소개글
"센서공학"에 대한 내용입니다.
목차
1. 센서의 이해와 응용
1.1. 개념 및 정의
1.2. 센서의 종류
1.2.1. 광 센서
1.2.2. 가스 센서
1.2.3. 압력 센서
1.2.4. 온도 센서
1.2.5. 초음파 센서
1.2.6. 지문인식 센서
2. 바이올린 연주 평가를 위한 LSTM 기반 알고리즘
2.1. 인공지능과 딥러닝 기술의 활용
2.2. 바이올린 사운드 데이터 처리
2.3. LSTM 네트워크 구조 및 학습 과정
2.4. 바이올린 연주 수준 평가 결과
3. 센서 회로 설계
3.1. 포텐시오미터를 이용한 위치 센싱 회로 설계
3.2. 서미스터를 이용한 습도 센서 회로 설계
3.3. 포토다이오드와 트랜지스터를 이용한 광 센서 회로 설계
4. 참고 문헌
본문내용
1. 센서의 이해와 응용
1.1. 개념 및 정의
센서(sensor)는 측정 대상물로부터 물리량을 검출하고, 검출된 물리량을 전기적인 신호로 변환시켜주는 소자이다. 센서는 여러 가지 기능으로 나뉠 수 있는데, 물체 유무 감지, 위치, 변위, 각도, 변형, 크기, 압력, 중량 등 용도에 따라 분류된다. 이처럼 사용되는 물리량도 전류, 전압, 커패시턴스, 인덕턴스, 저항, 전자유도, 자기, 공기압, 빛 등 다양하다. 결론적으로 센서 기술은 대상물로부터 감지하고 측정하여 측정량을 여러 가지 신호로 변환하기 때문에, 계측공학에서 중요하게 다루어지며 연구도 지속적으로 이루어지고 있다.
1.2. 센서의 종류
1.2.1. 광 센서
광 센서는 빛 자체 또는 빛에 포함되는 정보를 전기신호로 변환하여 검지하는 소자이다. 광 센서의 기본적인 동작원리는 광전효과(Photoelectric effect)를 이용한다. 광전효과에 따르면, 금속판에 특정 주파수 이상의 빛을 조사하게 되면 금속 내부에 속박되어 있던 있는 전자가 빛으로부터 에너지를 얻어 금속 밖으로 나올 수 있게 된다. 이렇게 금속으로부터 방출된 전자는 양극으로 이동하여 회로의 전기전도에 기여하게 된다.
광 센서는 비접촉식으로 측정이 가능하기 때문에 접촉식 센서에 비해 수명이 긴 것이 장점이다. 또한 전자가 아닌 빛을 측정하기 때문에 검출할 수 있는 거리가 비교적 긴 편이며, 빠른 응답속도 및 높은 분해능을 가진 것 또한 장점이다. 그러나 측정 대상과 센서 사이에 빛의 투과를 방해하는 요인이 있거나, 외부에서 들어오는 다른 빛이 있는 경우에는 오차를 일으킬 수 있는 단점도 가지고 있다.
광 센서의 종류에는 외부광전효과, 내부광전효과, 광이온효과 등이 있다. 외부광전효과는 고체 표면에 빛이 조사되었을 때, 외부에 자유전자를 방출하는 현상이다. 이를 이용한 광전관은 진공으로 된 공간 속에 한 전자를 방출할 수 있는 음극과 전위차를 만들 수 있는 양극이 존재하는 진공관이다. 내부광전효과는 절연체 또는 반도체에 빛을 조사하면 고체의 에너지 밴드 구조에서 가전자대에 있는 전자가 빛으로부터 에너지를 흡수하여 전도대로 전이하여 발생하는 효과이다. 이를 이용한 광전도센서는 조도센서로 많이 사용된다. 광이온효과는 알파선, 감마선 등 에너지가 높은 빛을 조사하였을 때, 기체분자의 원자가 전자를 내놓으면서 이온화 되는 현상으로, 많은 경우에 엑스선 센서에 응용된다.
1.2.2. 가스 센서
가스 센서는 가스의 성분을 측정한 후 그 결과에 따라 장치를 제어하거나 경보를 발신하기 위해 기체 속에 포함되어 있는 특정 가스 성분량에 의해 신호를 발신하는 센서이다"" 가스의 검출 방식에 따라 전기화학식, 접촉연소식, 반도체식, 광학식 으로 구분되며, 측정 타입에 따라선 고정식, 이동식, 휴대용으로 나뉜다""
전기화학식 가스 센서는 전해질 내에서 양극과 음극의 산화 환원 반응에 발생하는 전류 값의 변화를 감지하는 방식으로, 응답성, 고감도, 가스선택성, 안정성, 재연성에서 우수한 특징을 가진다"" 접촉연소식 가스 센서는 가연성 가스와 산소와의 반응열을 전기신호로 변환하여 감지하는 방식으로, 주위 수증기나 습도, 온도변화에 대해 안정적이어서 가연성 가스 경보기에 주로 사용된다""
반도체식 가스 센서는 세라믹 반도체 표면에 가스가 접촉했을 때의 전기전도도 변화를 이용하는 방식으로, 대부분의 유독가스 및 가연성 가스에 반응할 수 있으며 검출 회로의 구성이 간단하여 제작이 용이하고 대량생산이 가능한 장점이 있다"" 광학식(적외선식, Non-Dispersive InfraRed) 가스 센서는 가스분자의 광 흡수도를 측정하여 농도로 환산하는 방식으로, 전기화학식에 비해 높은 측정 정밀도, 빠른 반응시간, 낮은 소모전력의 장점이 있으며 주로 이산화탄소 측정 목적에 사용된다""
1.2.3. 압력 센서
압력 센서는 액체 또는 기체의 압력을 검출하고, 전기 신호로 변환하여 전송하는 장치이다. 압력 센서는 감압 요소, 변환 요소, 신호 조정의 순서로 구성되어 있다.
압력 센서의 종류로는 공진형, 압전형, 스트레인 게이지형, 정전용량형 등이 있다. 공진형 압력 센서는 댐핑을 크게 감소시켜 공진 피크가 명확히 발생할 수 있도록 설계되어, 작은 압력 변화에도 공진 주파수의 변화를 쉽게 얻을 ...
참고 자료
“Deep learning”, I. Goodfellow, Y. Bengio, and A. Courville, MIT Press, 2016.
“Long short-term memory”, S. Hochreiter and J. Schmidhuber, MIT Press, vol. 9, no. 8, p. 1735-1780, 1997.
“Bimorphic piezoelectric pickup device for stringed musical instruments”, M. V. Mathews, U.S. Patent 4,860,625, 1988.
“Magnetic pick-up device for stringed musical instrument”, G. Gaglio, U.S. Patent 6,476,309, 2002.
“Anomalous piezoelectricity in two-dimensional graphene nitride nanosheets”, M. Zelisko et al., Nature, 2014.
“How to construct deep recurrent neural networks”, R. Pascanu et al., ICLR, 2013.
“Learning long-term dependencies with gradient descent is difficult”, Y. Bengio, P. Simard, and P. Frasconi, IEEE, vol. 5, no. 2, p. 157-166, 1994.
“On the difficulty of training recurrent neural networks”, R. Pascanu, T. Mikolov, and Y. Bengio, JMLR, 2013.
“A guided tour of the fast fourier transform”, G. D. Bergland, IEEE, vol. 6, p. 41-52, 1969.
“Neural network classification: a Bayesian interpretation”, E. A. Wan, IEEE, vol. 1, p. 303-305, 1990.
저항과 상대 습도의 관계 그래프, https://m.blog.naver.com/iotsensor/221161192417
포토트랜지스터 사진, Intelligent power conversion laboratory
