레이더 센서는 전자기파 또는 레이더파를 물리 원리로 사용합니다. 이러한 레이더파는 다른 감각 원리가 한계에 도달하는 자동화 응용 분야에서 이상적인 속성을 가지고 있습니다. 레이더파는 간섭에 민감하지 않으며, 거의 모든 물질에 다양한 정도로 반사됩니다.
산업용 레이더 센서는 이러한 특성을 활용하며, ISM 밴드 범위인 122~123 GHz에서 주파수 변조 레이더파(FMCW 레이더)를 지속적으로 송신합니다. 이러한 기능 원리를 사용하면 하나의 레이더 센서로 다양한 기능을 커버할 수 있습니다.
레이더 센서의 장점
비나 안개, 바람 또는 먼지와 같은 환경적 영향이 측정 결과의 정확도에 영향을 미치지 않습니다. 25m 이상의 거리에서 거리 및 속도 측정이 가능하며, 대상 물체의 이동 방향도 감지할 수 있습니다.
응용 사례:
자동화된 유도 차량 (AGVs): 레이더 센서는 AGV에서 충돌을 방지하기 위해 사용될 수 있습니다.
탱크 내 충전 수준 모니터링: 레이더 센서는 유체 탱크 내의 액체 또는 고체의 수준을 감지하는 데 사용될 수 있습니다.
자율 주행 자동차: 레이더 센서는 주변 환경을 감지하고 자율 주행 시스템의 성능을 향상시키는 데 사용됩니다.
근접센서의 작동 원리
용어
근접센서
주변 물체나 환경의 근접을 감지하는 모든 종류의 센서를 포괄하는 용어
전기적
전기적인 신호로 변환하여 처리하는 장치를 의미
광학적
빛과 빛의 상호 작용에 관련된 원리나 장치를 의미
초음파 파동
일반적으로 20 kHz(킬로헤르츠)에서 100 kHz 이상의 주파수를 갖는 파동을 장치를 의미
자기장
자석이나 전류가 흐르는 전선 주변에 생성되는 힘의 영역
전기적 용량
두 전극 사이에 축적된 전하의 양
전하의 특성:
전하의 종류: 전자의 경우에는 음(-)의 값을, 양전자의 경우에는 양(+)의 값
전하의 이동: 전하는 전기장의 영향을 받아 이동. 전기장이 강한 곳에서 약한 곳으로 이동하며, 전기 전류의 형태로 나타남
전하와 센서: 센서에서 전하는 일반적으로 전극 사이의 축적된 전하의 양을 나타냄. 정전용량 센서에서는 두 전극 사이의 절연체에 축적된 전하의 양을 측정하여 물체의 존재나 거리를 감지
레이더(Radar): "Radio Detection and Ranging"의 약어로, 전파를 이용하여 물체의 위치와 속도를 감지하는 기술입니다.
근접센서 사양 확인
마그네틱 센서
마그네틱 센서 타입 및 특성
리드 스위치형 (Reed Switch)
유리관 내 리드 접점이 자석에 의해 접촉/분리
단순 ON/OFF 검출, 저전력, 구조 단순
홀 효과형 (Hall Effect)
자기장 변화 시 홀 전압 발생 → 전기 신호 출력
디지털/아날로그 모두 가능, 고속 응답
자기저항형 (MR Sensor)
자기장 세기에 따라 저항 변화 측정
고감도 위치 검출 가능
주요 사양 및 특성
검출 대상: 자석
검출 거리: 수 mm ~ 수 cm
응답 속도: 수 µs ~ ms
출력 형태: PNP/NPN, NO/NC, 아날로그(홀 소자형)
보호 등급: IP65~IP67
근접센서 사양 확인
정전용량 센서
정전용량 센서 타입 및 특성
센서 전극과 대상체 사이의 정전용량 변화 감지
금속뿐만 아니라 비금속(유리, 액체, 분체, 플라스틱 등)도 검출 가능
감도 조절 기능(Potentiometer) 지원
주요 사양 및 특성
검출 대상: 금속 + 비금속 (액체, 분체, 목재, 유리 등)
검출 거리: 수 mm ~ 수 cm (대상 유전율에 따라 달라짐)
응답 속도: 일반적으로 5~15ms
출력 형태: Light-on/Dark-on, PNP/NPN
보호 등급: IP65~IP67
비교 요약
근접센서 사양 확인
포토센서
포토센서 타입 및 특성
투과형(Through-beam)
발신기와 수신기가 분리된 구조로, 물체가 빛을 차단하면 감지. 최대 감지 거리가 길고(최대 100m) 신뢰성이 높으나, 설치에 두 개의 장치가 필요합니다.
반사형(Retro-reflective)
센서에서 발사된 빛이 반사판에 반사되어 돌아오는 방식. 물체가 빛을 차단하면 감지. 설치가 간편하고 중간 거리(최대 10m)에 적합합니다.
확산 반사형(Diffuse)
물체에 반사된 빛을 감지하는 방식. 설치가 가장 간단하지만 감지 거리가 짧고(최대 1m) 물체의 색상이나 표면 상태에 영향을 받습니다.
주요 사양 및 특성
감지 거리: 타입에 따라 10cm~100m
반응 시간: 일반적으로 0.5~10ms
광원 유형: 적외선, 가시광선, 레이저
작동 모드: Light-on(빛 감지 시 출력) 또는 Dark-on(빛 차단 시 출력)
방수 등급: IP65~IP69K
근접센서 사양 확인
초음파센서
주요 사양 및 특성
감지 거리: 일반적으로 30mm~10m
반응 시간: 일반적으로 50~200ms
온도 범위: -25°C~+70°C
주파수 범위: 일반적으로 40kHz~400kHz
음파 발산각: 일반적으로 5°~15°
정확도: 일반적으로 측정 거리의 ±0.5~2%
초음파 센서의 장점
금속 및 비금속 물체 감지 가능
투명 물체 감지 가능
먼지, 안개, 습기에 영향 적음
색상이나 표면 상태에 영향 받지 않음
액체 수위 측정에 적합
초음파 센서 응용 분야
수위 측정
탱크나 용기의 액체 수위를 비접촉식으로 측정. 화학물질이나 위험 물질의 수위 측정에 특히 유용합니다.
거리 측정
이동체나 고정 물체와의 거리를 정확하게 측정. 로봇 공학, 자동 이송 시스템 등에 활용됩니다.
물체 감지
컨베이어 벨트 위의 물체 감지, 팔레트 위치 감지 등 다양한 산업 자동화 분야에서 사용됩니다.
근접센서 사양 확인
레이더센서
주요 사양 및 특성
감지 거리: 일반적으로 0.2m~100m 이상
주파수 범위: 일반적으로 24GHz, 77GHz, 122-123GHz
측정 정확도: 일반적으로 ±2~10mm
빔 각도: 일반적으로 5°~30°
온도 범위: -40°C~+85°C
반응 시간: 일반적으로 10~50ms
레이더 센서의 장점
악천후 조건(안개, 비, 눈)에서도 안정적 작동
먼지, 증기, 습기에 영향 적음
긴 감지 거리와 높은 정확도
움직이는 물체의 속도 측정 가능
금속 및 비금속 물체 감지 가능
레이더 센서 응용 분야
벌크 재료 수위 측정
먼지가 많거나 접근이 어려운 환경에서 사일로나 대형 탱크의 내용물 수위를 측정할 수 있습니다.
산업 자동화
열악한 환경에서 정확한 위치 감지와 거리 측정을 제공하여 생산 라인의 효율성을 향상시킵니다.
자율 이동 시스템
AGV(무인 반송차)나 자율 이동 로봇의 충돌 방지 및 내비게이션 시스템에 활용됩니다.
근접센서의 작동 메커니즘
인덕티브 센서
작동 원리
인덕티브 센서는 전자기 유도 현상을 이용하여 금속 물체를 감지합니다. 센서 내부의 코일에 전류가 흐르면 자기장이 형성되고, 금속 물체가 이 자기장에 들어오면 와전류(Eddy current)가 발생하여 자기장에 변화를 일으킵니다. 이 변화를 감지하여 물체의 존재 여부를 판단합니다.
작동 메커니즘 단계
01
코일 생성
인덕티브 센서는 주로 코일로 구성되어 있습니다. 이 코일은 전류를 흐르게 하여 자기장을 생성합니다.
02
자기장 생성
전류가 흐르는 코일은 주변에 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 센서 주변 공간에 전파됩니다.
03
금속 물체 감지
금속 물체가 센서 근처에 접근하면, 물체 내부에서 와전류가 발생하고 이로 인해 자기장에 변화가 생깁니다.
04
신호 처리 및 출력
센서는 자기장 변화를 감지하여 전기적인 신호로 변환하고, 이를 디지털 또는 아날로그 출력으로 제공합니다.
근접센서의 작동 메커니즘
정전용량 센서
작동 원리
정전용량 센서는 전기적인 용량(Capacitance)의 변화를 감지하여 작동합니다. 센서 내부에는 두 개의 전극이 있으며, 이 전극 사이에 물체가 접근하면 전기적인 용량(Capacitance)이 변화합니다. 이러한 용량의 변화를 측정하여 물체의 존재나 위치를 결정합니다.
작동 메커니즘 단계
01
전기적 용량 변화 감지
두 전극 사이의 공간에 물체가 접근하면 전기적인 용량(Capacitance)이 변화합니다. 이는 물체의 유전율과 물체와 센서 사이의 거리에 따라 달라집니다.
02
측정 전기적 용량
센서는 고정된 주파수의 전기적 신호를 생성하고, 이 신호는 두 전극 사이를 통과합니다. 물체가 가까이 있을수록 두 전극 사이의 용량이 증가합니다.
03
용량 측정 및 결과 분석
센서는 두 전극 사이의 용량을 측정하고 분석하여 물체의 존재나 위치를 결정합니다. 이 정보는 디지털 또는 아날로그로 출력됩니다.
근접센서의 작동 메커니즘
초음파 센서
원리
01
초음파 신호 발사
센서에서 40kHz~400kHz 범위의 초음파 신호 발사
02
에코 수신
대상 물체에 부딪혀 반사되는 에코(Echo) 수신
03
거리 산출
송신~수신 시간(Time of Flight, ToF)을 계산하여 거리 산출
공기 중 음속(약 343m/s, 20°C 기준)을 이용해 거리를 계산합니다.
04
출력 제공
거리에 따라 ON/OFF 동작 또는 아날로그 출력 제공
초음파 센서 타입 및 특성
투과형 (Through-beam)
송신기와 수신기를 분리 설치 → 장거리, 확실한 물체 검출
반사형 (Retro-reflective / Target reflection)
송신과 수신을 한 하우징에 통합 → 반사체(물체)로부터 반사 신호 검출
확산형 (Diffuse)
물체 자체에서 반사된 음파를 수신 → 설치 간단, 근거리 감지
주요 사양 및 특성
검출 대상: 금속, 비금속, 액체, 분체 (색상·투명도 무관)
검출 거리: 일반적으로 수 cm ~ 수 m (최대 10m급)
응답 속도: 수 ms ~ 수십 ms (광센서보다 느림)
출력 형태: 디지털(PNP/NPN), 아날로그(전압/전류)
장점:
색상·투명도 무관 → 유리, 플라스틱, 액체도 감지 가능
먼지, 빛, 오일, 스팀 등 환경 영향 적음
단점:
고속 물체 감지에는 부적합 (응답속도 한계)
초음파 흡수/산란이 큰 소재(부직포, 거품 등)에는 검출 성능 저하
주요 적용 분야
액체 레벨 측정 (탱크, 파이프)
투명 물체 감지 (PET 병, 유리판)
자동차 주차 보조 센서 (Park Assist)
로봇 장애물 감지
산업용 물체 유무 감지 (컨베이어, 포장기계 등)
포토센서와 초음파센서 비교
근접센서의 작동 메커니즘
포토 센서
작동 원리
포토센서는 빛을 이용하여 물체의 존재 여부나 위치를 감지합니다. 센서에서 발생된 빛(주로 LED나 레이저)이 물체에 반사되거나 물체에 의해 차단되는 것을 감지하여 작동합니다.
작동 메커니즘 단계
01
빛 송신 단계
포토센서에는 빛을 생성하는 송신기가 있습니다. 이 송신기는 주로 LED(발광 다이오드)를 사용하여 빛을 생성하고, 광섬유를 통해 전달합니다.
02
빛 전달 단계
광섬유를 통해 생성된 빛은 전달되어 물체에 도달합니다. 이 단계에서 빛은 물체와 상호작용하게 됩니다.
03
빛 감지 단계
수신기는 물체에서 반사되거나 투과된 빛을 감지합니다. 이러한 반사된 빛은 광섬유를 통해 수신기로 전달됩니다.
04
신호 처리 및 출력
수신된 빛 신호는 센서 내부의 전자 회로에서 처리되어 사용자에게 전달되거나 다른 장치로 전송됩니다.
광원 유형에 따른 특성
적외선 LED
가장 일반적인 광원으로, 눈에 보이지 않는 파장을 사용합니다. 비용이 저렴하고 에너지 효율이 좋으며, 대부분의 표준 감지 작업에 적합합니다.
가시광선 LED
빨간색, 녹색, 파란색 등 눈에 보이는 파장을 사용합니다. 정렬이 쉽고 작동 상태를 육안으로 확인할 수 있습니다.
레이저
매우 집중된 좁은 빔을 제공하여 정밀한 감지가 가능합니다. 긴 거리 감지나 작은 물체 감지에 적합하지만 비용이 높습니다.
근접센서의 작동 메커니즘
레이더 센서
작동 원리
레이더 센서는 전자기파(레이더파)를 이용하여 물체의 존재 여부, 거리, 속도 등을 측정합니다. 산업용 레이더 센서는 주로 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 사용하여 주파수가 지속적으로 변화하는 신호를 송신하고, 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 분석합니다.
레이더 센서의 장점
극한 환경(비, 안개, 먼지, 증기 등)에서도 안정적 작동
긴 감지 거리(최대 100m 이상)
물체의 속도 및 이동 방향 측정 가능
다양한 물질 투과 가능(플라스틱, 유리, 건식벽 등)
작동 메커니즘 단계
01
송신 단계
FMCW 레이더는 주파수 변조 연속파를 사용합니다. 이 연속파는 송신기에서 생성되며, 특정 주파수 범위(122~123 GHz)에서 주파수가 지속적으로 변화합니다.
02
반사 단계
레이더 신호는 주변 환경에 반사됩니다. 물체에 닿으면, 일부 신호는 물체에 흡수되거나 반사됩니다. 반사되는 신호는 다시 레이더로 되돌아옵니다.
03
수신 및 주파수 분석
반사된 신호는 수신기에서 감지됩니다. 이 신호는 주파수 변화의 정도에 따라 얼마나 늦게 도착했는지를 나타냅니다. 레이더는 이러한 주파수 변화를 분석합니다.
04
데이터 처리 및 결과
레이더는 수신된 데이터를 처리하여 물체의 거리, 속도 등의 정보를 계산합니다. 이 정보는 시스템에 표시되거나 다른 장치로 전송됩니다.
연락처
교육 및 기술 지원
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기술 문서 및 자료 제공
현장 기술 지원
추가 학습 자료
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