근접 센서란?
근접 센서는 감지 대상물 등이 물리적으로 접촉하지 않고 근접하여 접점을 ON/OFF하는 센서입니다. 근접 센서는 기계식 스위치와 달리 검출 대상물 등과 물리적으로 접촉하여 접점을 ON/OFF하는 타입이 아닌 것이 특징입니다.
또한, 근접 센서의 검출 방식에는 크게 유도 방식, 정전 용량 방식, 자기 방식 등 3가지가 있습니다. 이 감지 방식에 따라 감지 대상물에 접촉하지 않고도 감지할 수 있습니다. 근접센서는 비접촉식 센서이기 때문에 감지 대상물의 손상이나 마모 등을 걱정하지 않고 사용할 수 있습니다.
근접 센서 사용 용도
근접 센서는 다양한 생산현장에서 공작물의 유무, 위치 파악 등을 감지하는 데 활용되고 있습니다. 그 이유는 근접센서가 일반적으로 금속 및 비금속 개체를 감지할 때 비접촉식이고 감지 거리가 비교적 짧다는 특징이 있기 때문입니다.
한편, 정전식 근접센서의 경우, 액체나 분말을 저장하는 탱크의 양이나 스프레이로 분사하는 유체의 양을 감지하는 용도로도 활용되고 있습니다. 정전식 근접 센서는 유도형 근접 센서나 자기형 근접 센서가 주로 감지하는 개체와 달리 금속 및 비금속 외에도 액체나 분말까지 감지할 수 있기 때문입니다.
근접 센서의 종류
근접 센서는 감지 대상물과 비접촉으로 감지하는 센서입니다. 따라서 감지 대상물이 근접 센서에 접근하면 센서의 종류에 따라 다른 감지 방식의 에너지를 방출합니다.
근접 센서는 이때 반사되는 에너지 변화를 전기신호로 변환하여 물체를 감지할 수 있습니다. 따라서 근접 센서는 감지 방식에 따라 크게 세 가지로 나뉩니다.
1. 유도형 근접 센서
유도형 근접 센서에서 물체 감지에 이용하는 것은 자기장과 유도전류입니다. 근접센서 감지부의 감지코일에 고주파 자기장을 발생시킵니다.
이 자기장에 철, 구리, 알루미늄, 황동 등의 금속 검출 대상물이 접근하여 전자기 유도에 의해 발생하는 것이 유도 전류입니다. 그리고 금속 검출 대상물의 저항으로 인해 에너지 손실이 발생합니다. 유도형 근접 센서는 이 전류로 인한 감지 코일의 임피던스 변화를 감지합니다.
2. 자기식 근접 센서
자기식 근접 센서는 자석의 힘을 이용하여 물체를 감지합니다. 자기식 근접 센서의 감지부에 자석과 리드 스위치가 장착되어 있습니다.
자석 또는 강자성체의 감지 대상물이 센서 감지부에 접근하면 자기식 근접 센서의 리드 스위치가 개폐 동작을 함으로써 물체를 감지할 수 있습니다.
3. 정전식 근접 센서
정전 용량형 근접 센서가 물체 감지에 이용하는 것은 정전 용량의 변화입니다. 정전식 근접 센서의 감지부에는 측정 전극이 있습니다.
이 측정 전극에 검출 대상물이 접근하면서 발생하는 것이 전극과 검출 대상물 사이의 정전 용량 변화입니다. 정전용량식 근접센서는 발생된 정전용량의 변화를 감지하여 금속 및 비금속 외에도 액체나 분말까지 감지할 수 있습니다.
근접 센서의 기타 정보
1. 근접 센서의 오작동
근접센서를 사용하다 보면 감지 물체를 제대로 감지하지 못하거나, 감지한 상태에서 다시 돌아오지 않는 등 다양한 오작동이 발생할 수 있습니다. 특히 최근 증가하고 있는 것은 스마트폰에 탑재된 근접 센서의 오작동입니다.
많은 스마트폰에서 전화를 받을 때 본체를 귀에 가까이 가져가면 화면이 꺼지도록 되어 있습니다. 화면이 꺼지는 동작을 가능하게 하는 것이 바로 근접 센서입니다. 근접 센서가 감지 물체 (이 경우 사람의 얼굴이나 귀 등)의 접근을 감지하고 있기 때문입니다. 따라서 만약 근접 센서가 고장나면 얼굴을 가까이 가져가도 화면이 꺼지지 않거나, 통화 중이 아닌데도 화면이 꺼지는 등의 문제가 발생하게 됩니다.
근접 센서가 오작동하는 구체적인 원인은 다음과 같습니다.
- 센서 부위의 먼지나 이물질
- 출력 시 채터링
- 주변 금속의 영향
- 강한 충격
- 배선 오류
근접센서는 센서부의 주변 환경에 영향을 받기 쉬운 것이 특징입니다. 따라서 근접센서의 감지부는 이물질 혼입 등이 없도록 안전하고 깨끗하게 유지해야 합니다. 또한, 채터링 등의 노이즈도 악영향을 미치므로 배선 시에는 철저한 접지 설치 및 절연체를 넣는 등의 대응이 필요합니다.
2. 근접 센서의 감지 거리
근접 센서의 ‘검출 거리’는 소정의 방법 및 조건 하에서 검출 물체를 이동시켰을 때 기준 위치에서 신호 검출까지의 거리를 말합니다. 그 길이는 각 사양에 따라 다르며, 긴 것은 최대 30mm인 것도 있습니다.
하지만 근접 센서를 사용하는 환경이 항상 이상적인 것은 아닌 것이 현실입니다. 예를 들어, 공작기계에 사용되는 근접 센서는 주변 금속이나 절삭유, 절삭유 등의 영향을 받을 수 있습니다. 근접센서 주변의 온도나 전압 등의 영향으로 감지 거리가 짧아질 수도 있습니다.
근접 센서의 주변 환경을 고려하여 안정적으로 사용할 수 있는 거리가 ‘설정 거리’입니다. 설정 거리는 보통 감지 거리의 70~80% 정도라고 합니다. 근접센서 사용을 검토할 때는 물체 감지에 필요한 감지 거리와 설치 장소의 환경을 고려하여 선정해야 합니다.