센서

3. 측정 오차의 분류

센서는 이상적인 전달 함수를 완벽하게 복제할 수 없기 때문에 여러 유형의 편차가 발생하여 센서의 정확도를 제한할 수 있다.^[4] 이러한 편차는 다음과 같이 분류할 수 있다.

이러한 모든 편차는 계통 오차 또는 확률 오차로 분류할 수 있다. 계통 오차는 보정 전략을 통해 보상할 수 있는 경우가 있다. 잡음은 필터링과 같은 신호 처리로 줄일 수 있는 확률 오차이지만, 일반적으로 센서의 동적 동작을 희생해야 한다.

4. 종류

센서는 측정 원리, 대상, 용도 등에 따라 다양하게 분류된다.

생물의학 및 생명공학 분야에서는 세포, 단백질, 핵산, 생체모방 고분자 등을 통해 분석물을 감지하는 바이오센서가 활용된다. 화학 센서는 주변 환경의 화학적 조성에 대한 정보를 제공하는 분석 장치이며, 인식과 변환의 두 단계를 거친다. 바이오센서는 생물학적 특성을 가진 인식 물질을 기반으로 하지만, 합성 생체모방 물질이 사용되면서 일반 화학 센서와의 구분이 모호해지고 있다.^[7]

뉴로모픽 센서는 생물학적 신경 요소를 모방하며, 이벤트 카메라가 그 예시이다.^[8] 1955년에서 1960년 사이에 벨 연구소에서 MOSFET이 발명된 이후,^{[9][10][11][12][13][14]} MOSFET 센서는 물리적, 화학적, 생물학적, 환경적 매개변수 측정에 널리 사용되고 있다.^[15]

초기 MOSFET 센서에는 개방형 게이트 전계 효과 트랜지스터(OGFET),^[15] 이온 감응 전계 효과 트랜지스터(ISFET),^[16] 흡착 FET(ADFET), 수소 감응 MOSFET 등이 있었다.^[15] ISFET는 생의학 분야에서 널리 사용된다.^[17] 1980년대 중반에는 가스 센서 FET(GASFET), 전하 흐름 트랜지스터(CFT), 압력 센서 FET(PRESSFET), 화학 전계 효과 트랜지스터(ChemFET), 생체 센서 FET(BioFET) 등이 개발되었다.^[15] 2000년대 초에는 DNA 전계 효과 트랜지스터(DNAFET), 유전자 변형 FET(GenFET) 등이 개발되었다.^[17]

MOS 기술은 전하결합소자(CCD)와 CMOS 능동형 픽셀 센서(CMOS 센서)를 포함한 현대 이미지 센서의 기반이다.^[18] 윌러드 보일과 조지 E. 스미스가 1969년에 CCD를 개발했고,^[18] MOS 능동형 픽셀 센서(APS)는 1985년 올림푸스에서 개발되었다.^[20] CMOS 능동형 픽셀 센서는 1990년대 초 에릭 포섬과 그의 팀에 의해 개발되었다.^[21] MOS 이미지 센서는 광 마우스 기술에도 널리 사용된다.

4. 1. 시공간에 따른 분류

• 시간: 시계
• 위치
• * 광위치센서 (PSD)
• * 리미트 스위치
• 거리
• * 초음파 거리계
• * 정전용량 변위계
• * 광학식 거리측정
• * 전자파 거리측정
• 변위
• * 차동 트랜스
• * 리니어 인코더
• * 광위치센서
• 속도
• * 레이저 도플러 진동 속도계
• * 레이저 도플러 유속계
• 회전각
• * 포텐쇼미터
• * 회전각 센서
• 회전수
• * 타코 제네레이터
• * 로터리 인코더
• 각속도
• * 자이로 센서
• 1차원 영상
• * 리니어 이미지 센서
• 2차원 영상
• * CCD 이미지센서
• * CMOS 이미지센서

4. 2. 용도에 따른 분류

• 액체
• * 누액센서
• * 액체감지센서
• 경도
• 습도
• 유량
• 경사
• 지진센서

5. 응용 분야

센서는 현대 사회의 거의 모든 분야에서 활용되고 있다. 자동차, 철도, 선박, 항공우주 등의 교통 시스템, 기계, 화학, 농업, 토목, 에너지 등의 산업, 의료, 재난 예방, 주택, 방범 등의 생활 환경, 우주, 로봇 등의 첨단 기술 분야에서 보급이 진행되고 있다.

생물의학 및 생명공학에서는 세포, 단백질, 핵산 또는 생체모방 고분자와 같은 생물학적 구성요소를 통해 분석물을 감지하는 센서를 바이오센서라고 한다. 생물학적 분석물을 위한 비생물학적 센서, 심지어 유기물(탄소 화학)도 센서 또는 나노센서라고 한다. 이 용어는 시험관 내 및 생체 내 적용 모두에 적용된다. 바이오센서에 생물학적 구성요소를 캡슐화하는 것은 일반 센서와 약간 다른 문제를 나타낸다. 이는 투석막이나 하이드로겔과 같은 반투과성 장벽 또는 3D 폴리머 매트릭스를 통해 수행될 수 있다. 이는 감지 거대분자를 물리적으로 제한하거나 거대분자를 비계에 결합하여 화학적으로 제한한다.

금속산화물반도체(MOS) 모니터링 센서는 스마트홈 모니터링, 사무실 및 농업 모니터링, 교통량 감시( 차량 속도, 교통 정체, 교통 사고 포함), 기상 모니터링( 강우, 풍속, 낙뢰, 폭풍 등), 국방 모니터링, 그리고 온도, 습도, 대기 오염, 화재, 건강, 보안 및 조명 모니터링에 사용된다.^[26] MOS 가스 검출기 센서는 일산화탄소, 이산화황, 황화수소, 암모니아 및 기타 가스 물질을 감지하는 데 사용된다.^[27] 다른 MOS 센서에는 지능형 센서^[28] 및 무선 센서 네트워크(WSN) 기술이 포함된다.^[29]

6. 선택

센서를 선택할 때는 측정 대상, 검출 원리, 센서의 특성, 사용 환경 등을 종합적으로 고려해야 한다.^[1] 조건에 적합한 최적의 센서를 선택하려면 측정 대상과 센서의 특성을 잘 고려해야 한다.^[1]

또한, 센서는 그 목적상 혹독한 물리적 환경에 노출되면서 사용되는 경우도 있다.^[1] 실용 시에는 노이즈에 의한 오검출이나 고장이 일어나지 않도록 검출 방법을 검토하고, 적절한 사용 환경 및 방호 형태 하에서 사용해야 한다.^[1]

7. 첨단 센서 기술

스마트 센서(smart sensor, ) 또는 인텔리전트 센서(intelligent sensor, )는 분석 및 정보 처리 능력이 추가된 센서이다. 스마트 센서는 측정 대상에 여러 개의 센서를 사용하여 측정을 수행한다. 한 번에 여러 데이터를 취득하고, 이상값이나 예외값을 제거하며, 데이터를 처리하여 축적한다. 이를 통해 자동 교정 기능과 자동 보상 기능을 갖추고 있다고 할 수 있다. 또한, 다른 종류의 센서와 센서 네트워크 통신 기능을 결합하여 통합된 데이터 측정도 가능하다.

센서 퓨전(sensor fusion), 또는 센서융합은 시각, 청각, 촉각, 후각, 미각 등 여러 종류의 감각 정보를 융합한 지각을 이용하여 감지하는 것이다.^[1]

센서 퓨전은 복합, 통합, 융합, 연합의 네 가지로 분류할 수 있다.^[1]

참조

_[1] 서적 A History of Control Engineering 1930–1955 Peter Peregrinus Ltd. on behalf of the Institution of Electrical Engineers
_[2] 서적 Machinery Prognostics and Prognosis Oriented Maintenance Management https://books.google[...] Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd
_[3] 서적 Modern General Knowledge https://books.google[...] Upkar Prakashan 2010-09-01
_[4] 학술지 Disposable Sensors in Diagnostics, Food, and Environmental Monitoring 2019-05-15
_[5] 학술지 Modified Screen Printed Electrode Suitable for Electrochemical Measurements in Gas Phase https://pubs.acs.org[...] 2020-03-03
_[6] 서적 Chemical Sensors and Biosensors:Fundamentals and Applications John Wiley & Sons
_[7] 학술지 Truncated aptamers as selective receptors in a gluten sensor supporting direct measurement in a deep eutectic solvent 2020-10-01
_[8] 학술지 A Review of Current Neuromorphic Approaches for Vision, Auditory, and Olfactory Sensors
_[9] 학술지 Frosch and Derick: Fifty Years Later (Foreword) https://iopscience.i[...] 2007-09-01
_[10] 학술지 Surface Protection and Selective Masking during Diffusion in Silicon https://iopscience.i[...] 1957
_[11] 학술지 Silicon-Silicon Dioxide Surface Device https://doi.org/10.1[...] 1961
_[12] 서적 History of Semiconductor Engineering Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007
_[13] 학술지 The mechanisms for silicon oxidation in steam and oxygen https://linkinghub.e[...] 1960
_[14] 서적 History of Semiconductor Engineering Springer Science & Business Media 2007
_[15] 학술지 The impact of MOSFET-based sensors https://core.ac.uk/d[...] 1985-10-01
_[16] 학술지 40 years of ISFET technology: From neuronal sensing to DNA sequencing https://www.research[...] 2016-05-13
_[17] 학술지 Recent advances in biologically sensitive field-effect transistors (BioFETs) http://juser.fz-juel[...] 2002-09-10
_[18] 서적 The Electronics Revolution: Inventing the Future https://books.google[...] Springer 2017
_[19] 학술지 Charge Coupled Semiconductor Devices 1970
_[20] 학술지 A new MOS phototransistor operating in a non-destructive readout mode 1985
_[21] 논문 Active Pixel Sensors: Are CCD's Dinosaurs?
_[22] 서적 Advances in Embedded Computer Vision Springer 2014
_[23] 서적 VLSI Systems and Computations Computer Science Press 1981-08-01
_[24] 웹사이트 How Computer Mice Work https://computer.how[...] 2019-10-09
_[25] 웹사이트 LiDAR vs. 3D ToF Sensors — How Apple Is Making AR Better for Smartphones https://ios.gadgetha[...] 2020-04-03
_[26] 서적 MOS Devices for Low-Voltage and Low-Energy Applications https://books.google[...] John Wiley & Sons 2017
_[27] 학술지 A Mini-System Integrated with Metal-Oxide-Semiconductor Sensor and Micro-Packed Gas Chromatographic Column 2018-08-17
_[28] 서적 Analog VLSI Implementation of Neural Systems http://fennetic.net/[...] Kluwer Academic Publishers 1989-05-08
_[29] 서적 Parametric Analog Signal Amplification Applied to Nanoscale CMOS Technologies https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2012