센서｜기초편
센서란
2023.06.21
키 포인트
・센서란 본질적으로는 「물리량을 변환하는 소자나 디바이스」를 뜻한다.
・IoT의 경우 어플리케이션이 광범위하기 때문에 센서에 요구되는 사항은 매우 다양하다.
센서는 오래전부터 다양한 기기나 시스템에 사용되어 왔으며, 일렉트로닉스 기술자가 아니더라도 주변에서 접하거나 사용한 경험이 있을 것입니다.
특히 최근 확대되는 IoT의 전개에 있어서, 센서는 필수불가결한 존재입니다. IoT에서는 스마트폰이나 컴퓨터뿐만 아니라 의료기기, 웨어러블기기, 자동차기기, 자연 환경, 인프라 등 모든 사물이 인터넷으로 연결되어 정보를 공유함으로써 사회의 편리성과 안전성이 높아지게 됩니다. 이를 위해서는 다양한 상태나 정보를 검출하는 센서가 필수적으로 필요합니다.
Tech Web의 새로운 테마인 「센서의 기초」 코너에서는 다양한 종류의 센서 중에서 IoT 기기에 관련된 제품을 중심으로 다루겠습니다.
센서란?
센서란 본질적으로는 「물리량을 변환하는 소자나 디바이스」입니다. 검출이나 제어를 위한 정보를 얻기 위해 물체의 상태, 성질, 물리 현상의 양을 전기적인 양 등으로 변환합니다. 이러한 물리량의 변환에는 각종 물리 법칙이 사용됩니다. 센서가 검출하여 변환하는 물리량의 대표적인 것에는 온도, 빛, 색, 압력, 자기, 가속도 등이 있습니다. 또한, 센서의 대부분은 물리적 · 화학적 센서이지만, 최근에는 유기 물질의 검출에 바이오 센서의 이용도 확대되고 있습니다.
대표적인 센서의 예
센서 중에서 가장 단순한 것은 센서 소자로만 구성된 것입니다. 센서 소자는 문자 그대로 물리량을 전기적 양으로 변환하는 소자입니다. 센서 소자를 사용하기 위해서는 미세한 센서 신호를 고정밀도로 검출하여 디지털화하는 신호 처리 회로가 별도로 필요합니다. 최근에는 센서 소자와 신호 처리 회로 등을 일체화한 센서 모듈이 주류를 이루고 있으며, 이러한 센서 모듈을 단순히 센서라고 부르는 경우가 많아졌습니다. 또한, 표시기나 통신 기능을 구비한 유닛을 센서라고 부르는 경우도 있기 때문에, 센서라고 한마디로 지칭하더라도 폭넓은 형태가 있습니다.
현재, 디지털화된 신호를 출력하는 센서가 대두되고 있지만, 기본적으로 센서 소자의 출력은 아날로그의 전압이나 전류이며, 그 대부분은 미세한 신호입니다. 이러한 신호를 이용하기 위해서는 고도의 아날로그 및 디지털 처리가 필요합니다. 본래의 센싱 기술은 일정 현상을 검출하기 위한 센서 소자의 연구 개발에서 해당 센서 신호를 고정밀도로 처리하기 위한 아날로그 프론트 엔드 (앰프, 필터, AD 컨버터 등으로 구성된 아날로그 신호 조정 회로)의 개발 설계를 포함한 것으로, 산업 제어 분야에서는 주축이 되는 기술 중 하나입니다. 산업 제어 분야에서 센서로부터의 정보는 컴퓨터 처리되어 시스템의 Closed-loop 제어에 이용되는 등 시스템의 일부분으로서의 역할을 주로 담당합니다.
반면에 IoT의 경우, 어플리케이션이 광범위하기 때문에 센서에 요구되는 사항이 매우 다양합니다. 물론 산업 제어와 같은 고도의 센싱이 필요한 경우도 다수 있지만, 예를 들어 온도 등 비교적 단순한 데이터만을 적절하게 클라우드에 직접 송신하고, 축적된 대량의 데이터를 통해 징후나 경향을 분석하는 등, 단일 데이터 수집 기기로서 활용되는 예가 증가하고 있습니다. 따라서, 센서에 대한 요구 역시, 성능뿐만 아니라, 개발 · 설계의 용의성, 소형 및 경량 등, 매우 다양합니다.