센서는 전자정보기기 제조산업의 기본 제품으로, 우선적으로 개발되는 새로운 전자부품 중 특화된 부품을 의미합니다. 국내 및 국제적으로 유망한 하이테크 분야로 널리 인식되고 있는 센서 산업은 높은 기술 콘텐츠, 강력한 경제적 수익, 광범위한 시장 침투 및 광범위한 시장 전망으로 인해 전 세계의 주목을 받고 있습니다. 급성장하는 전자 정보 산업 시장에 힘입어 중국의 센서 부문은 견고한 산업 기반을 구축했습니다. 기술혁신, 독자적인 연구개발, 성과의 사업화, 경쟁력 측면에서 상당한 진전이 이루어져 국가 경제 발전에 실질적으로 기여하고 있습니다.
정보화 시대의 도래와 함께 센서는 인간이 자연 영역과 산업 영역 모두에서 정보를 획득하는 주요 수단이 되었습니다. 현대 산업 생산에서는-특히 자동화된 프로세스-에서 다양한 센서가 주요 매개변수를 모니터링하고 제어하여 장비를 최적의 작동 조건으로 유지하고 제품 품질을 보장합니다. 센서는 기초 과학 연구에서 훨씬 더 중요한 위치를 차지합니다.
오늘날 센서는 산업 생산, 우주 탐사, 해양학, 환경 보호, 자원 조사, 의료 진단, 생명 공학, 문화 유물 보존 등 매우 광범위한 분야에 침투해 있습니다. 분명히, 경제 발전과 사회 발전에 있어 센서 기술의 중요한 역할은 부인할 수 없습니다. 통계에 따르면 전 세계 스마트 센서 시장의 연간 수익은 연간 10%씩 성장할 것으로 예상됩니다. 현재 전 세계적으로 프로세서가 탑재된 센서 장치는 6,500만 개에 달하며, 2019년에는 그 수가 2조 8천억 개에 이를 것으로 예상됩니다.
센서 선택 시 주요 고려 사항
센서 지식은 마스터하기 위해 광범위한 경험이 필요한 전기 공학의 중요한 분야를 구성합니다. 우리는 향후 논의에서 이에 대해 더 자세히 살펴볼 것입니다. 오늘 우리는 주로 선택 기준에 중점을 둡니다.
1. 측정 대상 및 출력 요구 사항에 따라 유형 결정
특정 측정 작업을 수행하기 위해 가장 먼저 고려해야 할 사항은 적절한 센서 원리를 선택하는 것입니다. 이 결정을 내리려면 여러 요인을 분석해야 합니다. 예를 들어 유량계에는 전자기, 와류 및 초음파 유형이 포함됩니다. 적절한 유량계를 선택하려면 특정 목표를 목표로 삼아야 합니다. 또한 2선 또는 4선 전류 신호(0~20mA, 4~20mA), 0~10V 전압 신호 또는 통신 프로토콜과 같은 필수 출력 모드-를 고려하세요.
2. 감도에 따른 선택
일반적으로 센서의 선형 범위 내에서는 더 높은 감도가 선호됩니다. 감도가 높은 경우에만 출력 신호가 측정량의 변화에 크게 대응하여 신호 처리가 용이해집니다. 그러나 감도가 높으면 센서가 측정량과 무관한 외부 노이즈에도 취약하다는 점에 유의하십시오. 이 노이즈는 시스템에 의해 증폭되어 측정 정확도를 저하시킬 수 있습니다. 따라서 센서 자체는 외부 소스의 간섭을 최소화하기 위해 높은 신호-대-비를 가져야 합니다.
센서 감도는 방향성이 있습니다. 방향 요구 사항이 높은 단방향 벡터를 측정하는 경우 다른 방향에서는 감도가 낮은 센서를 선택하십시오. 다차원 벡터의 경우 센서의 교차-민감도를 최소화하세요.
3. 주파수 응답 특성 평가
센서의 주파수 응답에 따라 측정 가능한 주파수 범위가 결정되며, 허용 범위 내에서 왜곡이- 없어야 합니다. 실제로 센서 반응은 항상 약간의 지연을 나타내며 이상적으로는 최소화됩니다. 주파수 응답이 높을수록 측정 가능한 신호 주파수가 더 넓어집니다. 동적 측정의 경우 응답 특성은 과도한 오류를 방지하기 위해 신호 속성(정상-상태, 일시적, 무작위 등)과 일치해야 합니다.
4. 센서 안정성 기반
시간이 지나도 일관된 성능을 유지하는 센서의 능력을 안정성이라고 합니다. 장기-안정성에 영향을 미치는 요소에는 센서의 내부 구조뿐만 아니라 주로 작동 환경도 포함됩니다. 따라서 우수한 안정성을 보장하려면 센서가 강력한 환경 적응성을 갖춰야 합니다. 센서를 선택하기 전에 의도된 작동 환경을 조사하십시오. 특정 조건에 따라 적절한 센서를 선택하거나 환경 영향을 최소화하기 위한 조치를 구현하십시오.
5. 범위와 정확도: 균형을 맞추는 데 가장 어려운 쌍
정확도는 센서의 중요한 성능 지표로, 시스템의 전반적인 측정 정밀도를 결정하는 데 중요한 연결 고리 역할을 합니다. 그러나 센서 정확도는 범위에 따라 제한됩니다. 일반적으로 범위가 클수록 정확도가 낮아집니다. 반대로, 높은-정확도 센서는 범위가 충분하지 않은 경우가 많으므로 높은-정확도, 넓은-범위 센서의 가격이 엄청나게 비쌉니다. 따라서 센서를 선택할 때 균형 잡힌 접근 방식이 필요합니다.
샘플링 센서를 선택할 때 장치가 애플리케이션의 기본 작동 조건을 충족하는지 확인하십시오(제조업체 데이터 시트 참조).
가장 중요한 6가지 작동 조건은 다음과 같습니다.
1) 온도 범위
2) 사양
3) 보호 등급;
4) 전압 범위;
5) 개별 또는 아날로그 출력;
6) 매개변수 변화, 특히 "조정 가능한 매개변수가 유익한지" 여부.
IO{0}}링크 구성 기능이 있는 센서를 고려할 때 다음과 같은 6가지 추가 요소에 주의해야 합니다.
1) 응답 속도;
2) 감지 범위;
3) 반복성;
4) 전기적 연결성;
5) 장착 유형;
6) 시각적 표시: 애플리케이션이 센서에 시각적 표시기를 요구하는지 여부입니다.
현대 산업 생산, 특히 자동화된 공정에서는 다양한 센서가 제조 전반에 걸쳐 매개변수를 모니터링하고 제어합니다. 이는 최고의 제품 품질을 달성하면서 장비가 정상적으로 또는 최적으로 작동하도록 보장합니다. 따라서 다양한 고품질-센서가 없으면 현대 생산의 기반이 부족할 것입니다. 다음은 응용 팁 및 통찰력과 함께 제조에서 가장 일반적인 몇 가지 센서 유형을 자세히 설명합니다.
가장 일반적인 센서 유형
근접 센서
근접 센서는 물리적인 접촉 없이 근처에 있는 물체의 존재를 감지합니다. 이 센서는 개별 출력 장치입니다. 일반적으로 자기 근접 센서는 액추에이터 내부에 있는 자석을 감지하여 액추에이터가 특정 위치에 도달했는지 여부를 감지합니다.
한 회사에서 액추에이터를 구입하고 다른 회사에서 자기 근접 센서를 구입하는 것은 일반적으로 권장되지 않습니다. 센서 제조업체는 X, Y 및 Z 액추에이터와의 호환성을 주장할 수 있지만 자석 및 장착 위치가 다양하면 감지 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 자석이 잘못 정렬되거나 전원이 전혀 공급되지 않는 경우 센서에 전원이 공급될 수 있습니다. 액추에이터 제조업체가 일치하는 근접 센서를 제공하는 경우 이를 선호하는 선택이 되어야 합니다.
트랜지스터- 기반 근접 센서에는 움직이는 부품이 없으며 수명이 연장됩니다. 리드- 기반 근접 센서는 기계적 접점을 활용하므로 트랜지스터 유형에 비해 수명이 짧지만 비용은 저렴합니다. 리드 센서는 AC 전원 및 고온-환경이 필요한 애플리케이션에 가장 적합합니다.
위치 센서
위치 센서는 액추에이터의 자석 위치를 기반으로 액추에이터 위치를 나타내는 아날로그 출력을 제공합니다. 제어 관점에서 볼 때 위치 센서는 상당한 유연성을 제공합니다. 제어 엔지니어는 구성 요소 변화에 맞게 일련의 설정점 값을 정의할 수 있습니다.
이러한 위치 센서는 자석(근접 센서 등)을 사용하므로 가능하면 동일한 제조업체의 센서와 액추에이터를 모두 공급하는 것이 좋습니다. IO{1}}Link 기능을 사용하면 위치 센서에서 데이터를 수집하여 제어를 단순화하고 매개변수화를 촉진할 수 있습니다.
유도 센서
유도 근접 센서는 패러데이의 유도 법칙을 활용하여 물체 존재를 감지하거나 위치 출력을 시뮬레이션합니다. 유도형 센서를 선택할 때 가장 중요한 요소는 센서가 감지하는 금속 유형을 결정하여 감지 거리를 설정하는 것입니다. 철금속에 비해 비{2}}금속은 감지 범위를 50% 이상 줄입니다. 센서 제조업체의 제품 매뉴얼은 샘플 선택에 필요한 정보를 제공해야 합니다.
압력 및 진공 센서
압력 또는 진공 센서가 영국식(psi) 및 미터법(bar) 단위의 측정 범위를 충족하는지 확인하십시오. 할당된 공간에 가장 적합한 폼 팩터를 지정하세요. 장비를 설치하는 동안 작업자의 편의를 위해 센서에 표시등이나 디스플레이 화면이 포함되어야 하는지 고려하십시오. 신속한 설정 조정을 위해서는 IO-Link가 장착된 압력 및 진공 센서를 고려하십시오.
유량 센서
압력 및 진공 센서와 마찬가지로 유량 센서는 유량 범위, 크기 및 설정점의 가변성을 기준으로 선택할 수 있습니다. 센서 주문 시 디스플레이 옵션을 지정할 수 있습니다. 상대적으로 낮은 유속을 갖는 유량 센서는 특정 구역이나 전체 장비 응용 분야에 대해 선택할 수 있습니다.
광학 센서
가장 일반적인 광학 센서는 광전 산란형, 반사형 및 투과광형-입니다. 레이저 센서와 광섬유 감지 장치도 광학 센서 범주에 속합니다.
대부분의 광전 센서는 빛을 반사하거나 광선을 차단하여 물체를 감지합니다. 저렴한 비용, 다용성 및 높은 신뢰성으로 인해 이러한 센서는 제조 분야에서 가장 널리 사용됩니다. 직접반사형-반사형 광전 센서에는 반사판이 필요하지 않습니다. 근처 물체의 존재를 감지하는 데 탁월한 비용{4}}성능을 제공합니다.
투과-빔 광전 센서는 가장 긴 감지 범위를 제공합니다. 이 센서는 두 개의 별도 지점에 송신기와 수신기 장치를 설치합니다. 차고문 안전 센서는 빔 센서의 예입니다. 빔이 중단되면 대상이 있음을 나타냅니다. 슬롯-형 광전 센서는 흥미로운 투과형-빔 변형입니다. 송신기와 수신기를 하나의 소형 장치에 통합합니다. 슬롯-형 광센서는 작은 부품의 유무를 감지하는 데 사용됩니다.
반사형 광전 센서는 중거리 존재 감지를 위한 센서와 반사경을 갖추고 있습니다.{0}} 정밀도와 비용 측면에서 이러한 센서는 확산 빔 유형과 투과{2}}빔 유형 사이에 속합니다.
광섬유 센서는 존재 여부 및 거리 감지에 사용됩니다. 이 다용도 센서의 매개변수를 조정하여 다양한 색상, 배경 및 거리 범위를 감지할 수 있습니다.
레이저 센서는 장거리- 감지에 사용할 수 있으며 단거리 측정 응용 분야에서 최고의 정밀도를 제공합니다.-
비전 센서는 바코드 판독, 계산, 모양 확인 및 유사한 작업에 적합합니다. 이는 카메라 시스템이 엄청나게 비싸거나 복잡할 수 있는 비전 애플리케이션을 위한 비용 효율적인 솔루션을 나타냅니다.- 비전 센서는 바코드를 읽고, 개별 구성 요소를 추적하고, 해당 구성 요소에 맞는 프로세스를 실행합니다. 센서는 부품에 존재하는 특징의 수를 확인할 수 있습니다. 비전 센서는 지정된 곡선이나 다른 모양이 달성되었는지 확인할 수 있습니다. 이러한 센서는 빛을 처리하므로 -주변광 및 배경 반사율-과 관련하여 실제 작동 환경과 최대한 가까운 조건에서 테스트하는 것이 중요합니다. 대부분의 애플리케이션에서는 비전 센서를 인클로저 내부에 배치하여 외부 광원으로부터 격리하는 것이 좋습니다. 센서 테스트 중에 비전 센서 제조업체의 도움을 구하는 것이 좋습니다. 또한 적절한 필드버스를 선택하는 것을 잊지 마십시오.
신호 변환기는 센서의 아날로그 출력 신호를 변환기의 디지털 신호로 변환합니다. 또 다른 옵션은 IO-Link 프로세스 데이터로 변환하는 것입니다.
기타 센서
1. 자기 스위치:이는 주로 실린더 피스톤의 위치를 감지하는 데 사용되는 실린더 센서에 대한 전문 용어입니다. 일반적으로 실린더 공급업체는 고객 사용 시나리오에 맞춰 이러한 센서를 제공합니다. 이름에서 알 수 있듯이 자기 스위치는 전자기 유도를 통해 대상을 감지하므로 감지 정확도가 상대적으로 낮습니다.
2. 근접 스위치:전자기 유도 원리를 기반으로 설계된 근접 스위치는 금속 대상만 감지할 수 있으며 금속 유형에 따라 감지 거리가 약간 다릅니다. 근접 스위치의 일반적인 감지 범위는 1mm, 2mm, 4mm, 8mm, 12mm 등입니다. 근접 스위치는 일반적으로 플러시-마운트와 비-매립형-마운트의 두 가지 유형으로 제공됩니다. 매립형- 장착 스위치는 감지 헤드가 주변의 금속 표적을 감지하지 못하고 바로 앞에 있는 표적만 감지함을 의미합니다. 즉, 센서의 감지 헤드가 금속 장착 브래킷 너머로 돌출될 필요가 없습니다. 비-매립형-장착 유형은 전면-및 원주 금속 타겟을 모두 감지합니다. 이때, 센서 헤드는 금속 장착 브래킷에서 돌출되어야 하며, 오검출을 방지하기 위해 일정 원주 범위 내에 금속 물체가 없어야 합니다. 근접 스위치는 자기 스위치보다 더 높은 감지 정확도를 제공합니다. 이는 일반적으로 제품 유무 확인이나 고정 장치 위치 확인과 같이 상대적으로 낮은 위치 정밀도가 필요한 응용 분야에 사용됩니다.
3. 광전 스위치:광전 감지는 높은 정밀도, 빠른 응답, 비접촉식 작동과 같은 이점을 제공합니다.- 여러 매개변수를 측정할 수 있고 간단한 센서 구조가 특징이며 유연한 구성을 제공합니다. 결과적으로 광전 센서는 감지 및 제어 시스템에 널리 적용됩니다. 일반적인 유형에는 반사형 광전 센서, 투과-빔 광전 센서, 광선을 반사하기 위해 반사판을 사용하는 센서가 포함됩니다. 후자의 두 가지 유형은 대상 물체의 빛을 차단하여 감지하는 반면, 전자는 대상 물체에서 반사되는 빛을 감지하여 감지합니다. 결과적으로 후자의 두 가지 방법은 일반적으로 더 긴 감지 범위와 더 높은 정밀도를 제공합니다. 높은 감지 정확도로 인해 광전 센서는 일반적으로 제품이나 로봇 공작물의 정확한 위치 지정에 사용되며 스테퍼 및 서보 메커니즘의 피드백 시스템에도 사용됩니다.
4. 광섬유 센서:광섬유 센서는 광전 신호 변환을 활용하는 또 다른 유형의 감지 요소입니다. 광전 스위치에 비해 일반적으로 더 작은 물체를 감지하고 더 먼 거리에서 작동하며 더 높은 정밀도를 제공할 수 있습니다. 결과적으로, 광섬유 센서는 일반적으로 더 높은 정확도를 요구하는 응용 분야와 스테퍼 및 서보 시스템의 위치 피드백 장치로 사용됩니다.
5. 광전 센서:광전 센서는 광전 신호도 활용합니다. 감지 영역이 넓기 때문에 영역 센서라고도 합니다. 주요 용도는 장비 간 연동 및 안전 기능, 특히 인간 보호 시스템에 있습니다.
6. 열전대:열전대는 주로 주변 온도를 감지하는 데 사용됩니다.
7. 레이저 스캐너:레이저 스캐너는 주로 대상 물체의 치수 윤곽을 정확하게 측정하는 기능을 합니다.
8. 산업용 카메라:엔지니어링 분야에서 CCD(Charge{0}}Coupled Device) 카메라라고도 알려진 산업용 카메라는 주로 대상 물체의 모양과 위치를 감지하는 데 사용됩니다. CCD 기술의 발전으로 고해상도 산업용 카메라가 이제 정밀 측정 분야에 적용 가능해졌습니다.
9. 인코더:작동 원리에 따라 엔코더는 증분형과 절대형으로 분류됩니다. 증분 인코더는 변위를 주기적인 전기 신호로 변환한 다음 이를 카운팅 펄스로 변환합니다. 변위 크기는 펄스 수로 표시됩니다. 절대형 엔코더의 각 위치는 고유한 디지털 코드에 해당합니다. 따라서 표시되는 값은 중간 프로세스가 아닌 측정의 시작 및 끝 위치에만 의존합니다. 인코더는 일반적으로 스테퍼 모터 또는 서보 모터와 쌍을 이루어 폐쇄-루프 또는 반-폐쇄-루프 제어 시스템을 형성합니다.
10. 마이크로 스위치:마이크로 스위치는 주로 장비를 상호 연결하거나 기계의 안전 가드 도어 상태를 감지하는 데 사용되는 접촉식{0}}형 센서입니다.