産業オートメーションはますます急速に成長しており、現段階ではインダストリー 4.0 が産業オートメーションの目標です。産業オートメーションについては、誰もが聞いたことはあっても、産業オートメーションについてよく知っているわけではありません。産業オートメーションについての理解を深めるために、この記事では産業オートメーションに不可欠なコンポーネントであるセンサーについて紹介します。この記事を通じて、センサーがどのようにしてすべての制御をより自動化するのかを理解していただけます。
センサー（センサー）は一般的ですが非常に重要なデバイスであり、測定量の規定の感覚であり、特定の法則に従って有用な信号デバイスまたはデバイスに変換されます。センサーの場合、入力は、入力の状態に応じて静的量と動的量に分類できます。各値の定常状態における出力と入力の関係からセンサの静特性を得ることができます。センサーの静的特性の主な指標は、直線性、ヒステリシス、再現性、感度、精度です。センサーの動特性とは、時間の経過に伴う入力量の応答特性を指します。動的特性は通常、伝達関数および他の自動制御モデルによって記述されます。通常、センサーが受信する信号には弱い低周波信号が含まれており、外部干渉の振幅が測定信号を超える場合があるため、入ってくるノイズの除去が重要なセンサー技術となります。
物理センサーとは、物理量を検出するセンサーです。これは、特定の物理的効果、つまり処理を容易にするために信号デバイスのエネルギー形式に測定される物理量の使用です。その出力信号は入力信号と明確な関係を持ちます。主な物理センサーには、光電センサー、圧電センサー、ピエゾ抵抗センサー、電磁センサー、熱電センサー、光ファイバー センサーがあります。例として、より一般的に使用されている光電センサーを見てみましょう。光信号を電気信号に変換するセンサーで、物体からの放射線情報を直接検出するほか、その他の物理量を光信号に変換することもできます。主な原理は光電効果です。光が物質に当たると、その物質に対する電気的効果が変化します。この場合、それには電子放出、導電率、電位電流が含まれます。言うまでもなく、このような効果を容易に生み出すことができるデバイスは、フォトレジスターなどの光電センサーの主要コンポーネントになります。このように、光電センサーの主なワークフローは、フォトレジスタなどのデバイスを介して対応する光照射を受け取り、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、その後、増幅およびノイズ除去プロセスを通じて、目的の出力電気信号を取得することであることがわかります。-ここで、出力信号と元の光信号は一定の関係を持ち、通常は線形関係に近いため、元の光信号の計算はそれほど複雑ではありません。他の物理センサーは光電センサーに似ています。
物理センサーの応用範囲は非常に広く、私たちは物理センサーの応用を生物医学の観点のみに注目しますが、他の側面でも物理センサーにも重要な応用があると推測するのは難しくありません。
たとえば、血圧測定は最も日常的な医療測定の 1 つです。私たちが通常行っている血圧測定は、体表面で検出される血流と圧力の関係を利用して静脈内の血圧を測定する間接的な測定です。血圧の測定に使用されるトランスデューサは通常、弾性ダイヤフラムで構成されており、圧力信号をダイヤフラムの変形に変換し、ダイヤフラムの歪みや変位に基づいて電気信号に変換します。電気信号のピーク時に収縮期血圧を検出でき、インバーターとピーク検出器を通過した後に拡張期血圧を取得でき、積分器を通じて平均圧力を取得できます。
呼吸測定技術を見てみましょう。呼吸測定は肺機能の臨床診断の重要な基礎であり、手術と患者のモニタリングの両方に不可欠です。例えば、呼吸数の計測に用いられるサーミスター-型センサーを使用する場合、鼻に挟むクリップの先端の外側にセンサーの抵抗体を取り付け、呼吸気流がサーミスターの表面を流れる際に、サーミスターによって呼吸数や熱風の状態を計測することができます。
次に、最も一般的な体表面温度の測定プロセスですが、これは簡単そうに見えて複雑な測定メカニズムを持っています。体表面温度は、局所的な血流、下層組織の熱伝導率、表皮からの熱放散など、さまざまな要因によって決定されるため、皮膚温度の測定ではさまざまな影響が考慮されます。熱電対タイプのセンサーは温度測定によく使用され、通常はロッド熱電対センサーと薄膜熱電対センサーです。熱電対のサイズは非常に小さいため、精度はミクロン レベルよりも高くなる可能性があり、特定の点での温度をより正確に測定でき、その後の統計分析と組み合わせることで、より包括的な分析結果を得ることができます。これは従来の水銀体温計とは比べものにならないが、科学の発展に新技術を応用することで幅広い展望をもたらすことを証明している。
上記の紹介から、生物医学的な側面だけでも、物理センサーにはさまざまな用途があることがわかります。センサーの開発の方向性は、多機能、画像ベース、インテリジェント センサーです。-データ取得、工業生産、さらには家庭生活の重要な手段としてのセンサー測定は不可欠なデバイスであり、物理センサーと最も一般的なセンサーのファミリーである物理センサーを柔軟に使用することで、より多くの製品とより優れたメリットを確実に生み出すことができるでしょう。