オペアンプ・フィルター回路
１． 低周波オペアンプ・フィルターの実験：
（１） ドップラー・レーダー：
秋月電子のドップラー・レーダー・キットから、起動タイマー部分（動作が不安定）を取り去り、初段アンプ部を、オペアンプのスレシホールドレベルと 電圧増幅率を可変できるようにして、新たに作り直した。
数ｍＶ程度の信号電圧を ４Ｖ以上（飽和）まで増幅するために、アンプ１、２ で ＭＡＸ約１００００倍の増幅率にする。アンプの初段入力には、汎用オペアンプ（ＬＭ３２４Ｎ）の直線性の良いところを使うために バイアスをかけている。 このとき、０．数ｍＶ程度のノイズ（主に電源ノイズと その高調波）も 数Ｖ程度に増幅されるので、後段には必ずフィルター回路を付けなければならない。 カットオフの Ｃ、 Ｒ の定数は、
・ ＮＦ１（ノッチ・フィルター１）： カット周波数 ｆｃ ＝ １/（２πＲNF1・ＣNF1） ＝ １０００/（２×π×３３×０．０４７） ＝ １０２．７Ｈｚ、 かつ、 Ｒr1（帰還抵抗） ＝ ＲNF1 /２ ・・・・ 家庭用１００Ｖ電源ノイズの２倍高調波（１００ または １２０Ｈｚ）をカットする
・ ＮＦ２（ノッチ・フィルター２）： カット周波数 ｆｃ ＝ １/（２πＲNF2・ＣNF2） ＝ １０００/（２×π×６８×０．０４７） ＝ ４９．８Ｈｚ、 かつ、 Ｒr2（帰還抵抗） ＝ ＲNF2 /２ ・・・・ 家庭用１００Ｖ電源ノイズ（５０ または ６０Ｈｚ）をカットする
・ ＬＰＦ（ローパス・フィルター）： カットオフ周波数 ｆｃ ＝ １/（２πＲLPF・ＣLPF） ＝ １０００/（２×π×３０×０．１） ＝ ５３．１Ｈｚ ・・・・ 低周波側の信号のみ通す
ドップラー・センサ（NJE4178J（新日本無線）、１０．５２５ＧＨｚ（Ｘバンド）・キャビティー内に 誘電体発振器・ＳＢＤ（ショットキーバリヤダイオード）、ＭＩＣ基板、出力７〜１２ｍＷ、電源５Ｖ・２５ｍＡ）からの ＩＦ信号は、マイクロ波を反射する動体の移動速度（数ｃｍ〜数１０ｃｍ/Ｓ）によって、大体３０Ｈｚ以下・数ｍＶ程度の緩やかな電圧変化となって入力する。 （ ｆ ＝｜ｆｓ − ｆｏ｜、 ｅｘ） 時速５０ｋｍ： １ｋＨｚ、８０ｋｍ： １．５５ｋＨｚ）
ｅｘ）
・ 移動速度 ＝ ０．１ｍ/ｓの場合： （０．１/３００００００００（光の速さｍ/ｓ））×１０．５２５×１０9（マイクロ波の周波数） × ２（反射波のため） ＝ ７．０（Ｈｚ）
・ 移動速度 ＝ ８０ｋｍ/ｈの場合： （８０/３６００/３０００００）×１０．５２５×１０9 ×２ ＝ １．５６（ｋＨｚ）
感度はきわめて敏感で、コンパレータのレベルＶＲ（１００ｋ）を調整すると、鉛直距離１０ｍ以上、片幅５ｍ以上の検知が可能である。
タイマーにより、１つのパルスが与えられると 約２秒間 ＬＥＤが点灯する。
（フィルター特性の測定）
（２） 圧力センサ入力、ダイナミックマイク入力等の検討：
・ アナログ大気圧センサ： ＭＰＳ−２４０７ から、ＤＣカットして 圧力変動による電圧変化を入力した。 シリコンゴム管でつなげたペットボトルを指で押してみると ＬＥＤが点灯するが、低周波の音波を捉えるとなると感度不足である。 （巨大な台風の中心９３０ｈＰａでも、通常の高気圧より １０ｍＶ程度しか変わらない。気圧の測定には、ＤＣ差動アンプ回路等の 計装オペアンプが必要。）
・ ダイナミック・マイク入力： ローコストのダイナミックマイクロホンでは、長手方向では敏感で、１０Ｈｚ以下の低周波のわずかな振動も捉えることができた。（大きな振動板を付ければ超低周波の音波も検出可能？）
・ φ０．４ｍｍホルマル線 １ｋｇのコイルの両端を入力として、先端の磁化した＋ドライバー（ネジをやっと持ち上げる程度の磁化）を１０ｃｍ上から数ｃｍの振幅で揺らすと、かなり敏感に反応する。（ＬＥＤは付きっぱなし） 環境のノイズもかなりある。（オシロやマイコン、ＵＳＢからのノイズではないことは確認した） 何もしないときに波形が現れないようにするため、ＡＭＰ１の帰還抵抗を７５０ｋΩ程度にする。（電圧増幅率 約７５００倍）
２． マイコンと ＰＣによる ビジュアル化：
（１） マイコンのプログラム：
上記の ＵＳＢマイコンの部分に ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０ を挿入し、１ｍＳのサンプリング方式で方形波入力（ＲＢ４ へ入力）を数値化・層別し、ＵＳＢ−ＣＤＣクラスでＰＣに送るようにする。USB Device - CDC - Basic Demo が雛形。
層別のランク分けは、ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０ の容量が小さい（ＵＳＢに容量が取られる）ので、０．０５ 〜 ５Ｈｚを ２０ランクに層別する程度とした。（マイコンでランクの重み付けはできなかったので、ＰＣのグラフィックペンの色の所ですることにした）
● ソース：
（２） ＰＣ プログラム：
マイコンからのＵＳＢ−ＣＤＣデータを受け、ボタン制御と共に グラフィックで表示するプログラムを、ＶＢ（ビジュアルベーシック・２０１０）で作成した。
・ ＣＯＭポート用Windows API 関数と ＤＣＢ構造体モジュール等は、３２．の ＤＤＳ周波数特性測定装置（２．）と同様に入れた。
・ 計測ボタンにより タイマーを起動し、Timer1_Tick 関数の繰り返し時間間隔を ６０秒に設定した。（マイコンの測定時間 ５５秒＋α より少し長く取る）
・ グラフィックは、太さ＝５ ピクセルのペン（７色）を作り 各ランクによって重ね書きした。
・ グラフの保存と読出しは、SaveFileDialog1、OpenFileDialog1 を用いて、ＣＳＶファイルとして ２個セットの数字文字データの列として扱った。
● ＰＣプログラム： （Module1．ｖｂ 含む）
層別のランク数が少ないためグラフィックが粗いが、マイコンをもう１ランク容量の大きいもの（PIC18F2550 など）にすれば もっと解像度は上がると思われる。
下図・右は、コイル−磁化ドライバーを手で動かした測定結果。（ドップラーセンサの場合は もう少し分布が広がる。 部屋に人がいないときは”灰色”。 ・・・ もし色がついたら幽霊か？・・・ ―― ん？あそこにぶら下がっているのはなんだい？―― にぶいやつだな。今ごろ気がついたか）
