책 소개
1.1 센서의 정의 일반적으로 센서(sensor)를 정의하면, 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고 검출된 물리량을 전기적인 신호로 변환시켜 주는 소자를 의미한다. 센서기술의 궁극적인 목적은 인간의 감각기능을 제어 가능한 다른 신호로 대체하고 인간의 오감을 인위적으로 실현하여 신뢰할만한 양질의 정보를 인간에게 제공하기 위한 것이다. 센서기술은 첨단산업의 현장에서 자동화 시스템을 비롯하여 자동차와 스마트폰에 장착되는 센서의 수가 날로 증가하고 있으며, 제조, 환경, 모바일 및 의료 관련 산업, 우주항공과 군수 산업 등 다양한 분야 및 일상생활에 이르기까지 폭넓게 사용하고 있다. 최근 IoT와 인공지능(Al; artificial intelligence)이 본격화되면서 센서의 시대가 도래하였다고 말하기도 한다. 따라서 센서기술은 다방면의 산업분야에서 핵심요소 기술이기 때문에 선진 국가들의 기술경쟁력을 선점하기 위한 초석이라 할 수 있다. 향후 센서는 반도체의 집적화기술과 MEMS(micro electro- mechanical system)의 소형화기술과 결합하여 성능적인 측면에서 지능화 및 고성능화하는 추세이며, 또한 대량생산에 의해 단가가 낮아지고 있고, 컴퓨터를 기반으로 한 정보통신분야와 연계하여 센서기술은 정보화시대를 선도하게 될 것이다. 인간은 다섯 가지의 감각인 오감(five senses)을 통해 외부의 상태나 변화를 인지하게 된다. 즉, 눈을 이용하여 대상을 볼 수 있는 시각, 귀에 의해 음을 듣는 청각, 손으로 만져서 느끼는 촉각, 코에 의해 냄새를 맡는 후각, 그리고 혀를 이용하여 맛을 느끼는 미각이 바로 오감이다. 여기서, 오감을 담당하는 기관을 오관(five organs)이라 하는데, 눈, 귀, 피부, 코, 혀를 나타낸다. 따라서 인간은 태어나 생활하면서 외부로부터의 정보를 수집하게 되는데, 이는 감각기관이 외부 자극의 에너지를 감지하여 신경계통으로 변환하는 수용체의 역할을 하게 된다. 이러한 신경계통은 감지한 신호를 대뇌로 전달하게 되며, 이에 대응하여 반응할 수 있도록 신체에 지시하게 된다. 또한, 오감을 초월하여 육감(sixth sense)이라는 감각이 있으며, 이는 이전의 오감을 통해 습득한 경험들이 정보로 기억되어 있다가 무의식적으로 대뇌에서 가상적인 인과관계를 형성하여 나타나는 심리적인 과정이라 할 수 있다. 그림 1-2는 인간의 오감과 유사하게 동작하는 센서의 계통도를 나타내고 있다. 인간의 생체계는 오관을 통하여 감지하는 외부 자극에 의한 입력신호를 뇌에 전달하고, 이를 판단하여 신경계통을 반응하도록 지시하게 된다. 한편, 이와 유사하게 센서의 인공계도 입력 정보를 감지하여 전기신호의 형태로 지능화 시스템에서 처리하여 액추에이터를 통하여 반응하도록 전송하게 된다. 그림 1-3은 센서시스템의 동작 흐름도를 나타내고 있는데, 센서의 입력신호는 빛, 열, 기계, 자기 및 화학 등과 같은 에너지의 형태로 들어오게 되며, 필요한 정보는 모두 시스템의 흐름에서 전기신호로 전송하게 된다. 이는 컴퓨터나 마이크로프로세서 등과 같은 지능화된 중앙신호 처리기가 동작하기 위해서는 전기신호 형태를 갖추어야 하기 때문이다. 센서의 어원을 살펴보면, 라틴어 sens(-us)에서 유래되었고, 센서(sensor)는 감각을 느낀다는 의미의 "sense"에 접미어 "or"가 부가되어 "감지하는 것"이라는 뜻이며, 사전에서는 "감지장치"라고 되어 있다. 다시 말하면, 그림에서 나타나듯이, 센서는 오감을 일으키는 기관인 눈, 귀, 피부, 코, 및 혀에 해당하는 기계화된 장치라고 말할 수 있다. 센서가 정확히 언제부터 사용되기 시작하였는지는 알려진 바가 없지만, 센서라는 용어가 처음 사용된 것은 약 50년 전부터이다. 1960년대 말까지는 센서의 개척기로서 여러 가지 물리현상을 전기적인 신호로 변환하려는 시도가 이루어져 왔으며, 다양한 센서재료에 대한 연구도 계속 이어져 왔다. 실제 생활에서 센서가 응용된 것은 매우 오래 전부터이며, 예로서 기원전부터 사용한 것으로 알려진 나침반은 일종의 센서라고 할 수 있고, 또한 은수저를 이용하여 음식에서 독성을 검출한 사실도 바로 센서를 적용하는 것이다. 이와 같이 센서는 문명의 발전과 더불어 인간의 오감을 넘어 유용한 정보를 알아낼 수 있는 수단으로 활용되었다는 것을 알 수 있다. 이때까지 우리 인간의 눈으로 보고, 귀로 듣고 피부로 느끼는 현상을 센서라고 하는 전자부품으로 계측하기 위해 많은 연구가 행해진 시대였다. 빛, 온도, 압력 등과 같은 물리량을 위한 센서는 비교적 빠른 시기에 개발이 진행되었다. 또 자기센서와 같이 실용화 연구가 늦었는데도 불구하고 이미 본격적인 실용기를 맞이하고 있는 것도 있었으며, 반대로 습도나 가스와 같이 오랜 기간을 연구하여 실용화된 센서도 있었다. 이러한 센서는 인간의 오감에 대응하는 것으로 오감과 유사한 것을 전기신호를 대신한다는 것이 하나의 흐름이었다. 1960년대 후반에 들어와서 센서에서 추출한 신호를 연산처리하거나 다량의 센서를 설치하여 물리량의 공간분포를 계측하기도 하였고, 또한 여러 종류의 물리량을 동시에 측정하는 센서가 출현하기 시작하여 더 한층 개발에 박차가 가해졌다. 이는 동시기에 반도체 집적회로 기술의 발전과 깊은 관계가 있으며, 집적기술의 발전에 따라 센서의 성능, 신뢰성, 경제성이 향상되었다. 인류가 기술개발을 해온 과정을 살펴보더라도, 향후 기술개발을 전개하기 위해서는 인간의 기능을 주축으로 하여 발전될 것이다. 인간기능을 대행하거나 더 한층 발휘하기 위해서 인류는 도구를 발명했고, 산업혁명의 원동력이 된 증기기관도 동물과 인간의 근육을 대신하는 기계이었고, 항공기가 고안되고 인간두뇌를 대신하는 컴퓨터가 생겨났다. 그러므로 센서도 생물의 능력 중에서 가장 특징적인 감각기관을 대신하는 것이다. 해바라기의 태양을 향한 방향센서, 비둘기나 개의 방향 및 후각센서, 박쥐의 초음파센서 등이 개발하고자 하는 센서이다. 즉, 생체기능을 대행할 수 있는 센서 혹은 생체기능을 모방하여 생체기능 이상의 센서를 개발하는 것이 앞으로의 발전방향이다. 따라서 앞으로의 센서개발 방향은 검출한계의 도전, 집적화, 다기능화, 미개발분야의 도전, 지능센서의 개발 등을 그 지향목표로 하게 될 것이다. 최근에는 정보를 신속하게 처리하고 수행하는 컴퓨터에도 응용되는 센서가 있으며 이를 센서시스템이라는 부른다. 이러한 분야에서 센서는 외부의 정보를 감지할 뿐만 아니라, 인식하는 기계를 의미하게 된다. 이는 센서의 지능화로서의 한 방향이라 할 수 있고, 특히 최근에 IC기술의 급속한 진보로 인하여 연산기능까지 일체화하는 센서가 증가하는 추세이다. 센서와 같이 자주 혼용되어 사용하는 용어가 바로 트랜스듀서(transducer; 변환기)이다. 엄밀히 말하자면 트랜스듀서는 입력신호와 출력신호의 에너지 형태가 다른 모든 소자를 의미하며, 즉 외부의 신호를 수용하여 전기량으로 변환하는 기계의 의미로 사용하는 것이 일반적이다. 액추에이터(actuator; 작동기)는 전기적인 에너지로 주어지는 입력신호를 다른 물리적인 에너지 형태로 변환하여 출력하는 소자로서 센서와는 반대의 기능을 하는 소자이다. 다시 말하자면, 액추에이터는 센서의 출력을 회전시키거나 위치변화 등으로 변환하게끔 물체를 이동시키는 기계적인 소자를 의미한다. 그리고 컨버터(converter)는 전기공학의 한 분야로 취급되며, 예로서 A/D 컨버터는 교류전압을 직류전압으로 변환하는 입력과 출력이 동일한 에너지 형태를 나타내는 경우에 한정하여 이용된다. 표 1-1은 인간의 오감과 유사하게 적용할 수 있는 각종 센서를 각각 비교하고 있다. 센서는 인간의 역할을 대신하거나 혹은 인간의 능력을 초월하여 감지의 정도를 정량적으로 측정하는 것이 가능해졌다. 센서의 발전역사를 간단히 알아보면 시각, 청각, 촉각에 해당하는 센서는 비교적 오래 전부터 개발되어 왔으며, 반면에 후각과 미각에 대한 센서는 최근부터 개발되고 있다. 앞의 세 가지 감각은 여러 종류의 광, 음파, 압력 및 온도 등의 단일 물리량을 이용하여 전기량으로 변환하지만, 후각과 미각은 상당히 다양한 종류의 화학물질을 이용하여 정보를 교환하도록 하는 것이다. 표 1-2는 센서가…
목차펼치기접기
Chapter 01. 센서의 기초 1.1 센서의 정의 1.2 센서의 특성 1.3 센서의 분류 1.4 센서의 재료 1.4.1 세라믹 1.4.2 반도체 1.4.3 금속 1.4.4 고분자 1.4.5 생체 1.5 센서의 응용 Chapter 02. 역학센서 2.1 역학 센서의 개요 2.2 압력센서 2.2.1 수은 압력센서 2.2.2 기계적 압력센서 2.2.3 정전용량식 센서 2.2.4 광전 압력센서 2.2.5 압저항 센서 2.3 위치 및 변위센서 2.3.1 직선운동형 센서 2.3.2 회전 운동형 센서 2.4 근접센서 2.4.1 정전용량형 근접센서 2.4.2 유도형 근접센서 2.4.3 초음파형 근접센서 2.4.4 자기형 근접센서 2.4.5 광전형 근접센서 2.5 스트레인 게이지 센서 2.6 속도센서 2.6.1 전자기 속도센서 2.6.2 가속도센서 2.6.3 각속도센서 2.7 유속?유량센서 2.7.1 피토관 센서 2.7.2 초음파 유속센서 2.7.3 열유속센서 2.7.4 반도체 유속센서 Chapter 03. 광센서 3.1 광센서의 개요 3.1.1 빛의 성질 3.1.2 광센서의 종류 3.1.3 광센서의 특징 3.2 광도전 센서 3.3 CdS 셀 3.4 포토 다이오드 3.5 포토 트랜지스터 3.6 발광 다이오드(LED) 3.7 포토 커플러 3.8 포토 인터럽터 3.9 이미지센서 3.10 적외선센서 3.10.1 초전형 적외선센서 3.10.2 양자형 적외선센서 Chapter 04. 온도센서 4.1 온도센서의 개요 4.1.1 온도센서의 기초 4.1.2 온도센서의 분류 4.2 바이메탈 4.3 열저항센서 4.4 서미스터 4.4.1 NTC 서미스터 4.4.2 PTC 서미스터 4.5 열전 접촉센서 4.5.1 열전대의 원리 4.5.2 열전대 회로법칙 4.5.3 열전대의 구성 4.5.4 열전대의 특성 4.5.5 열전대의 배선과 오차 4.6 반도체 온도센서 4.7 초전 온도센서 4.8 수정 온도센서 Chapter 05. 자기센서 5.1 자기센서의 개요 5.1.1 자기센서의 기초 5.1.2 자기센서의 원리 5.2 Hall 센서 5.2.1 Hall 센서의 원리 5.2.2 Hall 센서의 종류 5.2.3 Hall 센서의 특성 5.3 자기저항 센서 5.3.1 자기저항 센서의 원리와 구성 5.3.2 자기저항 센서의 종류와 특성 5.3.3 거대 자기저항 센서 5.4 자기 다이오드 5.5 초전도센서 5.5.1 초전도체 5.5.2 초전도체의 응용 Chapter 06. 습도센서 6.1 습도센서의 개요 6.1.1 습도센서의 정의 6.1.2 습도센서의 종류 6.2 모발 습도계 6.3 건습구 습도계 6.4 정전용량형 습도센서 6.5 전기저항형 습도센서 6.5.1 염화리튬형 6.5.2 전기저항형 6.6 열전도 습도센서 6.7 세라믹 습도센서 6.8 고분자 습도센서 6.8.1 전기저항형 6.8.2 정전용량형 6.8.3 고체고분자 전해질 습도센서 6.9 기타 습도센서 6.9.1 초음파 습도센서 6.9.2 반도체 습도센서 6.9.3 광 습도센서 6.10 습도센서의 특징과 선정 Chapter 07. 음향센서 7.1 음향센서의 개요 7.1.1 음향센서의 정의 7.1.2 초음파센서의 원리와 종류 7.2 마이크로폰 7.2.1 저항형 마이크로폰 7.2.2 정전용량형 마이크로폰 7.2.3 압전형 마이크로폰 7.2.4 일렉트릿 마이크로폰 7.3 초음파센서 7.3.1 압전형 초음파센서 7.3.2 자기변형 초음파센서 7.3.3 전자기형 초음파센서 7.3.4 표면탄성파형 초음파센서 7.3.5 기타 초음파센서 7.4 초음파센서의 응용 Chapter 08. 화학센서 8.1 화학센서의 개요 8.2 가스센서 8.2.1 반도체형 가스센서 8.2.2 고체전해질형 가스센서 8.2.3 전기화학형 가스센서 8.2.4 접촉연소형 가스센서 8.3 이온센서 8.4 바이오센서 센서기술:실험편 01. 압력센서 실험 02. 광센서 실험 I 03. 광센서 실험 II 04. 광센서 실험 III 05. 광센서 실험 IV 06. 초전형 적외선센서 실험 07. 온도센서 실험 I 08. 온도센서 실험 II 09. 온도센서 실험 III 10. 온도센서 실험 IV 11. 초음파센서 실험 12. 자기센서 실험 13. 습도센서 실험
출처: 국립중앙도서관 서지정보
리뷰 남기기
로그인하면 리뷰를 남길 수 있어요.
리뷰 0개
아직 리뷰가 없어요.