FE EXAM

センサ(物理量を電気信号に変換)

光・温度・圧力などの物理量を電気信号に変換する素子

DIAGRAM
物理量センサ電気信号デジタル

① 物理量がデジタルデータになるまでの流れ

物理量(自然界の量)☀ 光🌡 温度⬇ 圧力↻ 加速度センサ感じ取って変換する素子変換電気信号(アナログ)A/D変換アナログ→デジタルデジタル(0と1)10110コンピュータが処理

② 主なセンサの種類と用途

光センサ測る物理量光の強さ身近な用途カメラ・自動点灯温度センサ測る物理量温度身近な用途エアコン・体温計圧力センサ測る物理量圧力・力身近な用途タッチパネル・血圧計加速度センサ測る物理量動き・傾き身近な用途スマホの画面回転ジャイロセンサ測る物理量回転身近な用途ドローン姿勢制御磁気センサ測る物理量磁界身近な用途電子コンパス湿度センサ測る物理量湿度身近な用途除湿機・気象観測音センサ測る物理量音(振動)身近な用途マイク・騒音計
解説

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センサとは

人間の「五感」にあたる部品物理量光・熱・音センサ電気信号電圧・電流感じ取って → 電気に変換

センサ(sensor)とは、光・温度・圧力などの物理量(=自然界に存在する量)を、電気信号に変換する素子(部品)のことです。コンピュータは電気の信号(電圧や電流)しか扱えないため、まずセンサが「外の世界の様子」を電気に翻訳します。

身近な例で考えると、センサは人間の「五感」(目・耳・皮膚など)にあたります。私たちが目で光を感じ、皮膚で熱を感じるように、機械はセンサを通して外界の変化を感じ取ります。違いは、人間が「脳」で感じるのに対し、機械は感じ取った変化を電圧の大きさなどに置き換える点です。

上の図解①が、センサが物理量を捉えてから、コンピュータが処理できるデジタルデータ(0と1の並び)になるまでの流れです。センサが出すのは多くの場合アナログ(=連続的に変化する値)なので、A/D変換(アナログ→デジタル変換)でデジタルに直してから利用します。

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種類別の用途

センサは「何の物理量を測るか」で分類されます。上の図解②に主なものをまとめましたが、代表的な種類と用途は次のとおりです。
光センサ:光の強さを測る(カメラ、街灯の自動点灯、テレビのリモコン受光部)
温度センサ:温度を測る(エアコン、電子体温計、冷蔵庫)
圧力センサ:圧力や力を測る(タッチパネル、血圧計、タイヤ空気圧の監視)
加速度センサ:動きや傾きを測る(スマホの画面回転、歩数計、エアバッグ)
ジャイロセンサ:回転(角速度)を測る(ドローンやゲーム機の姿勢制御)

スマホ1台に多くのセンサ光センサ加速度近接センサジャイロ

例えば1台のスマートフォンには、画面の明るさを自動調整する光センサ、画面の縦横を切り替える加速度センサ、通話中に画面を消す近接センサなど、十数個のセンサが入っています。私たちが意識しなくても、機械が「周りの状況」を読み取って自動で動くのは、こうした多種多様なセンサのおかげです。

センサを理解するときは「センサの種類 ↔ 測る物理量 ↔ 用途」の組み合わせを意識すると整理しやすくなります。「加速度センサは何を測るか」「自動ドアに使われるセンサは何か」のように、対応関係を結びつけて押さえておきましょう。

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IoTでの活用

センサ → ネット → 分析 の流れセンサ機器(マイコン)📡 通信クラウドたくさんのモノがインターネットに繋がる

IoT(Internet of Things =モノのインターネット)とは、家電・自動車・工場の機械など、あらゆる「モノ」をインターネットに繋いで情報をやり取りする仕組みです。このIoTの入り口にあたるのがセンサで、現実世界の状態をデータに変える役割を担います。

IoTの基本的な流れは次のとおりです。
① センサで計測:温度・湿度・振動などの物理量を電気信号に変換
② マイコンで処理:A/D変換してデジタル化し、必要な情報にまとめる
③ ネットワークで送信:無線などでサーバ(クラウド)へ送る
④ 分析・制御:集めたデータを分析し、機器を遠隔で動かす(アクチュエータ)

例えばスマート農業では、畑に置いた温度・湿度センサのデータをクラウドに集め、自動で水やりを行います。工場では機械の振動センサで故障の予兆を検知します。「センサ=IoTでデータを取得する入口」「アクチュエータ=モノを動かす出口」という対の関係を押さえておくと理解が深まります。

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