IoTシステム技術検定 試験対策④

IoT技術テキスト -MCPC IoTシステム技術検定 対応

今回はIoTシステム技術検定の試験対策として「第4章 IoTデバイス」を中心にまとめます


パッシブセンサとアクティブセンサ:
人体表面から出る赤外線を検知するような仕組みがパッシブセンサ。近赤外線ビームを投光して反射光を測定するような仕組みがアクティブセンサ。

オフセット:
入力がゼロにも関わらず、出力がゼロでない場合、その値をオフセットと呼ぶ。

センサ感度:
入力に対する出力の比率。感度が高いほど高解像度で値検出できる。

CDsセル:
光りが照射されると電流が流れやすくなる光導電効果を利用。

フォトダイオード:
光りが照射されると電圧・電流が発生する光起電力効果を利用。

赤外線センサ:
人体からは体温に相当する遠赤外線が出ており、これらを測定することで非接触に体温測定が可能。温度上昇を抵抗変化で検出する熱型や、センサ表面に発生する電化で検出する焦電型がある。

PSD:
2つの電極で測定される光電流の差から、光の照射された位置を検出する。

サーミスタ:
温度センサに用いられる。金属の酸化物を焼結した素材。温度上昇に伴って抵抗が減少する。感度が高い。

熱電対:
異種の金属が電気的に接続された回路では、両端に温度差があると熱起電力が生じるゼーベック効果を利用。

白金測温体:
温度上昇にあわせて抵抗も上昇(サーミスタと逆)。細く加工することで応答時間が早くなる。

半導体温度センサ:
半導体ダイオードの温度特性を用いたセンサ。小型でIC回路内に搭載可能。チップ内の温度検出に用いられる。

ひずみゲージ:
薄く張り付けた金属が延びたりすることで変化する抵抗値を検出する。微小な抵抗変化であるため、検出のためにホイートストンブリッジ回路(未知の抵抗値を測定できる回路、微小な変化も検出できる)が組み込まれる。

ロードセル:
力の大きさを電気に変換するセンサ。表面にひずみセンサが貼り付けられている。体重計や電子秤に用いられる。

圧力センサ:
金属ダイアフラムが圧力によって変形して、その変形をひずみゲージ等で検出することで圧力を測定する。気体や液体の圧力に加え、血圧の測定などにも用いられる。

加速度センサ:
重りをバネで支えた構造を持ち、取り付けたひずみゲージの抵抗変化や、電極間の静電容量の変化により動きを検出する。

ジャイロセンサ:
回転を検出するセンサ。船やロケットの制御、さらにはGPSでも用いられる。回転物体は外力が加わると一定の姿勢を維持しようとするので、その力を計測することで角速度を検出する。

衛星測位システム:
代表的なのがGPS.4つ以上のGPS用人工衛星の信号を受け取ることで高精度な測位が可能。

超音波センサ:
超音波の反射を利用して物体の位置を検出。ドップラー効果によって速度も検出可能。また、音波は空気中よりも液中の方が速く進む。医療に用いられる超音波画像などもある。

磁気センサ:
磁気の他にも、電流の非接触測定やモータ回転制御に用いられる。電流が流れている半導体に磁界を加えられると電圧が生じるというホール効果を用いたものや、磁界によって電流が流れにくくなる(抵抗が大きくなる)MR素子を利用したものなどがある。MR素子はホール素子に比べて高感度。

化学センサ(水中のイオン検出):
ガラスの内側と外側の水素イオン濃度の差により電圧が発生する効果を利用して水中のイオンを測定するセンサ。

化学センサ(水中の酸素濃度):
白金と銀などの対極を用いて酸化還元反応をさせる。このときに流れる電流が酸素濃度に比例する性質を利用。

化学センサ(期待の成分を測定):
酸化スズの表面にガスが付着すると伝導率が変化する性質を利用。ジルコニアは酸素イオンを透過させるため酸素濃度の検出に用いられる。

バイオセンサ:
特定の物質が特定の分子と反応する性質を利用して、反応を電気信号に変換して取りあ出す。検出対象には酸素、免疫、DNA、臭い、味などがある。

アクチュエータ(DCモータ):
直流電流によって回転するモーター。入力電圧によって直線的に回転スピードが増加する。

アクチュエータ(ステッピングモータ):
モータの軸が時計の秒針のように一定の角度ずつ動く。正確な位置決めの制御が可能。産業用ロボットに用いられたりする。

アクチュエータ(ソレノイド):
電磁石コイルの中に可動鉄心を収めた構造を持つ。コイルに電流を流すことで可動鉄心を直線的に動かす。電磁弁として水や油の流体を流したり止めたりするのに使われる。

信号前処理(オペアンプ):
センサからの信号はμAやmVといった微小単位のことが多い。センサの感度調節やお布施と調節のために、これをオペアンプによって増幅してやる。

I2C:
フィリップス社が提唱したシリアル通信の方式。高速通信を実現
する。2線式の同期シリアル通信インターフェース。

SPI:
モトローラ社が提案した同期シリアル通信インターフェース。3線式。

エナジーハーベスティング:
低消費電力が求められるIoTデバイスにて、振動・温度差・室内光・電波などの周辺環境から微弱なエネルギーを求めて発電し、利用すること。

画像センサ:
感度を上げたい場合は大きな素子を用いる必要があるが、必然的にサイズが大きくなり高価にもなる。

F値:
レンズの絞りを最大に開いたときの明るさを、そのレンズのF値と呼ぶ。明るいレンズほど解像力がある一方で、焦点からずれた時のピンボケが大きくなる。

MEMS:
微小な電気要素と機械要素を一つの基板上に組み込んだセンサ、アクチュエータ等のデバイス/システム。 同一平面にCMOSデバイスを組み込み可能だったりコスト効率に優れている表面マイクロマシニングと、高い感度と精度があるバルクマイクロマシニングがある。IoT用途には周辺回路を集積化できる表面マイクロマシニングが主流。