IoTで情報を入力する装置を、センサと呼びます。
センサは人間の目や耳、鼻にあたる装置で、制御に必要な情報を取り込み電気信号に変換する機器です。
センサで情報を取り出すことをセンシングといいます。
IoTではセンサを使用して、情報を読み取っています。どんなセンサがあるか学んでいきましょう。
6. スライド学習① ( 6 / 16 )
IoTで使用されるセンサとは
センサ
センサの種類
IoTで利用されているセンサには多くの種類があります。主なものに以下の6種類があります。
| センサ名 | 用途 | 使用例 |
|---|---|---|
| 光センサ | 近接検知：光の反射で 物体の有無を検知 照度検知：光の強さを測定する |
自動ドアでの人物検知（近接検知） トイレの自動手洗機（近接検知） 自動車のヘッドライトの明るさを制御（照度検知） |
| 温度センサ | 温度計測：気温や体温 電子機器の温度を計測する | 温度計 体温計 電子レンジ・エアコン・冷蔵庫などの家電製品の温度管理 気象観測 |
| 湿度センサ | 湿度計測：室内や外気の湿度を計測 | 湿度計 加湿器 エアコンの湿度管理 気象観測 |
| イメージセンサ | 光検出：光を検知して 写真や映像に変換 （光の色を検知できるところが光センサと違う部分） カメラに使用される |
デジタルカメラ スマートフォンのカメラ ドライブレコーダー 医療（レントゲン写真・MRIなど） |
| 圧力センサ | 接触圧力検出：物体が触れる力を計測 重量計測：物体の重力で受ける力を計測し 重量の測定を行う |
血圧計（接触圧力検出） 体重計（重量計測） 気圧計（接触圧力検出） お風呂の水位測定（接触圧力検出） タッチスクリーン（接触圧力検出） |
| 加速度センサ | 物体の加速度検出：物体の加速や減速の変化を検知 傾き検知:センサの傾きの角度を計測 振動検知：物体の振動や衝撃を検知 |
自動車のエアバッグ（物体の加速度検出） 歩数計（物体の加速度検出） ゲームコントローラー（物体の加速度検出・傾き検知・振動検知） |
| アイトラッカー | 視線検出：人物の視線を検知 | ARグラス 自動車の運転者の危険予測 |
光センサ
光センサは、人が近づくと点灯するライトや自動ドア、手を近づけると水が出る蛇口などの近接検知で使用されています。
光センサとは、光の強弱を検知して電気信号に変換するセンサのことをいいます。目視ができる「可視光線」や、目視ができない「不可視光線」を使用します。
人物の検知ができるので、自動ドアや、スマートフォンの自動画面オフ機能など、さまざまな検出に利用しています。
光センサは、透過型と反射型に分かれます。
- ・透過型
- ・反射型
引用元：電気エンジニアのツボ.「光電センサとは？種類や検出方法、特長、メリットをやさしく紹介！」. https://shimatake-web.com/photoelectric-sensor-type/, (参照 2023-06-11)
単純な仕組みで、投光器の投光部から出した光を受光器の受光部で受信します。投光部と受光部の間に何か物体が入ると、光がさえぎられるので、その光の減少量を検出する仕組みです。
例えば、工場などで使用されるベルトコンベアーなどでの、物体検出で利用されています。
投光部と受光部が一体になったセンサです。通常は受光部には光は戻ってきませんが、光が物体に当たると反射して受光することにより検出する仕組みです。
移動するタイプのロボットや、路上に設置され人の存在を検知する人感センサなどでも使用されます。
温度センサ
最近では、非接触型の体温計がよく使われます。その体温計と同じ仕組みのセンサが、IoTでも活用されているんです。
湿度センサとは、物体の温度や、気温を計測するためのセンサです。
物体に接触して温度を測る「接触型」と、物体と離れた位置で温度を測る非接触型に分けられます。
ここでは、一般的によく使用される非接触型について説明します。
- ・非接触型
人間などの動物や、木などの植物、鉄でできた機械も、その温度の高さに比例した「赤外線エネルギー」を発しています。
その赤外線エネルギーの量を測り、温度を検出しています。非接触型の体温計などで利用されています。
湿度センサ
湿度の変化に応じて、加湿器や除湿機を使用し、湿度を調整することができます。
湿度センサとは、湿度を計測するためのセンサです。
湿度とは、空気中の水蒸気の量を数値化したものです。
加湿器や除湿器などで使用されています。
湿度センサには、「抵抗型湿度センサ」や「容量型湿度センサ」など様々な手法があります
ここでは、構造が単純で良く使用されている「抵抗型湿度センサ」について説明します。
- ・抵抗型湿度センサ
抵抗型湿度センサは、湿度によって変化する材料の電気抵抗を利用して湿度を測定します。
センサ内の感質材料（一般的にはセラミックやポリマー）は、湿度の変化に応じてその導電性が変化します。
湿度が上昇すると、感質材料の表面に空気中の水分が吸着し、電極から流す電気の導電性が増加します。この時に生じる電流の変化を測定することで、湿度の変化を検出します。
イメージセンサ
主にカメラで使用されていますが、レントゲン写真やMRIなどの医療機器でも使用されています。
イメージセンサとは、デジタルカメラやスマートフォンのカメラで使用されるセンサで、レンズで受け取った光を電気信号に変換するセンサです。
引用元：NEG.「イメージセンサ用カバーガラス」. https://www.neg.co.jp/rd/topics/product-cover-glass/, (参照 2023-06-11)
光には、赤・緑・青、この3つの色を組み合わせて、様々な色を表現しています。
ピクセルごとに、３色の光の強さを数値化し、情報として記録します。
このピクセルを縦横に組み合わせて、写真が生成されます。
イメージセンサには「CCD（シーシーディー）」、または「CMOS（シーモス）」という技術で実現されています。
ここでは、使用電力が低く、機能も優れているCMOSについて説明をします。
- ・CMOS
CMOSは、マイクロレンズで受け取った光を、赤・緑・青のそれぞれのフィルターを通してフォトダイオードで受け取ります。受け取った各色の光の強さを、電気信号に変換します。
圧力センサ
最近のゲームコントローラーは、ボタンを押す強さも検知できます。
それは、圧力センサが使用されているためなんですよ！
圧力とは、物体にかかる圧力の強さを測定するセンサです。
ゲームコントローラーの他にも、血圧計やお風呂の湯量の計測などで使用されています。
圧力センサの中には、感圧素子と呼ばれる特殊な素材があります。この素材は、圧力がかかると変形します。
感圧素子の変化により、電気信号が生成され、その変化量を圧力の強さとして測定します。
加速度センサ
加速度センサはスピードの計測に使用されます。
速度だけではなく、傾きや振動も検知できます。
傾きの検知はスマートフォンのゲームなどでも使用され、振動の検知は地震の検知にも使用されています。
加速度センサとは、センサ自体に加わる加速度を検知するセンサです。
加速度とは、速度の増加量のことです。例えば、停止している自動車が時速40kmのスピードに達するのに、5秒かかる場合と、10秒かかる場合では加速度が違います。
同じ速度であっても、早い時間でその速度に達したほうが、加速度が高いと言えます。
さらに、加速度センサは、その加速の向きも検出でき、以下の検出に使用されます。
- 加速・減速の変化量
- 傾き
- 振動・衝撃
加速度センサの内部では、複数のバネで球体が吊るされている状態になっています。
このセンサを動かすことにより、慣性が働き中の球体が動きます。
その球体の動きを検知し、加速やその方向を判断します。
また、重力により球にかかる力を複数のバネでとらえ、センサーに対してどの方向に重力がかかっているかを判断し、傾きを検知します。
