はじめての環境センサ

自然や周囲の環境にまつわる変化を数値データとして取得することを環境センシングといいます。環境センシングに使用するセンサにはいろいろな種類がありますが、その中でもよく使用されているのは、温度、湿度、照度、気圧、紫外線、騒音、空気の質、ヒトモノ検知など、屋内外の環境を計測するセンサです。今回はまず、温度センサ、気圧センサ、紫外線センサ、ヒトモノ検知(近接センサ)について説明します。

温度センサとは

温度センサとは、文字通り物や空気の温度を計測することができるセンサです。恐らく一度は聞いたことがあるセンサではないでしょうか。家電(冷蔵庫やエアコンなど)を始め様々な機器に搭載されており、一番身近なセンサと言えるでしょう。空間温度が取得できることで人検知や火災報知器にも使われています。

さて、温度センサにはどのような種類があるのでしょうか。主に以下のように分類されます。

  • 測温抵抗体 (RTDs: Platinum Resistance Thermometer Detectors)
  • サーミスタ (Thermistor)
  • 熱電対 (Thermocouple)

それぞれの特長を簡単にまとめると以下のようになります。
用途や環境・アプリケーションによって、使用する種類を選択することになります。

RTDs
=高安定・高精度
Thermistor
=高感度
Thermocouple
=高温・広範囲測定
測定範囲
約-250〜850℃
約-80〜150℃
約-270〜2000 ℃
精度
感度
線型性
応答速度
安定性

※各方式を使用する製品や機器によっては上記特徴が当てはまらない場合があります。

【おすすめ】温度センサのご紹介

Microchip社製温度センサは、それぞれの方式をサポートしており、使用用途や環境に合わせて最適なセンサを選択することが可能です。

気圧センサとは

気圧センサとは圧力センサの中で、いわゆる大気の圧力を検知するセンサです。

気圧センサは標高、高低を計測できることで、様々な場面で活用されています。例えば、気圧センサが標高や立体的な情報を割り出せることを利用して、正確な位置情報を導いたり、⾼低差のある移動にともなう負荷を加味した運動量の計測に応用したりすることが可能です。また、ドローンなどではモーションセンサ(加速度センサやジャイロセンサ等)と気圧センサを連携しながら安定した飛行を実現しており、必要不可欠なセンサと言えるでしょう。

さて、気圧センサにはどのような方式があるのでしょうか?
一般的に使用されている方式は以下のとおりです。
・静電容量方式
・ピエゾ抵抗方式

この中で静電容量方式の気圧センサはセンサ素子部をシリコンなどの安定した物質で構成することで、センサ外部の温度変化による誤差が少ない等のメリットがあります。動作原理としては、圧力の変化に応じて変形するダイアフラムの変位量を静電容量(キャパシタンス)の変化として計測し、これを圧力に換算することで計測しています。

【おすすめ】気圧センサのご紹介

InvenSense社製 気圧センサは静電容量方式に革新的なMEMS技術を使用することで、極めて高い圧力分解能を実現しながら、超小型の薄型パッケージで提供しています。
※詳しくは以下ページからカタログをご参照ください。

紫外線センサ (UVセンサ)とは

紫外線センサとは文字通り紫外線の量を検知するためのセンサです。
紫外線は太陽から地表に届く光の中で最も波長の短いものに分類され、私たちの目には見えません。よく知られているとおり日焼けやシミの原因になると考えられていますが、適度に紫外線を浴びると体に良いという研究も少なくありません。私たちが紫外線と上手く付き合うためにも、紫外線を”見える化”する紫外線センサは必要不可欠なものとなっています。

また、近年では紫外線が半導体製造、紙幣の識別、印刷等の産業分野で利⽤されており、⽬に⾒えない紫外線から作業員を守るためにも紫外線センサが使⽤されています。

紫外線センサはどのような仕組みになっているのでしょうか。
紫外線センサは主に紫外線シリコンフォトダイオードが利用されています。フォトダイオードに紫外線を含んだ光を照射すると電流が流れ、その紫外線の強度に応じて流れる電流値が変化します。この電流値を測定することで紫外線量を検出しています。

出典:エイブリック株式会社

【おすすめ】紫外線センサのご紹介

ABLIC社製 紫外線センサはリアルタイムで高精度に紫外線を検知を可能にしており、また、パッケージに透明樹脂を採用することでアプリケーションの小型化にも寄与します。

近接センサとは

近接センサとは、一般的に“接触することなく(⾮接触)”対象物を検知するセンサのことをいいます。非接触で検知ができるため機器の摩耗や圧痕を防ぐことができ、また、“直接触らない” ため衛生面の観点から様々な製品に採用し始めています。

検出する方法は様々で、光(可視光)、赤外線(不可視光)、電波(超音波やマイクロ波、ミリ波)といったものや、磁界(インダクティブ)や電荷(静電容量)の変化などを使って実現をしています。

【おすすめ】 静電容量センサ のご紹介

Semtech社製 静電容量センサは、高分解能で感度が高いため、非接触でも検知を可能にしています。

【おすすめ】超音波センサ のご紹介

InvenSense社製 MEMS超音波ToFセンサは低消費、高視野角に加え、MEMS発信回路を内蔵しているため、1chipで計測可能です。

【おすすめ】ミリ波センサ のご紹介

Acconeer社製 ミリ波センサは超小型パッケージ上に送受信アンテナが形成されており、アンテナ設計を必要とするものと比べ、容易に製品化が可能です。

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