센서

Sensor
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다양한 유형의 조도 센서

센서는 물리적 현상을 감지하기 위해 출력 신호를 생성하는 장치입니다.

가장 넓은 정의에서 센서는 해당 환경의 이벤트나 변화를 감지하고 정보를 다른 전자제품(대부분 컴퓨터 프로세서)으로 전송하는 장치, 모듈, 기계 또는 하위 시스템입니다.센서는 항상 다른 전자제품과 함께 사용됩니다.

센서는 터치에 민감한 엘리베이터 버튼(촉각 센서), 베이스에 닿으면 어둡거나 밝아지는 램프와 같은 일상적인 물건에 사용되며, 대부분의 사람들이 전혀 알지 못하는 수많은 용도에 사용됩니다.마이크로 기계와 사용하기 쉬운 마이크로 컨트롤러 플랫폼이 발전함에 따라 센서의 용도는 기존의 온도, 압력 및 흐름 [1]측정 분야를 넘어 MARG 센서로 확대되었습니다.

전위차계와 힘 감지 저항기와 같은 아날로그 센서가 여전히 널리 사용되고 있습니다.그 응용 분야에는 제조 및 기계, 비행기와 항공우주, 자동차, 의약품, 로봇공학 등 일상생활의 많은 부분이 포함됩니다.굴절률 측정용 광학센서, 유체점도 측정용 진동센서, 유체 pH 감시를 위한 전기화학센서 등 재료의 화학적·물리적 특성을 측정하는 다양한 센서가 있다.

센서의 감도는 측정하는 입력량이 변화할 때 출력이 얼마나 변화하는지 나타냅니다.예를 들어 온도계의 수은이 1°C 변화할 때 1cm 이동하면 감도는 1cm/°C이다(기본적으로 선형 특성을 가정한 기울기 dy/dx).일부 센서는 측정값에 영향을 미칠 수도 있습니다. 예를 들어, 뜨거운 액체의 컵에 삽입된 실온계는 액체가 온도계를 가열하는 동안 액체를 냉각시킵니다.센서는 일반적으로 측정 대상에 작은 영향을 미치도록 설계되어 있습니다. 센서를 작게 하면 종종 이 점이 개선되고 다른 [2]장점이 있을 수 있습니다.

MEMS 기술을 이용한 마이크로센서로서 점점 더 많은 센서를 현미경으로 제작할 수 있게 되었다.대부분의 경우, 마이크로 센서는 거시적 [2][3]접근법에 비해 훨씬 더 빠른 측정 시간과 높은 감도에 도달한다.오늘날 세계에서 빠르고 저렴하며 신뢰할 수 있는 정보에 대한 수요가 증가함에 따라, 일회용 센서(단기 모니터링 또는 싱글샷 측정용 저비용 및 사용하기 쉬운 장치)의 중요성이 커지고 있습니다.이 등급의 센서를 사용하면 재보정이나 [4]오염 걱정 없이 언제 어디서나 누구나 중요한 분석 정보를 얻을 수 있습니다.

측정오차의 분류

적외선 센서

정상적인 센서는 다음 [4]규칙을 따릅니다.

  • 측정된 특성에 민감합니다.
  • 응용 프로그램에서 발생할 가능성이 있는 다른 속성에 대해 무감각합니다.
  • 측정된 특성에 영향을 주지 않습니다.

대부분의 센서에는 선형 전달 기능이 있습니다.그런 다음 감도는 출력 신호와 측정된 속성 사이의 비율로 정의됩니다.예를 들어 센서가 온도를 측정하고 전압 출력이 있는 경우 감도는 단위 [V/K]로 일정합니다.감도는 전송 함수의 기울기입니다.센서의 전기 출력(예: V)을 측정된 단위(예: K)로 변환하려면 전기 출력을 기울기로 나누거나 역수를 곱해야 합니다.또한 오프셋은 자주 덧셈 또는 감산됩니다.예를 들어 0V 출력이 -40C 입력에 해당하는 경우 -40을 출력에 추가해야 합니다.

아날로그 센서 신호를 처리하거나 디지털 기기에서 사용하려면 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환해야 합니다.

센서 편차

센서는 이상적인 전달 기능을 복제할 수 없으므로 다음과 같은 몇 가지 유형의 편차가 발생하여 센서 정확도를 제한할 수 있습니다.

  • 출력 신호의 범위는 항상 제한되므로 측정된 속성이 한계를 초과하면 출력 신호가 결국 최소 또는 최대에 도달합니다.풀 스케일 범위는 측정된 [citation needed]속성의 최대값과 최소값을 정의합니다.
  • 실제로 감도는 지정된 값과 다를 수 있습니다.이를 감도 오류라고 합니다.이는 선형 전송 함수의 기울기에 있는 오류입니다.
  • 출력 신호가 올바른 값과 상수만큼 차이가 나면 센서에 오프셋 오류 또는 바이어스가 있는 것입니다.이는 선형 전송 함수의 y 절편 오류입니다.
  • 비선형성은 센서의 전달 함수와 직선 전달 함수의 편차입니다.통상, 이것은 센서의 풀 레인지에서의 출력과 이상적인 동작의 차이(종종 풀 레인지의 퍼센티지로 표기)에 의해서 정의됩니다.
  • 시간 경과에 따른 측정 성질의 급격한 변화로 인한 편차는 동적 오류입니다.종종 이 동작은 주기적인 입력 신호의 주파수 함수로서 감도 오류와 위상 편이를 나타내는 신호도를 사용하여 설명됩니다.
  • 출력 신호가 측정된 속성과 독립적으로 천천히 변화하는 경우 이를 드리프트라고 정의합니다.수개월 또는 수년에 걸친 장기 드리프트는 센서의 물리적 변화로 인해 발생합니다.
  • 노이즈는 시간에 따라 변화하는 신호의 랜덤 편차입니다.
  • 히스테리시스 오류로 인해 출력 값이 이전 입력 값에 따라 달라집니다.입력이 증가했는지 감소했는지 여부에 따라 센서의 출력이 다를 경우 센서에 이력 오류가 발생합니다.
  • 센서에 디지털 출력이 있는 경우 출력은 기본적으로 측정된 속성의 근사치입니다.이 에러는 양자화 에러라고도 불립니다.
  • 신호가 디지털로 감시되는 경우 샘플링 주파수에 의해 동적 오류가 발생할 수 있으며 입력 변수 또는 추가된 노이즈가 샘플링 속도의 배수에 가까운 주파수로 주기적으로 변경되면 앨리어싱 오류가 발생할 수 있습니다.
  • 센서는 측정되는 속성 이외의 속성에 어느 정도 민감할 수 있습니다.예를 들어 대부분의 센서는 환경 온도의 영향을 받습니다.

이러한 모든 편차는 체계적 오류 또는 무작위 오류로 분류될 수 있습니다.시스템 오류는 어떤 종류의 교정 전략을 통해 보완될 수 있습니다.노이즈는 필터링과 같은 신호 처리를 통해 감소될 수 있는 랜덤 오류이며, 일반적으로 센서의 동적 동작을 희생합니다.

결의안

센서 분해능 또는 측정 분해능은 측정하는 양에서 감지할 수 있는 가장 작은 변화입니다.디지털 출력을 사용하는 센서의 분해능은 일반적으로 디지털 출력의 수치 분해능입니다.분해능은 측정 정밀도와 관련이 있지만 동일한 것은 아닙니다.센서의 정확도는 분해능보다 훨씬 더 나쁠 수 있습니다.

  • 예를 들어 거리 분해능은 거리 측정 장치에서 정확하게 측정할 수 있는 최소 거리입니다.비행시간 카메라에서 거리 분해능은 일반적으로 길이 단위로 표시되는 신호의 표준 편차(총 노이즈)와 동일합니다.
  • 센서는 측정되는 속성 이외의 속성에 어느 정도 민감할 수 있습니다.예를 들어 대부분의 센서는 환경 온도의 영향을 받습니다.

화학 센서

화학 센서는 환경의 화학 성분, 즉 액체 또는 [5][6]기상에 대한 정보를 제공할 수 있는 자체 포함 분석 장치입니다.정보는 특정 화학종(분석물질)의 농도와 관련된 측정 가능한 물리적 신호의 형태로 제공됩니다.화학 센서의 기능에는 두 가지 주요 단계, 즉 인식과 변환이 포함됩니다.인식공정에서 분석물 분자는 센서의 인식요소 구조에 포함되는 수용체 분자 또는 부위와 선택적으로 상호작용한다.그 결과 특징적인 물리 파라미터가 변화하고 이 변화가 출력신호를 생성하는 통합변환기에 의해 보고된다.생물학적 성질의 인식 재료에 기초한 화학 센서는 바이오센서이다.그러나 합성 생체모방 소재가 어느 정도 인식 생체소재를 대체하기 때문에 바이오센서와 표준 화학센서의 뚜렷한 차이는 불필요하다.센서 개발에 사용되는 대표적인 생체모방 재료는 분자 임프린트 폴리머와 [7]압타머입니다.

바이오센서

주요 기사:바이오센서

바이오의학과 생명공학에서는 세포, 단백질, 핵산 또는 생체모방 폴리머와 같은 생물학적 성분 덕분에 분석물질을 검출하는 센서를 바이오센서라고 부른다.반면 생물학적 분석 물질에 대한 비생물학적 센서, 심지어 유기물(탄소 화학)을 센서 또는 나노 센서라고 합니다.이 용어는 체외 및 체내 애플리케이션 모두에 적용됩니다.바이오센서의 생물학적 구성 요소의 캡슐화는 일반 센서와 약간 다른 문제를 일으킵니다. 이것은 투석막이나 하이드로겔과 같은 반투과성 장벽 또는 감지 고분자를 물리적으로 구속하거나 고분자를 화학적으로 구속하는 3D 폴리머 매트릭스를 통해 수행될 수 있습니다.비계에 묶어서 큐레를 만듭니다.

신경형 센서

신경형 센서는 생물학적 신경 [8]실체의 구조와 기능을 물리적으로 모방하는 센서입니다.이것의 한 예가 이벤트 카메라입니다.

MOS 센서

MOS(Metal-Oxide-Semiconductor) 기술은 모하메드 M이 발명한 MOSFET(MOS 전계효과 트랜지스터, MOS 트랜지스터)에서 유래했다. 1959년 아탈라와 다원캉이 1960년에 [9]시연했다.MOSFET 센서(MOS 센서)는 나중에 개발되었으며, 이후 물리적,[10] 화학적, 생물학적 및 환경적 매개변수를 측정하는 데 널리 사용되고 있습니다.

생화학 센서

물리적,[10] 화학적, 생물학적 및 환경적 매개변수를 측정하기 위해 다수의 MOSFET 센서가 개발되었습니다.최초의 MOSFET 센서에는 Johannessen이 [10]1970년에 도입한 오픈 게이트 전계효과 트랜지스터(OGFET), [11]Piet Bergveld가 1970년에 발명한 이온감응 전계효과 트랜지스터(ISFET), P.F.가 특허를 취득한 흡착 FET(ADFET)가 포함됩니다.1974년 콕스, 그리고 I에 의해 증명된 수소에 민감한 MOSFET.1975년 [10]룬드스트롬, M.S. 시바라만, C.S. 스벤슨, L. 룬드크비스트.ISFET는 특정 거리에 [10]게이트가 있는 특수한 유형의 MOSFET로, 금속 게이트가 이온 감응막, 전해질 용액 및 참조 [12]전극으로 대체됩니다.ISFET는 DNA 교배 검출, 혈액에서 바이오마커 검출, 항체 검출, 포도당 측정, pH 센싱 및 유전자 [12]기술과 같은 생물의학 응용 분야에서 널리 사용됩니다.

1980년대 중반까지 가스 센서 FET(GASFET), 표면 접근성 FET(SAFET), 전하 흐름 트랜지스터(CFT), 압력 센서 FET(PRESSFET), 화학 전계 효과 트랜지스터(ChemFET), 참조 ISFET(REFET), 바이오센스 변조 FET(바이오)를 포함한 수많은 다른 MOSFET 센서가 개발되었습니다.FET(IMFET)[10]2000년대 초까지 DNA 전계효과 트랜지스터(DNAFET), 유전자변형 FET(GenFET) 및 세포전위 바이오FET(CPFET)와 같은 바이오FET 유형이 [12]개발되었다.

이미지 센서

주요 기사:이미지 센서, 전하 결합 장치 및 액티브 픽셀 센서

MOS 기술은 디지털 이미징과 디지털 [13]카메라에 사용되는 CCD(Charge-Coupled Device)와 CMOS Active-Pixel Sensor(CMOS 센서)를 포함한 최신 이미지 센서의 기반입니다.윌러드 보일과 조지 E. 스미스는 1969년에 CCD를 개발했다.MOS 과정을 연구하는 동안, 그들은 전하가 자기 기포와 유사하며 작은 MOS 콘덴서에 저장될 수 있다는 것을 깨달았다.일련의 MOS 캐패시터를 일렬로 조립하는 것은 매우 간단했기 때문에, 적절한 전압을 콘덴서에 접속해, 전하를 다른 [13]콘덴서로 전환할 수 있었습니다.CCD는 후에 텔레비전 [14]방송용 최초의 디지털 비디오 카메라에 사용된 반도체 회로입니다.

MOS 액티브픽셀센서(APS)[15]는 1985년 Nakamura Tsutomu가 Olympus에서 개발했다.CMOS 액티브 픽셀 센서는 나중에 에릭 포섬과 그의 팀에 의해 1990년대 [16]초에 개발되었다.

MOS 이미지 센서는 광학 마우스 기술에 널리 사용되고 있습니다.리처드 F에 의해 발명된 최초의 광학 마우스. 1980년 Xerox의 Lyon은 5µm NMOS 센서 [17][18]칩을 사용했습니다.1999년 인텔리 마우스가 처음 출시된 이후 대부분의 광학 마우스 장치는 CMOS [19]센서를 사용합니다.

감시 센서

iPad[20] Pro의 Lidar 센서

MOS 모니터링 센서는 주택 모니터링, 사무실 및 농업 모니터링, 트래픽 모니터링(자동차 속도, 교통 체증, 교통 사고 포함), 날씨 모니터링(비, 바람, 번개, 폭풍 등), 방위 모니터링 및 온도, 습도, 공기 오염, 화재, 건강, 보안 및 [21]조명 모니터링에 사용됩니다.MOS 가스 검출 센서는 일산화탄소, 이산화황, 황화수소, 암모니아 및 기타 가스 [22]물질을 검출하는 데 사용됩니다.다른 MOS 센서로는 인텔리전트[23] 센서와 무선 센서 네트워크([24]WSN) 기술이 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Bennett, S. (1993). A History of Control Engineering 1930–1955. London: Peter Peregrinus Ltd. on behalf of the Institution of Electrical Engineers. ISBN 978-0-86341-280-6The source states "controls" rather than "sensors", so its applicability is assumed. Many units are derived from the basic measurements to which it refers, such as a liquid's level measured by a differential pressure sensor.{{cite book}}: CS1 유지보수: 포스트스크립트(링크)
  2. ^ a b Jihong Yan (2015). Machinery Prognostics and Prognosis Oriented Maintenance Management. Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd. p. 107. ISBN 9781118638729.
  3. ^ Ganesh Kumar (September 2010). Modern General Knowledge. Upkar Prakashan. p. 194. ISBN 978-81-7482-180-5.
  4. ^ a b Dincer, Can; Bruch, Richard; Costa‐Rama, Estefanía; Fernández‐Abedul, Maria Teresa; Merkoçi, Arben; Manz, Andreas; Urban, Gerald Anton; Güder, Firat (2019-05-15). "Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring". Advanced Materials. 31 (30): 1806739. doi:10.1002/adma.201806739. ISSN 0935-9648. PMID 31094032.
  5. ^ Toniolo, Rosanna; Dossi, Nicolò; Giannilivigni, Emanuele; Fattori, Andrea; Svigelj, Rossella; Bontempelli, Gino; Giacomino, Agnese; Daniele, Salvatore (3 March 2020). "Modified Screen Printed Electrode Suitable for Electrochemical Measurements in Gas Phase". Analytical Chemistry. 92 (5): 3689–3696. doi:10.1021/acs.analchem.9b04818. ISSN 0003-2700. PMID 32008321. S2CID 211012680.
  6. ^ Bǎnicǎ, Florinel-Gabriel (2012). Chemical Sensors and Biosensors:Fundamentals and Applications. Chichester, UK: John Wiley & Sons. p. 576. ISBN 978-1-118-35423-0.
  7. ^ Svigelj, Rossella; Dossi, Nicolo; Pizzolato, Stefania; Toniolo, Rosanna; Miranda-Castro, Rebeca; de-los-Santos-Álvarez, Noemí; Lobo-Castañón, María Jesús (1 October 2020). "Truncated aptamers as selective receptors in a gluten sensor supporting direct measurement in a deep eutectic solvent". Biosensors and Bioelectronics. 165: 112339. doi:10.1016/j.bios.2020.112339. PMID 32729482. S2CID 219902328.
  8. ^ Vanarse, Anup; Osseiran, Adam; Rassau, Alexander (2016). "A Review of Current Neuromorphic Approaches for Vision, Auditory, and Olfactory Sensors". Frontiers in Neuroscience. 10: 115. doi:10.3389/fnins.2016.00115. PMC 4809886. PMID 27065784.
  9. ^ "1960: Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine: A Timeline of Semiconductors in Computers. Computer History Museum. Retrieved August 31, 2019.
  10. ^ a b c d e f Bergveld, Piet (October 1985). "The impact of MOSFET-based sensors" (PDF). Sensors and Actuators. 8 (2): 109–127. Bibcode:1985SeAc....8..109B. doi:10.1016/0250-6874(85)87009-8. ISSN 0250-6874.
  11. ^ Chris Toumazou; Pantelis Georgiou (December 2011). "40 years of ISFET technology:From neuronal sensing to DNA sequencing". Electronics Letters. Retrieved 13 May 2016.
  12. ^ a b c Schöning, Michael J.; Poghossian, Arshak (10 September 2002). "Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (BioFETs)" (PDF). Analyst. 127 (9): 1137–1151. Bibcode:2002Ana...127.1137S. doi:10.1039/B204444G. ISSN 1364-5528. PMID 12375833.
  13. ^ a b Williams, J. B. (2017). The Electronics Revolution: Inventing the Future. Springer. pp. 245 & 249. ISBN 9783319490885.
  14. ^ Boyle, William S; Smith, George E. (1970). "Charge Coupled Semiconductor Devices". Bell Syst. Tech. J. 49 (4): 587–593. doi:10.1002/j.1538-7305.1970.tb01790.x.
  15. ^ Matsumoto, Kazuya; et al. (1985). "A new MOS phototransistor operating in a non-destructive readout mode". Japanese Journal of Applied Physics. 24 (5A): L323. Bibcode:1985JaJAP..24L.323M. doi:10.1143/JJAP.24.L323.
  16. ^ Eric R. Fossum(1993), "액티브 픽셀 센서:CCD는 공룡입니까?Proc. SPIE Vol. 1900, 페이지 2-14, 전하 결합 소자 및 솔리드 스테이트 광학 센서 III, Morley M. Blouke; Ed.
  17. ^ Lyon, Richard F. (2014). "The Optical Mouse: Early Biomimetic Embedded Vision". Advances in Embedded Computer Vision. Springer. pp. 3–22 (3). ISBN 9783319093871.
  18. ^ Lyon, Richard F. (August 1981). "The Optical Mouse, and an Architectural Methodology for Smart Digital Sensors" (PDF). In H. T. Kung; Robert F. Sproull; Guy L. Steele (eds.). VLSI Systems and Computations. Computer Science Press. pp. 1–19. doi:10.1007/978-3-642-68402-9_1. ISBN 978-3-642-68404-3.
  19. ^ Brain, Marshall; Carmack, Carmen (24 April 2000). "How Computer Mice Work". HowStuffWorks. Retrieved 9 October 2019.
  20. ^ "LiDAR vs. 3D ToF Sensors — How Apple Is Making AR Better for Smartphones". Retrieved 2020-04-03.
  21. ^ Omura, Yasuhisa; Mallik, Abhijit; Matsuo, Naoto (2017). MOS Devices for Low-Voltage and Low-Energy Applications. John Wiley & Sons. pp. 3–4. ISBN 9781119107354.
  22. ^ Sun, Jianhai; Geng, Zhaoxin; Xue, Ning; Liu, Chunxiu; Ma, Tianjun (17 August 2018). "A Mini-System Integrated with Metal-Oxide-Semiconductor Sensor and Micro-Packed Gas Chromatographic Column". Micromachines. 9 (8): 408. doi:10.3390/mi9080408. ISSN 2072-666X. PMC 6187308. PMID 30424341.
  23. ^ Mead, Carver A.; Ismail, Mohammed, eds. (May 8, 1989). Analog VLSI Implementation of Neural Systems (PDF). The Kluwer International Series in Engineering and Computer Science. Vol. 80. Norwell, MA: Kluwer Academic Publishers. doi:10.1007/978-1-4613-1639-8. ISBN 978-1-4613-1639-8.
  24. ^ Oliveira, Joao; Goes, João (2012). Parametric Analog Signal Amplification Applied to Nanoscale CMOS Technologies. Springer Science & Business Media. p. 7. ISBN 9781461416708.

추가 정보

  • M. 크레치마르와 S.Newnes, J. Wilson 편집자, Sensor Technology Handbook의 커패시티브 및 유도 변위 센서(2005년):벌링턴, 매사추세츠 주
  • C. A. 그라임스, E. C.Dickey, and M. V. Pishko(2006), 센서 백과사전(10권 세트), 미국 과학 출판사.ISBN 1-58883-056-X
  • 블라우, F.J., 스헨크, H.M., 제로니머스, B.F., 반 데르 크리크, L., de Jonge, P., 아이엘로, M., Emerencia, A.C. (2016년)Let's Get Physicalqual – 센서 테크놀로지와 생태학적 순간 평가를 조합하는 직관적이고 일반적인 방법입니다.생물의학정보학 저널, 제63권, 141-149페이지.
Wikimedia Commons에는 센서와 관련된 미디어가 있습니다.
무료 사전인 Wiktionary에서 센서를 찾아보세요.
  • http://www.cbm-sweden.se/images/Seminarie/Class_Descriptions_IDA_MEMS.pdf (https://web.archive.org/web/20160304105724/http://www.cbm-sweden.se/images/Seminarie/Class_Descriptions_IDA_MEMS.pdf) 참조)