Transcript スピンはめぐる 2 Stern-Gerlachの実験を知っていますか？

1. はじめに LabVIEWとの遭遇
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1990年頃：工学部応用物理学実験法第１−3の刷新。
早川教授、前田助教授（当時）の英断
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グラフィカルプログラミングを３年生に紹介する。
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高価なMacintoshの導入。
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旧来の命令文方式を離れることへの不安。
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実験室の装置がLAN上でヴァーチュアルな機器になる。
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実験装置に直接触れない学生実験になる。 ⇒私は反対派
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学生実験だけではもったいない。
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卒業する学生の遺産は負になりがちであったが、LabVIEWな
ら継続可能で、時間短縮、高効率。
⇒私も賛成に転向
2. 実験装置の状況とLabVIEWとの相性
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通信ポート（RS232C、GPIB、USBなど）があるか。
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コンピュータに通信ポートがあるか。
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文字列：従来のコマンド文のエッセンス。
9600bps、8ビット、1Stop Bit、パリティ有無などの設定情報が判って
いるか。
通信ケーブルがストレートかクロスか。
COMポートの有無。プラグの形状は（サンワサプライなど）。
GPIBカード入れられるか。
LAN-GPIBの可能性。
LAN-TCP/IPの可能性
実験機器そのものをTTLレベルや低電圧源で制御できるか。
3. 例1：1980年代の四重極質量分析計の
LabVIEWによる復活
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BALZERS社製QMG064
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インターフェースの付いた初期の四重極質量分析計。
従来の全機能前面パネルよりはスッキリしたデザイン。
20m以上のRS232Cケーブルで離れたところから制御可。
PC98シリーズではTurboPascal でも1200bps。指導教員（私）に
習う気力なし。
3. 例1：続き1
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通信ポートRS232C（Dsub25Male）がある。
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PowerMacG4PCI または PowerMac7600G3改造を使用。
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9600bps、7ビット、2Stop Bits、パリティ無。
スキャンパラメータの設定（質量数、幅、感度、速さ）。
8ガス種の質量数、測定感度、信号強度／圧力値変換設定。
測定モードを与えた後、測定実行、測定値読み上げ要求。
最近の同等の市販品に劣らない新機能を加えたい。
USB-RS232C変換アダプタ（Dsub9Male） または DIN8ピンFemale
モデム/プリンタポートあり。
MacOSX10.3.9 + LabVIEW8.0
クロス結線ケーブル自作。
3. 例1：続き2（LabVIEWフロントパネル）
3. 例1：続き3（動作設定中）
3. 例1：続き4（ブロック図）
ポートの初期化
各測定モードの設定
バッファークリア
テスト文字列の送信
クラスタースイッチ
の表示色設定
例1：続き5（残留ガス質量スペクトル測定）
従来のよくある測定結果
同じ状態を感度を換えなが
ら測定した結果
例1：続き6（残留ガス圧時間変化測定）
水蒸気（主成分）のみの測定
複数成分の測定
例1：続き7（新機能クイックスキャン棒モード）
測定したい質量数をタッチ
簡易質量スペクトル
4. 例2：水晶振動子摩擦膜厚計
XTM/2 水晶振動子膜厚計 （インフィコン社製）
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通信ポートRS232C（Dsub9Female）がある。
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PowerMacG4MT を用いる。
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19200bps、8ビット、1Stop Bit、パリティ無、チェックサムフォー
マット。
パラメータの設定（薄膜の密度、音響インピーダンス、センサー
位置）。
測定実行、測定値読み上げ要求。
DIN8ピンFemaleモデム/プリンタポートあり。
MacOSX10.2.8 + LabVIEW7.1
ストレート結線ケーブル自作。
例2.続き （CheckSumフォーマット）
誤通信を避ける目的。
通常の文字にCheckSum情
報を付けるためのサブルー
チン。
書き込み用（上）と読み取り
用（下）のvi。
R5：タイマーを0にセット。
Q6:薄膜種類番号を問う。
S0:レート、膜厚、時間送信せよ。
例2.続き （真空蒸着中の薄膜の膜厚計測）
5.例3：古い分光器（機械精度は高い）
リツー社製：回折格子+フォトマル方式
オプションでステッピングモーターと減
速ギアが取り付けられている。
例3：続き（分光測定系略図）
回折格子の角度を決める。
光電流を電圧に変換し測定する。
NI-4350USBの採用
8chのディジタル出力
1パルス=0.01nm、 ラッチ、正（逆）回転
24ビットAD
例3：続き（LabVIEWで制御する）
NI-4350USBはWindowsのみ
NI社のExpress.vi や NI-DAQ base (要ダウンロード) を組
み合わせるだけ。
例3：続き（LabVIEWで制御する）
スペクトル計測部
ステッピングモータ
にパルスを送る
データ読み出し表示保存
NI-4350のAD部の初期化
波長設定部
手動／自動設定部
NI-4350USBはWindowsのみ
NI社のExpress.vi や NI-DAQ base (要ダウンロード) を組
み合わせるだけ。
6. 例4：直流電圧で更に大型装置を制御する

外部機器USB6008

8チャンネルアナログ入力
（+-10V、12ビット、10kS/秒)

2チャンネルアナログ出力
(0-5V、12ビット、最大150 Hz）

12本のデジタルI/O

ゲームパッドを大型装置の各ツマミそのものに見立
てる。

マイクロ波0-500W ⇔ アナログ出力0-5V
6.外部に電圧を出力し、電圧と電流を測定するvi
6.外部に電圧を出力し、電圧と電流を測定する

電圧設定ノブは
ひとりでに徐々に
右回りしていく

が、手動で戻すこ
とも可能。

2つの電圧をグラ
フ上に表示し、

結果をXYグラフ
上に電流vs電圧
表示する。
7.実験室装置の統合化

ほとんどの装置をPC+LabVIEWでモダン化できる。
⇒最新状態をキープ
時間短縮、省人力
ヴァーチュアルな機器 ≠ シミュレータ。

独自ソフトでしか動作しない機器の方が厄介。
⇒最新状態をキープできない。継続性悪い。非経済的。
ActiveXなどが対応できるらしい。TXTファイルは最低限可。

LAN(TCP/IP) によって中心的PC(好みMacOSXあるいは自宅
PC）に各サテライトPC+装置からデータ集約。

いつの間にか昔巨費科学実験で用いられていたCAMAC
(Computer Automated Measurement And Control)をカスタマイ
ズしたような実験室を実現している。