자동센서의 종류별 원리 알아보기

자동센서는  주변의 변화를 감지해서 전기신호로 바꿔주는 마법 같은 장치예요.  이 변화를 감지하는 방법이 센서마다 다른데, 각각의 센서들은  저마다 특별한 감지능력을 가지고있습니다. 아래에서 자세히 알아보겠습니다.

 

차례

1.자동센서의 종류별 원리

1) 적외선 센서

2) 초음파센서3) 마이크로파 센서4) ToF센서

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1) 적외선 센서 ( 열을 느끼는 센서)

 

적외선은 우리 눈에는 잘 안 보이지만 , 사실 열을 가진 모든 물체에서 나오는 빛의 일종입니다. 사람이나 동물처럼 체온이 있는 것들은 특히 적외선을 많이 내뿜게 됩니다.  적외선 센서는  수동식센서와 능동식 센서로 나눌 수 있습니다.

 

◎ 수동식 적외선센서(PIR센서 -Passive Infrared Sensor) 

 

수동식은 센서 스스로 뭘 내보는 게 아닌  주변에서 오는 적외선 변화를  그냥 지켜보고  감지한다는 뜻입니다. PIR센서 안에는  초전효과라는 걸  이용하는  특별한 소자가  들어있습니다. 이 소자는  적외선이 닿을 때 온도가 변하면서 전기를 만들어 냅니다.

 

- 센서 앞에서는 여러 개의 작은 렌즈나 거울이 벌집처럼 촘촘하게 달려있는데, 이건 넓은 영역에서 들어오는 적외선을 모아서 센서소자에 집중시켜 주는 역할을 합니다.   

 

- 사람이 가만히 있으면  센서소자에 닿는  적외선양이 일정해지고, 사람이 움직이게 되면  그 움직임에 따라  적외선이 들어오는  위치와 양이 계속 변하게 됩니다. 이 변화 때문에  센서소자에서 생기는  전기신호의 패턴이 달라지고, 센서는 이 달라지는 패턴을 감지해서  ' 누가 움직이네!' 신호를 보내는 것입니다. 

◎ 능동식 적외선 센서 

 

능동식 적외선 센서는  센서 한쪽에서 적외선 LED나 레이저 다이오드로 적외선 빛을 발사합니다. 그리고 다른 쪽에서 그 빛이 돌아오는 것을 수신합니다. 반사형과 투과형이 있습니다.

 

1) 반사형 : 빛을 쏴서  물체에 맞고,  반사되어 돌아오는 빛을 수신해서 물체의 유무나 거리를 판단합니다.  예를 들어  로봇이 앞에 장애물이 있는지 없는지 확인하거나, 물건이 컨베이어벨트 위에 올라왔는지 감지하는데 쓰입니다.

 

2) 투과형 : 센서 발사부와 수신부를 마주 보게 설치하고, 그 사이로 물체가 지나가서 빛을 차단하는 걸 감지하는 방식입니다. 문이 닫혔는지 열렸는지 확인하거나 생산라인에서 제품 수를 셀 때 사용하기도 합니다.

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2. 초음파 센서 (Ultrasonic Sensor)

 

- 초음파는 사람이 들을 수 있는 소리의 주파수보다 훨씬 높은 주파수 일반적으로 20kHz를 가진 소리입니다.  박쥐 같은 동물들이 초음파를 사용해서  밤에 길을 찾고 먹이를 찾을 수 있는 것이에요.

 

- 초음파 센서는  송신부에서 전기 신호를 받아서 압전 소자를 이용해 초음파를 발사합니다. 이 초음파가 앞에 있는 물체에 부딪치면 반사되어 다시 센서 쪽으로  돌아오는 데 이것을 반향으로 부릅니다. 센서의 수신부에 있는 또 다른 압전 소자가 이 반향을 감지해 다시 전기신호로 바꿔줍니다.

 

- 센서는 초음파를 발사한 순간부터 반향이 돌아올 때까지 걸린 시간을 정확하게 측정합니다.  이 원리를 이용해서  자동문의 문이 열릴 타이밍을 잡거나, 자동차가 주차할 때  뒤에 장애물이 얼마나 가까이 있는지 알려주는 후방센서, 로봇 청소기가 벽이나 가구를 피하는 데 사용됩니다.

 

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3. 마이크로파 센서(Microwave Sensor)

 

- 마이크로파는 전자레인지에서도 쓰는 그 전자기파인데요.  빛처럼 아주 빠른 속도로 이동하고, 초음파보다 파장이 길어서 유리나 플라스틱도 통과할 수 있습니다.  마이크로파 센서도 초음파 센서처럼 마이크로파를  내보냅니다.  그리고 그 마이크로파가 물체에 맞고 반사되어 돌아오는 걸 다시 받아들입니다.

 

- 마이크로파의 중요한 원리는  도플러효과입니다.  구급차가 다가올 땐 사이렌 소리가 높게 들리고, 멀어질 땐  낮게 들리는 것처럼 , 마이크로파도 움직이는 물체에 맞고 반사되면 원래 쐈던 주파수랑 다른 주파수로 돌아옵니다.

마이크로파 센서는  바로 이 주파수의 변화를 감지해서  물체가 움직이고 있다는 것을 알아채는 것입니다. 

 

- 초음파 센서보다  감지거리가 길고,  유리를 통과하기 때문에 자동문 안쪽에서 설치해서 사람의 접근을 미리 감지하는데 유용하며, 벽 너머의 움직임도 감지할 수 있지만, 오히려 원치 않는 감지를 할 수 있어서 주의가 필요합니다.

 

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4.ToF센서 (Time of Flight Sensor)

 

-  이름처럼 빛이 날아가는 시간을 재는 센서입니다.  적외선 LED나 레이저에서 아주 짧고, 강력한 빛 펄스를 번쩍하고 쏩니다. 이 빛 펄스가 물체에 맞고 반사되어 센서의 수신부로 돌아올 때까지 걸리는  시간을 정밀하게 측정합니다. 

 

-  ToF센서는 여러 개의  빛 펄스를 동시에 쏘고  각각의 돌아오는 시간을 측정해서 물체의 형태나 깊이 정보까지 얻어낼 수 있습니다.  

 

- 스마트 폰에서 얼굴을 인식하거나 , 사진을 찍을 때 자동으로 초점으로 맞추거나, 로봇청소기가 집안구조를 파악하고, 장애물을 피하는데 이 센서가 이용되기도 합니다.  거리 측정 정확도가 높고, 주변 빛의 영향을 덜 받는다는 장점이 있습니다.

 

 

마무리

지금까지 자동센서의 종류와 원리에 대해 자세히 알아보았는데요.  각각의 센서들이 가진 특별한 능력을 이용하여 우리 생활을 편리하게 만들어 주고 있습니다. 

 

 

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