| ８．計測プローブのインピーダンス ――計っているのか計られているのか？ |
科学計測に機械計測や電気計測と大きな違いがあるとすれば，それは科学計測においては，得られる信号がことのほか微弱であったり，ことのほか大きな雑音が混入していたり，測っている信号自身が過度に不安定であったりと，要するにきわめて厳しい条件下にあることにある．
このような厳しい計測環境は，オシロスコープによる電気信号の測定においても，われわれは経験している．電気信号をオシロスコープによって計測するとき，測定点にプローブを当てて測るが，信号源があまりに微弱なら（すなわち，出力インピーダンスが非常に高ければ），プローブからオシロスコープへと電流が流れ出て（オシロスコープの入力インピーダンスが相対的に低い），その結果として測定点における信号の電圧が変わってしまう（図12）．
| 〔図12〕 信号を測ることで信号が変わってしまう (18.1Kバイト) |
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プローブ（すなわちセンサ）を用いて測ることにより，信号は必ずこのように揺らぐ．普段はあまりこのことを問題にしなくてもよいのは，プローブのインピーダンスが回路のインピーダンスに比べて十分に高く，オシロスコープは測定回路からほとんど電流を奪わないためである．
しかし，正確には，プローブをつなげることによって回路は必ず変わり，信号はプローブがないときとはわずかであっても必ず異なる．つまり，オシロスコープによる波形観察の実験は，プローブ自身のインピーダンス測定の実験にすらなりかねないのである．
信号を計測・検出するためには，信号源からほんのわずかな信号をもらってきて，それを分析することになる．料理の味見と同じである．ところが科学計測においては，この例のように，測定すべき信号がきわめて微弱であることが多い．このような場合，計測器がその信号をわずかでも吸い取ると，信号源自身が狂ってしまう（図13）．
| 〔図13〕 必要な信号を測ると…… (16.7Kバイト) |
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そこで，プローブを通して得られた信号から，プローブがないときに得られるであろう信号を求めなければならない．これは，非線形系の逆問題を解くことになり，簡単なことではない．あるいは，物理学における多体粒子系の解法問題と同じ話であり，逆問題の本質を扱っていることになる．
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Copyright 2001 河田 聡