パワーアンプによる交流電磁コイル駆動システムの設計

実験名

交流電磁コイルを駆動するパワーアンプシステムの設計

研究方向

交流電磁コイルの駆動

概要

パワーアンプは、信号源と励振素子（超音波トランスデューサ、電磁コイルなど）の間で信号波を増幅する媒体です。研究ではパワーアンプでパラメータを自由に設定して素子を駆動できます。調整範囲が広く安定性が高いこと、研究室で回路を自作する時間とコストを省き、実験の効率を高められることから、多くの研究者に広く支持されています。

本実験では、ATA-3090 パワーアンプを信号発生器と電磁コイルの間の橋渡しとなる機器として用い、信号発生器からの信号を増幅して電磁コイルを駆動し、対応する磁場を発生させます。このシステムは電磁場が生体に与える影響の研究に使用する予定で、ハードウェアとソフトウェアの設計に伴う煩雑な作業を巧みに回避し、実験研究の進捗を効果的に高めます。

システム構成

交流電磁コイルの駆動システムは図1のとおりで、主に信号発生器、パワーアンプ（ATA-3090、図2）、電磁コイルで構成されます。信号発生器で電磁コイルの電圧、電流、周波数などの発信パラメータを設定し、その出力をパワーアンプで増幅して電磁コイルに伝送し、対応する磁場を発生させます。電磁コイルはエナメル銅線を巻いたもので、コイルの直径と巻数は実験試料に応じて選択できます。

コイルを製作したら、信号発生器で磁場の発信パラメータを設定し、パワーアンプで増幅・出力して電磁コイルを駆動し、磁場を発生させます（図3）。

実験結果

信号発生器のパラメータを 50kHz、3Vp-p の正弦波出力に設定し、パワーアンプの増幅率を25倍に設定して、電磁コイルが発生する磁場強度をガウスメータで測定しました。その結果、電磁場の周波数は設定値と同じ 50kHz でした（信号発生器の出力周波数を変えると、電磁場の周波数も変化します）。オシロスコープで電磁場の波形を観測したところ、信号波形は非常に滑らかでひずみがなく、システム設計が実用可能であることが示されました。

26℃の環境でシステムを起動して試験したところ、72時間の連続運転後もシステムは正常に動作し、磁場強度と周波数信号にドリフトは見られず、システムが比較的安定していることが確認されました。

ATA-3090C の仕様