전자 센서의 성능이 발전하면서 자동차와 항공 플랫폼에서부터 HVAC 시스템과 산업 공정 제어 장비에 이르기까지 수많은 제품과 시스템의 기능, 제어력, 정교함이 지속적으로 개선되고 있습니다. 이른바 “스마트” 센서의 발전은 센싱 기술이 우리 일상생활에 한층 더 깊이 통합된다는 것을 의미합니다.

스마트 센서란 무엇인가요? 

먼저 일반 센서부터 살펴보겠습니다. 단순한 전자 센서는 물리적 매개변수를 감지하여 이를 전기 신호로 변환하는 장치입니다. 이러한 매개변수에는 온도, 압력, 습도, 근접도, 가속도 등이 포함될 수 있습니다. 이후 이 전기 신호는 외부 회로를 통해 분석이나 동작을 위한 디지털 또는 아날로그 판독값으로 변환되거나, 매개변수가 특정 값에 도달하거나 초과할 때 경보를 트리거할 수 있습니다. 다만 기본 센서는 신호는 생성하지만 반응은 만들어내지 않습니다. 

이름에서 짐작할 수 있듯이 “스마트” 센서는 내장 프로세서와 결합된 센서입니다. 모니터링 중인 환경으로부터 매개변수 입력을 받아 이를 마이크로프로세서로 전달합니다. 프로세서는 데이터를 분석하고, 미리 정의된 알고리즘에 따라 모니터링 중인 매개변수에 대응하기 위해 외부 기능을 제어합니다.  

스마트 센서는 블루투스, Wi-Fi 등 고급 연결 기능과 결합되어 모터나 액추에이터와 같은 외부 시스템을 감지, 측정, 분석하고 이에 연결하여 환경으로부터 수신한 정보를 바탕으로 동작할 수 있습니다. 간단히 말해, 스마트 센서는 적절한 입력을 감지하면 미리 정의된 동작을 시작합니다.

스마트 센서는 어떻게 작동하나요?

스마트 센서의 기반은 모니터링 대상 물리량을 감지하는 감지 소자입니다. 예를 들어 온도 센서에서는 다이오드 단자 간 전압이 온도 변화에 따라 달라집니다. 기본적인 압력 센서는 휘어지는 다이어프램을 이용해 가변 커패시터를 모사하여 변화를 측정합니다. 그리고 근접 센서는 모니터링 대상 영역에서 반사되는 전자기장 또는 빔 신호의 변화를 측정합니다. 어떤 경우든, 물리적 변화는 정의된 매개변수로 읽을 수 있는 전기 신호를 만들어냅니다.  

앞서 언급했듯이 스마트 센서는 내장 프로세서를 이용해 이 신호를 실시간으로 분석하고, 이를 변경하거나 제어하기 위해 미리 정의된 단계를 수행하며, 무선 통신 회로를 통해 이 정보를 외부 제어 시스템에 전달합니다. 센서, 프로세서, 통신 부품을 개별적으로 사용해 개별형(discrete) 솔루션을 구축할 수도 있습니다. 그러나 실리콘 기반 센서는 감지, 처리, 통신 기능을 동일한 칩에 통합하며, 저전력 소비와 소형화라는 이점도 제공합니다.

많은 스마트 센서에는 자가 교정 및 자가 진단 기능도 포함되어 있어, 다운타임이나 예기치 않은 유지보수로 이어질 수 있는 고장이나 사양을 벗어난 상황을 감지하고 보고할 수 있습니다. 고급 스마트 센서는 경계값 측정을 감지하고 보정하거나 데이터 변환을 가능하게 하는 회로를 포함할 수도 있습니다. 

스마트 센서의 활용 분야

스마트 센서는 다양한 물리량을 측정하고 이에 반응할 수 있도록 매우 다양한 패키지, 형태, 기능으로 제공됩니다. 온도, 움직임, 수위, 압력, 습도, 질량, 빛, 소리, 변형률, 바람, 연기, 사람의 존재 여부, 방사선, 자기, 화학 물질, 특정 가스의 존재 등을 감지할 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 다음을 포함하되 이에 국한되지 않는 광범위한 분야에 유용하고 유연하게 적용될 수 있습니다.

• • • 의료 분야의 환자 모니터링
    • 제조업의 기계 모니터링
    • 사무실의 HVAC 최적화
    • 가정이나 사업장의 무단 출입 감지
    • 도로에서의 운전자 보조 또는 자율주행 차량
    • 지방자치단체의 수질 관리
    • 도시의 교통 모니터링 및 제어

예를 들어 가정에서 스마트 센서는 방이나 출입구의 온도 변화, 습기 침투, 예기치 않은 움직임 등을 모니터링하고, 다른 스마트 기기와 연동하여 작업을 자동화하거나 알림을 보내거나 심지어 영상 및 음성 모니터링이나 개입을 가능하게 할 수 있습니다. 

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스마트 센서 설계 시 고려 사항

여기서부터는 다소 기술적인 내용이지만 최대한 간략하게 설명하겠습니다. 필요에 맞는 스마트 센서를 조달하기 전에, 여러분이나 여러분의 팀은 다음 사항을 먼저 결정해야 할 수 있습니다.

• • • 측정해야 할 물리량
    • 필요한 측정 범위
    • 분해능 또는 감도
    • 아날로그 또는 디지털 방식 감지
    • 동작 온도
    • 차폐 또는 내구성 요구 사항
    • 전원 요구 사항/공급원
    • 예산

요약

스마트 센서는 환경, 기능 또는 프로세스에 대한 모니터링과 제어가 필요한 다양한 용도에 있어 신뢰할 수 있고, 정확도가 높으며, 실시간으로 동작하고, 내구성이 뛰어나며, 비용 효율적인 솔루션입니다. 공인 부품 유통업체인 Onlinecomponents.com은 141개의 서로 다른 제조업체로부터 제공되는 완벽한 센싱 제품 정보를 보유하고 있습니다. 

스마트 센서 기술은 빠르게 성장하며 전 세계적으로 안전성을 높이고, 효율성을 향상시키며, 제조 공정을 개선하고 있습니다. 스마트 센서의 흥미로운 활용 방안을 탐구하시는 동안, 여러분의 지적인 질문 또한 언제든 환영합니다.