.tdmsファイルなどの一般的なフォーマットへのデータロギングにも対応しています。

FlexLogger Liteは、フル機能を備えたFlexLoggerソフトウェアのコンパニオンであり、ユーザーは、自動テスト、カスタム測定、複数シャーシへのスケーリングなど、より高度な機能を備えたフルバージョンへのアップグレードを選択できます。

より複雑なニーズには、LabVIEWを利用することができます。WindowsとLinuxで動作し、自動化、テスト、測定アプリケーション用のグラフィカルプログラミング言語と開発環境を提供します。グラフィカルなインターフェースにより、従来のテキストベースのプログラミングよりも複雑なプロセスを視覚化し、理解しやすくなっています。

航空宇宙、自動車、プロセス産業など、測定、試験、データ収集の自動化に広く使用されています。データの可視化と分析、そして確定的動作によるリアルタイム制御をサポートします。

さらに強力で包括的なソフトウェア環境向けに、mioDAQはNI LabVIEW+ Suiteと互換性があります。NI LabVIEW+ Suiteは、テストと検証プロセスを効率化するために設計されたNIテストソフトウェアのバンドル製品です。自動化、データ収集、分析、レポートのための包括的なツールスイートです。LabVIEW上に構築されたLabVIEW+ Suiteの主要コンポーネントには、以下のものが含まれます。

• テストシーケンスの設計、管理、実行のためのNI TestStandテストフレームワーク
• InstrumentStudioによるインタラクティブな機器構成と制御
• 迅速でスケーラブルなデータロギングを実現するFlexLogger
• DIAdemはデータ分析とレポート機能を提供

取り付けオプション

mioDAQ USBは単なるデスクトップ機器ではありません。テストスタンドや自動化システムの構築には、垂直または水平のDINレール、フラットパネル、19インチラックマウントから選択できます。取り付けキットには、直角コネクタ付きのUSB-Cケーブルが付属しており、取り付けを完了することができます。品番789957-02の交換用USB-Cコネクタも利用できます。取り付けの詳細は以下の通りです（図3）。

• 標準35mm DINレールへの水平取り付けには、水平DINクリップ専用キット（品番789986-01）が利用可能です。直角コネクタ付きUSB-Cケーブルが付属しています。
• 品番789955-01を使用して、キーホールを使用した垂直DINレールおよびフラットパネル取り付けが可能です。直角コネクタ付きUSB-Cケーブルが付属しています。
• 品番789953-01を使用した19インチラックマウントでは、最大2台のmioDAQデバイスを取り付けることができます。直角コネクタ付きUSB-Cケーブル2本が付属しています。

図3：mioDAQマウントアセンブリは、デスクトップ上に設置するほか、水平DINレール（左上）、垂直DINレール、フラットパネルマウント（右上）、高さ1Uの19インチラック構成（下）で利用可能です。（画像提供：NI）

まとめ

NIのmioDAQ USBは、高度な電子・電気機械製品の開発をスピードアップし、市場投入までの競争を勝ち抜くために必要な、優れたハードウェア性能と幅広いソフトウェアツールをユーザーに提供します。簡素化されたセットアップと構成から始まり、最長10年間保証される測定キャリブレーションが続きます。プロジェクトのニーズに合わせて構成を最適化できるよう、さまざまなチャンネル数のモデルが用意されています。どのような場合でも、ユーザーが求める精度と正確さを提供します。

お勧めの記事：

1. 小型データ収集システムの構築方法
2. テストソフトウェアバンドルでテストプログラム作成を簡素化
3. モジュール式機器とソフトウェアによるシステム設計、検証、製造テストのスピードアップ方法
4. PXIマルチファンクションI/Oバンドルを使用した小型で柔軟な自動テストシステムの実装