- 센서 란?
- 센서 유형 :
- IR LED :
- 포토 다이오드 (광 센서) :
- LDR (Light Dependent Resistor) :
- 서미스터 (온도 센서) :
- 열전대 (온도 센서) :
- 스트레인 게이지 (압력 / 힘 센서) :
- 로드셀 (무게 센서) :
- 전위차계:
- 인코더 :
- 홀 센서 :
- 플렉스 센서 :
- 마이크 (사운드 센서) :
- 초음파 센서 :
- 터치 센서 :
- PIR 센서 :
- 가속도계 (틸트 센서) :
- 가스 센서 :
이미 자동화 시대가 시작되었습니다. 지금 우리가 사용하는 대부분의 것들은 자동화 될 수 있습니다. 자동화 된 장치를 설계하려면 먼저 센서에 대해 알아야합니다.이 센서는 사람의 개입없이 작업을 수행하는 데 도움이되는 모듈 / 장치입니다. 우리가 매일 사용하는 모바일이나 스마트 폰조차도 홀 센서, 근접 센서, 가속도계, 터치 스크린, 마이크 등과 같은 센서를 갖습니다.이 센서는 외부 세계의 매개 변수를 감지하고 제공하는 모든 전기 장비의 눈, 귀, 코 역할을합니다. 장치 또는 마이크로 컨트롤러에 대한 판독.
센서 란?
센서는 힘, 압력, 변형, 빛 등과 같은 물리량을 감지 / 감지 한 후 전기 신호와 같이 원하는 출력으로 변환하여 적용된 물리량을 측정하는 데 사용할 수있는 장치로 정의 할 수 있습니다 . 경우에 따라 센서만으로는 획득 한 신호를 분석하기에 충분하지 않을 수 있습니다. 이 경우 우리가 사용하는 최종 장치에 대해 센서의 출력 전압 레벨을 원하는 범위로 유지하기 위해 신호 조절 장치 가 사용됩니다.
에서 신호 처리 수단, 상기 센서의 출력을 증폭 할 수있는 소정의 출력 전압을 필터링 또는 변형. 예를 들어 마이크를 고려하면 오디오 신호를 감지하고 출력 전압 (밀리 볼트 단위)으로 변환하여 출력 회로를 구동하기 어렵게됩니다. 따라서 신호 조절 장치 (증폭기)를 사용하여 신호 강도를 높입니다. 그러나 신호 컨디셔닝은 포토 다이오드, LDR 등과 같은 모든 센서에 필요하지 않을 수 있습니다.
대부분의 센서는 독립적으로 작동 할 수 없습니다. 따라서 충분한 입력 전압이 적용되어야합니다. 센서마다 작동 범위가 다르므로 작업시 고려해야합니다. 그렇지 않으면 센서가 영구적으로 손상 될 수 있습니다.
센서 유형:
시장에서 사용할 수있는 다양한 유형의 센서를 살펴보고 그 기능, 작동, 애플리케이션 등에 대해 논의하겠습니다. 다음과 같은 다양한 센서에 대해 논의합니다.
- 광 센서
- IR 센서 (IR 송신기 / IR LED)
- 포토 다이오드 (IR 수신기)
- 빛 의존 저항기
- 온도 센서
- 서미스터
- 열전대
- 압력 / 힘 / 무게 센서
- 스트레인 게이지 (압력 센서)
- 로드셀 (무게 센서)
- 위치 센서
- 전위차계
- 인코더
- 홀 센서 (자기장 감지)
- 플렉스 센서
- 사운드 센서
- 마이크로폰
- 초음파 센서
- 터치 센서
- PIR 센서
- 기울기 센서
- 가속도계
- 가스 센서
프로젝트 또는 애플리케이션에 따라 원하는 센서를 선택해야합니다. 앞서 말했듯이 작동하도록하려면 사양에 따라 적절한 전압을 적용해야합니다.
이제 다양한 센서의 작동 원리와 일상 생활 또는 응용 분야에서 볼 수있는 원리를 살펴 보겠습니다.
IR LED:
IR 송신기라고도합니다. 적외선 을 방출하는 데 사용됩니다. 이러한 주파수의 범위는 마이크로파 주파수보다 큽니다 (예:> 300GHz에서 수백 THz까지). 적외선 LED에서 생성 된 광선은 아래 설명 된 포토 다이오드로 감지 할 수 있습니다. IR LED와 포토 다이오드 쌍을 IR 센서라고 합니다. 다음은 IR 센서의 작동 방식입니다.
포토 다이오드 (광 센서):
광선을 감지하는 데 사용되는 반도체 장치로 주로 IR Receiver로 사용됩니다 . 그 구조는 일반 PN 접합 다이오드와 유사하지만 작동 원리가 다릅니다. 우리가 알고 있듯이 PN 접합은 역 바이어스 될 때 작은 누설 전류를 허용하므로이 속성은 광선을 감지하는 데 사용됩니다. 광 다이오드는 광선이 PN 접합에 떨어지도록 구성되어 우리가 적용한 빛의 강도에 따라 누설 전류를 증가시킵니다. 따라서 이러한 방식으로 광 다이오드를 사용하여 광선을 감지 하고 회로를 통해 전류를 유지할 수 있습니다. 여기에서 IR 센서가있는 포토 다이오드의 작동을 확인하십시오.
포토 다이오드를 사용하여 태양 광 강도가 감소 할 때 빛이 나는 기본 자동 가로등을 만들 수 있습니다. 그러나 광 다이오드는 빛이 조금 떨어지더라도 작동하므로주의해야합니다.
LDR (Light Dependent Resistor):
이름 자체가 빛의 강도에 따라 달라지는 저항을 지정합니다. 그것은 빛으로 인한 전도를 의미하는 광 전도성의 원리에 따라 작동합니다. 일반적으로 황화 카드뮴으로 구성됩니다. 빛이 LDR에 떨어지면 저항이 감소하고 도체와 유사하게 작용하고 빛이 떨어지지 않으면 저항이 거의 MΩ 범위에 있거나 이상적으로는 개방 회로 역할을합니다 . LDR에서 고려해야 할 한 가지 사항은 빛이 표면에 정확히 초점이 맞지 않으면 반응하지 않는다는 것입니다.
트랜지스터를 사용하는 적절한 회로를 사용하면 빛의 가용성을 감지하는 데 사용할 수 있습니다. R2 (베이스와 이미 터 사이의 저항)가 LDR로 대체 된 전압 분배기 바이어스 트랜지스터는 광 검출기로 작동 할 수 있습니다. LDR을 기반으로 한 다양한 회로를 여기에서 확인하십시오.
서미스터 (온도 센서):
서미스터를 사용하여 온도 변화 를 감지 할 수 있습니다 . 온도 계수가 음수이므로 온도가 증가하면 저항이 감소합니다. 따라서 서미스터의 저항은 온도 상승에 따라 변하여 더 많은 전류가 흐를 수 있습니다. 이러한 전류 흐름의 변화는 온도 변화량을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 서미스터의 응용 분야는 온도 상승을 감지하고 트랜지스터 회로의 누설 전류를 제어하여 안정성을 유지하는 데 사용됩니다. 다음은 DC 팬을 자동으로 제어하는 Thermistor의 간단한 응용 프로그램입니다.
열전대 (온도 센서):
온도 변화를 감지 할 수있는 또 다른 구성 요소 는 열전대입니다. 구조에서 두 개의 다른 금속이 결합되어 접합부를 형성합니다. 주요 원리는 서로 다른 두 금속의 접합부가 가열되거나 고온에 노출 될 때 단자의 전위가 변하는 것입니다. 따라서 온도 변화량을 측정하기 위해 가변 전위를 더 사용할 수 있습니다.
스트레인 게이지 (압력 / 힘 센서):
스트레인 게이지는 하중이 가해질 때 압력 을 감지하는 데 사용 됩니다 . 그것은 저항의 원리에 따라 작동합니다. 우리는 저항이 전선의 길이에 정비례하고 단면적 (R = ρl / a)에 반비례한다는 것을 알고 있습니다. 여기에서도 동일한 원리를 사용하여 부하를 측정 할 수 있습니다. 플렉시블 보드에서 와이어는 아래 그림과 같이 지그재그 방식으로 배열됩니다. 따라서 특정 보드에 압력이 가해지면 와이어의 전체 길이와 단면적이 변경되는 방향으로 구부러집니다. 이것은 와이어의 저항을 변화시킵니다. 이렇게 얻은 저항은 매우 미세합니다 (몇 옴). 이는 휘트 스톤 브리지의 도움으로 확인할 수 있습니다. 스트레인 게이지는 나머지 값을 변경하지 않고 브리지의 4 개 암 중 하나에 배치됩니다. 따라서,저항이 변함에 따라 압력이 가해지면 브리지를 통과하는 전류가 변하고 압력을 계산할 수 있습니다.
스트레인 게이지는 주로 비행기 날개가 견딜 수있는 압력을 계산하는 데 사용되며 특정 도로 등에서 허용되는 차량 수를 측정하는 데에도 사용됩니다.
로드셀 (무게 센서):
로드 셀은 힘과 같은 물리량을 측정하고 전기 신호의 형태로 출력을 제공하는 스트레인 게이지와 유사합니다. 로드셀에 약간의 장력이 가해지면 구조가 변하여 저항이 변하고 마지막으로 휘트 스톤 브리지를 사용하여 값을 보정 할 수 있습니다. 로드셀을 이용하여 무게를 측정하는 방법에 대한 프로젝트입니다.
전위차계:
전위차계는 위치를 감지하는 데 사용됩니다 . 일반적으로 스위치의 다른 극에 연결된 다양한 범위의 저항이 있습니다. 전위차계는 회전식 또는 선형 유형이 될 수 있습니다. 로터리 타입에서는 회전 가능한 긴 샤프트에 와이퍼가 연결됩니다. 샤프트가 회전하면 와이퍼의 위치가 변경되어 결과적인 저항이 변하여 출력 전압이 변경됩니다. 따라서 출력은 위치 변경을 감지하도록 보정 될 수 있습니다.
인코더:
위치 변화를 감지하기 위해 인코더를 사용할 수도 있습니다. 그것은 IR 광선이나 광선이 통과 할 때 몇 개의 광선 만 감지되도록 그 사이에 특정 개구부가있는 원형 회전 디스크와 같은 구조를 가지고 있습니다. 또한, 이러한 광선은 특정 위치를 나타내는 디지털 데이터 (이진법)로 인코딩됩니다.
홀 센서:
이름 자체는 홀 효과에서 작동하는 센서임을 나타냅니다. 자기장이 전류 전달 도체에 가까워지면 (전기장의 방향에 수직) 전위차가 주어진 도체에 걸쳐 발생하는 것으로 정의 할 수 있습니다. 이 속성을 사용하여 홀 센서를 사용하여 자기장을 감지하고 전압 측면에서 출력을 제공합니다. 홀 센서가 자석의 한 극만 감지 할 수 있도록주의해야합니다.
홀 센서는 일부 스마트 폰에서 사용되며, 플랩 커버 (자석이 포함되어 있음)가 화면에 닫히면 화면을 끄는 데 도움이됩니다. 다음은 Door Alarm에서 Hall Effect 센서를 실제로 적용한 것입니다.
플렉스 센서:
FLEX 센서는 모양이 변경되거나 구부러 질 때 저항 을 변경 하는 변환기입니다. FLEX 센서는 길이가 2.2 인치이거나 손가락 길이입니다. 그림에 나와 있습니다. 간단히 말하면 센서 단자 저항이 구부러지면 증가합니다. 저항의 이러한 변화는 우리가 읽을 수 없다면 소용이 없습니다. 가까이에있는 컨트롤러는 전압의 변화 만 읽을 수 있으며 그 이하도 아닙니다.이를 위해 전압 분배기 회로를 사용하여 저항 변화를 전압 변화로 유도 할 수 있습니다. Flex Sensor 사용 방법에 대해 여기에서 알아보십시오.
마이크 (사운드 센서):
마이크는 모든 스마트 폰 또는 모바일에서 볼 수 있습니다. 오디오 신호를 감지하고이를 소형 전압 (mV) 전기 신호로 변환 할 수 있습니다. 마이크는 콘덴서 마이크, 크리스탈 마이크, 카본 마이크 등과 같은 여러 유형이 될 수 있습니다. 각 유형의 마이크는 각각 정전 용량, 압전 효과, 저항과 같은 속성에 작용합니다. 압전 효과에 작용하는 크리스탈 마이크의 작동을 살펴 보겠습니다. 압력 또는 진동 하에서 비례 교류 전압을 생성하는 바이 모프 크리스탈이 사용됩니다. 진동판은 드라이브 핀을 통해 크리스탈에 연결되어 사운드 신호가 진동판에 닿을 때 앞뒤로 움직입니다.이 움직임은 크리스탈에 진동을 일으키는 드라이브 핀의 위치를 변경하므로인가 된 사운드 신호에 대해 교류 전압이 생성됩니다. 얻은 전압은 신호의 전체 강도를 높이기 위해 증폭기에 공급됩니다. 마이크를 기반으로 한 다양한 회로가 있습니다.
Arduino와 같은 일부 마이크로 컨트롤러를 사용하여 Decibels의 마이크 값을 변환 할 수도 있습니다.
초음파 센서:
초음파는 주파수 범위만을 의미합니다. 범위가 가청 범위 (> 20kHz)보다 커서 전원이 켜져 있어도 이러한 사운드 신호를 감지 할 수 없습니다. 특정 스피커와 수신기 만 이러한 초음파를 감지 할 수 있습니다. 이 초음파 센서는 초음파 송신기와 타겟 사이의 거리를 계산하는 데 사용되며 타겟의 속도를 측정하는데도 사용됩니다 .
초음파 센서 HC-SR04 는 3mm의 정확도로 2cm-400cm 범위의 거리를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 이 모듈이 어떻게 작동하는지 봅시다. HCSR04 모듈은 'Trigger'핀을 약 10us 동안 높이면 초음파 범위에서 소리 진동이 발생하여 소리의 속도로 8주기의 음파 버스트를 보내고 물체를 치면 Echo 핀으로 수신됩니다. 소리 진동이 돌아 오는 데 걸리는 시간에 따라 적절한 펄스 출력을 제공합니다. 초음파가 센서로 복귀하는 데 걸리는 시간을 기준으로 물체의 거리를 계산할 수 있습니다. 여기에서 초음파 센서에 대해 자세히 알아보십시오.
초음파 센서에는 많은 응용 분야가 있습니다. 자동화 된 자동차, 움직이는 로봇 등의 장애물을 피할 수 있습니다. 동일한 원리가 침입자 미사일과 비행기를 탐지하기 위해 RADAR에서 사용될 것입니다. 모기는 초음파 소리를 감지 할 수 있습니다. 따라서 초음파는 모기 구충제로 사용할 수 있습니다.
터치 센서:
이 세대에서는 거의 모든 사람들이 우리의 터치를 감지 할 수있는 화면보다 와이드 스크린이있는 스마트 폰을 사용하고 있다고 말할 수 있습니다. 자,이 터치 스크린이 어떻게 작동하는지 봅시다. 기본적으로 저항성 기반 의 터치 센서 와 정전 식 기반 터치 스크린의 두 가지 유형이 있습니다. 이 센서의 작동에 대해 간략히 알려드립니다.
저항성 터치 스크린 기지 저항성 시트 및 이들 모두에, 시트에인가되는 전압의 작은 에어 갭에 의해 분리 된 화면 아래 도전성 시트를 갖는다. 화면을 누르거나 터치하면 전도성 시트가 해당 지점에서 저항 시트에 닿아 특정 지점에서 전류가 흐르고 소프트웨어는 위치를 감지하고 관련 작업이 수행됩니다.
반면 정전 용량 터치 우리 몸에서 사용할 수있는 정전에 작동합니다. 화면은 이미 모든 전기장으로 충전되어 있습니다. 우리가 화면을 터치하면 우리 몸을 통해 흐르는 정전기로 인해 폐쇄 회로가 형성됩니다. 또한 소프트웨어는 수행 할 위치와 작업을 결정합니다. 손 장갑을 끼면 정전 식 터치 스크린이 작동하지 않는 것을 관찰 할 수 있습니다. 손가락과 화면 사이에 전도가 없기 때문입니다.
PIR 센서:
PIR 센서는 수동 적외선 센서를 의미합니다. 이들은 인간, 동물 또는 사물 의 움직임을 감지하는 데 사용됩니다 . 우리는 적외선이 반사의 성질을 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 적외선이 물체에 닿으면 대상의 온도에 따라 적외선 속성이 변하고이 수신 된 신호는 물체 또는 생물의 움직임을 결정합니다. 물체의 모양이 변하더라도 반사 된 적외선의 특성은 물체를 정확하게 구별 할 수 있습니다. 다음은 완전한 작동 또는 PIR 센서입니다.
가속도계 (틸트 센서):
가속도계 센서 는 특정 방향으로의 기울기 또는 움직임을 감지 할 수 있습니다 . 지구의 중력으로 인한 가속력을 기반으로 작동합니다. 그것의 작은 내부 부분은 매우 민감하여 위치의 작은 외부 변화에 반응합니다. 기울어지면 압전 크리스탈이있어 크리스탈에 교란을 일으키고 X, Y 및 Z 축에 대해 정확한 위치를 결정하는 전위를 생성합니다.
이들은 프로세서 리드의 파손을 방지하기 위해 일반적으로 모바일 및 랩톱에서 볼 수 있습니다. 장치가 떨어지면 가속도계가 낙하 상태를 감지하고 소프트웨어에 따라 각각의 작업을 수행합니다. 다음은 가속도계를 사용하는 몇 가지 프로젝트입니다.
가스 센서:
산업 응용 분야에서 가스 센서는 가스 누출 을 감지 하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러한 지역에 그러한 장치가 설치되어 있지 않으면 궁극적으로 믿을 수없는 재난으로 이어집니다. 이러한 가스 센서는 감지 할 가스의 유형에 따라 다양한 유형으로 분류됩니다. 이 센서가 어떻게 작동하는지 봅시다. 금속판 아래에는 전류가 흐르는 단자에 연결된 감지 요소가 있습니다. 가스 입자가 감지 요소에 닿으면 화학 반응을 일으켜 요소의 저항이 변하고이를 통과하는 전류도 변하여 최종적으로 가스를 감지 할 수 있습니다.
따라서 마지막으로 센서는 물리량을 측정하는 작업을 단순화하고 장치를 자동화하여 재난에 처한 생명체를 돕는데도 사용된다는 결론을 내릴 수 있습니다.