자동화 시스템 - 센서(sensor) 2장

◐ 자동화 시스템 - 센서(sensor) 2장 ◑

 

▶ 신호처리

 

센서는 측정 대상물로부터 물리량의 절대값이나 그 변화량을 검출하여 이들을 제어

시스템에 정보로 제공하기 위해 필요한 신호로 그 측정량에 대응한 값들로 바뀌어야

하는데 이를 위채 적절한 신호처리가 이루어져야 한다.

 

(1) 측정대상

센서의 어원이 감각(능력)의 의미를 지닌 센스(sense)로부터 유래된 것에서 알 수

있듯이 센서의 측정대상은 감지하고자 하는 어떤 것이든 해당된다고 하겠다. 예를

들면 온도, 광, 힘, 길이, 깊이, 압력, 자기, 속도 등의 절대값이나 변위 등이 이에

해당하는데 일반적으로 온도, 광, 자기센서가 대표적이다.

 

(2) 신호 형태

신호란 정보를 담고 있는 물리량을 의미하는데 표시할 시간과 정보량에 따라 다

음과 같이 4가지로 구분할 수 있다.

1. 아날로그신호(analog signal) : 연속시간 신호라고도 불리우는데 정보의 정의

역(domain)이 어느 구간에서 모든 점으로 표시되는 신호이다. 즉 신간과 정보

가 모두 연속적인 신호이다.

2. 연속신호(continuous signal) : 시간은 연속이나 그 정보량은 불연속적인 신호

이다. 정보의 정의역은 기준 단위의 정수배로 표현된다.

3. 이산시간신호(discrete-time signal) : 이 신호는 아날로그신호를 일정한 간격

의 표본화(sampling)를 통하여 얻을 수 있는데 시간은 불연속이고 정보는 연속

적인 신호이다. 이 신호는 최근 DSP(Digtal signal Processing) 기술의 발달로 음

향기기, 동신, 제어 계측 등 많은 분야에서 응용된다.

4. 디지털신호(digtal signal) : 시간과 정보 모두 불연속적인 신호이다. 이것은 아

날로그 신호를 일정한 샘플링 주기로 표본화하고 기준 단위의 정수배로서 그

정보량을 표시한 것으로 이 유한한 정보를 표현하기 위해 몇 개의 2진 신호

(binary)가 이용된다.

 

(3) 신호변환

어떤 제어 시스템에서 하나의 2진 신호만을 사용하여 0~10V의 아날로그 입력신호

를 처리한다면 다음처럼 2개의 균등한 간격으로 나누어진다.

 

전압범위	신호
0~4.9V	0
5.0~10V	1

 

그러나 이것은 불안정한 전압 범위를 나타내므로 2개의 2진 신호를 사용하여 다

음과 같이 4개의 전압 범위로 나타낼 수도 있다.

 

전압범위	신호1	신호2	전압범위	신호1	신호2
0~2.4V	0	0	5.0~7.4V	1	0
2.5~4.9V	0	1	7.5~10V	1	1

 

이것은 2개의 전압 범위를 더 추가하여 세분화한 것으로 전압 범위 등 처리할 정

보가 세분화될 경우의 수는 2진신호의 수, 즉 신호bit(binary unit)수에 의하여 결

정된다.

조압의 개수=2ⁿ (n은 2진신호의 개수)

즉, 2개의 2진 신호를 사용하면 아날로그신호는 22=4개의 간격으로 나뉘어 지며

8개의 2진신호로 입력되는 아날로그신호를 표현하면 28=256개의 간격으로 나눌

수 있으므로 0~10이다.

 

(4) 신호 증폭

센서는 구동기기를 구동시킬 수 없는 작은 신호를 출력하므로 대부분 신호를 증

폭시키는 것이 필요하다, 대체로 증폭은 트랜지스터(transistar)나 연산 증폭기

(operational amplifier)등을 이용하여 수행되는데 온도에 따른 변화가 적은 연산

증폭기를 이용하는 방법이 보다 정확한 측정을 위해 좋은 방법이 된다. 한편 일반

적인 연산 증폭기는 전압 차동형인데 이것은 노이즈에 영향을 받을 우려가 있어

센서의 경우는 전류 차동형 증폭기인 노튼 앰프를 증폭기로 사용하기도 한다.

 

(5) 신호의 선형화

일반적으로 센서는 비선형 신호를 출력하며 같은 센서라 할지라도 그 측정값의

변하량에 따라 변형되는 출력의 크기가 범우에 따라 다르므로 이것을 그대로 정

보로 활용하기는 매우 어렵다. 따라서 이러한 신호를 시스템에 적용하기 위해서는

선형화하여 전달하는 것이 필요하고 이를 위채 선형화를 위한 회로가 필요하다.

1. 저항형

2. 기전력형

3. 스위치형

 

 

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