1. 온도센서

  (1) 온도센서의 원리

- 온도는 원자 또는 분자가 갖고 있는 미세한 범위의 진동 운동에너지의 크기라고 정의된다. 금속선이나 반도체의 저항값은 온도에 따라 변화하는 성질이 있다. 또한 종류가 다른 금속선의 결합접점을 가열하면 기전력이 발생하는 경우도 있다. 여기서 발생하는 저항이나 기전력을 측정하여 온도를 구하는 방법이 온도센서의 원리이다.

(2) 측정 방법에 따른 온도센서의 분류

1) 접촉 온도센서: 피 측정물, 환경에 직접 센서를 접촉시켜 측정

2) 비접촉 온도센서: 피 측정물에서 방사되는 적외선을 떨어진 장소에서 측정

    
 

	접촉형 방식	비접촉형 방식
측정물의 크기	피 측정물의 온도가 변할 수 있고 작은 물체의 측정이 어려움	작은 물체도 측정가능
응답속도	고속으로 움직이는 물체에 부적합	고속으로 움직이는 물체도 측정가능
측정상태	접촉상태에서 측정가능	원거리 측정가능
측온점	임의의 개소에서 측정가능(내부온도 가능)	표면온도
온도범위	2000℃ 정도	고온 측정 가능
수명	일반적으로 단명	길다

(3) 온도센서 실제 사용 시 검토사항

1) 검출대상의 온도 범위

2) 감도, 정밀도, 잡음

3) 응답 속도

4) 실장 회로

5) 치수 형상

6) 기계적 강도, 내후성, 내열성

7) 생산성, 가격

(4) 비접촉식 온도센서

1) 방사 온도계

- 방사 온도계는 다른 온도계에 비해 상당히 고가이며, 비접촉식으로 온도를 측정하고 응답이 빠른 장점이 있으나 상대적으로 외란에 약한 단점도 있다.

2) 광고 온도계(optical pyrometer；광학 고온계라고도 함)

- 광고 온도계는 측정하고자 하는 물체의 색 온도를 표준색 온도와 비교 측정함으로써 구하는 방법인데, 700∼2500℃ 정도까지 측정할 수 있다.

2. 광 센서

- 광 센서의 기본은 발광원과 수광 소자의 조합이다. 쉽게 말해 빛을 쏘는 부분과 쏘아진 빛을 받아들이는 부분의 조합이라 할 수 있다. 또한 빛에는 여러 가지의 파장이 있으며, 약 250mm의 자외선 영역부터 몇pm 적외선에 이르기까지 각종 용도의 광 센서가 있다. 비접촉 계측이 가능하고 고속‧고감도이기 때문에 자동화에 편리하며 입력에너지가 작고 원격 계측 제어가 가능하다는 특징이 있다.

(1) 포토센서(포토 인터럽터)

- 포토센서(Photo-sensor:광 검지기)는 포토 인터럽터(Photo-interrupter:광 단속기)라고도 하며, 발광 소자와 수광 소자를 조합한 소자이다. ‘포토 커플러’와는 달리 빛을 일단 케이스에서 바깥으로 나오는 것으로 그 형식에 투과형과 반사형이 있다.

1) 투과형 포토 센서

- ‘투과형 포토 인터럽터‘라고도 하며 발광 소자와 수광 소자가 물체를 사이에 두고 마주보게 구성된 구조이다. 발광 소자의 빛이 수광 소자로 들어가고 있는 것으로서 이 사이에 물체를 넣고 빛을 차단하면 수광 소자에 빛이 들어가지 못하여 출력의 변화를 유도 해 낼 수 있는 구조이다. 주로 복사기나 프린터, 팩스 등에 이용되고 있다.

2) 반사형 포토 센서

- ‘반사형 포토 인터럽터’라고도 하며 위의 투과형 포토 센서와 같이 발광 소자와 수광 소자가 조합되어 있다. 단, 반사형은 마주하는 것이 아니라 같은 방향으로 나열되어 있는 것이 큰 차이점이다. 이 센서에서는 그대로 작동시켜도 발광 소자에서 나온 빛은 건너편으로 가버려 수광 소자에 들어오지 않게 된다. 여기서, 이 센서 앞에 ‘빛을 반사하는 물체’를 접근하면 발광 소자에서 나온 빛이 아래 그림과 같이 반사되어 수광 소자에 들어가는 전기 출력을 유도해 낼 수 있다.

 

 

 

3. 레이저 센서

 

(1)마이크로 레이저 센서

 

- 대상 물체로부터 확산되어 반사한 광선의 일부가 대상 물체까지의 거리에 따라 위치검출소자(PSD) 위에 광스폿을 만들어낸다. 이 변화를 검출해내 물체까지의 거리를 측정한다.

 

 

3. 초음파 센서

(1) 초음파(超音波 Ultrasonic Wave)란?

- 초음파는 ‘정상적인 청력을 가진 인간이 청감각을 느낄 수 없을 정도의 주파수가 높은 음파’로 정의 되어 있다. 일반적인 인간의 청감각을 통하여 느낄 수 있는 주파수는 16~20kHz이며, 20kHz 이상의 주파수를 ‘초음파’ 라고 한다.

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(2)초음파의 쓰임새

(3)초음파 센서의 종류

1) 압전소자를 이용한 초음파 센서

- 압전효과란, 유전체에 변형이 생기도록 응력을 가하면 전압이 생기는 효과로, 쉽게 말해 초음파에 의해 반응하는 유전체가 초음파의 노출 정도에 따라 자력으로 전압을 생성하고 이 전압을 이용하여 초음파를 측정하게 된다. 여기서 초음파에 반응하는 유전체로는 수정 , LiNbO3 , BaTiO3 , PbTiO3 , PZT-4 , PLZT , ZnO , PVDF 등이 있다.

(LiNbO3 , BaTiO3 , PbTiO3 , PZT-4 , PLZT , ZnO , PVDF 등은 외관이 거의 흡사하다.)

2) 자왜소자를 이용한 초음파 센서

- 자왜효과란, 자성재료에 자력을 가하면 응력이 생기는데 이를 자왜 효과라고 한다. 역으로 자성재료에 응력을 가하면 자력의 변화하는데 이를 ‘역 자왜효과’라고 하며 통상적으로 모두 ‘자왜효과’라고 칭한다.

4. 적외선 센서

(1) 적외선(赤外線,Infranred ray)이란?

- 적외선은 사람의 눈에 보이는 가시광선의 적색광 바로 아래 범위의 전자파 스펙트럼 내 주파수를 갖는 전자파 방사를 의미하며, 그 파장을 바탕으로 근적외선, 중적외선, 원적외선, 초원적외선으로 나뉘며, 적외선 방사는 인간의 피부에 닿으면 열로 변환하기 때문에 뜨겁게 느끼며, 일반적 물체는 그들의 온도에 비례하여 적외선을 방사한다.

(2) 적외선 센서의 종류

1) 양자형 적외선 센서

- 광기전력 효과를 중심으로 한 포토다이오드와 광도전 효과를 이용한 Pbs.Cds 등이 있다.

- 특징 : 고감도, 고속응답, 파장 의존성이 큼

(긴 원적외선 파장에서 열에 의해 동작불능 상태 발생 가능)

2) 열형 적외선 센서

- 열기전력 효과를 중심으로 한 서모파일, 초전 효과를 중심으로 한 PZT, LiTao3 등이 있다.

5. 자기 센서(Gauss Sensor)

(1) 자기 센서의 특징

- 비접촉 검지가 가능하다

- 수명이 길고, 신뢰할 수 있다

- 에너지 보존이 가능하다(영구 마그네틱의 이용)

- 먼지, 습도 등의 영향이 크다

- 비교적 값이 싸다

(2) 자기 센서의 종류

현상	종류
자기작용	리드 릴레이
전자유도작용	코일(서치코일), 자기헤드(코일형), 차동변압기, 자성 박막형(아스테로이드 곡선형), 배주파 자기 변조기(플럭스게이트형)
전류자기효과	홀 소자(홀 IC), 자기저항 소자(반도체, 강자성 금속 박막)
자기이방성(금속)	위건트 와이어
초전도효과	SQUID(조셉슨 소자)
핵자기공명	광 펌핑형, 플로톤형
자기, 빛	자기레이터(자기 버블드메인)
자기, 열	서모스탯, 온도릴레이(감온 페라이트)

1) 홀 소자 자기센서

- 현재 실용화되고 있는 홀소자 외부회로에 정합하는 내부저항을 가지도록 십자형을 하고 있다. 차동증폭회로를 이용해서 검출한다. 소자를 동작시키기 위한 방법은 정전류구동법, 정전압구동법이 있다. 홀소자 재료는 IcSb, IAs, Si, GaAs 등의 반도체가 사용된다. 홀소자를 사용하는 경우에는 문제로 되는 오차의 원인으로 형상효과에 의한 직선성에서의 오류, 홀 전극의 비대칭성에 의한 불평형 전압, 배선루프에서 습득하는 유도전압, 소자재료의 온도의존성에 의한 특성변동, 온도 불균일에 의한 열기전력 등이 있다. 이중에서 가장 큰 문제가 되는 것은 불평형 전압 보상, 온도특성 보상이다.

2) 자기저항 센서

- 홀소자는 전류가 흐르고 있는 물질에 자계를 가했을 때 홀 효과에 의해 발생하는 전압을 이용하는 자기센서이지만 자기저항센서는 이 현상을 흐르게 하는 전류의 변화, 즉 물질의 전기저항의 변화로 검출하는 것이다. 반도체에 전계를 가하면 반도체중의 전자나 정공은 전계의 방향으로 된다.

3) 자기 온도 센서

- 온도의 승강에 의한 감온페라이트의 자기특성의 변화를 이용하고 리드스위치의 개폐가 자동적으로 행하여 진다. 이 소자는 온도 기준치로 큐리온도를 이용하고 있기 때문에 동작이 정확하고 영구자석을 구동원으로 해서 이용하고 있기 때문에 전원이 필요하지 않다는 것, 권선이 없는 회로소자라는 특징이 있다.

- 특징. : 인덕턴스 소자, 온도검출감도가 좋음, 온도기준치 소유, 여러 종류의 출력, 열입력에 대한 자기특성의 가변량이 큼