자동화 시스템 - 센서(sensor) 3장

◐ 자동화 시스템 - 센서(sensor) 3장 ◑

 

▶ 물체 감지 및 검출 센서

 

(1) 유도형 센서(Inductive sensor)

 

유도형 센서는 물체가 접근하면 진폭이 감소하는 고주파LC발전기에 의해 센서 표면

에 전자계를 형성하고 감지거리 이내의 물체에 의한 변화에 따라 출력을 내보낸다.

일반적으로 유도형 센서는 금속물체에만 반응하는 것으로써 대체로 100~100kHz

의 고주파 전자계를 센서 표면에서 방출하여 검출헤드(발진 코일)가까이에 금속체

가 없으면 변화가 없고, 도체인 금속성 물체가 감지거리 이내에 들어오면 발진코

일로부터의 전자계의 영향을 받아 유도에 의한 와전류(eddy current)가 금속체 내

부에 발생하여 에너지를 빼앗아 발진 진폭의 감쇄를 가져온다.

1. 유도형 센서의 장점

ㄱ. 신호의 변환이 매우 빠르게 이루어진다.

ㄴ. 수명이 길다.(비접촉식)

ㄷ. 먼지나 진동 등 외부의 영향에 대해서도 민감하지 않다.

2. 유도형 센서의 단점

ㄱ. 진동이 있는 장치에는 컨베이어 벨트에만 예민하게 반응한다.

ㄴ. 코일의 다용으로 소형화가 곤란하다.

 

(2). 용량형 센서

 

정전 용량형 센서(capacitive sensor)라 불리기도 하며 유도형 센서의 제작원리와

거의 동일한 회로구성을 하고 있다. 다른 점은 유도형 센서가 코일에서 발생시키

는 전자계를 이용하는 것과는 달리 이것은 전극판에서 고주파 전계를 발생시켜

물체의 접근에 따라 물체표면과 검출 전극판 표면에서 분극현상이 일어나 정전용

량이 증가되어 발진조건이 향상되면 이로 인하여 발진진폭이 증가되어 출력이나

오도록 되어 있다는 것이다.

또한 유도형 센서는 와전류 형성을 위한 금속물체만을 검출할 수 있는데 비해 용

량형 센서는 분극형상을 이용하므로 비금속 물질도 검출이 가능하다.

 

(3) 광센서

 

광센서란 빛 자체를 정량적으로 검출하기보다는 빛을 이용하여 물체의 유무를 검

출하고나, 속도나 위치의 결정에 응용되기도 하며, 레벨, 검출, 특정 표시의 식별

등을 하는 곳에 많이 이용되고 있으며 포토 센서(photo sensor)또는 광학적 센서

(optical sensor)라고도 불리운다.

일반적으로 광센서는 자외광에서 적외광까지 넓은 영역에 걸쳐 광에너지를 검출

할 수 있으며 광에너지를 전기적으로 변환하는 것에 의해 광기전력 효과형, 광도

전형 효과형, 광전자형 방출형으로 나누기도 한다.

1. 광도전 효과형 센서는 카메라 조도계에 오래 전부터 이용되어 오던 황화카드

뮴센서(CdS)가 대표적

2. 광기전력 효과형 센서는 P-N 접합부에 발생하는 효과를 이용

예) 포토 아이오드 포토 트랜지스터 등

3. 광전자 방출형 센서는 광전자 증배란(PMT), 고전관 등이 있다.

4. 투광부(sender or emitter)와 수광부(receiver)의 구성에 따라 3가지로 구분된다.

ㄱ. 분리형(투과형 : through biam) : 투광부와 수광부가 다른 몸체

ㄴ. 직접 반사형(확산형 : diffusion) : 투광부에서 나온 빛이 대상물체 표면에 반

사되어 수광부에 전달함으로써 물체의 유무를 검출해 내는 방식의 센서

ㄷ. 거울 반사형(retro reflection) : 투광부로부터 반사되는 빛을 수광부로 되돌

리기 위한 거울과 일정한 거리 내에 위치한 센서 사이에 대상물체의 존재

여부에 따라 출력을 내보내는 센서

5. 초전 센서

문제를 검출하는데 투광부 즉, 광원없이 수광부만으로 동작하는 수동형 센서

6. 포토 커플러(photo coupler)

물체 유무의 검출이나 회전체의 속도검출 및 위치 판단용으로 복합한 광센서

ㄱ. 포토 인터럽터(photo interrupter) : 투과형 센서처럼 발광부와 수광부가 서

로 마주보고 배치되어 있어 이 사이에 물체가 들어가면 빛이 차단되어 수

광부의 광전류가 차단되도록 하여 출력을 내보내는 센서이다.

ㄴ. 포토 아이솔레이터(photo isolator) : 발광 소자로는 Si 도핑의 GaAs 적외 발

광 다이오드가 많이 사용되며, 수광 소자로는 Si 포토트랜지스터가 가장 많

이 사용되고 있다. 포토 아이솔레이터를 이용할 경우 장치사이의 정보 전달

에 이용되는 회로 내에 입출력 단자의 접지가 불필요하므로 전자회로 구성

이 매우 간단해질 수 있는 장점이 있다. 또한 수명이 길고 다른 반도체 소

자와 동일한 구동 전원을 사용 할 수 있는 것도 장점이다.

 

(4) 리드 스위치

 

물체에 직접 접촉하지 않고 그 위치를 검출하여 전기적인 신호를 발생시키는 것

으로 센서에 속한 다고 말하며 근접 스위치라고도 한다. 물론 근접 스위치에는 리

드 스위치와 같은 자기식 이외의 무접촉 스위치도 포함된다.원래 리드 스위치는

‘가는 접점’이라는 의미를 가진 것으로 전화 교환기용의 고신뢰도 스위치로 개발

되었으나 최근에는 자석과 조합한 자기센서로 광범위하게 응용되고 있다.

.a 접점 형태 : 정상상태에서 접점의 탄성에 의해 열려 있다.

.b 접점 형태 : 바이어스용 영구자석을 부가해서 정상상태에서 접점이 닫혀 있다.

.c 접점 형태 : 고정접점을 2개 설치해 서로 상이한 동작을 일으킬 수 있다.

1. 리드 스위치는 문과 문틀에 자석과 스위치를 조합하여 방법용 제어계에 응용

되거나 자동화 시스템의 실린더 위치감지에 응용될 뿐 아니라 자동차, 가정용

전기 기기, 계측 기기 등에 널리 사용되고 있다.

2. 리드 스위치의 특성

ㄱ. 접점부가 완전히 차단되어 이썽 가스나 액체 중, 고온 고습 환경에서 안정

된 동작을 한다.

ㄴ. on/Off 동작시간이 비교적 빠르고(1us 이내), 반복 정밀도가 우수하여

(±0.2mm)접점의 신뢰성이 높고 동작수명이 길다.

ㄷ. 반복 정밀도가 높다.(±0.2mm)

ㄹ. 사용 온도 범위가 넓다.(-270~150)

ㅁ. 내전압 특성이 우수하다.(10kV 이상)

ㅂ. 동작 수명이 길다.

ㅅ. 소형, 경량, 저가격이다.

ㅇ. 가격이 비교적 저렴하고, 회로 구성이 간단하다.

 

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