센서 활용 기술(3) - 아날로그 압력센서(Pressure Sensor), 초음파 센서(Ultrasonic Sensor)

2020/10/14 - [지능형스마트팩토리/센서활용기술] - 센서 활용 기술(2) - 광센서(Optical Sensor), 포토 센서(Photo Sensor)

센서 활용 기술(2) - 광센서(Optical Sensor), 포토 센서(Photo Sensor)

지난 포스팅에 이어 이번포스팅에서는 입력에 따라 0,1로 Digital 한 값을 받는 것이 아닌 특정 범위 내에서 변하는 아날로그 센서에 대해서 알아봅니다.

 

압력센서

압력센서는 아날로그센서로 특정 압력에 따라서 출력이 바뀌는 센서입니다. 단순히 온/오프가 아닌 압력 값에 비례하는 선형적인 출력 양상을 보입니다. 제가 사용한 모델은 PSA-1P 모델입니다.

PSA-1P

이 모델의 메뉴얼입니다. 센서를 사용하려면 우선 해당 센서의 특성을 잘 파악하는 게 좋겠죠.

첫 번째로 PS는 저희가 사용하는 센서가 PS(Pressure Sensor)라는 걸 알려주네요

두 번째는 A로 저희가 직사각형이 아닌 정사각형 센서를 사용하는 것을 알려줍니다.

세 번째는 저희 센서가 무표시이므로 정압(대기압을 기준)으로 측정하는 것을 알 수 있습니다. 게이지 압력이라고도 하죠

넷째로 저희는 01이 아닌 1로 1000 kpa까지 측정 가능하며 1000 kpa은 공압에서 10 Bar 정도까지 측정이 가능합니다.

다섯째로 C가아닌 무표시 이므로 일반형이며

여섯번째로 P이므로 PNP 오픈 콜렉터 출력임을 알 수가 있습니다. 

 

이제 해당 모델의 측정범위 및 가장 기본적인 사양을 알았으니, 다음으로는 출력을 한번 알아보도록 하겠습니다.

출력은 입력에 따라 1V ~ 5V까지 변하네요, 왜 0V ~ 5V가 아닌 1V부터 시작을 할까요? 그 이유는 0V부터 시작한다면 이 센서가 꺼진 건지 압력이 없어서 작동을 하고 있는지 모르기 때문입니다. 그렇기 때문에 압력이 없더라도 센서가 작동하고 있다고 알려주기 위해서입니다. 다시 돌아와서 출력 양상을 보면 압력에 비례하여 출력(V)이 선형적으로 증가하는 것을 볼 수가 있습니다. 하지만 세상에 그렇게 완벽한 선형성을 갖는 센서는 존재하지 않습니다. 어느 정도 오차는 존재하기 마련입니다. 오른쪽 그림이 1V~5V 풀스케일 범위에 대한 최대오차범위를 지정해주고 있습니다. 저희가 시스템을 설계할 때 이 오차를 고려해서 설계하면 더 안정성을 보장할 수 있을 것 같습니다.

 

다음으로는 압력센서의 사용법에 대해서 알아보겠습니다. 센서마다 다르겠지만. 회로도를 이해하시면 다른 센서를 사용하더라도 메뉴얼을 보시면서 이해할 수 있습니다.

저희가 NPN과 PNP의 차이점을 지난 포스팅에서 배웠습니다. NPN은 출력선(여기에서는 흑,백)이 -역할을 하므로 부하 반대쪽에는 +와 연결해주는 것이 맞고, PNP는 출력선이 +역할을 하므로 부하 반대쪽에는 -와 연결해주는 것이 맞습니다.

 

부하를 연결해주고 나면 출력모드를 결정해야 합니다. 출력 모드를 설정하는 법은 매뉴얼을 보면 자세하게 나와있습니다.

압력센서.pdf

1.29MB

제가 사용하는 센서는 1부터 5번까지 출력모드가 나눠져 있네요. 각각 출력 모드에 따라 어떤 식으로 출력이 되는지 알아보도록 하겠습니다. 

운전 모드를 정하고 St1과 St2값을 정해줍니다. St1은 1~5V까지 정할 수 있으며 St2는 1V~St1설정 출력까지 정할 수 있다고 나와있네요 맨 처음으로 히스테리시스 모드입니다. OUT1(흑색선)이 저희가 설정한 St1보다 크면 작동을 하며 값이 내려갈 때는 히스테리시스 효과를 주어 좀 더 여유롭게 St2 보다 압력이 낮을 때 출력이 끊기도록 설정하였습니다.

그 이외에도 용도에 따라서 다양한 출력모드를 쓸 수 있습니다.

아래 영상은 압력센서를 히스테리시스 모드[F-1]로 사용하여 출력이 가도록 설정해보았습니다.

St1을 6Bar St2를 5.99 Bar로 설정하여 6 Bar보다 높아지면 불이 켜지고 5.99 Bar 보다 낮아지면 불이 꺼지게 됩니다.

 

초음파 센서

초음파 센서도 아날로그 센서로 거리에 따라 출력이 변하는 센서입니다. 초음파를 쏘는 Trig 부분과 받는 Echo 부분으로 나누어져 있습니다.

우선 메뉴얼을 보면 Inverting Output Mode와 Non-Inverting Output Mode에 따라 출력의 크기가 달라집니다.

Light signal strength가 증가한다는 의미는 가까운 거리에서 초음파를 반사받았다는 의미가 되어 1번 LED가 켜지고 0일 경우에는 초음파를 반사받지 못하여서 Light signal strengh가 감소하여 10번 LED가 켜지게 됩니다. Inverting과 Non-Inverting은 거리에 따라 출력이 커지냐 작아지냐를 나타냅니다. 아래는 초음파 센서 실습 영상입니다.

 

거리에 따라 켜지는 LED 등이 바뀌는 것을 볼 수가 있습니다.

 

이번 시간에는 아날로그 센서에 대해서 배웠습니다. 매뉴얼을 잘 보고 센서 특성을 잘 파악하는 것이 가장 중요합니다.