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[센서] 센서란 무엇인가? 센서의 종류와 특징 알아보기
| 센 서 재 료 | 대표적인 센서 예 |
|---|---|
| 세 라 믹 | 습도센서, 서미스터, 가스센서, 압전센서, 산소센서 |
| 광 섬 유 | 온도센서, 레벨센서, 압력센서, 변형센서 |
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오늘 영상은 센서에 관해서 다뤄봤습니다.
자동화에 필수로 쓰이는 센서
물론 종류가 워낙 많아서 대표적인 센서에 대해서 말씀드렸습니다.
센서를 구입하고자 하실때 보시면 도움 되실 것 같습니다.
#오토닉스 #포토센서 #근접센서
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센서의 종류와 특성 – 안소니 블로그
센서의 종류와 특성 · 1 화학센서. 특정한 화학물질을 감지 ex) 화제경보기(연기입자) · 2 압력센서. 단위면적에 작용하는 힘, 회전력, 물체의 무게 등을 …
Source: asgi2.tistory.com
Date Published: 11/2/2021
View: 9252
센서의 기본과 원리
기능을 갖춘 소자(素子)로, 흔히들 센서(Sensor)라. 고도 한다. … 과거의 해석 및 결과를 맞추어 결론을 도출하는 소 … 으며, 다음과 같은 특성이 있다.
Source: www.procon.co.kr
Date Published: 5/12/2022
View: 1822
센서의 다양한 종류들
온도 센서에서는 온도의 변화가 저항 또는 전압과 같은 물리적 특성의 변화로 반영 … 적외선 센서 또는 IR 센서(infrared sensor)는 근접 물체 감지 및 원격제어와 …
Source: www.devicemart.co.kr
Date Published: 4/15/2022
View: 7169
센서 – 해시넷 위키
센서(sensor)란 빛, 소리, 온도, 압력 등 물리적인 환경 정보의 변화를 전기적 신호로 바꿔주는 기계 장치를 말한다. 센서에는 다양한 종류가 있다.
Source: wiki.hash.kr
Date Published: 8/21/2021
View: 2757
2. 센서의 종류 1편 – Prof. Idiot
자연에 존재하는 빛, 온도, 습도 등의 물리량을 전기적 신호로 바꾸어 주는것을 일반적으로 센서라고 정의합니다. 이번 글에서는 지난 글에 이어서 어떠한 …
Source: yoebandsong.tistory.com
Date Published: 11/29/2021
View: 4746
[센서의 종류와 정의] 센서에 대해서 알아보자! -1편- – A lot in a day
체온계 속의 온도센서가 사용되죠. 일반적인 재료나 전자 소자는 모두 온도에 따라. 전기적 특성이 변화하므로 모두 온도센서라고 칭할 수 있어요.
Source: alotinaday.tistory.com
Date Published: 7/16/2021
View: 1474
센서의분류
는 것이며, 화학센서는 기체 및 액체상태의 화학성분의 양을 계측하. 는 것이다. 물리센서 … 여러 종류가 있지만 홀소자, MR소자(자기저항효과소자), 서치코일(헤.
Source: www.koreascience.kr
Date Published: 11/5/2021
View: 9634
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- Date Published: 2020. 4. 9.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=B1TKbLI6P2w
[센서] 센서란 무엇인가? 센서의 종류와 특징 알아보기
1. 센서란 무엇인가?
열, 빛, 온도, 압력, 소리 등의 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 계측하여 일정한 신호로 알려주는 부품이나 기구, 또는 계측기. 인간이 보고 듣고 하는 오감을 기계적 – 전자적으로 본떠 만든 것이라고 이해하면 쉽습니다. 동작을 감지하거나 소리에 따라 반응하거나, 누르는 힘에 따라 반응하는 등 그 활용 범위는 매우 넓습니다. 센서의 종류에는 온도 센서, 압력 센서, 유량 센서, 자기 센서, 광 센서, 음향 센서, 미각 센서, 후각 센서 등이 있으며, 고속도로에 차량이 진입하면 통행 카드가 나오거나, 교실의 화재 감지기, 현관의 자동 점멸등, 어두워지면 켜지는 가로등 등이 간단한 센서의 예입니다.
《 출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=3430&docId=923318&mobile&categoryId=3430
*오늘의 제품 소개*
2. 센서의 종류
다양한 물리적 성질을 측정하기 위해서는 그 특징에 맞는 다양한 센서가 개발되어 사용되고 있고 새로운 기능의 센서들이 꾸준히 연구 개발되고 있습니다. 현재 실제로 사용되고 있는 대표적인 센서류들을 살펴보겠습니다.
온,습도센서에서 이미지센서까지 《 출처 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=kimpy9&logNo=130096252001 온,습도센서에서 이미지센서까지
온도센서 : 온도의 변화에 응답하는 센서로 온도변화를 감지하여 온도관리를 자동화하는데 이용되고 있습니다. 온도센서란 열을 감지하여 전기신호를 내는 센서로 일반적으로 접촉식과 비접촉식으로 나누어지며, 집촉식 은 실제 측정대상에 직접 접촉시켜서 온도값을 측정하는 방식 이며, 비접촉식 은 물체로부터 방사되는 열선을 측정하는 방식 입니다.
온도센서는 온도가 높아지면 저항 값이 감소하는 부저항온도계수의 특성이 있는 전자회로용 소자로, 열용량이 작아서 미세한 온도변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로 온도 제어용 센서로 많이 이용됩니다.
습도센서 : 공기 속의 수증기 양을 측정하는 센서입니다. 습도센서는 대기중의 습도를 검출하기 위한 화학센서의 일종으로서 주로 공기 중의 화학반응에 의한 색 변화, 이온량 변화ㅡ 기전력/전류변화 등으로 검출하는 센서입니다.
※그림 2-1 : 디바이스마트에서 판매중인 온,습도 센서의 한 종류들
초음파의 특성을 이용하거나 초음파를 발생시켜 거리나 두께, 움직임 등을 검출하는 센서 로 초음파 용접기, 세척기, 플라스틱 본딩, 가공 등에 이용되는 고음압용과 생산 제어, 비파괴 검사, 침입 검사, 물성 측정, 의료 진다, 지연 선로, 신호 처리 등에 활용되는 저음압용이 있습니다. 로봇이나 u-센서에서 물체를 지각하고 거리를 측정하는 데 이용 되는 초음파 센서로는 음의 발생과 검출을 겸하는 것으로 특정한 결정 구조를 갖는 물질의 압전 소자와 고전압 펄스를 인가할 경우 정전 인력에 의해 진동이 발생하는 정전 효과 방식이 있습니다. 초음파 센서는 공기 중의 소리를 감지하는 센서로 보통 초음파 센서에서 발사된 초음파 펄스가 피 측정물의 표면에서 반사되어 다시 초음파 센서로 되돌아 올 때까지의 시간을 측정하여 이를 기준으로 분석하여 필요한 정보를 얻는 방법을 사용하며, 초음파센서의 측정거리는 약 10m 정도 입니다.
※그림 2-2 : 디바이스마트에서 판매중인 초음파 센서의 한 종류들
이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서 입니다.
가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하여 관성력, 전기변형, 자이로의 응용원리 등을 이용한 것으로 자동차나 항공기, 공장 자동화, 휴대폰과 로보틱스 등 첨단 제품에 사용되는 핵심기술 중의 하나입니다.
움직이는 물체의 가속도나 방향을 측정할 수 있는 점 때문에 로봇이 자신의 위치나 동작을 인식하는데 주로 쓰이며, 모바일 기기 등에도 수요가 급증하고 있다.
※그림 2-3 : 디바이스마트에서 판매중인 가속도 센서의 한 종류들
적외선 센서는 적외선을 이용하여 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량과 화학량을 감지, 신호처리가 가능한 전기로 변환하는 장치 로 기계가 적외선 발산하여 차단하는 것을 감지 하는 것과 주변의 적외선을 검출하는 것이 있는데 주로 방범이나 화재감지 등에 사용됩니다.
흔히 사용되는 인체감지 센서는 인체가 방출하는 적외선 파장을 검출하는 초전적외선 센서를 이용하는데 감지한 적외선을 열로 바꾸어 검출하므로 인체감지시에는 특정 파장의 대역만 통과하는 필터를 사용합니다.
※그림 2-5 : 디바이스마트에서 판매중인 적외선 센서의 한 종류들
생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 장치 입니다. 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적인 요소를 이용하거나 또는 모방하여 생화학 반응에 의한 신호를 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 화학센서의 일종입니다.
변이원에 민감한 고초균을 사용하여 돌연변이 변성물질이나 발암성 물질의 검정에 사용되고, 임신하였을 때 나타나는 호르몬 측정 대상물을 소변에서 감지하기 위하여 항체(생물학적 요소)를 이용하여 인식 가능한 유용한 신호(색)로 바꿔주는 임신진단 키트 등을 예로 들 수 있습니다. 피사체 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품으로 촬상관과 고체이미지센서로 크게 나눌 수 있습니다. 비디콘, 플럼비콘, 금속산화물반도체(MOS), 전하결합소자(CCD) 등을 들 수 있습니다.이미지센서는 CCD이미지 센서와 CMOS 이미지센서가 있으나 최근들어 저전력, 고집적화가 요구되면서 점파 CMOS 이미지센서의 비중이 커지고 있다. 1) CCD 이미지 센서
CCD란 Charge Coupled Device의 약칭으로 전하결합소자라고 불립니다. CCD는 반도체 속에 주입한 소수 반송자의 신호를 한 덩어리의 전하로 하여 외부 전압에 의해 결정 표면과 평행 방향으로 전송할 수 있는 반도체 소자입니다. CCD에는 많은 수의 광다이오드 소자가 집적되어 있고, 이곳에 빛이 비추어지면 빛의 양에 따라 전자가 발생하고 그 전자가 생성된 양에 따라 화상(이미지)이 생겨납니다. CCD 이미지 센서는 치수나 화질 등의 여러 종류가 있으며, 디지털 카메라를 비롯하여 스캐너, 휴대폰, 자동차, 미사일의 센서 등에 폭넓게 쓰이고 있으며, 좋은 화질의 화상(이미지)을 얻기 위해서는 CCD가 클 수록 좋습니다. 2) CMOS 이미지 센서 CMOS 이미지 센서의 원리가 고안된 것은 1960년대 후반이지만 실용화된 것은 미세 가공 기술이 첨단화된 1990년대 이후입니다. 2000년대 후반 부터 Image Sensor 기술의 고해상도화가 진행됨에 따라 BSI(back side illumination) 공정 기술과 3D Stacking Sensor 제작 공정기술이 대두되고 있습니다.
단위 셀마다 증폭기를 가지고 있으며, 광변환된 전기신호의 읽기에 의해서 전기 노이즈의 발생이 적어지는 특징이 있으며, CMOS 로직 LSI 제조 프로세서의 응용으로 대량생산이 가능하기 때문에 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD이미지센서와 비교해서 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있습니다. 그리고 논리 회로를 동일한 공정으로 제작해서 화상 처리 회로를 data-on-Chip화하여 화상 인식 장치, 인공 시작 장치에 응용 연구되어서 일부는 상용화 중이며, 이로 인해 인공 망막 칩이라고 불리는 경우가 있습니다.
※그림 2-6 : 1억 2천만 화소 이미지 센서
《사진 출처 : http://www.it.co.kr/news/mediaitNewsView.php?nSeq=1776132》 기체, 액체, 고체등 모든 물질간에 작용하는 ＊역학적에너지＊ 를 검출하기 위한 센서 의 총칭입니다.
여기엔 대기압의 압력을 측정하는 ‘압력계’와 낮은 압력을 측정하는 ‘진공계’ 2종류의 압력센서가 있습니다.
‘센서’란 ‘감지기’이며, 출력 신호의 방식에 따라 2가지로 나눌수가 있습니다.
스위치 신호를 내는 것은 압력의 경우 ‘압력 스위치’라고 부르며, 압력센서라고 하면, 대개 압력의 정도를 전기신호로 만들어주는 것을 말합니다. 전기신호는 대개 직류 0에서 10, 또는 5볼트, 또는 직류 4에서 20mA사이에 전류이고 전문적으로는 ‘센서’라고 할때는 보통 비례되는 신호를 발생하는 장치에 쓰이는 경우가 많습니다. 스위치로 분류되는 것도, 센서의 범위에 들기 때문에 혼동하는 경우가 으니 확실히 구분해야 합니다.
그리고 압력센서은 통상적으로 매우 세심한 센서들이기때문에 취급에 각별한 주의가 필요합니다. 그래서 압력센서 취급에 몇몇 요점들을 정리하여 보겠습니다 – 반도체 압력센서는 온도 의존성이 크다.
– 압력센서 모듈에는 스위칭 타입과 아날로그 출력 타입이 있다.
– 반도체 압력센서의 바이어스 회로에는 정전류 구동법이 좋다.
– 압력센서는 설치 중 부주의한 응력을 주어서는 안된다. ※ 역학적 에너지 : 운동하는 물체가 가지고 있는 위치 에너지와 운동 에너지의 합을 역학적 에너지라고 합니다.
※그림 2-7 : 디바이스마트에서 판매중인 압력 센서의 한 종류들
자기장 또는 자력선의 크기와 방향을 측정하는 센서 입니다. 자기장의 영향으로 여러 가지 물질의 성질 등이 변하는 것을 이용하여 자기장을 측정하며, 반도체에 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 발생하는 홀 효과(Hall effect)나, 자기장의 영향으로 전기 저항이 증대하는 자기 저항 효과 등을 이용합니다. 홀 소자나 MR 소자 등을 만들기도 하고, 비디오테이프 녹화기(VTR), 테이프 리코더 등의 제조에도 이용합니다.
《 출처 : http://word.tta.or.kr/terms/termsView.jsp?gubun=1&terms_num=29860 》 MEMS 기반 열유량 측정방식을 기초로 합니다.
매우 낮은 유량에서 우수한 감도를 지원하는 정밀급 센서이며, 내장된 두 온도센서의 기울기 그래프로 측정하기 때문에 기존의 압전저항 방식의 압력센서보다 뛰어난 정밀도를 가집니다.
즉, 센서 내 두 온도센서가 미세하게 흔들리는 압력차를 읽어 신호를 발생하는 원리입니다. 활용분야로는 의료기기, 계측정비, HVAC, 포장장비, 반도체장비 등 다양합니다.
《 출처 : http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=bournemouths&logNo=130166410946 》
※그림 2-8 : 디바이스마트에서 판매중인 유량 센서의 한 종류들
빛 자체 또는 빛에 포함되는 정보를 전기신호로 변환하여 검지하는 소자 입니다. 검지가 비접촉, 비파괴, 고속도, 게다가 주변에 잡음의 영향을 주지 않고 할 수 있는 특징이 있습니다.. 광전변환의 원리는 *1.광전 효과, *2.광전도 효과, *3.광기전력 효과, *4.초전 효과 로 대별할 수 있으며, 종류로는 개별광 센서와 1차원 및 2차원 광센서, 복합광 센서 등이 있고, 반도체 재료로 많이 사용되고 있으며, 사용하는 파장의 범위를 중심으로 선택됩니다. ※ 1.광전효과 : 금속판에 빛을 쪼일 때 금속 내에 자유전자가 금속 표면 밖으로 방출되는 현상
※ 2. 광전도효과 : 반도체에 빛을 조사하면 도전율이 증가하는 현상
※ 3. 광기전력효과 : P-N 접합이 있는 반도체에 빛을 조사하였을 때에 기전력이 발생하는 효과
※ 4. 초전효과 : 결정의 일부를 가열하였을 때에 결정표면에 전하가 나타나는 현상 《 출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=367&docId=656176&mobile&categoryId=367 》
※그림 2-9 : 디바이스마트에서 판매중인 유량 센서의 한 종류들
교류 전류 및 직류 전류를 감지하는 센서 를 말합니다.
전류를 감지하는 방법에는, 도너츠 모양의 자심을 사용하여 1차 및 2차 코일을 자심에 감아 2차 전류를 측정함으로써 1차 전류를 감지하는 변류기 방식과, 전류에 의하여 생기는 자계속에 홀 소자를 설치하여 홀 전압을 측정함으로써 자계의 강도 즉 전류의 강약을 감지하는 홀 소자 방식, 그리고 전류의 대소로 용단하는 시간이 다른 퓨즈 방식 등이 있습니다.
《 출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=339&docId=1658782&mobile&categoryId=339 》
※그림 2-10 : 디바이스마트에서 판매중인 유량 센서 온,습도센서초음파 센서가속도 센서적외선 센서(인체감지 센서)바이오 센서이미지센서압력 센서자기 센서유량 센서광 센서전류 센서
3. 센서의 분류
센서는 여러가지 형식에 따라 분류가 되는데요.. 동작에너지에 따른 분류, 출력신호 따른 분류, 검출대상의 따른 분류, 센서재료에 따른 분류, 변환현상에 따른 분류, 용도의 따른 분류 이렇게 나뉘게 됩니다. 그럼 그 분류에 따른 각각 특징을 알아보겠습니다.
《 출처 : http://6333.tistory.com/entry/1%EC%9E%A5-%EC%84%BC%EC%84%9C%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EC%B4%88 3-1 동작 에너지 공급 유무에 따른 분류 – (보조 전원이 있는가?)
(1) 변조형 센서 – 능동형
– 외부 전원 공급한다.
– 입력은 출력만 제어한다.
– 포토트랜지스터, 서미스터 등이 있다. (2) 자기발전형 센서 – 수동형
– 입력에 의한 전원을 공급한다.
– 태양전지, 열전대 등이 있다. * 변조형 센서는 보통 자기 발전형 센서보다 더 많은 전선을 필요로 한다.
* 보조전원이 폭발성 분위기에서 사용되는 경우 폭발 위험성을 증대 시킨다.
* 저자에 따라 변조형을 수동형 센서, 자기발전형을 능동형 센서라고도 부른다. 3-2 출력신호 형식에 따른 분류 (1) 아날로그 센서
– 출력 → 연속적으로 변하는 아날로그 신호. 출력신호가 진폭으로 나타난다. (2) 디지털 센서
– 출력 → 디지털 신호
– 전송이 용이하고, 재현성이 우수하며, 신뢰성을 향상시킨다.
– 센서소자의 출력자체가 디지털인 경우는 거의 없다.
– 로터리 인코더 등이 있다. 3-3 검출대상에 따른 분류
수 위치 변형 유속 성분조성 입자 열량 유해 – 유독가스 길이 레벨 압력 속도
가속도 수분 비중밀도 온도 맛 면 직선변위 토크 음파 이온농도 탐상 화재 냄새 입체 회전변위 유량 진동 탁도 습도 연기 3-4 센서재료에 따른 분류
센 서 재 료 대표적인 센서 예 금 속 RTD, 스트레인 게이지, 로드 셀, 연전대 반 도 체 홀 소자, 홀 IC, 반도체 압력센서, 포토다이오드, CCD 세 라 믹 습도센서, 서미스터, 가스센서, 압전센서, 산소센서 광 섬 유 온도센서, 레벨센서, 압력센서, 변형센서 유 전 체 초전형센서, 온도센서, 고 분 자 습도센서, 압전센서 생 체 물 질 각종 바이오센서 복 합 재 료 PZT 압전 센서 3-5 변환현상에 따른 분류
분 류 대 표 적 센 서 역 학 센 서 근접센서, 회전각센서, 레벨센서, 가속도센서, 진동센서, 하중센서, 압력센서, 유량센서 전자기센서 홀센서, 홀 IC, 자기저항(MR)센서 광 센 서 포토다이오드, 포토트랜지스터, 적외선센서, 가시광센서, 자외선센서, 광전관 온 도 센 서 열전대, RTD, NTC/PTC 서미스터, IC 온도센서 화 학 센 서 가스센서, 습도센서, 이온센서, 효소센서 3-6 용도에 따른 분류 – 산업용 : 공장 자동화 등에 사용되는 각종 센서
– 민생용 : 자동차, 가전기기 등 민샌용 제품에 사용되는 각종 센서
– 의료용 : 의료 진단기기 및 치료에 사용되는 각종 센서
– 군사용 : 군용 장비 및 무기 등에 사용되는 각종 센서
– 연구용 : 실험 및 연구에 사용 되는 센서
4. 센서의 응용
우리가 사용하는 여러 종류의 센서들은 각각 어느 분야에서 무슨 센서로 활용이 되고 있을까요??
대표적인 센서들을 토대로 표를 작성해 보았습니다. 표 작성자 : 유광원 사원
《 출처 : http://6333.tistory.com/entry/1%EC%9E%A5-%EC%84%BC%EC%84%9C%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EC%B4%88 》
드디어.. 『내가 바로 초보다!! – 센서편』까지 마치게 되었습니다. 요즘 센서를 사용하는 공간을 생각해보니 정말 많은 공간에서 사용되고 있네요..ㅎ 아파트나 건물 등의 자동센서등을 비롯 버스, 지하철, 대형마트, 집현관 등등 사람들이 사는 공간에는 하나쯤은 어김없이 사용되는 센서들..ㅎ 앞으론 어떤 센서들이 나올지ㅋㅋ 여러분은 어떤 센서가 나와서 어떻게 활용 되었으면 하나요?? 이상!! 『내가 바로 초보다』의 유광원이었습니다..^^ 감사합니다..^^
센서의 종류와 특징
다양한 물리적 성질을 측정하기 위해서는 그 특징에 맞는 다양한 센서가 개발되어 사용되고 있고 새로운 기능의 센서들이 꾸준히 연구.개발되고 있다. 현재 실제 사용되고 있는 대표적인 센서류들을 살펴보면 다음과 같다.
1. 온도센서 [Temperature Sensor]
온도의 변화에 응답하는 센서로 온도변화를 감지하여 온도관리를 자동화하는데 이용된다.
온도센서란 열을 감지하여 전기신호를 내는 센서로 일반적으로 접촉식과 비접촉식으로 나누어진다. 접촉식은 실제 측정대상에 직접 접촉시켜서 온도값을 측정하는 방식이며 비접촉식은 물체로부터 방사되는 열선을 측정하는 방법이다.
온도센서는 온도가 높아지면 저항 값이 감소하는 부저항온도계수의 특성이 있는 전자회로용 소자로, 열용량이 작아서 미세한 온도변화에도 급격한 저항 변화가 생기므로 온도 제어용 센서로 많이 이용된다.
2. 습도센서 [Humidity Sensor]
공기 속의 수증기 양을 측정하는 센서이다. 습도센서는 대기중의 습도를 검출하기 위한 화학센서의 일종으로서 주로 공기 중의 화학반응에 의한 색 변화, 이온량 변화, 기전력/전류변화 등으로 검출하는 센서이다.
3. 초음파 센서 [Ultrasonic Sensor]
초음파의 특성을 이용하거나 초음파를 발생시켜 거리나 두께, 움직임 등을 검출하는 센서로 초음파 용접기, 세척기, 플라스틱 본딩, 가공 등에 이용되는 고음압용과 생산 제어, 비파괴 검사, 침입 검사, 물성 측정, 의료 진단, 지연 선로, 신호 처리 등에 활용되는 저음압용이 있다. 로봇이나 u-센서에서 물체를 지각하고 거리를 측정하는 데 이용되는 초음파 센서로는 음의 발생과 검출을 겸하는 것으로 특정한 결정 구조를 갖는 물질의 압전 소자와 고전압 펄스를 인가할 경우 정전 인력에 의해 진동이 발생하는 정전 효과 방식이 있다.
초음파 센서는 공기중의 소리를 감지하는 센서로 보통 초음파 센서에서 발사된 초음파 펄스가 피 측정물의 표면에서 반사되어 다시 초음파 센서로 되돌아 올 때까지의 시간을 측정하여 이를 기준으로 분석하여 필요한 정보를 얻는 방법을 사용한다. 초음파센서의 측정거리는 약 10m 이다.
4. 가속도 센서 [Acceleration Sensor]
이동하는 물체의 가속도나 충격의 세기를 측정하는 센서이다.
가속도 센서는 가속도, 진동, 충격 등의 동적 힘을 감지하여 관성력, 전기변형, 자이로의 응용원리 등을 이용한 것으로 자동차나 항공기, 공장 자동화, 휴대폰과 로보틱스 등 첨단 제품에 사용되는 핵심기술 중의 하나이다.
움직이는 물체의 가속도나 방향을 측정할 수 잇는 점 때문에 로봇이 자신의 위치나 동작을 인식하는데 주로 쓰이며 모바일 기기 등에도 수요가 급증하고 있다.
5. 적외선 센서 (인체감지 센서) [Infrared Sensor]
적외선 센서는 적외선을 이용하여 온도, 압력, 방사선의 세기 등의 물리량과 화학량을 감지, 신호처리가 가능한 전기로 변환하는 장치로 기계가 적외선을 발산하여 차단하는 것을 감지 하는 것과 주변의 적외선을 검출하는 것이 있는데 주로 방범이나 화재감지 등에 사용된다.
흔히 사용되는 인체감지 센서는 인체가 방출하는 적외선 파장을 검출하는 초전적외선 센서를 이용하는데 감지한 적외선을 열로 바꾸어 검출하므로 인체감지시에는 특정 파장의 대역만 통과하는 필터를 사용한다.
6. 바이오 센서 [Biosensor]
생물이 가지고 있는 기능을 이용하여 물질의 성질 등을 조사하는 장치이다. 측정 대상물로부터 정보를 얻을 때 생물학적인 요소를 이용하거나 또는 모방하여 생화학 반응에 의한 신호를 색, 형광, 전기적 신호 등과 같이 인식 가능한 유용한 신호로 변환시켜주는 화학센서의 일종이다.
변이원에 민감한 고초균을 사용하여 돌연변이 변성물질이나 발암성 물질의 검정에 사용되고, 임신하였을 때 나타나는 특징 호르몬 측정 대상물을 소변에서 검지하기 위하여 항체(생물학적 요소)를 이용하여 인식 가능한 유용한 신호(색)로 바꿔주는 임신진단 키트 등을 예로 들 수 있다.
7. 이미지 센서 [Image Sensor]
피사체 정보를 검지하여 전기적인 영상신호로 변환하는 장치 또는 전자부품으로 촬상관과 고체이미지센서로 크게 나눌 수 있다. 비디콘, 플럼비콘, 금속산화물반도체(MOS), 전하결합소자(CCD) 등을 들 수 있다.
이미지센서는 CCD이미지 센서와 CMOS 이미지센서가 있으나 최근들어 저전력, 고집적화가 요구되면서 점차 CMOS 이미지센서의 비중이 커지고 있다.
1) CCD 이미지 센서
CCD란 Charge Coupled Device의 약칭으로 전하결합소자라고 불린다. CCD는 반도체 속에 주입한 소수 반송자의
신호를 한 덩어리의 전하로 하여 외부 전압에 의해 결정 표면과 평행 방향으로 전송할 수 있는 반도체 소자이다.
CCD에는 많은 수의 광다이오드 소자가 집적되어 있고 이곳에 빛이 비추어지면 빛의 양에 따라 전자가 발생하고 그
전자가 생성된 량( 量 )에 따라 화상(이미지)이 생겨난다. CCD 이미지 센서는 치수나 화질 등의 여러 종류가 있으며,
디지털 카메라를 비롯하여 스캐너, 휴대폰, 자동차, 미사일의 센서 등에 폭넓게 쓰인다.
좋은 화질의 화상(이미지)을 얻기 위해서는 CCD가 클 수록 좋다.
2) CMOS 이미지 센서
CMOS 이미지 센서의 원리가 고안된 것은 1960년대 후반이지만 실용화된 것은 미세 가공 기술이 첨단화된 1990년대
이후이다. 2000년대 후반 후터 Image Sensor 기술의 고해상도화가 진행됨에 따라 BSI(back side illumination) 공정
기술과 3D Stacking Sensor 제작 공정기술이 대두되고 있다.
단위 셀마다 증폭기를 가지고 있으며 광변환된 전기신호의 읽기에 의해서 전기 노이즈의 발생이 적어지는 특징이 있다.
CMOS 로직 LSI 제조 프로세서의 응용으로 대량생산이 가능하기 때문에 고전압 아날로그 회로를 가지는 CCD이미지 센서와 비교해서 제조 단가가 낮고 소자의 크기가 작아서 소비 전력이 적다는 장점이 있다.
그리고 논리 회로를 동일한 공정으로 제작해서 화상 처리 회로를 data-on-Chip화하여 화상 인식 장치, 인공 시각 장치에 응용 연구되어서 일부는 상용화 되었다. 이로 인해 인공 망막 칩이라고 불리는 경우도 있다.
8. GeoSensor
GeoSensor는 RFID리더, 모바일 RFID, 센서노드 텔레매틱스 단말, CCTV 등과 같이 직접 또는 간접적으로 위치를 획득할 수 있으면서 해당위치와 연관된 다양한 형태의 값들을 스트림의 형태로 생성하는 장치를 말한다.
센서의 종류와 특성
센서의 종류와 특성
1. 센서란?
외부에서 발생하는 여러가지 신호와 정보를 알아내는 장치.
열, 빛, 온도, 압력, 소리 등 물리적인 양이나 그 변화를 감지하거나 구분 및 계측하여 일정한 신호로 알려주는 부품이나 기구.
ex)우리 몸의 감각 기관
기관 감각 대상의 신호 센서 눈 시각 눈으로 들어오는 빛 광 센서 코 후각 코로들어오는 기체상태의 화학물질 가스 센서 혀 미각 입안으로 들어온 액체상태의 화학물질 이온 센서 귀 청각 평형감각 귀로 들어온 공기의 진동 소리 센서 가속도 센서 피부 촉각 압력또는 온도변화 압력 센서 온도 센서
<표1> 사람의 오감과 센서의 대응 관계
2. 센서의 종류
1 화학센서
특정한 화학물질을 감지 ex) 화제경보기(연기입자)
2 압력센서
단위면적에 작용하는 힘, 회전력, 물체의 무게 등을 측정할 수 있는 장치 ex) 터치스크린
원리 : 반도체에 압력이 가해졌을 때 저항이 변하는 원리를 이용
3 온도센서
센서의 금속이나 반도체의 저항이 온도에 따라 변하는 성질을 이용한 것 ex) 가전제품의 온도조절장치, 공항의 열화상장치
원리 : 열전기상이라는 현상이 있다. 이것은 서로다른 두 금속을 맞붙여놓고 가운데를 가열하면 두금속의 양쪽끝에 전압이 형성이 된다. 여기서 전압이 얼마나 크게 형성되느냐에 따라 열애너지의 온도가 얼마나 높으냐를 판단할 수 있다.
4 광센서
빛에 담긴 신호를 전기 신호로 바꾸어 주는 것 ex) 건물의 자동문, 방범장치, 리모컨 등
원리 : 광전효과라는 현상이 있다. 어떤 금속위에 빛이 들어 올때 금속 표면에서 전자가 튀어나오게 되는데 이러한 현상을 광전 효과라고 이야기한다. 빛을 받을 금속과 전자를 받아들이는 장치를 만들어 놓고 전류계를 연결해 두었다고 가정해보자. 이상태에서 빛이 들어오지 않으면 전자가 튀어나오지 않으므로 위의 가정한 회로에는 전류가 흐르는 현상이 일어나지 않을 것이다. 반대로 빛이 들어오면 전류가 흐를것이다.
5 소리센서
물체의 진동을 전기신호로 변환시켜 소리를 감지하는 센서 ex) 마이크, 녹음기, 어군 탐지기
원리 : 전자기유도를 이용한다. 이것은 전류가 자기장 변화에 의해서 유도된다라는 것이다. 예를들어 자석에는 N극과 S극이 있다. 이때 자석의 움직임의 경로에 코일이 있다고 가정을 해보자. 자석이 코일의 근처고 다가가게 되면 이 코일의 내부를 지나가게 되는 자기력선의 수에 변화가 일어나고 이코일은 그 자기력선의 변화를 방해하는 방향으로 전류를 만들게 된다. 자석이 다가오거나 멀어지게 되면 전류가 만들어지게 되는 현상이 생기는데 이러한 현상을 ‘전자기 유도’ 라고 한다. 이상황에서 만약 자석의 뒷쪽에 울림판을 달았다고 생각을 해보면 외부에서 울림판의 방향으로 소리가 들어오면 자석이 소리의 진동으로 인해 앞뒤로 떨릴 것이란것을 예상할 수 있다. 그러면 자석이 코일 근처에서 움직이게 되고 결과적으로 코일에서는 소리에 떨림에 따라서 전류가 만들어져 나오는 것이다. 그 전류를 측정하여 소리가 들어왔는지 아닌지를 체크하는 것이 바로 소리센서 이다.
6 전자기센서
전류가 흐르는 도선은 자기장을 만들고 자기장의 변화는 코일의 전류를 흐르게 하는 원리를 이용한 센서 ex) 도난방지 시스템, 금속탐지기
3. 아두이노 X 센서
<입력장치>-각종 센서 및 버튼 종류
1. 초음파 거리 센서 모듈
– 초음파를 이용하여 물체까지의 거리를 감지하는 센서
– 가까워지고 멀어지는 거리(3cm – 4m)를 알 수 있음 – 자동차 후방감지
2. 적외선 장애물 감지 센서 모듈
– 적외선 송신부와 수신부가 함께 달려 있어, 앞에 장애물에 의해 적외선이 반사되면 알려줌
3. 적외선 인체감지 센서 모듈
– 인체에서 나오는 적외선을 감지
– 깜깜한 밤에도 사람이 5m 정도 가까이 왔는지 알아냄
4. 가속도 센서 모듈
– x,y,z 축으로 얼만큼 가속되는지 감지
– 어느방향으로 얼만큼 가속되는지 크기를 알아냄, 또는 어느방향으로 얼만큼 기울어 졌는지 크기를 알아냄
5. 온도 센서 모듈
– 온도측정
– 온도(-55 – +125도)의 크기를 알 수 있음
6. 진동 센서 모듈
– 물체의 움직임이나 진동을 감지
– 터치, 진동, 충격등의 물리적인 움직임을 감지
7. 자기 센서 모듈
– 자기장의 세기를 감지
– 자기장의 세기에 따라 전압이 변함 유량 및 유속감지, 자동차 속도 측정
8. RGB SMD LED 모듈
– 빛의 색깔을 감지 하는 센서
9. 포토 인터럽트 모듈
– 사이를 물체가 지나갔는지 감지
– 출발신호
10. 디지털 온도 습도 센서 모듈
– 온도와 습도 측정
– 습도 측정 범위 20-90%, 온도 측정범위 0-50도
11. 기울기 센서 모듈
– 기울어짐 또는 어느쪽으로 기울어졌는지를 감지
12. 조도 센서 모듈
– 빛의 밝기를 감지하는 센서
– 빛이 얼마나 밝은지 어두운지를 크기로 알아냄
13. 소형 리드 스위치 모듈
– 자석이 가까이 있는지를 감지해서 on/off
14. 적외선 리모트 컨트롤 모듈
– 적외선 빛이 도달했는지를 감지
15. 불꽃 감지 센서 모듈
– 불꽃에서 발생하는 적외선 파장을 감지
16. 노크 센서 모듈
– 플라스틱 케이스 안의 금속이 진동 및 충격을 감지
17. 사운드 센서 모듈
– 외부에서 발생하는 소리의 크기를 감지
– 소음경보기
18. 심박 센서 모듈
– 손가락을 대면 심장 박동수를 측정
19. 무게 센서 모듈
– 올려 놓은 물체의 무게를 측정
20. 기압계 모듈 센서
– 압력을 감지
– 고도계로도 사용
21. 가스, 알콜, LPG, 일산화탄소, 수소, CO가스 센서
– 종류별로 각각 위에 열거된 기체나, 가스를 감지
22. 토양 습도 센서
– 화분이나 토양의 습도를 측정하는 센서
23. 휨센서
– 구부러짐을 감지하는 휨센서입니다. 휨의 정도를 측정
24. 물센서, 수위센서
– 물이 접촉했는지 감지
– 수위조절
25. 광학먼지센서
– 담배연기 같은 공기중의 미세 분진을 측정
26. 압력센서
– 누르는 힘의강도를 측정할 수 있는 센서
27. 전도성 고무줄 또는 플라스틱
– 고무줄이 늘어나는 것을 감지
28. 음성인식센서
– 간단한 영어 명령을 인식할 수 있음
29. GPS 수신기
– GPS를 이용하여 현재 위치 파악
30. 터치 센서 모듈
– 손으로 살짝만 터치해도 on/off
31. 위치감지센서
– 눌린 위치를 감지할 수 있는 센서
– 피아노
32. 지문인식 센서
– 사용자의 지문을 인식하는 센서
33. 로터리 인코더 모듈
– 로터리가 얼만큼 회전했는지를 측정
34. 전류 측정 센서
– 흘러가는 전류 크기를 측정할 수 있는 센서
<출력장치>-동작할 수 있는 제품들
1. DC모터
– 회전속도를 조절할 수 있음
– 예) 선풍기, 자동차바퀴, 로봇이동
2. 스텝모터
– 정확한 회전 각도를 조절할 수 있는 모터
– 시계, 자동차 차단기
3. 스피커
– 원하는 소리 발생
4. 수중 펌프 모터
– 물을 퍼올릴 수 있는 펌프
– 화분 물주기, 물이동
5. LED등
– LED 등을 켜거나 끌 수 있음
– 실내등
6. 적외선 발광 모듈
– 적외선 빛을 발생시킴
7. 레이져 발광 모듈
– 레이저 빛을 발생시킴
8. RGB 컬러 LED 모듈
– LED 등을 이용하여 RGB 색을 섞어 원하는 모든색을 만들 수 있음
9. 수동 부저 모듈
– 소리 신호 알림장치
– 큰 부저 소리(경고음)를 발생
10. 피에조 버저 모듈
– 원하는 음을 연주할 수 있음
– 진동수를 설정해 주면 해당 진동수의 소리 발생
11. LED 체인
– 25개의 RGB LED가 연결되어 있어 순차적으로 또는 한꺼번에 다양한 색의 빛을 낼 수 있음
12. 아두이노 LCD 모듈
– 16*2 한글,알파벳, 숫자, 특수문자등을 화면에 보여줄 수 있음
– 온도값
13. 5V 릴레이 모듈
– 아두이노에서 신호를 주어 220V 전자장비의 전원을 on/off 가능
– 모든 가전제품 전원제어
14. 가전제품
센서의 종류와 특성
센서는 감지기능입니다. 같은 적외선과 초음파라 할찌라도 용도와 목적에 따라 응용방법이 아주 다양함니다.
지하철의 경우 PSD(스크린도어, 승강장안전문)에 센서가 부착되어 있어 스크린도어에 물체나 사람이 끼면 저절로 열리게 되어 있습니다.
참고로 서울도시철도 5,6,7,8호선은 스크린도어가 닫히지 않으면 열차가 출발하지 못하도록 프로그래밍이 되어 있습니다.
1.적외선 센서
적외선 센서는 일상 생활에서 널리 쓰이고 있는 센서 중의 하나로, 자동문의 개폐 장치, 전자식 감응 드라이어, 리모컨, 버스 출입문 등 주로 사람이나 물체의 접근 또는 통과 등을 검출하는 데 쓰인다. 최근에 마이크로마우스를 구성하는 데 있어 초음파 센서와 더불어 가장 많이 쓰이는 센서 중의 하나이다.
적외선 센서는 크게 두 가지로 분류할 수 있으며 초전형과 양자형으로 분류된다.
초전형은 PZT계와 LiTa03계가 있으며, 후자의 양자형에는 기전력 타입(InAs, InSb)과 도전 타입(HgCdTe)이 있다. 또한 주요 메이커로는 초전형의 PZT계에서는 무라다, 호리바, 하마마쯔, 포토닉스 등이 있다.
한쪽에서는 강한 적외선을 발사하는 LED가 있고 또 다른 한쪽에는 그 적외선을 받는 적외센서인 포토TR이 있는데 평소에는 센서가 빛을 받아on 되어 있지만 그 사이에 어떤 물체가 있으며 센서가 적외선이 막히므로 OFF되어 물체의 유무를 감지할수 있다.
스스로 적외선을 복사하여 빛이 차단됨으로써 변화를 검지하는 능동식과, 자체에는 발광기를 가지지 않고 외계로부터 받는 적외선의 변화만을 읽어내는 수동식이 있다. 적외선이란 전자기파 스펙트럼 중 가시광선의 적색광보다 길고 마이크로파보다 짧은 파장, 즉 파장 0.75μm∼1mm의 복사선을 가리킨다. 이것을 사용함으로써 종래의 온도센서·자외선센서보다 감도·정확도가 향상된다. 방범·화재검지 등에 널리 쓰이고 그 밖에 의료용 서모그래피, 동식물의 생태관찰 등 응용범위가 넓다.
가)발수광방식:근거리용으로서, 사물의 유무.근접.이동등을 감식하기 위한목적.
발광소자와 수광소자를 함게수용하고 발광소자에서 발사한 빔이 앞에 장애물이 있을경우 반사되어 들어오는 빔의양을 분석해서 유무를 판단하는방법
나)반사판이용 방법:가)의 방법과 기본원리는 같으나 통달거리가 보다길고 반대동작을 함니다 즉 가)는 없던빔이 생길때 동작하고 나)는 있던빔이 없어질때 동작함니다
다)송수 분리방식:송신과 수신이 서로마주보고 있으므로 통달거리가 가장 길고 빔의 차단을 감지하는 목적으로사용합나다(산업용은 1,000m용도 있음)
라)변조에의한 통신방법:작게는 TV 리모콘과 같이 1조의 송수빔속에 Data를 실어서 다양한 메세지를 보내는 방식
위에 열거한 기본기능을 가지고 사무자동화. 공장자동화. 마캣에서 상품자동이송등에 응용되고 사용장소가 실내냐,실외냐에 따라 설계가 달라집니다
적외선 감지 장치를 구성할 때는 원하는 기능에 따라 다양한 방법으로 구성이 가능하다. 일반적으로 널리 쓰이는 리모컨의 경우 발광부에는 지향 특성이 강한 적외선 LED를 사용하고, 수광부에는 파장 감도가 갖춰진 지향 감도가 강한 포토트랜지스터를 조합해서 사용한다.
2.초음파방식
센싱하고자 하는 물체에 대하여 둘다 모두 같은 방향으로 한쪽에서는 초음파 스피커로 초음파를 발사하고 또 다른 한쪽에서는 초음파를 받는 초음파마이크로폰이 있는 구조이다.
스피커에서 발사된 초음파가 물체에 부디쳐서 되돌아 올때 그 되돌아온 초음파가 원래의 신호보다 얼마나 지연되었는지 또는 얼마나 약하게 되었는지를 검사하므로 해서 물체의 위치나 크기혹은 그 물체의 초음파에 대한 반사율을 알수 있으므로 물체의 종류도 대충 알수 있다.
여러 방법에의한 여러용도가 있지만 [실용적]으로 쓰이는 것은 가)거리측정 나)이동물체의 유무 다)장애물의 유무 정도이다.
의류용, 원격 탐사용,초음파 현미경,초음파 탐지기.충격음파용(군사용).로봇에 사용한다.
3. 광전형 센서
한마디로 빛을 이용하는 센서를 말하는 것입니다.
빛의 종류엔 여러가지가 있습니다. 가시광선,적외선,X-선 등등..
이중에서 산업용으로 가장 많이 사용되는 것은 적외선으로 센서에도 적외선이 가장 많이 이용됩니다.
적외선의 장점은 무엇보다 투과율이 높아 이물질에 의한 오동작이 적기때문에 신뢰성이 높죠.
이런 적외선-광전형 센서는 크게 직접반사형, 투과형, 미러(거울)반사형, 광화어버형..등으로 분류됩니다.
직접반사형은 물체에 적외선을 직접 쏜 후 그 물체에서 반사되는 적외선을 수광부에서 수신하여 값을 검출합니다.
투과형은 적외선을 쏘는 투광부와 수광부사이에 어떤 물체로 인해 적외선이 차단되는 것을 감지합니다.
보안제품등에서 많이 들어보셨을 겁니다.
미러반사형은 투과형과 비슷한데, 센서의 투광부와 수광부가 위치가 같고 반대편에 반사판 거울을 설치하여 반사된 적외선을 감지하는 것입니다.
광화이버형 센서는 광화이버 케이블을 이용하여 아주 작은 물체도 측정이 가능하며 육안이 닿지않는 매우 협소한 장소에도 마음대로 구부려서 설치가 가능합니다.
4.직선위치인식센서
어떤 물체가 직선위를 움직이고 있을때 이물체가 어느위치에 있는지 알수 있는 센서 인데 이것은 기구적 구조로서 직선판에 일정간격으로 구멍이 뚤리거나 마크가 되어 있다. 이 마크의 갯수를 적외선 센서나 자기센서로 읽으면 위치를 판독할수 있다.
5.온도센서
말 그대로 온도를 검출하는 센서이다. 통상 RTD, 썬머 카플 등으로 나눌 수 있다.
모양은 측정위치와 공간을 고려하여 선택하는 것이 좋겠다.
써미스터는 온도가 올라가면 저항이 변하는데 이저항의 변화로 그에 상응한 온도를 알수 있다.자동차에 사용되는 온도센서는 매우 다양하며 적용하는 범위 또한 넓다.
온도 센서의 종류를 알아보면 다음과 같다.
권선 저항형 센서, 서미스터, 광역 저항 센서, 반도체 다이오드 센서, 메달코어형 센서, 열전대 등이 있으나 현재 자동차에 가장 많이 사용되고 있는 것이 서미스터이다.
가) 권선저항형 센서
이 센서는 절연체 보빈(bobbin: 코일 감는 통)에 고순도 니켈선을 감아서 형상을 제작하고 그위에 적당한 보호피막을 덮어서 만든다. 냉각수 온도나 흡기온도 감지용으로 사용되며 온도에 의한 저항값이 변화하는 성질을 이용한 것이며 정밀도는 ±1.0% 이내이고 응답성이 불량하며 시정수는 15초 정도이다.
나) 광역 저항 센서
이 센서는 실리콘(Si) 반도체를 음극으로 하고 전압을 가햐였을 때 발생하는 저항의 온도 변화를 이용한 센서이며 생산 원가가 저렴하다. 수지몰드형의 경우 응답속도는 공기 중에서 5초 정도이고 온도계수는 0.72%/ ℃ 정도이다.
다) 메탈 코어형 센서
이 센서는 IC에 사용되는 메탈코어 기반을 이용한 것으로 기반 위에 자기를 도포시켜 홀소자로 만들고 그 표면에 니켈(Ni) 등 저항체를 넣어 형성한다. 저항값은 1㏀ 정도이며 열전도와 응답성이 좋다.
라)반도체 트랜지스터 센서
이 센서는 정전류를 순방향 바이어스된 실리콘 트랜지스터의 베이스와 이미터 사이의 전압의 온도 변화를 이용환 것이다.
서미스터는 온도에 따라 저항값이 달라지는것으로 일정온도에 따라서 저항값에 의해 현재의 온도를 알수 있도록 되어 있으며 자동차 엔진의 수온센서에 적용하고 있다
마)온도감지를 하는 방법으로는
1.일반 다이오드를 이용하는 방법
2.열전대쌍을 이용하는 방법
3.더어미스터등과 같은 온도반응소자를 이용하는 방법
4.온도감지 TR또는 IC를 이용하는 방법 등등..
6.자기센서
전자기유도현상에 의하여 전선에 발생하는 전류인 자기(磁氣)에너지를 검출·측정하며, 심자도(心磁圖)에서 취급하는 미약한 것에서부터 초전도에서 취급하는 강력한 것까지 대상으로 한다. 넓게는 자기헤드까지 포함하지만 좁은 뜻으로는 자기장의 영향으로 여러 가지 물성량(物性量)이 변화하는 효과를 이용하는 것을 말한다.
반도체에 흐르는 전류에 대해 수직으로 자기장을 걸면 전압이 발생하는 홀효과(Hall effect)나, 자기장의 영향으로 전기저항이 증대하는 자기저항효과 등을 이용하는 것이다. 인듐안티몬 같은 금속간의 화합물은 이런 효과가 크다. 최근에는 조지프슨소자를 사용하여 고감도로 자기장을 측정하는 연구가 행해지고 있다.
여러 종류가 있지만 홀소자, MR소자(자기저항효과소자), 서치코일(헤드)이 대표적이다. 테이프 리코더, VTR, 자기 디스크의 자기 헤드 등에 응용해 쓰고 있다
반도체인 홀소자는 자력을 가하면 전기적 저항이 변하는데 이것으로 근처에 금속물체가 접근하는지 알수 있다.
7.레벨 센서
수위를 측정 하는데 이용 된다. 전극 봉, 리니어, 초음파, 수압식, 등 여러가지 형태가 있다.
분진의 쌓이는 높이를 감지하는 타입도 있다.
8.리니어 스케일
쉽게 거리를 재는 자로 보면 되겠다. 거리를 전기신호로 바꾸어 출력하는 센서이다.
9.토크 센서
물체의 비틀림을 검출하고자 할 때 사용된다. 시험설비에 많이 사용된다.
10.로드 셀
물체의 하중이나 인장을 검출하는데 이용된다.
통상 하중용은 별도로 있으나 인장용은 하중과 겸해 있는 경우가 많다. 용도는 압입 설비, 저울, 파괴 시험기등에 사용된다.
11.압력 센서
유체나 기체의 압력을 체크하여 아나로그 출력을 내어준다. 통상 전류나 전압으로 출력을 내어준다. 전류는 0~20mA 나 4~20mA 로 출력한다. 전압은 너무 많다. 사용자의 의도에 따라 전압 출력 값이 변화한다.
12.로터리 엔코더
모터의 회전 속도나 회전각, 이동거리를 추출하고자 할 때 사용한다.
엔코더의 용도는 로보트, NC 공작기계, X-Y Plotter, Type writer, Printer 등이있다. 앱설루트형, 인크리멘탈형 으로 분리할수 있다.
13.근접센서
근접 센서는 전자기 유도를 이용한 센서로 금속 물체를 비접촉 감지한다.
물이나 오일이 튀는 열악한 환경에서 사용하기에 좋다. 모양에 따라 나사형, 원통형, 말굽형, 각형으로 나눌 수 있고 그 외 여러 가지 형상들이 있다.
14.안전센서
포토 센서를 여러 개 직렬로 연결한 형태로 보면 된다. 주로 프레스 설비나 로보트가 설치되는 장비에 사람이 접근하였을 때 장비를 정지 시키거나 원대 복귀 시키는 용도로 사용한다.
15.화이버 센서
포토 센서와 동일하나 빛을 보내는 부위에 광케이블을 사용하는 것이 다르다
광케이블을 사용하므로 해서 투광부와 수광부의 크기가 작아져 비좁은 공간에 설치하기가 용이하다.단점은 감지 거리가 짧다는 것이다.
16.포토 센서
적외선 등의 빛을 이용하여 물체를 감지하는 센서이다. 사진의 좌측부터 투과형, 반사경 타입, 직접 반사형으로 분류한다.
*투과형 : 투광부와 수광부가 분리되어 있어 그 사이로 물체를 감지한다.
*반사경 타입 : 투광부와 수광부가 공존하며 반사경을 통해 물체를 감지한다.
*직접 반사형 : 빛이 물체를 맞고 돌아오는 양을 검출하여 물체를 확인한다.
Sensor
다음은 다양한 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 다양한 유형의 센서 목록입니다.상기된 센서의 일부만 간략하게 살펴보겠습니다.
센서는 환경의 변화나 사건을 감지하여 다른 전자장치에서 감지된 정보를 인식할 수 있게 해주는 부품이나 모듈 등의 하위 시스템입니다.센서는 빛의 밝기와 같은 단순한 정보부터 컴퓨터 등의 연산장치로 처리해야하는 복잡한 정보까지 폭넓게 만들어지고 사용되고있습니다.센서는 사람들이 미처 인지하지 못하는 수많은 곳에 적용되어있으며 스마트폰의 터치센서와 같이 일상과 밀접한 곳에서도 많이 사용됩니다.마이크로 컨트롤러 플랫폼의 발전으로 센서가 감지할 수 있는 범위와 활용도가 높아졌으며 가변저항 등 아날로그 신호를 사용하는 센서 역시 오늘날까지 많이 사용하고 있습니다.
가장 보편적이며 대중적인 센서 중 하나는 온도 센서입니다. 온도 센서는 이름에서 알 수 있듯이 온도를 감지합니다. 전열기구 등 안전과 밀접한 곳에 많이 사용됩니다.
LM35 – 온도 센서 IC 10kΩ NTC 서미스터
온도 센서에서는 온도의 변화가 저항 또는 전압과 같은 물리적 특성의 변화로 반영됩니다.온도센서는 온도 센서 IC, 서미스터, 써모커플, RTD(Resistive Temperature Devices) 등과 같이 다양한 방식이 있습니다.
근접 센서는 물체의 존재 유무를 감지하는 비접촉식 센서입니다. 근접 센서는 광학식, 초음파, 홀(hall effect), 정전식 등 측정 대상에 따라 다양한 방식으로 측정이 가능합니다.
자기유도 근접 센서
적외선 센서 또는 IR 센서(infrared sensor)는 근접 물체 감지 및 원격제어와 같은 다양한 어플리케이션에 사용되는 광 기반 센서입니다. 광 센서와 많은 특성에서 유사하지만 인간의 시력으로는 감지할 수 없다는 장점이 있습니다.
TCRT5000 – 근접 적외선 센서
적외선 센서는 감지 방식에 따라 투과형과 반사형으로 나뉩니다. 투과형 센서는 적외선 LED와 포토다이오드가 서로 마주보게 되어있어 물체 사이를 통과할 때 센서가 물체를 감지합니다. 광학식 로터리 엔코더가 해당 방식을 사용합니다.반사형 적외선 센서는 위의 TCRT5000과 같이 송수신 소자를 같은 방향을 향하도록 배치하여 물체가 접근했을때 반사되는 적외선의 밝기를 통해 근접 여부를 판별합니다.
초음파 센서는 물체의 거리나 속도를 측정하는데 사용할 수 있는 비접촉식 센서입니다. 인간의 가청범위 외의 주파수를 사용하기때문에 소음이 없고 은닉이 쉽다는 장점이 있습니다.
HC-SR04 – 초음파 거리 센서
초음파 센서는 음파가 반사되는 시간을 사용하여 대상과의 거리를 측정 할 수 있습니다. 속도를 측정할 때에는 음파의 도플러 효과를 사용합니다.
2. 센서의 종류 1편
본격적으로 글을 시작하기에 앞서 센서의 기본적인 원리에 대해서 다시 짚고 넘어가겠습니다.
자연에 존재하는 빛, 온도, 습도 등의 물리량을 전기적 신호로 바꾸어 주는것을 일반적으로 센서라고 정의합니다. 이번 글에서는 지난 글에 이어서 어떠한 다양한 센서들이 있는지에 대해서 소개하는것이 목적입니다. 그러므로 센서 내부 소자의 종류들과 그 원리들에 대해서는 설명이 부족할 수 있음을 미리 말씀드립니다. 다양한 센서 소자와 그 원리에 대해서는 추후 토막글 형식으로 소개하도록 하겠습니다. 이번 글에서는 우리가 가장 쉽게 만나볼 수 있고, 가장 기본이 되는 센서 3가지를 설명해 드리고 이후 다양한 센서들 역시 소개해드리도록 하겠습니다.
1. 광 센서(Photo Sensor)
일반적으로 가장 흔하게 만날 수 있는것이 바로 빛을 감지하는 광 센서입니다. 대부분의 광 센서는 반도체 소자로 구성되며 반도체소자의 광전효과를 이용하여 다이오드 또는 트랜지스터 형식으로 제작이 됩니다. 사용 목적에 따라서 UV(Ultraviolet Ray, 자외선), IR(Infrared Ray, 적외선), VL(Visible Light, 가시광선)에 각각 반응할 수 있도록 제작할 수 있습니다.
가장 널리알려진 광 센서는 대표적으로 포토 레지스터(Photo Resistor), 포토 다이오드(Photo Diode), 포토 트랜지스터(Photo Transistor)가 있습니다. 이 중 포토 다이오드는 태양광 발전의 솔라셀(Solar Cell)의 기본이 되며 포토 트랜지스터는 포토 커플러(Photo Coupler)의 기본이 됩니다. 포토 다이오드와 포토 커플러에 대한 원리와 전자회로적 바탕은 추후 토막글로 소개해드리겠습니다.
<포토 레지스터>
앞서 언급한 광 센서들로 조도를 감지하여 전기적 신호(전압)를 받으면 이를 다시 조도 단위 Lux로 변환하여 이용할 수 있습니다.
2. 열 센서(Temperature Sensor)
열 센서 역시 광 센서만큼이나 광범위하게 사용되는 센서 중 하나입니다. 열 센서는 내부의 커패시터의 용량 변화, 저항 변화 등으로 온도의 변화를 감지하여 전기적 신호로 변환해줍니다. 열 센서는 그 용도만큼이나 다양한 종류가 있습니다. 대표적인 열 센서 세 가지를 예시로 들면 RTD, Thermistor, Thermocouple이 있습니다.
RTD는 금속의 온도 당 저항 변화를 원리로 사용됩니다. 일반적으로 사용환경에 따라서 그 소재가 결정이 되며 공업용으로 주로 사용이됩니다.
Thermistor는 세라믹과 금속 산화물의 합금으로 제작이 된 센서로 가장 저가의 온도 센서입니다. 주로 가전 제품, 계측 제어 등 쉽게 만나볼 수 있는 센서입니다. 센서의 감도 역시 RTD와 Thermocouple에 비해서 높은 편이고 실제 IoT분야에서 가장 사용하기 좋은 열 센서입니다.
Thermocouple은 앞의 두 센서보다 감도는 많이 떨어지지만 고온의 온도까지 측정할 수 있다는 장점이 있습니다. Seeback 효과를 이용한 Thermocouple은 냉점 보상, 매개 금속의 법칙 등 설명할 내용이 해당 전공 대학교 3~4학년 수준으로 추후에 토막글로 자세하게 설명하겠습니다.
이 외에도 IC 타입의 온도 센서와 커패시터 타입의 온도 센서 역시 존재합니다.
<싸고 좋은 Thermistor>
3. 힘 센서(Force Sensor)
힘 센서하면 가장 먼저 떠오르는 것은 바로 체중계가 아닐까 생각합니다. 압력 센서는 크게 Strain Gauge, Pressure Sensor, Inertial Sensor가 대표합니다.
여담이지만 대학 시절에 재료역학을 열심히 공부를 안하고 전기 전자과목만 열심히 했다가 나중에 압력 센서를 공부하다가 발목이 잡힐줄은 몰랐습니다. 바로 Strain Gauge(이하 SG)를 공부하던 대학 3학년 시절이였습니다. SG의 원리 자체는 간단합니다. 도체 또는 반도체에 응력(Stress)가 작용할 때 저항 변화를 검출해 내는 것입니다. 저항은 길이에 비례하고 단면적에 반비례 하는 원리입니다. 이러한 원리로 힘, 압력, 가속도 측정에 사용되는 센서가 바로 SG입니다. 금속의 푸아송 비(Poisson’s Ratio)를 알고 이를 통해서 Gage Factor를 구해내야 저항의 변화를 구할 수 있기에 당시에 식을 유도하는데 어려움을 겪었던 기억이납니다.
SG안에서도 그 종류가 나뉘는데 접착식 SG, Load Cell, Piezo Resistive Sensor가 대표적입니다. 접착식 SG는 소형제작이 가능하고 그 결과가 선형적이며 저항이 적다는 장점이 있지만 측정 스팬이 굉장히 좁고 힘 뿐만 아니라 온도의 영향역시 받는다는 단점이 있습니다. 접착식이라는 것 역시 그 자체로 단점이 됩니다. 로드셀과 Piezo Resistive Sensor는 추후에 토막글로 다시 설명하겠습니다.
압력 센서(Pressure Sensor)는 절대압력, 게이지 압력, 차동 압력을 측정하는 것이 일반적입니다. 다이아프램(Diaphram) 형 압력센서, 유체 압력계(Manometer), 전기식 용량형, 전기식 저항형 등이 그 예를 들 수 있습니다. 소개한 네 가지의 압력 센서 종류의 원리는 굉장히 간단하고 어렵지 않습니다. 유체 압력계는 고등학교 시절 물리시간에 배울 수 있으며 다이아프램 형 센서는 변위와 압력이 비례한다는 간단한 원리로 이루어져 있습니다. 용량형 센서는 압력에 의해 커패시터 양단의 거리가 변화하면서 생기는 용량변화를 검출해내며 저항형 센서는 앞서 설명한 SG와 같이 생각하시면 됩니다.
힘 센서의 꽃은 결국 이 관성 센서(inertial Sensor)라고 생각합니다. 단순히 힘 센서 뿐만 아니라 개인적으로는 모든 센서들 중 이 관성 센서가 가장 빛이 난다고 생각합니다. 관성 센서는 크게 가속도 센서(Accelerometer)와 각속도 센서(Gyroscope)로 나눌 수 있습니다.
가속도 센서는 동작을 변환시켜 줄 수 있습니다. 무슨말이냐 하면 가속도를 속도로, 속도를 변위로 바꿔주는 미적분 관계를 이용할 수 있는 센서입니다. 또한 기울기를 구할 수 있으며 진동도 감지할 수 있습니다. 이 가속도 센서를 단순히 하나의 축이 아닌 입체의 X, Y, Z 세 축을 감지할 수 있도록 만들어 사용하는것이 일반적입니다. 가속도 센서는 우리의 핸드폰, 자동차, 항공, 선박 등 다양한 첨단기기들에 사용이 되는 중요한 센서입니다. 단순히 가속도 센서만이 사용되는것은 아니지만 그 근간이 되는 두 센서 중 하나가 바로 가속도 센서입니다. 가속도 센서 역시 커패시터를 이용한 용량형 센서와 저항형 센서가 존재합니다.
각속도 센서는 Roll Pitch Yaw를 구하고 각속도를 통해서 각도를 구해내며 이 과정에서 코리올리 효과를 이용합니다. 보통 시중에서 사용되는 대부분의 센서는 이 Gyroscope와 Accelerometer가 함께 결합되어 판매되고 이를 같이 이용하여 다양한 결과값을 도출해냅니다.
추후에 이 각속도 센서와 가속도 센서에 대해서는 토막글 형식이 아닌 그 원리와 내용 등 자세하게 소개하도록 하겠습니다.
[센서의 종류와 정의] 센서에 대해서 알아보자! -1편-
센서(Sensor)
한국말로는 ‘감지기’라고 합니다.
빛, 열, 온도, 압력 등 물리적인 양이나
변위, 길이, 압력, 힘과 같은 역학적인 양을 검출하기 위해 사용합니다.
센서는 사람의 눈, 코, 혀, 귀, 피부처럼
기계나 시스템의 시각, 청각, 미각, 후각, 촉각의 역할을 할 수 있습니다.
정확하고 신뢰성 높은 분야에서 필요한 만큼
정확성, 신뢰성, 내구성, 반응속도, 감지 범위 등
여러 가지 조건들을 잘 고려해서 사용할 센서를 선정해야 합니다.
이렇게 여러 분야에서 사용되는 센서는
그 종류와 사용목적에 따라 아주 다양하게 개발되었습니다.
많은 센서 중의 일부를 오늘 소개해드릴게요.
1. 온도 센서
Temperature Seonsor
기온, 체온을 비롯한 물체나 공간의 차가움과 따듯함을 나타내는 온도.
매일 하루의 시작을 뉴스로 하시는 분들은
아침마다 오늘의 날씨를 보실 겁니다.
일상에서 널리 사용하는 온도는
바로 이 온도센서를 통해 측정할 수 있어요.
요즘 코로나 바이러스 때문에 꼭 체크해야 할 체온의 측정에도
체온계 속의 온도센서가 사용되죠.
일반적인 재료나 전자 소자는 모두 온도에 따라
전기적 특성이 변화하므로 모두 온도센서라고 칭할 수 있어요.
하지만 좀 더 정확하고 신뢰도 높은 온도 값을 구할 수 있고
사용목적에 적합한 것들을 온도센서로 사용하고 있답니다.
학창 시절 과학실에서 만난 온도계나 체온계와는 조금 다른 온도센서.
온도의 변화에 응답하는 센서로서
센서라는 이름에 맞게 온도관리를 자동화하는데 사용해요.
접촉식과 비접촉식으로 나뉘는 온도센서는
온도가 높아지면 저항값이 감소하는 부저항 온도 계수의 특성이 있어서
미세한 온도 변화에도 급격한 저항의 변화를 일으키기 때문에
온도 제어용 센서로 사용합니다.
2. 광센서
Photosensor
광센서는 가시광선을 포함해서 전자기파 중 광학적인 영역으로 분류가 가능한
자외선, 적외선 등의 광 신호를 감지하는 센서입니다.
이렇게 감지한 것을 전기적인 신호로 변환하여 검출해내요.
광센서의 동작원리를 이해하려면
광전효과에 대해서 먼저 알아야 하는데요.
광전효과란 아인슈타인이 증명한 실험을 통해 알려졌습니다.
빛이 각각의 진동수에 비례하는 에너지를 가진
알갱이인 광자로 이루어져 있다는 것입니다.
이로 인해 금속판에 특정한 빛을 조사해주면
에너지를 얻어 금속판 속의 전자가 금속 밖으로 나올 수 있게 되고
이렇게 금속으로부터 방출된 전자가 이동하며
전류의 흐름에 기여하게 되는 것이죠.
또한 광센서는 비접촉식 센서로 사용이 가능하므로
접촉식 센서에 비해서 수명이 길다는 게 큰 장점입니다.
또한 열이나 전기적 신호를 검출해내는 센서가 아닌
빛을 측정하기 때문에 검출 가능한 거리 역시 비교적 큰 편이고
빠른 응답속도 역시 아주 큰 장점이어서
기계설비의 보호장치에도 사용됩니다.
다만 광센서 사이에 방해 요소나
예기치 못한 다른 빛이 들어온다면
오동작을 일으킬 수 있는 단점도 가지고 있어요.
3. 압력 센서
Pressure Sensor
압력 센서는 압력을 측정하는 센서입니다.
액체 혹은 기체의 압력을 검출하고
사용하기 쉬운 전기신호로 변환하여 전송하는 센서이죠.
압력 센서는 사용할 곳이 참 많습니다.
그런 만큼 그 종류도 아주 다채롭습니다.
중량 센서, 디지털 압력계, 스트레인 게이지, 반도체 압력 센서 등
여러 가지 종류의 압력 센서가
여러 분야에서 활용되고 있답니다.
가정이나 헬스장 혹은 목욕탕에서 볼 수 있는 디지털 체중계 역시
압력 센서를 통해 체중을 측정해준답니다.
그 측정 방법 역시 변위 혹은 변형을 통한 측정이나
분자 밀도의 열전도율을 이용하는 등 여러 가지 방법이 존재합니다.
벤투리관의 압력 차이를 측정하는 센서 역시
압력 센서의 역할입니다.
4. 근접 센서
Proximity Sensor
마지막으로 소개 드릴 센서는 바로 근접 센서입니다.
아마 이 글을 읽고 계시는 분들은 모두
근접 센서를 하나씩 휴대하고 계실 텐데요.
스마트폰으로 통화할 때 귀 가까이에 휴대폰을 가져가면
화면이 꺼지는 걸 다 알고 계실 겁니다.
바로 휴대폰 상단에 위치한 근접 센서 덕분이죠.
어떤 물체가 접근해 왔을 때의 위치를 검출하기 위한 근접 센서.
근접 센서는 전자기장이나 전자기파(적외선)를 방출하며
그 전기장과 돌아오는 신호를 찾습니다.
이렇게 물체가 근접했는지 아닌지 판별합니다.
근접 센서 역시 광센서와 마찬가지로 비접촉식 센서이므로
아주 긴 수명이 큰 장점입니다.
또한 높은 신뢰성을 자랑하기도 하죠.
정전용량형 근접 스위치와 고주파 발진형 근접 스위치에 대해 배운 적이 있는데요.
정전용량형 근접 스위치(Capacitive Proximity Sensor)는 물체와의 거리를 비접촉 상태로 검출하며
대상물과 센서 간의 정전용량이 둘 사이 거리에 반비례하는 특성을 사용합니다.
덕분에 미세한 변위를 검출하는데 적합하고
정밀도 높은 검출을 할 수 있어요.
고주파 발진형 근접센서(High-frequency Oscillation-type Proximity Sensor)의 경우에는
금속물체에 적합한 근접 스위치예요.
코일의 고주파 발진으로 생긴 전자장에
금속물체가 접근하면 유도전류가 흐르게 됩니다.
바로 이 유도전류가 센서 내에 흐르고 있던 전류를 변화시키고
이것을 통해 회로를 동작시켜 출력 신호를 얻는 센서입니다.
+
일상에서 쉽게 만나볼 수는 없는 것 같지만
초음파 센서(Ultrasonic Sensor) 역시 빠질 수 없는 센서의 한 종류입니다.
사람의 귀에 들리지 않는 아주 높은 주파수의 소리인 초음파!
이러한 초음파의 특성을 이용한 초음파 센서는
공기, 액체, 고체 모두 사용이 가능한 센서입니다.
초음파의 속도를 측정하는 초음파 유속계, 초음파 유량계.
거리의 측정이 가능한 초음파 거리계 등 여러 분야에서 활용이 가능합니다.
초음파 진단장치, 초음파 CT스캐너와 같은 수준 높은 의학 분야나
바닷속의 수중 탐지기에도 초음파 센서가 함께해요.
여러 가지 센서에 대해 알아보았습니다.
이 외에도 속도, 회전수, 힘 등을 감지하는 센서들과
자외선, 방서선과 같은 특수한 물리량을 검출하는 센서도 존재합니다.
센서에 대한 두 번째 포스팅에서는
오늘 소개드린 센서 외에 다른 것들을 소개해드릴게요.
감사합니다 🙂
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