物理センサの実験



　　１．　金属探知機 （モノコイル型）：


　　トランジスタ ２石の簡単な構造で、コルピッツ発振回路による自励発振回路で ３００ｋＨｚ程度の周波数の電磁波をコイルから印加し、その反射波による電圧の減衰を検出する。 発振・検出コイルは送受信兼用で、φ０．６ｍｍポリウレタン線を φ６５ｍｍに ２５Ｔｕｒｎ 密巻き（Ｌ≒８０μＨ）（・・・殺虫剤のカンに巻きつける）にして、検出板に固定した。
　　ダイオードで検波したばかりの電圧（ａ点、数１００ｍＶ）は不安定なので、Ｔｒ２ で ＤＣ増幅して 数Ｖ程度の安定した電圧にする。 発振部の５ｋΩＶＲと、コンパレータの基準電圧を決める１０ｋΩＶＲ（多回転）をそれぞれ調整して、 ｂ点： V_ｂ＝２．１Ｖ、 ｃ点： Ｖ_ｃ＝２．０Ｖ になるようにした。 （少し オペアンプのマイナス側が高い状態）

　　ここで、コイルを導体に近づけると、金属導体からの反磁場により全体のインダクタンス（Ｌ）が下がり、発振周波数（ ｆ ）は上がり、その結果 ｂ点 の電圧（Ｖ_ｂ）は下がり、反転コンパレータにより 出力電圧ON になる。 オペアンプには 高出力オペアンプ ４５５６ＡＤ（Ｉ_ｏｍａｘ＝７０ｍＡ）を用いて、電子ブザー（５Ｖ、φ１２ｍｍ、ｍａｘ３０ｍＡ）が十分鳴るようにした。 （汎用オペアンプの ＬＭ３５８Ｎ でも一応可能だった。　ブザーがうるさいのでブザーを切るスイッチを入れた。）

　　（結果）　・　アルミ板、銅板などの非磁性金属にはよく反応して、元の発振周波 ３００ｋＨｚから上昇して、　ｔ＝１ｍｍＡｌ板・接触： ｆ＝４８０ｋＨｚ（ｆ点）、 プリント生基板（Ｃｕ箔・３５μｍ）・接触： ｆ＝ ４５０ｋＨｚ などとなった。　→　Ｖ_ｂ （ｂ点） は下がり、反転コンパレータにより ＬＥＤが点灯し、ブザーが鳴る。
　　　　・　ｔ＝０．５ｍｍの鉄板では、この周波数は十分高いので 導体としてふるまい、ｆ＝ ４１０ｋＨｚとなった。　（数ｋＨｚ以下にすると、磁性体としてふるまい、周波数は下がると考えられる。）
　　　　・　逆に、軟磁性体で電気抵抗の高い フェライトでは、（ＬＥＤがつく状態に調整して）ＬＥＤは消灯となった。 Ｍｎ−Ｚｎフェライト（〜１００ｋＨｚ）： ２７０ｋＨｚ、 ＃７７材（〜１０ＭＨｚ）： ２９０ｋＨｚ。
　　　　・　各物質では、　黒鉛板： LED点灯、　黒鉛紛： 弱く点灯、　シリコン塊： つかない、　ゲルマニウム： つかない、　ヒ素（金属ヒ素）： 点灯、　　ナトリウム、マグネシウム、インジウム、チタン（板）、スズ、ビスマス、水銀、金箔（積層）、などの金属類はすべて点灯 （容器の外から）、　アルミ微粉末： つかない


　　＊　実際の工場等での使用（鉄・非鉄金属異物等の除去）には、送信コイルと受信コイルとを分け、その間に品物をコンベア等で通らせて検出する。 鉄には低周波用（V上がる）、非磁性金属には高周波用（V下がる）の、それぞれ発信コイルと 受信コイルを用いる。（コイル４つ）

　　＊＊　ディップメーターの原理（下の方）と同様に、因果律に関する大きな謎がここにもある。 検体との電磁気的結合がある場合、それも周波数を決めるパラメーターに含まれ、しかもその結合が超光速、かつ、遠隔的に（＝非因果律的に）行なわれると 考えられる。

　
　　　　




　　２．　超音波距離計 ：


　　１０年ほど前は、超音波発振器部分しかなかったので、アナログ回路も含め 一から始めて距離計を作っていた。　今はずっと作りやすくなっており、超音波距離センサ・モジュール HC-SR０４（秋月、中国製、　電源３−５．５Ｖ、３ｍＡ、出力超音波４０ｋＨｚ×８波、測定可能距離 ３０〜４５００ｍｍ）を用いて 超音波距離計を作ることができる。　HC-SR０４は、GPIOモード（基板の抵抗：R4/NC、R5/NC のデフォルト、　今回これを使う）と、UARTモード（R4/NC、R5/１０ｋΩ）、Ｉ2Ｃモード（R4/１０ｋΩ、R5/NC）の３モードを選択する事ができる。 補正などせずそのまま使いたければ、UARTやI2Cの通信モードにして使うことになる。

　　GPIOモードでは、　T（トリガ）端子に 幅１０μSのトリガパルスを送ると、モジュール内部で計算し、Ｅ（エコー）端子から 非測定物までのかかった往復の時間長さのパルス（５Ｖ、３．３Ｖ機器に対応できるように、約３．２Ｖで。 ｍａｘ８０ｍＳ）を返してくるので、これをマイコン等のデジタル端子で受け、計算し 出力する。

　　トリガを送る方は問題ないが、エコーを受け取る側では、赤外線受信器のように　Ｗｈｉｌｅ文を用いて、 While(IN) （INがONになるまで待つ）　TMR1L = 0; TMR1H = 0;（タイマをゼロクリヤ）　While(IN == 0)（INがOFFになるまで待つ） TL=TMR1L; TH=TMR1H; タイマ１オーバーフロー・フラグ== 1　になったら A = 1;（キャプチャ）　等とすると、 信号が来ないと、あるいは途切れると、いつまでも待ち状態になって止まってしまう、という問題がある。
　　そこで、ラフな信号でも処理でき、ラジコン等でも用いられる、サンプリング方式とする。（参考：３４．オペアンプフィルターの下の方）　約１０μS刻みで １００００回 サンプリング（＝約１００ｍＳ）し、ＯＮになった回数 ｎ をカウントして、音速（空気、２０℃） ＝ ３４３（ｍ/Ｓ）として、

　　　　　０．０１（ｍS） × ｎ（回） × ３４３（ｍｍ/ｍＳ） ÷ ２（往復分）　＝　１．７１５ ・ ｎ （ｍｍ、片道距離）

　　これをマイコンに書き込み 一度作成して、　次に、短い刻みなので、PIC内で遅れ誤差が生じるため、実測して（３０ｃｍの定規を壁に当てた測定値：　３００ｍｍで ２５６ｍｍと表示した）、

　　　　　∴　　１．７１５×（３００/２５６） ・ ｎ　＝　２．０１０ ・ ｎ

のように補正する。 小数点を含む計算なので、変数を ｄｏｕｂｌｅ に型変換して 計算した。（参考：２７．Lメータ回路）　（＊　ｌｏｎｇ 型整数値には 最後に Ｌ を付ける（12345678L など））

　　・　３ｃｍ〜４５０ｃｍまでの測定範囲なので、それ以外の値では 「Ｅｒｒｏｒ」の表示とした。
　　・　また、割込みスイッチを設け、ボタンを押すと 測定値の表示が固定されるようにした。

　　
　

　　　　　　　　　ＰＩＣプログラム（PIC18F14K50）




　　３．　減圧（真空）センサ：


　　５V電源で、常圧から真空まで 直線性の良いデータが公開されている、MIS−２５００−０１５V （〜 −１０００HPa、５V、２ｍA）を用いて、真空計を作る。 アナログデータを受けて パソコンにUSBで送り 電圧計表示とするために、PIC１８Ｆ１４ｋ５０ を用いた。 （＊　PIC１８Ｆ１４ｋ５０には ＡＤ変換がうまくいかないものも混じっているので 注意が必要）

　　・　Ｐ（ａｔｍ×１００％） ｖｓ． Ｖｏ（出力電圧） のグラフより、圧力(負圧）を振って、それぞれの電圧を測定し、ＰＩＣの Ｖｒｅｆ− で低電圧側、 Ｖｒｅｆ＋ で高電圧側の調整を行なう。
　　・　センサへの接続は、１０ｃｍ程度の φ３ｍｍ×φ５ｍｍの シリコンゴム管を用いた。 吸引は、３０ｃｃの大型注射器と、エアポンプ（１１Ｖ駆動・２００ｍＡ）で行なった。
　　・　センサの幅が 通常のDIP８ｐ等のＩＣの幅よりも広いので注意。 筆者は通常の８ｐソケット（丸ピン）を基板に付けて それに片側だけを差し込んだ（反対側はＮＣ）が、基板の穴の幅を広くして直接ハンダ付けをしても良い。



　　（測定・調整）

　　（結果）　Ｖｒｅｆ−（常圧）は問題ないが、Ｖｒｅｆ＋は ほぼ電源電圧（５V）にしても調整範囲を少し超えて、ＰＣグラフ（ｍａｘ１０００）に正確には収まらなかった。（PICのADコンバーターで１０２４分割のため）　ほんの少しの差であるが、正確にするには、２．と同様に、ｄｏｕｂｌｅ にして数値計算して出すしかないと思われる。（×１０００/１０２４ ＝ ０．９７６６）

　　そこで、PICプログラムに 補正計算を入れ、Vref−、Vref＋は仕様書のグラフの通り、それぞれ 約０．２５V、 約４．７５Vに戻した。



　　　　　　PICプログラム（PIC18F14K50)（補正済み）　　ｌｉｂ＿ａｄｃ、　　　　　ＰＣプログラム（VB2010）　　　グラフィック　　　モジュール

　　　　　　PCプログラム： Chemical sensor ．ｅｘｅ ファイル　・・・　ＶＢ２０１０で作れなかった場合 ダウンロード




　　４．　GPS ロガー：


　　前回、GPSモジュール GM-316（台湾製） による ３３．GPSロガーを作成したが、今回は、さらに感度の良いGPSロガー・キット（秋月、GYSFD MAXB （「みちびき」対応、太陽誘電）を用いて、同じような回路で、ＰＩＣ２４ＦＪ６４ＧＢ００２ （３．３Ｖ、１６ｂｉｔ）、ＳＢ１６０２ＢＷ （Ｉ2Ｃ・アイコン表示付き・３．３ＶＬＣＤ・バックライト付き、ｽﾄﾛﾍﾞﾘｰﾘﾅｯｸｽ）、ＳＤカード（スタンダード）を用いて作成した。

　　●　感度比較：　　GYSFD MAXB 　・・・　収集時（追尾）：　−１６４ｄＢｍ、　捕捉時：　−１６１ｄＢｍ、　測位精度：　２ｍ
　　　　　　　　　ｃｆ．　　ＧＭ−３１６　・・・　収集時：　−１４２ｄＢｍ、　捕捉時：　−１５９ｄＢｍ、　測位精度：　２．５ｍ
　　　　　　　　　　　　　ＧＰＳ−５４型　・・・　収集時：　−１４２ｄＢｍ、　捕捉時：　−１３４ｄＢｍ、　測位精度：　１５ｍ
であり、GYSFD MAXBが かなり感度が良く、より実用的 ということになる。　実際、電源（＋４．５V）を入れてみると、木造家の2階から コールドスタートで 30秒から1分くらいで ８〜11個の衛星を捉えた。（GM-316は数分で ６〜８個）　（経度・緯度、時間はOK。　ただし、高度の精度は、平地では相変わらず良くない。）

　　●　GYSFD MAXB もまた、シリアルで送・受信するが、デフォルトで、通信速度が ９６００ｂｐｓ であるところが唯一異なる。 このため、初期化関数の UART１の初期設定は、　Ｕ１ＢＲＧ ＝ １０３；　に変更した。 （ｃｆ．　ＧＭ−３１６では、４８００ｂｐｓ、Ｕ１ＢＲＧ＝２０７； だった。）

　　・　受信メッセージ（NMEAフォーマット）は、１Sごと、シリアル９６００ｂｐｓ、８ビットで、　＄ＧＰＧＧＡ、 ＄ＧＰＧＬＬ、 ＄ＧＰＧＳＡ、 ＄ＧＰＧＳＶ、＄ＧＰＲＭＣ、 ＄ＧＰＶＴＧ、 ＄ＧＰＺＤＡ　の順になり、 ＧＭ＝３１６が　＄ＧＰＧＧＡ、 ＄GPGSA、 ＄GPGSV、 ＄GPRMC、 ＄GPVTG　であるのに対し、２グループ多い。　同様に、すべてのデータをＲＡＭに一時保存するが、ＳＤカードメモリには、地図ソフトのカシミール３Ｄ等に必要なＧＰＧＧＡの一部だけを記録するので 問題ない。　（変わらず）
　　●　記録時間間隔は、１０秒とした。　（変わらず）
　　・　時間表示も GM-316 と同様に、９時間足して 日本時間とする。　（変わらず）
　　・　USBにつなげると、V‐ｂｕｓ（１５ｐｉｎ）がONになりUSB‐MSDクラスが成立して、SDカードの中身を表示し パソコンが自分のリムーバブルディスクと判断して動作する。 編集や記録・消去もPCで行なう。　（変わらず）

　　
　　　　

　　　　　　　　PICプログラム（PIC24FJ64GB002、．ｈｅｘ ファイル）　（メモ帳に貼って用いる）　　（プログラムの詳細は ３３．GPSロガー　参照）


　　（地図上表示）

　　●　地図ソフトのカシミール３Dは、「ヘルプ」、「最新情報表示」から、「基本フリー」にアップグレードし、（国土）地理院地図（高度データなし）や航空写真、山岳地図などに切り替えての表示ができるようになった。

　　・　カシミール３Ｄで対応できる ＣＳＶ形式は、次のフォーマットで与えられる。 各項目の間には カンマ（,）を入れる。　下の括弧の文字や桁数の足りない数値は無くてもよい。”名称”は、付けると 地図上でウエイポイントを表示する際、横にその名称を付けることができる。　ルート、トラックには ヘッダを付ける。
　　また、ウエイポイント、ルート、トラックの いずれか一つのデータがあれば、ソフト内の　編集　→　データエディタ　の操作で 互いに変換可能で表示される。
　　・　ウェイポイント：　　アップグレードの結果、経度、緯度の表示は　ｄｄ°（ ｄｄｄ°）　ｍｍ′ ｓｓ．ｓ″（ｄｄｄ．ｍｍｓｓ）でも、ｄｄｄ．ｄｄｄｄ でも、どちらでも良くなった。　（ ,　と　,　の間に、”名称”、”日付”データが無ければ、 そのままで良い）
　　　　（例）　　W1,,35.44660,138.28082,56.8,,15:12:56, 　など　

　　●　カシミール３Ｄの「ＧＰＳ応用編」のＤＶＤをＰＣに入れて、メニューから 「関連情報を読む」、「プラグインの説明とインストール」をクリックし、「ＧＰＳファイルツール プラグイン」を選びインストールする。
　　●　次に、カシミール３Ｄのソフトを開き、　ツール　→　ＧＰＳファイルツール　→　ＣＳＶ形式から読み込み　で、ウエイポイントがそのまま地図上に表示される。 また、編集　→　ＧＰＳデータ編集　→　変換　で ルート、トラックに変換できる。

　　　　

　　＊　何回か測定して、ほぼ同じ区間で飛ぶので、その地域に 携帯中継局などの周波数の近い電波源があるものと思われる。 その他の場所では 数ｍの誤差で位置を捉えている。（GPSモジュール・GYSFD MAXBの受信周波数は、１．５７５GHｚ（L1波）。　GPS衛星は、L1波（1575.42MHz）やL2波（1227.60MHz）、L5波（1176.45MHz）などの複数の周波数を発信）

　　　　　§　　ノアの箱舟の 調査：

　　「金属探知機」は、徳川の埋蔵金を探すためではなく（？）、空港の荷物検査、不発弾や地雷の撤去、鉱脈の探査などに、また工場では金属異物の検出・除去に、役に立っています。

　　１９７８年、トルコ西部に起こった地震によって、アララト山を含む山地（「アララトの山々（複数）」（創世記８：４））のイラン寄りのある地域では、ノアの箱舟と思われる遺跡の周りの地盤が沈下し、舟の側面の肋材部分が出てきたのを、アメリカの調査チームが発見し、２４回も調査が行われました。　柱と梁の構造、横穴を開けた所からの木片や猫科の動物の毛などの、ノアの箱舟を特徴付けるものが次々と明らかになっていきました。 （現在はトルコ政府の管理下にあります。）
　　その際、金属探知機（２コイル式）が用いられ、柱などに付いている多くの金属製のリベットが発見されました。 このリベットは、アルミニウムやチタン、マグネシウムを含む「アルミ青銅製」で、ノアの洪水以前の世界ですでに、高度な軽金属の電解精錬技術があったことが明らかにされました。 金属精錬技術は トバル・カインによって始められたと書いてあります。（創世記４：２２）

　　「ノアの洪水」があったことは事実であり、聖書の記述が正しいことが裏付けられたのです！


　　　　　　　　　　ノアの箱舟の発見　　　　　　　　聖書関連のDNAまとめ

　

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