수동 센서란 무엇인가요?

저자: 리아이
출처: Ulink Media

수동 센서란 무엇인가요?

수동형 센서는 에너지 변환 센서라고도 합니다. 사물 인터넷(IoT) 센서처럼 외부 전원 공급이 필요하지 않습니다. 즉, 외부 전원 공급 장치를 사용하지 않고도 외부 센서를 통해 에너지를 얻을 수 있는 센서입니다.

센서는 감지 및 탐지하는 물리량에 따라 터치 센서, 이미지 센서, 온도 센서, 모션 센서, 위치 센서, 가스 센서, 광 센서, 압력 센서 등으로 나눌 수 있다는 것을 우리는 모두 알고 있습니다. 수동 센서의 경우, 센서가 감지하는 빛 에너지, 전자기파, 온도, 인체 움직임 에너지, 진동 등이 잠재적인 에너지원입니다.

수동 센서는 광섬유 수동 센서, 표면 음향파 수동 센서, 에너지 소재 기반 수동 센서의 세 가지 범주로 나눌 수 있는 것으로 알려져 있다.

• 광섬유 센서

광섬유 센서는 1970년대 중반에 개발된 광섬유의 특성을 이용한 센서의 일종입니다. 측정 대상 상태를 측정 가능한 광 신호로 변환하는 장치이며, 광원, 센서, 광 검출기, 신호 조절 회로 및 광섬유로 구성됩니다.

광섬유 수중 음향 센서는 높은 감도, 강력한 전자기 간섭 저항성, 우수한 전기 절연성, 뛰어난 환경 적응성, 원격 측정, 저전력 소비 등의 특징을 가지며, 사물 인터넷 분야에서 점점 더 널리 활용되고 있습니다. 예를 들어, 광섬유 수중 음향 센서는 광섬유를 감지 소자로 사용하는 음향 센서의 일종이며, 광섬유 온도 센서 또한 이에 해당합니다.

• 표면음파 센서

표면음파(SAW) 센서는 표면음파 소자를 감지 요소로 사용하는 센서입니다. 측정 정보는 표면음파 소자 내에서 발생하는 표면음파의 속도 또는 주파수 변화에 반영되어 전기 신호로 출력됩니다. SAW 센서는 적용 범위가 매우 넓은 복합 센서로, 표면음파 압력 센서, 표면음파 온도 센서, 표면음파 생물 유전자 센서, 표면음파 화학 가스 센서, 지능형 센서 등이 대표적입니다.

높은 감도와 거리 측정이 가능한 수동 광섬유 센서 외에도, 저전력 소모 특성을 지닌 수동 표면 음파 센서는 주파수 변화를 이용하여 속도 변화를 추정하므로 외부 측정값의 변화를 매우 정밀하게 감지할 수 있습니다. 또한 소형, 경량, 저전력 소모 특성으로 우수한 열 및 기계적 특성을 확보할 수 있어 무선 소형 센서의 새로운 시대를 열었습니다. 이러한 센서는 변전소, 철도, 항공우주 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

• 에너지 소재 기반 수동 센서

에너지 소재 기반 수동 센서는 이름에서 알 수 있듯이 빛 에너지, 열 에너지, 기계 에너지 등 일상생활에서 흔히 접하는 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용합니다. 이러한 센서는 넓은 대역폭, 강력한 항간섭 능력, 측정 대상에 대한 최소한의 교란, 높은 감도 등의 장점을 가지고 있어 고전압, 낙뢰, 강한 전자기장, 고출력 마이크로파 등과 같은 전자기 측정 분야에 널리 활용됩니다.

수동 센서와 다른 기술의 결합

사물인터넷 분야에서 수동 센서의 활용도가 점점 높아지고 있으며, 다양한 종류의 수동 센서가 출시되고 있습니다. 예를 들어 NFC, RFID는 물론 Wi-Fi, 블루투스, UWB, 5G 등의 무선 기술과 결합된 센서들이 등장했습니다. 수동 모드에서 센서는 안테나를 통해 주변 환경의 무선 신호로부터 에너지를 얻고, 센서 데이터는 비휘발성 메모리에 저장되어 전원이 공급되지 않아도 유지됩니다.

RFID 기술 기반의 무선 수동 섬유 변형 센서는 RFID 기술과 섬유 소재를 결합하여 변형 감지 기능을 갖춘 장비를 구현합니다. RFID 섬유 변형 센서는 수동 UHF RFID 태그 기술의 통신 및 유도 방식을 채택하고 전자기 에너지를 이용하여 작동하며, 소형화 및 유연성 측면에서 잠재력이 뛰어나 웨어러블 기기에 적용될 수 있는 유망한 소재입니다.

끝으로

수동형 사물 인터넷(Passive Internet of Things)은 사물 인터넷의 미래 발전 방향입니다. 수동형 사물 인터넷의 핵심 구성 요소로서 센서에 대한 요구 사항은 더 이상 소형화 및 저전력 소비에만 국한되지 않습니다. 수동형 사물 인터넷은 앞으로도 지속적으로 연구 개발이 필요한 유망한 분야입니다. 수동형 센서 기술의 지속적인 발전과 혁신을 통해 수동형 센서 기술의 응용 범위는 더욱 확대될 것입니다.