무에서 2018. 4. 18. 22:13
물체를 감지하는 광 센서의 종류는 다양하지만 많이 사용하는 방법은 Diffuse 방식과 Convergent 방식이 있다.
Diffuse 방식은 다음 그림과 같이 빛을 발사하여 물체에서 산란 되어 반사되는 빛의 세기로 물체를 감지하는 방식이다.
Convergent 방식은 빛의 일정한 거리에 초점을 맞추어 발사하고 물체에서 산란 되어 반사되는 빛의 세기로 물체를 감지하는 방식이다.
Convergent 방식은 정해진 초점에서 일정 범위의 물체를 감시할 수 있고 초점 거리에서 너무 가깝거나 먼 물체는 검출할 수 없다. 하지만, Diffuse 방식은 거리에 상관 없이 빛이 반사되는 거리까지 검출 할 수 있다.
Convergent 방식은 검출하려는 물체 뒤에 검출할 필요가 없는 다른 물체가 있을 때 사용할 수 있다.
광 센서는 보통 적외선을 많이 사용하고 주위의 적외선에 의한 오동작을 막기 위해 펄스 모듈레이션 된 적외선을 사용한다.
2_morrow 2020. 2. 22. 00:10
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 :)