カテゴリー:体験
静電容量(比誘電率)の温度特性を自動測定するシステム(TCC)のBASICプログラムコードについて

0. はじめに

 

1980年代の後半から1990年代の初頭にかけて、誘電体材料の開発業務に携わったことがありました。
温度変化の少ない材料の開発を目的としていましたので、特に、材料の温度特性は主要な評価項目のひとつでした。

 

評価の方法としては、一般的に良く知られているように、材料を平行平板に加工し、その平板サンプルの両面に電極を形成して、キャパシタンスメータ等で静電容量(キャパシタンス)などを測定するというものです。

評価対象の誘電体材料をその周囲温度が制御できるように恒温槽の中にいれて、温度を変化させながらキャパシタンスの値を測定していきます。

静電容量(キャパシタンス)が測定できれば、そのサンプルの電極面積と平板の厚みから材料の比誘電率が計算できます。

 

しかしながら、この作業はとてもたいへんでした。なぜならば、材料の温度変化が一様ではないため、測定する温度を非常に細かくとらなければならないからです。

また、一度に測定するサンプルの数も、いくらロータリースイッチで切り換えながら測定するといっても、回路補正の問題もあり、多くはできません。例えば、温度を5度刻みで動かし、同時に4-5個程度測定するというのが限度でした。

 

そこで、これらの測定をコンピュータ制御で自動計測したいということになり、システムを構築することになりました。

 

当時は、コンピュータといっても、使えるものは16ビットのパソコンで、計測器のインターフェースがGP-IBと呼ばれるものでした。

 

システム自体は、コンピュータ、キャパシタンス(LCR)メータ(インピーダンスアナライザ)、恒温槽、熱電対、それとサンプルを恒温槽内で保持する治具類であって、GP-IBインターフェースがそれぞれに付属している、ごく一般的なものです。

 

問題は、これらを動かすソフトウェアです。適当なものがなかったため、自作することとなりました。

 

8ビットのパソコンの時代には、BASIC(beginner's all-purpose symbolic instruction code)と呼ばれる対話型の言語が主流でした。パソコンの電源を入れるとROM(メモリ)に入れてあるBASICが直ぐに立ち上がったものでした。16ビットの時代は、MS-DOSというオペレーテイングシステムの上でBASICを動作させることが一般的でした。

 

というわけで、これらのソフトフェアはBASICで記述してあります。

 

こんなものをいまさら公開しても実際にはそのままでは使えないのですが、記録として残しておきたいとおもい、この記事を作成しています。これを改良して、あるいは、現代風に他の言語に変換して使ってくださる方がおられるならば望外の喜びです。

 

 

1. コンデンサ・誘電体材料の容量温度特性自動測定・データ処理プログラム

 

主要なハードウェアの構成は、次のとおりです。なお、これらは1980年代の後半から1990年代初頭の当時のものですので、現在(2020年)時点の状況は確認していません。

 

(1) 計測用コントローラ(パソコン) J3100SL002 + INTEX2070-GPIBボード
または PASOPIA1600(TS-300E) + GPIBインターフェースボード

(2) データ処理用コントローラ J3100SL002 / J3100GT021 / PASOPIA1600(TS-300E)
または MSX2+

(3) 恒温槽 MC81(GPIBインターフェース付き)

(4) LCRメータ(キャパシタンスメータ) YHP4192A / YHP4274A / YHP4275A のいずれか一つ

(5) マルチメータ TR-6843 / TR-2114H (MC81を使わない場合)

(6) プリンタ (デュアルモードプリンタ)

(7) プロッタ MP3300(MPコマンド使用)

(8) スキャナー HP3495A

 

以上のような構成ですが、すべてを同時に使うのではなく、必要に応じて組み合わせて使いました。

 

オペレーテイングシステムOSと基本ソフトウェアは、次のようなものでした。

 

(1) J3100SL002 / J3100GT021 の場合は、MS-DOS VERSION 3.1 上で BASIC を動作させる

(2) PASOPIA1600(TS-300E) の場合は、MS-DOS VERSION 3.1 上で T-BASIC86 と GPIB driver を動作させる

(3) MSX2+ の場合は、データ処理のみなので、MSX-DOS2 VERSION2.0 上で MSX-BASIC VERSION 3.0 を動作させる

 

という具合でした。

 

基本的に、温度特性の測定は非常に時間がかかるものであったので、測定スケジュールとしては、夕方に測定スタートし、翌日朝までに修了するというようにプログラム全体を構成しました。

 

一方で、恒温槽以外のシステムを利用して、コンデンサ・誘電体材料のインピーダンス特性やバイアス電圧特性、耐電圧特性などは、比較的簡単に測定できるのですが、これらも自動でデータ取得できるように計測のシステムとプログラムを作成しました。

 

 

2. 対話型のBASICプログラムコード

 

BASIC言語は、対話型のインタープリターです。すなわち、質問に答える形で回答(パラメータ)を入力していき、確認してから実際の測定動作を開始します。

 

BASIC言語は、行番号がそれぞれの命令文の先頭についていますので、プログラムコードは基本的には番号順に実行されます。ですので、流れを追うことが比較的容易です。

 

■最初の設定画面の一例

 

file name (6 letters)? ← ファイル名をつける

       electrode diameter(1)/area(2) ? ← 電極面積を計算する

       area (cm2) ? ← 面積の数値をそのまま入れるか

diameter(mm) ? ← 円の直径を入れて計算させるか を選択する

sample name ? ← サンプルの名前を入れる

thickness(mm) ? ← サンプルの厚みを入れる

select reference temperature. ← 基準とする温度を選択する

        (1)25'C(EIA,MIL) (2)20'C(JIS,EIAJ) ?

lower temperature limit ('C) ? ← 測定する下限の温度を設定する

upper temperature limit ('C) ? ← 測定する上限の温度を設定する

Are you ready(Y/N)? ← 上記の入力事項が問題なければ測定開始する

 

こんな感じで、パラメータを設定していきます。

 

なお、ファイル名の付け方ですが、当時のMS-DOSでは、8文字+拡張子3文字の制限がありました。
このうち、6文字分は測定したい人が自由に設定してもらい、残りの2文字+拡張子3文字はシステム制御に使いました。

 

 

3. 作成するファイルはシーケンシャルファイル

 

測定データは、測定の都度、ファイルに追記していく形であり、次のような構造にしました。

 

■測定データファイルの構造

 

サンプル名

電極面積

サンプル個数(N)

測定する温度のポイント数(NT)

           サンプルの名前(1)

           サンプルの厚み(1)

           ・・・

           サンプルの名前(N)

           サンプルの厚み(N)

基準温度

           測定温度(1)

           静電容量(1,1)

           誘電損失(1,1)

           ・・・

           測定温度(NT)

           静電容量(N,NT)

           誘電損失(N,NT)

 

いわゆるシーケンシャルファイルです。これらはFDD(フロッピーティスク)に書き込みするようにしました。(当時はハードディスクはまだ存在していませんでした。)

 

 

 

4. 実際のBASICプログラムコード

 

プログラムコードは基本的には番号順に実行されます。ですので、流れを追うことが比較的容易です。
そのため、ここではプログラムコードの詳細説明は省略いたします。

 

基本的には、メニューから該当するプログラムを呼出しして実行します。
次のようなものがありました。

 

・メニュープログラム

・測定プログラム(いろんな計測器の組み合わせあり)

・データ表印刷プログラム

・データ作図プリント(ハードコピー)プログラム

・データ作図プロットプログラム

・データ修正プログラム

・テータSYLK(Symbolic Link file)変換プログラム(当時の表計算ソフトMultiplanで読み込み可能な形式に)

 

 

5. 測定プログラムの動作

 

いくつか作成しましたが、代表的なものの動作は次のような項目になります。

 

(1) パラメータの設定

ファイル名、サンプル個数、サンプル名、電極面積、厚み、下限温度、上限温度、測定温度間隔、などを設定します。

 

(2) 最初の測定温度に状態を変更

温度を下限温度まで下げるように、恒温槽に指令を出して制御します。

 

(3) 最初の測定温度でのサンプルの静電容量、誘電損失の測定

温度が最初の測定温度である下限温度まで到達したら、温度ゆらぎが0.1度以内になるまで待って、設定温度、実際の温度、静電容量、誘電損失を測定します。プリンタに印字すると同時に、測定ファイルの末尾に書き込みます。

 

(4) 次の測定温度への状態を変更

次の測定温度である温度、通常は2.5度高い温度、に恒温槽に指令を出して制御します。

 

(5) 次の測定温度でのサンプルの静電容量、誘電損失の測定

温度が次の測定温度である温度まで到達したら、温度ゆらぎが0.1度以内になるまで待って、設定温度、実際の温度、静電容量、誘電損失を測定します。プリンタに印字すると同時に、測定ファイルの末尾に書き込みます。

 

(6) 温度制御と測定の繰り返し

上記の(4)と(5)の動作を、上限温度に達するまで繰り返します。ただし、恒温槽は-70℃から+150℃までの広い範囲を扱っているのですが、50℃を超える温度においては、恒温槽のコンプレッサを動作させないようにします。

 

(7) 測定修了

設定した上限温度でのサンプルの測定が終わったら、データを書き込み、プログラムを終了させます。

 

 

6. 作図プログラム、その他

 

作図に関しては、当初、プロッタをパソコンに接続して、セントロニクス仕様のインターフェースを自作し、プロッタで描画していました。ただし、プリンタとプロッタをつなぎかえる手間があり、また、プリンタに測定数値が印字されるので、同じプリンタに作図したいとの要望もあったので、ディスプレイ画面にグラフを作図表示して、ディスプレイのハードコピーをプリンタに印刷する、という方法も実施しました。

 

当時、表計算ソフトとしては、マルチプランMultiPlanというものがありました。これはSYLK形式(Symbolic Link file)のデータを読み込みできるものだったので、測定したデータをSYLK形式のファイルに変換するというようなものも作成しました。

 

測定データは、すべてFDD(フロッピーディスク)に保存していましたが、FDDも当初の5インチサイズから3.5インチサイズに時代とともに移り変わりがあり、5インチFDDを有するパソコン(PASOPIA)と別の3.5インチFDDを有するパソコン(J3100)との間で、RS-232Cというインターフェースを用いてデータ転送するプログラムも作成しました。

 

 

7. 温度特性測定から他の測定への応用展開

 

誘電体材料の温度特性は材料開発を行う上での主要な評価項目のひとつでしたが、これ以外にもあります。

 

キャパシタンスメータやLCRメータ、インピーダンスアナライザといった計測器をコンピュータ制御し、パソコンで自動測定することができれば、便利です。
これらの計測器は、GP-IBインターフェースで制御できるので、上記のプログラムコードを部分的に使用して、いくつかの応用プログラムを作成してみました。

 

・コンデンサ・誘電体材料の静電容量・誘電損失の温度特性をDCバイアス下で測定するプログラム

・コンデンサ・誘電体材料の静電容量・誘電損失を室温で連続測定するプログラム

・コンデンサ・誘電体材料の耐電圧の測定プログラム

・コンデンサ・誘電体材料の周波数特性の測定プログラム

 

これらについては、BASICプログラムコードの説明は省略しますが、特に、耐電圧の測定に関しては、充分な安全上の注意が必要だったことを申し添えておきます。

 

 

8. 終わりに

 

コンデンサとそれに使われる誘電体材料の温度特性をパソコン(当時は16ビット)と計測器、恒温槽等の環境機器を用いて自動測定するBASICプログラムコードの概要を紹介しました。
なお、実際のBASICプログラムコードについては、こちらをごらんください。

 

→  コンデンサとそれに使われる誘電体材料の温度特性測定プログラムの例

 

→    BASICプログラムコード

 

 

(2020-8-10)

 

 

 

 

「アプリの部屋」でAndroidアプリを紹介

とあるスキームを使って、Androidアプリを作成してみました。

 

以前にも少し書きました[1]が、クイズ形式のアプリが比較的簡単にできます。

せっかくなので、少しご紹介させていただきたいとおもい、この稿を書いています。

 

これまでに作成したのは、

 

・ひまつぶし雑学クイズ

・世界史

・中国史

・魚へん漢字クイズ

・百人一首

・令和のJK語クイズ

・情報リテラシークイズ

・ひまつぶしなぞなぞ

 

といったもの。

 

例えば、「ひまつぶし雑学クイズ」では、

 

問題: 2005年7月に打ち上げられたスペースシャトル「ディスカバリー」に搭乗した日本人宇宙飛行士は?

 

選択肢: 若田光一 野口聡一 毛利衛 ‎山崎直子

 

答えは: 〇〇〇〇 ( → アプリをごらん下さい )

 

また、「魚へん漢字クイズ」では、例えば、

 

問題 : この漢字の読み方は? 鱪 ( 魚へんに暑 )

 

選択肢: しいら いか えび ふな

 

答えは : 〇〇〇〇 ( → アプリをごらん下さい )

 

といった問題を載せています。

 

「ちはやふる」の映画にもなった百人一首、これも上の句を出題し、下の句を回答するといったもので、例えば、

 

問題: ちはやぶるかみよもきかずたつたがは

 

選択肢:

1. ひとめもくさもかれぬとおもへば

2. からくれなゐにみづくくるとは

3. たつたのかはのにしきなりけり

4. やくやもしほのみもこがれつつ

 

答えは :

2. からくれなゐにみづくくるとは

 

解説:

ちはやぶる神代も聞かず竜田川
からくれなゐに水くくるとは

在原業平朝臣 (17番歌)

 

不思議なことが多かった神代にも聞いたことがない。竜田川が真っ赤に括り染めになるとは。

といった具合に、
三択または四択などで、回答するものになっています。制限時間は1問あたり20秒または30秒にしています。

 

いくつかあるので、気に入ったものがあれば、お使い下さい。

 

以下の画像をクリックすると、紹介しているサイトに移動します。

そこから、Google Play Storeのインストールサイトに行くことができます。


なお、これは、Androidスマホ用です。iPhoneをお使いの方はごめんなさい。

 

(2020-3-21)

 

[1]   ひまつぶし雑学クイズ - スマホアプリ作成体験

 

  • 体験
クレジットカードの話 - 米国でのある体験

海外に行かれる方には必須です。

 

これは、もう30年以上も前の、私の経験談になります。
米国のニューヨークで、ホテルにチェックインしようとして、トラベラーズチェックを使おうとしたら、別の窓口に連れていかれて、いろいろと書類を書かされました。

 

けれど、隣の窓口で、クレジットカードでチェックインしている人たちはスムーズにごく短時間にチェックインできているのです。その時、あらためてカードの持つ信用力を実感させられました。

 

☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆

 

当時、海外出張で米国を一週間ほど訪れたことがありました。
1ドルが230円くらいのころの時です。
なにしろ初めての外国ですから、多少緊張はします。
いろんな情報を上司や先輩の方々から教えていただき勉強しました。

 

会社からは、費用としてあらかじめトラベラーズチェックというものを渡されました。

 

それでも先輩のすすめで、クレジットカードというものを初めて作成したわけです。
このカードで学会参加費やホテルのデポジット(予約保証金みたいなもの)を支払いました。

 

その出張の時に経験したホテルでのできごとです。

 

一週間ほどの予定で最初の3日間はシンシナティのホテルでした。
米国セラミック学会への支払いも含めて、
予め、クレジットカードで予約していたので、ホテルでの支払いは当然カードでした。
食事代も含めて、チェックアウトのときはスムーズにいきました。

 

次のホテルはウィルミントン近くのこじんまりとしたホテルでした。
ここでは、トラベラーズチェックで支払ったように記憶していますが、特に問題なくいきました。

 

☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆

 

最終日に泊まったのは、ニューヨークの空港近くにある比較的大きなホテルでした。
このホテルに宿泊のため、チェックインの手続きをしようとして、フロントにいったのです。

 

実は、トラベラーズチェックが余りそうだったので、それを使おうとしていました。
日本に帰っても、トラベラーズチェックの払い戻しなど、手続きが面倒なこともあって
このホテルでの宿泊費の支払いに使ってしまおうと考えていたのです。

 

トラベラーズチェックを使おうと、ホテルのフロントに告げたとたん、
別の窓口の行列に並ばされたのでした。

 

☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆ ☆

 

会社から支給されたトラベラーズチェックでの支払いをしようとしたら、別の窓口の列に並ばされ、しかも20分近くも待たされたのでした。
クレジットカードを持っていない不審な旅行者とみなされたのかもしれません。

 

元の窓口の行列はスムーズに進んでいきます。良く見てみると、クレジットカードでの支払いがすべてでした。

 

ここで感じたことは、クレジットカードを持っていないと、ひどく「差別」されるということでした。

 

当時の米国では、既にカード支払いが主流で、カード所持が身元保証でもあり、信用度のステータスになっているようでした。

 

私は、余りそうだったトラベラーズチェックで支払いをしようとしたものですから、これは怪しい人物だと、大都会のホテルのフロントには映ったのかもしれません。

 

クレジットカードの威力を身をもって知った瞬間でした。

 

(2018-6-10)

 

 

 

 



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  • 体験
ひまつぶし雑学クイズ - スマホアプリ作成体験

昨年8月に、スマートフォンのアプリビジネスのセミナーが開催された。

おもしろそうだという少しの興味もあって、これに出席し、世の中の動向とビジネスに関するいろんな話を伺い、勉強させていただいた。

 

あまり詳しくは書けないのだが、

世の中はスマートフォンへの移行が進んでいて、アプリという個別ソフトのダウンロードが非常に多い。

iPhoneもAndroidもストア(アップルストア、グーグルプレイ)にたくさん公式アプリが存在している。

スマホユーザーの9割以上がアプリをダウンロードしている。

無料アプリも多い。

個人でもアプリを作って配布できる時代になった。

あなたもアプリを作成してビジネスにしませんか?

というもので、最後に塾の案内とサンプルツールの提供があった。

 

このツール(試用版、お試し版)を使って、アプリを作成してみた。そして、Google Playに登録してみた。

 

まず、アプリの作成だが、簡単なクイズの例題があり、それに倣って問題と回答を準備する。この後、ツールAの試用版をWeb上で実行し、雛形の部分にさきほどの問題と回答を入れていく。別のツールBを起動して、AとBのツールを連携させて、ツールBにて最終的にアプリの形にまとめる。そして、必要なファイルをまとめてGoogle Playに登録する。

ざっと流れをみると、こんな感じであった。集中してこの作業を行っても、約3日間ほどかかった。

 

いまは、なかなかこのような時間がとれないが、おもしろい体験だったと思っている。

 

作成したアプリは「ひまつぶし雑学クイズ」というネーミングにしてみた。(*)

 

内容は、

 

「あなたの雑学の知識を試してみませんか?ちょっとした空き時間にできる、雑学クイズのアプリです。クイズ大会や懇親会の場でも使えます。」

" Why do not you try the knowledge of your trivia? Can be a little free time, it is a trivia quiz app. You can also use in quiz competitions and social gatherings of the field. "

 

というもの。

 

もし良かったら、ダウンロードしてみて下さい。

→ https://play.google.com/store/apps/details?id=io.monaca.zatsugaku20170814

 

驚いたことに、これをGoogle Playに登録したところ、海外よりメールがきて、紹介したいとのこと。日本語のアプリなのに海外でも告知されるのだとちょっとびっくりした。おもしろい体験だった。

 

(2018-2-4)

 

 

(*) このアプリは、App Studio 試用版とMonaca を使用して作成しました。本格的に作業するには、それぞれのサイトへの登録などが必要です。また、このアプリはAndroid用です。iPhone向けではありません。

 

 

 

 

上記に次いで、Part 2 と Part 3 を作成してみました。

よろしければ、こちらもお試し下さい。

 

ひまつぶし雑学クイズ Part 2

→ https://play.google.com/store/apps/details?id=io.monaca.zatsugaku20190727

 

ひまつぶし雑学クイズ Part 3

→ https://play.google.com/store/apps/details?id=io.monaca.zatsugaku20190803

 

 

(2019-8-12 追記)

 

 

 

  • 体験
久しぶりの友人たちとの再会

気がつくと、ことしももう12月。いろんなできごとがあった1年だった。なかでも、私にとっては、キーワードのひとつが「再会」であろう。

 

特に、40数年前の友人たちとの再会は、心に残った。

 

ひとつは、高卒で就職したときの仲間たちだ。

 

2月の初めころ、以前の職場の同期入社の方から還暦を目前にした同期の会を開催するので参加を、というお誘いをいただいた。

 

4月に開催されたその会には、40人を超える方々が、遠くは北海道、九州からわずか2時間あまりの会のためにかけつけてくれた。高校卒業後、就職して42年めの会であった。例え、一時であっても同じ空間・時間を共有した仲間たちとの語らいは尽きることなく、あっという間に時間が過ぎていった。

 

同じ職場にとどまる者もいれば、入社1年足らずで退職し、他に生きる道を求めていった者、さまざまだった。40人いれば、40人分の人生がそこには展開されていた。

 

もうひとつは、高校のときの同級生との再会だった。

 

8月に還暦記念の同級会を行うという案内をいただいた。こちらは6年ぶりの開催だが、今回は高校卒業以来、はじめて再会する方も多かった。懐かしい方々にお会いでき、お話させていただくことができて、とても楽しいひとときを過ごすことができた。

 

また今回は、まだ、現役で働いていて、都合がつかず、参加できなかった方も多かったが、幹事さんがそんな方々の近況も含めて「小冊子」にして、参加した方々に配布してくれたのだ。40年の空白を埋めるような、懐かしい気持ちになったのは、私だけではあるまい。

 

企画してくれた幹事さんたちに、本当に、感謝している。次回は3年後とのこと、楽しみにしている。

 

高校同期の有志で、10年前からはじめた文集の「雪駄」も、そういえば、今回で、再刊5回めとなった。多忙も含めてさまざまな理由で、なかなか、タイミング良く編集発行とはいかなかったが、多くの方々に支えられながらどうにかここまで進めてくることができた。本当に感謝のことば以外にない。

 

さて、これから。また、どんな出会い、「再会」があるだろうか。楽しみである。

 

 

P.S.

 

8月の高校同級会のときの様子を、スナップ写真や上記の小冊子も含めて、こちらに紹介しています。同級生の方々、恩師の方々にぜひごらんいただければとおもっています。

 

→ https://fp46.net/alumni/y2012/

 

(閲覧にはIDとPasswordが必要です。このサイトの管理者までメールでご連絡下さい。)

 

(2012-12-02)