センサとは

センサ(英語表記: sensor)は、自然現象や人工物の機械的・電磁気的・熱的・音響的・化学的性質あるいはそれらで示される空間情報・時間情報を、何らかの科学的原理を応用して、人間や機械が扱い易い別媒体の信号に置き換える装置(部品)のことをいいます、センサを利用した計測・判別を行うことを「センシング」といいます。検知器(英語表記: detector)とも呼ばれます。 

1.概要 センサとは 

センサはトランスデューサーの一種と言うことができますが、明確な定義はされていません。センサという言葉は、トランスデューサーのみを指す場合もあれば、トランスデューサーに増幅・演算・制御・出力等の機能を合わせた装置を指す場合もあります。 

センサは、自動車・スマートフォン・産業用機器・医療機器・環境モニタリングなど、さまざまな分野で広く使用されています。センサの出力はアナログ信号やデジタル信号として取得され、これらの情報はコンピュータやマイコン・マイクロプロセッサなどで処理され、制御や解析に利用されることがあります。 

(*)トランスデュ―サー:(変換器)は測定、情報転送を含む様々な目的のために、ある種類のエネルギーを別のものに変える装置の事で、通常電気的・電子的な素子または電気機械の事です。たとえばセンサーのようにある物理量を電気信号に変える素子・機器などのことです。 

広い意味では、トランスデューサーは1つの形態から別のものに信号を変えるあらゆる装置と定義されます。 

2.センサの種類について 

一般的なセンサーの種類は次のようなものがあります。 

①光センサ(光感知センサ): 

光の強弱を検知して電気信号に変換するセンサのことを言います。 

②温度センサ: 

温度変化を検出するセンサで、温度を電圧や抵抗値などに変換します。 

③圧力センサ: 

圧力の変化を検出するセンサで、圧電センサやストレインゲージなどがあります。 

④加速度センサ: 

物体の加速度や振動を検出するセンサで、加速度計やジャイロスコープなどがあります。 

⑤接触センサ: 

物体の接触や接近を検出するセンサで、タッチセンサーなどがあります。 

⑥ガスセンサ: 

特定のガスの濃度を検出するセンサで、二酸化炭素センサやガスセンサーアレイなどがあります。 

3.各センサについての詳細 

幾つかのセンサについて詳細に紹介いたします。 

3-1 光センサ(光感知センサ) 

・光センサの特徴は次の内容になります。 

①ほとんどの物体を検出できます 

光センサは光の反射光や透過光の強度を検出するので、検査体の材料に関係なく検出する事ができます。検査体は金属・樹脂・木材はもちろんのこと、透明なガラスや液体の検出も可能です。 

②非接触で検出できます 

光の投受光で検出する構造ですので、検査体に接触することなく検出する事が可能です。接触させる検出の場合、検査体にダメージを与えてしまう可能性がありますが、光センサは検査体にダメージを与えることなく検出する事ができます。 

③応答時間が短いです 

応答時間は、実際に使用する場面では生産性に直結する重要な項目です。応答時間が速いほど機械が次の工程(動作)に素早く移行できるので、生産性が向上します。 

光センサの内部回路がすべて電子部品で構成しています。機械的な動作がないのと、光そのものが高速で移動するため、応答時間が非常に短いことが特徴です。 

④高い分解能があります 

分解能は、品質に関わる重要な項目となります。分解能が高いと、微細な検出や高精度の検出が可能となり、品質が向上します。 

高度な技術を駆使し、部品を構成することでビーム光のスポット径を小さくすることで高精度の位置検出などが可能になります。 

3-2 温度センサ 

・温度センサの特徴は次の内容になります。 

①温度センサIC 

トランジスタやダイオードの温度特性を利用したセンサです。アナログ出力(電圧)とデジタル出力タイプがあります。IC化されているので簡単に使用することができます、デジタル出力タイプはマイコン等との通信も容易です。温度測定に加えて、サーモスタット機能、携帯機器への使用を見込んだ省電力モードなどの付加機能のバリエーションを持っています。 

②測温抵抗体 

白金、ニッケル、銅などを利用した測温抵抗体の抵抗値が、温度に対してほぼ直線的に変化する特性を利用しています。白金は安定性、直線性が高く、精度よく広い温度範囲での測定が可能です。RTD(Resistance Temperature Detector)とも呼ばれています。 

③サーミスタ 

半導体の抵抗温度特性を利用しています。小型で高感度ですが、直線性が課題とまります。NTC(Negative Temperature Detector)とPTC(Positive Temperature Detector)がありますが、通常温度測定に使えるのはNTCサーミスタ。スマートフォンの過熱検知、冷蔵庫、エアコンの温度制御など、大小さまざまな機器に使われています。 

④熱電対 

2種類の金属線の先端を接合させ接合部に発生する熱起電力(ゼーベック効果)を利用して温度差を測定します。熱電対にはさまざまな種類があります、主要なものはJIS規格で特性が決められている。-200℃~+1700℃と広範囲の温度測定が可能で、工業用途多い様です。 

⑤バイメタル 

熱膨張率が異なる2枚の金属板を貼り合わせたもので、温度によってスイッチのオン・オフを自動的に切り換えるサーモスタットは代表的な用途の1つです。膨張式温度センサーともいわれる様です。 

3-3 圧力センサ 

・圧力センサの特徴は次の内容になります。 

①デジタルとアナログ表示が可能です 

圧力の表示がデジタル表示のものとアナログ表示のものがあります。用途により向き不向きがありますが、おおむねは、数値を知りたい場合にはデジタル表示が向いております。変化を知りたい場合にはアナログ表示が向いています。 

②液体検出が可能です 

圧力センサは、固体との接触圧や気体の圧力だけでなく、液体の圧力を測るケースも多くあります。そのため防水か非防水かの分類があります。液体の圧力を測る際はもちろん、水や液体に触れる可能性がある部位で使用する場合には、防水機能をもった圧力センサを使用するようにしましょう。 

③用途に応じた形状対応が可能です 

圧力センサにはさまざまな形状があります。ICチップの状態で販売されているものや、モジュールやコンポーネントのように、製品として使いやすい状態にパッケージングされて販売されているものもあります。 

3-4 加速度センサ 

・加速センサの特徴は次の内容になります。 

①加速度の検出ができます 

加速センサは、物体が加速する際の加速度を検出します。これは、物体が速度を変える際の速度の変化率を示します。 

②三軸検出が可能です 

一般的に、加速センサはX、Y、Zの3つの軸に対して加速度を検出します。これにより、物体がどの方向に加速するかを正確に測定する事ができます。 

③小型化が可能です 

加速センサは非常に小型でコンパクトなデバイス(部品)で、スマートフォン、ウェアラブルデバイス、車両、航空機など、さまざまなアプリケーションに組み込むことができます。 

④精度が高いです 

最近の加速センサは非常に高精度で、微細な加速度変化も検出ができる様になっています。これにより、様々な科学的や工学的なアプリケーションで使用されます。 

⑤動きの検出が可能です 

加速センサーは物体の動きを検出するためにも使用され、スマートフォンやゲームコントローラーなどのデバイスで、ジェスチャー認識や画面の自動回転などに応用されています。 

以上 

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