家電やスマホ、車、空調機器などには、
いろいろなセンサーが使われています。
センサーという言葉だけを見ると、
少し専門的に感じるかもしれません。
でも実際には、かなり身近なものです。
たとえば、スマホには
本体やバッテリーの温度を見るセンサーがあります。
スマホの画面の向きが変わる機能には、
本体の傾きや動きを検知するセンサーが関係しています。
まわりの明るさに合わせて画面の明るさが変わる機能には、
光の強さを見るセンサーが使われています。
エアコンでは、部屋の温度や湿度を見ながら、
冷房や暖房の強さを変えるものがあります。
熱中症アラームや環境モニターのように、
温度と湿度を見て注意を知らせる機器もあります。
車やバッテリー機器では、
温度・圧力・動きなどの情報を見ながら、
動作を調整したり、異常を検知したりするために使われています。
つまりセンサーは、
機器が「今どうなっているか」を知るための入口です。
人間でいうと、
目で明るさを見る、皮膚で熱さを感じる、
そういった感覚に近い役割です。
- 明るいか暗いかを見る
- 温度が高いか低いかを知る
- 湿度が高いか低いかを調べる
- 動いたか、傾いたかを検知する
- 回転したかを検知する
- 空気や液体の圧力が変わったかを見る
こうした情報を電気信号として機器の中の回路へ渡すことで、
機器は動作を変えたり、異常に気づいたりできます。
センサー名だけを見ると、
「温度は分かるけど、ジャイロって何？」
「加速度センサーって、何に使うの？」
と思うこともあるはずです。
この記事では、
温度センサー、湿度センサー、圧力センサー、
加速度センサー、ジャイロセンサー、光センサーの違いを、
身近な例とあわせて分かりやすく解説します。
見るポイントは、主にこの3つです。
- それぞれのセンサーが何を見ているのか
- どんな機器や機能に使われているのか
- 仕様書や製品説明で見たときに、どこを確認すればいいのか
ここが分かると、
センサー名を見てもただの難しい部品名ではなく、
機器の動きや機能を理解するための手がかりとして見られるようになります。
センサーとは何か
センサーは、変化を見つけて信号に変える部品
センサーとは、
温度・湿度・圧力・動き・回転・光などの変化を見つけて、
機器が読み取れる信号に変える部品です。
少し専門的に言うと、
こうした変化を電気信号として出力します。
でも、考え方はそこまで難しくありません。
機器の中にある回路は、
そのままでは部屋の温度や明るさ、
本体の傾きなどを知ることができません。
そこでセンサーが、
まわりの状態や機器の状態を見て、
回路が読める形に変えます。
たとえば、
- 温度が変わる
- 湿度が変わる
- 圧力が変わる
- 本体が動く
- 本体が回転する
- 光の強さが変わる
こうした変化をセンサーが見つけます。
そしてセンサーは、
見つけた変化を、電圧・抵抗・電流・容量などの
電気的な信号として出力します。
この信号があることで、
機器は今の状態を知ることができます。
センサーは、機器が動くためのきっかけになる
センサーは、
機器が動作を変えるためのきっかけになります。
たとえばエアコンなら、
部屋の温度を見て、
冷房や暖房の強さを変えることがあります。
スマホなら、
本体の傾きや動きを見て、
画面の向きを変えたり、歩数を数えたりします。
光センサーなら、
まわりの明るさを見て、
画面の明るさを調整する動きにつながります。
つまりセンサーは、
機器が勝手に判断しているように見える動きの前にある、
状態を知るための入口です。
センサーは「見つける役」、動きを決めるのは機器側
センサーは、
温度・湿度・圧力・動き・回転・光などを見つける部品です。
ただ、センサーだけで
「止める」「動かす」「警告する」といった動きを決めているわけではありません。
センサーが見つけた情報を受け取って、
実際にどう動くかを決めるのは機器側です。
流れで見ると、こうなります。
- センサーが状態を見つける
- 機器の中の回路へ信号を送る
- 回路がその信号を読む
- 必要に応じて動きを変える
- 異常があれば止める、知らせる、出力を下げる
たとえば温度センサーが高い温度を見つけても、
そのあとに冷却するのか、出力を下げるのか、停止するのかは、
機器の作りによって変わります。
だからセンサーを見るときは、
何を見ているセンサーなのかに加えて、
その情報がどんな動きにつながっているのかを見ると分かりやすくなります。
センサーの種類一覧
センサーは、見ているものによって種類が分かれる
センサーにはいろいろな種類がありますが、
まずは何を見ているセンサーなのかで分けると分かりやすくなります。
- 温度を見るセンサー
- 湿度を見るセンサー
- 圧力を見るセンサー
- 動きや傾きを見るセンサー
- 回転を見るセンサー
- 光を見るセンサー
名前だけを見ると少し難しく感じるセンサーでも、
「何を見ているのか」で考えると、
かなりイメージしやすくなります。
たとえば、加速度センサーという名前だけを見ると、
少し専門的に感じるかもしれません。
でも実際には、
スマホの向き、歩数、傾き、衝撃などを見るために使われます。
ジャイロセンサーも、名前だけでは分かりにくいセンサーです。
でも、
スマホやカメラの手ブレ補正、ゲーム機の動き検出、
ドローンの姿勢制御など、身近な機能に関係しています。
ここではまず、代表的なセンサーを
「何を見るセンサーなのか」で一覧にします。
代表的なセンサーの違い
| センサー名 | 見ているもの | 主な用途 |
|---|---|---|
| 温度センサー | 温度 | 温度管理、過熱検知、空調制御、バッテリー温度管理 |
| 湿度センサー | 空気中の水分量 | 湿度管理、結露防止、空調制御、環境モニター |
| 圧力センサー | 空気や液体の圧力 | 圧力監視、流体管理、車や機器の状態監視 |
| 加速度センサー | 動き、傾き、衝撃 | スマホの画面回転、歩数計、落下検知、振動検知 |
| ジャイロセンサー | 回転の速さ、向きの変化 | 手ブレ補正、ゲーム操作、ドローンの姿勢制御、VR機器 |
| 光センサー | 明るさ、光量 | 画面の明るさ調整、自動照明、光検出 |
このように見ると、
センサーの違いはかなりシンプルです。
- 温度センサーは、温度を見る
- 湿度センサーは、湿度を見る
- 圧力センサーは、圧力を見る
- 加速度センサーは、動きや傾きを見る
- ジャイロセンサーは、回転や向きの変化を見る
- 光センサーは、明るさや光量を見る
少し分かりにくいのは、
加速度センサーとジャイロセンサーです。
加速度センサーは、
物体が動いた、傾いた、衝撃を受けた、
といった変化を見るセンサーです。
ジャイロセンサーは、
物体がどの向きにどれくらい回転したかを見るセンサーです。
どちらもスマホやゲーム機などに使われるため、
似たようなものに見えるかもしれません。
大ざっぱに言うと、
- 加速度センサーは、動きや傾き
- ジャイロセンサーは、回転や向きの変化
を見るセンサーです。
次からは、
それぞれのセンサーについて、
何を見ているのか、どんな機器に使われるのか、
仕様では何を確認すればいいのかを順番に見ていきます。
温度センサーとは
温度を見て、機器の制御や保護に使うセンサー
温度センサーとは、
温度の変化を見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
名前のとおり、
見ているものは温度です。
ただし、温度センサーが見ているのは、
部屋の温度だけではありません。
機器の中では、
本体内部の温度や、バッテリーの温度、
CPUや電源まわりの温度を見るためにも使われます。
たとえば、身近なものでは
次のような場所で使われています。
- エアコンの温度管理
- スマホやパソコンの本体温度管理
- バッテリーの温度管理
- ヒーターの温度制御
- 電源やCPUの過熱検知
- 熱中症アラームや環境モニター
エアコンなら、
部屋の温度を見ながら冷房や暖房の強さを変えます。
スマホやパソコンなら、
本体やバッテリーの温度を見て、
充電や動作を調整することがあります。
ヒーターなら、
温度が上がりすぎないように見ています。
このように温度センサーは、
温度を知ることで、機器の制御や保護につなげるためのセンサーです。
温度センサーの主な種類
温度センサーには、いくつかの方式があります。
代表的なものは、次の3つです。
- サーミスタ
- 測温抵抗体
- 熱電対
サーミスタは、
温度によって抵抗値が変わる性質を使って温度を見ます。
家電や電子機器などで使われることが多い方式です。
測温抵抗体は、
金属の抵抗値が温度によって変わる性質を使います。
RTDと表記されることもあります。
熱電対は、
異なる金属を組み合わせたときに発生する電圧を利用して、
温度を見ます。
高温の測定に使われることがあります。
まとめると、違いはこうです。
| 種類 | 温度の見方 | 表記例 |
|---|---|---|
| サーミスタ | 抵抗値の変化で見る | Thermistor |
| 測温抵抗体 | 金属抵抗の変化で見る | RTD |
| 熱電対 | 熱によって発生する電圧で見る | Thermocouple |
方式によって、
測れる温度範囲や精度、反応の速さが変わります。
温度センサーの仕様で確認すること
温度センサーを見るときは、
名前だけでなく、仕様の中身を見ることが大切です。
主に確認するのは、次の項目です。
- 測定温度範囲
- 測定精度
- 応答時間
- 設置位置
- どの温度を見ているのか
測定温度範囲は、
そのセンサーがどこからどこまでの温度を見られるかを示します。
方式によって測れる温度範囲には大きな差があります。
たとえば、−50〜1000℃程度まで対応するものもあります。
測定精度は、
実際の温度に対して、どれくらいのズレで測れるかを示します。
代表的な目安としては、
±0.1〜±2℃程度です。
応答時間は、
温度が変わったときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
方式や作りによって、
反応に数ms〜数秒ほどかかるものがあります。
温度センサーでは、
この応答時間もかなり大事です。
温度が急に上がる場所なのに反応が遅いと、
機器側が温度変化に気づくのも遅れます。
温度センサーで注意する点
温度センサーで注意したいのは、
どこに取り付けられているかです。
温度は、場所によって変わります。
同じ機器の中でも、
バッテリーの近く、CPUの近く、電源回路の近くでは、
温度が違います。
そのため、温度センサーの位置がずれていると、
本当に見たい場所の温度と、
センサーが見ている温度が合わないことがあります。
たとえば、
発熱する部品から離れた場所にセンサーがあると、
温度の上がり方を遅れて検知します。
また、センサー自体や取り付け部分に熱が伝わるまでに時間がかかると、
温度変化への反応も遅くなります。
これを見落とすと、
機器側の動作が遅れたり、
温度制御が思ったように働かなかったりします。
温度センサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- 何の温度を見ているのか
- 測れる温度範囲に入っているか
- 精度は用途に合っているか
- 温度変化への反応は間に合うか
- 見たい場所に近い位置で測れているか
温度センサーは、
温度を見て終わりの部品ではありません。
その温度情報をもとに、
機器が冷却したり、出力を下げたり、警告を出したり、
動きを止めたりするために使われます。
湿度センサーとは
空気中の水分量を見て、湿度管理に使うセンサー
湿度センサーとは、
空気中の水分量を見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
見ているものは湿度です。
湿度というと、
「ジメジメしている」「乾燥している」
という感覚で考えることが多いと思います。
湿度センサーは、その空気中の水分量を見て、
空調や環境管理に使われます。
たとえば、身近なものでは
次のような機器に使われています。
- エアコンの湿度管理
- 除湿機や加湿器の制御
- 熱中症アラーム
- 環境モニター
- 結露を防ぐための監視
- 保管庫や電子機器まわりの湿度管理
エアコンや除湿機では、
部屋の湿度を見ながら運転を変えます。
熱中症アラームでは、
温度だけでなく湿度も見て、
注意が必要な環境かどうかを判断する材料にします。
また、湿度が高い場所では
結露が起きやすくなります。
機器の内部で結露が起きると、
水分によって動作不良につながることがあります。
そのため湿度センサーは、
空気中の水分量を見て、環境の状態を知るためのセンサーとして使われます。
湿度センサーの主な種類
湿度センサーにも、いくつかの方式があります。
代表的なものは、次の3つです。
- 容量式湿度センサー
- 抵抗式湿度センサー
- 露点式湿度センサー
容量式湿度センサーは、
湿度によって静電容量が変わる性質を使って湿度を見ます。
抵抗式湿度センサーは、
湿度によって抵抗値が変わる性質を使います。
露点式湿度センサーは、
結露が起きる温度を測り、
そこから湿度を求める方式です。
まとめると、違いはこうです。
| 種類 | 湿度の見方 | 特徴 |
|---|---|---|
| 容量式湿度センサー | 静電容量の変化で見る | 湿度センサーでよく使われる方式 |
| 抵抗式湿度センサー | 抵抗値の変化で見る | 湿度変化を電気抵抗の変化として見る |
| 露点式湿度センサー | 露点を測って湿度を求める | 結露する温度をもとに湿度を判断する |
方式によって、
測れる湿度範囲や精度、反応の速さが変わります。
湿度センサーの仕様で確認すること
湿度センサーを見るときは、
主に次の項目を確認します。
- 測定湿度範囲
- 測定精度
- 応答時間
- 設置位置
- 温度の影響
- 汚れや水分の影響
測定湿度範囲は、
そのセンサーがどこからどこまでの湿度を見られるかを示します。
代表的な湿度センサーでは、
0〜100%RHの範囲で表記されることがあります。
RHは相対湿度を表す単位です。
測定精度は、
実際の湿度に対して、どれくらいのズレで測れるかを示します。
代表的な目安としては、
±1〜±5%RH程度です。
応答時間は、
湿度が変わったときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
湿度センサーでは、
反応に数秒〜数十秒ほどかかるものがあります。
温度センサーよりも、
変化への反応がゆっくりになることがあります。
湿度センサーで注意する点
湿度センサーで注意したいのは、
設置位置と汚れの影響です。
湿度は、部屋全体で完全に同じではありません。
エアコンの吹き出し口の近く、
窓の近く、
水まわりの近く、
機器内部のこもった場所では、
湿度の状態が変わります。
そのため、湿度センサーの位置が合っていないと、
本当に見たい場所の湿度と、
センサーが見ている湿度がずれることがあります。
また、湿度センサーは空気に触れて湿度を見ます。
センサー部分に汚れや水分が付くと、
湿度の見え方が変わることがあります。
温度の影響もあります。
湿度は温度と関係しているため、
温度が変わると湿度の表示や換算値にも影響が出ます。
湿度センサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- どこの湿度を見ているのか
- 測れる湿度範囲に入っているか
- 精度は用途に合っているか
- 湿度変化への反応は間に合うか
- 汚れや水分の影響を受けにくい位置か
- 温度変化の影響を考えているか
湿度センサーは、
空気中の水分量を見て、
空調制御、結露対策、環境管理などに使われるセンサーです。
圧力センサーとは
空気や液体の圧力を見て、状態監視や制御に使うセンサー
圧力センサーとは、
気体や液体にかかる圧力を見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
見ているものは圧力です。
圧力というと少し分かりにくいですが、
簡単にいうと、空気や液体がどれくらい押しているかを見るものです。
たとえば、身近なところでは
次のような場面で使われています。
- タイヤの空気圧の監視
- 水圧や油圧の確認
- ポンプや配管の圧力管理
- エアコンや冷却機器の圧力監視
- 車や機械の状態監視
- 異常な圧力上昇の検知
空気や液体を使う機器では、
圧力が低すぎても高すぎても、
本来の動きができないことがあります。
たとえば配管やポンプでは、
圧力が変わることで、
水や空気の流れ方が変わります。
車や機械では、
圧力の変化を見て、
機器の状態を確認することがあります。
このように圧力センサーは、
空気や液体の圧力を見て、機器の状態を知るためのセンサーです。
圧力センサーの主な種類
圧力センサーにも、いくつかの方式があります。
代表的なものは、次の4つです。
- ピエゾ抵抗式圧力センサー
- ストレインゲージ式圧力センサー
- 静電容量式圧力センサー
- 圧電式圧力センサー
ピエゾ抵抗式圧力センサーは、
圧力によって半導体の抵抗値が変わる性質を使って圧力を見ます。
ストレインゲージ式圧力センサーは、
圧力によって生じるひずみを、
抵抗値の変化として見ます。
静電容量式圧力センサーは、
圧力によって電極の間隔などが変わり、
静電容量が変化する性質を使います。
圧電式圧力センサーは、
圧力が加わったときに発生する電気的な変化を利用して、
圧力を見ます。
まとめると、違いはこうです。
| 種類 | 圧力の見方 | 特徴 |
|---|---|---|
| ピエゾ抵抗式圧力センサー | 半導体抵抗の変化で見る | 小型の圧力センサーで使われる方式 |
| ストレインゲージ式圧力センサー | ひずみによる抵抗変化で見る | 力や圧力による変形を利用する |
| 静電容量式圧力センサー | 静電容量の変化で見る | 微小な圧力変化を見る用途にも使われる |
| 圧電式圧力センサー | 圧電効果で見る | 圧力変化や振動を見やすい方式 |
方式によって、
測れる圧力範囲や精度、反応の速さが変わります。
圧力センサーの仕様で確認すること
圧力センサーを見るときは、
主に次の項目を確認します。
- 測定圧力範囲
- 測定精度
- 応答時間
- 設置位置
- 温度の影響
- 振動の影響
- 何の圧力を見ているのか
測定圧力範囲は、
そのセンサーがどのくらいの圧力まで見られるかを示します。
圧力センサーは用途の幅が広く、
方式によって測れる圧力範囲に大きな差があります。
たとえば、
数Pa〜数百MPaほどの範囲で使われるものがあります。
Paはパスカルと読み、
圧力を表す単位です。
測定精度は、
実際の圧力に対して、どれくらいのズレで見られるかを示します。
圧力センサーでは、
±0.1〜±2%FS程度のように表記されることがあります。
FSはフルスケールの意味で、
測定範囲全体に対する割合を表します。
応答時間は、
圧力が変わったときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
圧力センサーでは、
反応に数μs〜数msほどかかるものがあります。
圧力変化が速い用途では、
この応答時間が重要になります。
圧力センサーで注意する点
圧力センサーで注意したいのは、
どこの圧力を見ているのかです。
圧力は、場所によって変わります。
同じ配管や機器の中でも、
入口側、出口側、ポンプの近く、バルブの近くでは、
圧力の状態が変わります。
そのため、圧力センサーの位置が合っていないと、
本当に見たい場所の圧力と、
センサーが見ている圧力がずれることがあります。
また、圧力センサーは温度の影響を受けることがあります。
温度が変わると、
センサーの特性や圧力の換算値に影響が出ることがあります。
振動の影響にも注意が必要です。
機器の振動や流体の揺れが大きいと、
検出信号が安定しにくくなることがあります。
圧力センサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- 何の圧力を見ているのか
- 測れる圧力範囲に入っているか
- 精度は用途に合っているか
- 圧力変化への反応は間に合うか
- 見たい場所に近い位置で測れているか
- 温度や振動の影響を受けにくいか
圧力センサーは、
空気や液体の圧力を見て、
圧力監視、流体管理、異常圧力の検知などに使われるセンサーです。
加速度センサーとは
動き・傾き・衝撃を見て、機器の動作に使うセンサー
加速度センサーとは、
物体に加わる加速度を見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
少し難しく聞こえますが、
初心者向けにいうと、
動き・傾き・衝撃を見ているセンサーです。
たとえば、スマホを横向きにすると、
画面の向きが変わることがあります。
これは、スマホ本体がどちらに傾いているかを、
機器側が見ているためです。
歩数計も、
本体の動きや振動をもとに歩行を判断します。
ゲーム機のコントローラーを傾けて操作する機能や、
スマホを振って操作する機能にも、
加速度センサーの情報が使われることがあります。
身近な例では、次のような用途があります。
- スマホの画面回転
- 歩数計
- ゲーム機やコントローラーの動き検出
- 落下検知
- 衝撃検知
- 振動検知
- 車や機械の状態監視
加速度センサーは、
「どの向きに動いたか」
「どちらに傾いたか」
「衝撃を受けたか」
を見るために使われます。
そのため、
機器の動きや姿勢の変化を知るためのセンサーと考えると分かりやすいです。
加速度センサーとジャイロセンサーは何が違うのか
加速度センサーで迷いやすいのが、
ジャイロセンサーとの違いです。
どちらもスマホやゲーム機などに使われるため、
同じようなセンサーに見えるかもしれません。
大ざっぱに分けると、こうです。
- 加速度センサーは、動き・傾き・衝撃を見る
- ジャイロセンサーは、回転・向きの変化を見る
たとえば、スマホを机の上に置いて、
縦向きから横向きに傾けたとします。
このとき、加速度センサーは
重力の向きから、本体がどちらに傾いているかを見るのに使われます。
一方で、スマホを手に持って、
左右にひねる、回す、向きが変わる速さを見るような動きでは、
ジャイロセンサーの情報が使われます。
かなり簡単にいうと、
- 傾いたかを見るのが加速度センサー
- 回ったかを見るのがジャイロセンサー
というイメージです。
実際の機器では、
加速度センサーとジャイロセンサーを組み合わせて、
より正確に動きや姿勢を判断することがあります。
スマホの画面回転、ゲーム操作、手ブレ補正、
ドローンの姿勢制御などでは、
1つのセンサーだけでなく、複数のセンサー情報を使うことがあります。
加速度センサーの主な種類
加速度センサーにも、いくつかの方式があります。
代表的な方式には、次のようなものがあります。
- 静電容量式加速度センサー
- ピエゾ抵抗式加速度センサー
- 圧電式加速度センサー
また、スマホや小型機器では、
MEMSと呼ばれる小さな構造を使った加速度センサーがよく使われます。
静電容量式加速度センサーは、
加速度によって内部の小さな構造が動き、
静電容量が変わる性質を使って検出します。
ピエゾ抵抗式加速度センサーは、
加速度によって生じる変形を、
抵抗値の変化として見ます。
圧電式加速度センサーは、
力が加わったときに発生する電気的な変化を利用します。
MEMS加速度センサーは、
小さな機械構造を使った加速度センサーです。
スマホや小型機器では、
このような小型のセンサーが使われます。
方式の細かい違いを覚える必要はありません。
まずは、
加速度センサーは動き・傾き・衝撃を見るセンサー
と押さえておけば十分です。
加速度センサーの仕様で確認すること
加速度センサーを見るときは、
主に次の項目を確認します。
- 測定加速度範囲
- 測定精度
- 応答時間
- 設置方向
- 振動やノイズの影響
- 何の動きを見ているのか
測定加速度範囲は、
どのくらいの加速度まで見られるかを示します。
加速度センサーでは、
小さな傾きや動きを見るものから、強い衝撃を見るものまで、
用途によって測定範囲が変わります。
たとえば、
gを単位として表記されることがあります。
gは重力加速度を基準にした単位です。
たとえば、
小さな傾きや歩行の動きを見る用途と、
強い衝撃を見る用途では、
必要な測定範囲が変わります。
測定精度は、
実際の加速度に対して、どれくらいのズレで見られるかを示します。
加速度センサーでは、
±0.1〜±5%FS程度のように表記されることがあります。
応答時間は、
動きや衝撃が加わったときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
加速度センサーでは、
反応に数μs〜数msほどかかるものがあります。
落下検知や衝撃検知のように、
一瞬の変化を見たい用途では、
応答時間が重要になります。
加速度センサーで注意する点
加速度センサーで注意したいのは、
取り付ける向きです。
加速度センサーは、
どの方向に動いたか、
どの方向に傾いたかを見るセンサーです。
そのため、取り付ける向きがずれていると、
本来見たい動きと、
センサーが見ている動きが合わないことがあります。
たとえば、
縦方向の動きを見たいのに、
センサーの向きが合っていないと、
正しく判断しにくくなります。
また、振動ノイズにも注意が必要です。
本来見たい動きではない細かい振動まで拾うと、
機器側が動きや衝撃を誤って判断することがあります。
温度の影響で、
センサーの特性が変わることもあります。
加速度センサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- 何の動きを見ているのか
- 動き・傾き・衝撃のどれを見たいのか
- 測れる加速度範囲に入っているか
- 反応速度は用途に合っているか
- センサーの向きは合っているか
- 振動ノイズの影響を受けにくいか
加速度センサーは、
動きや傾き、衝撃を見て、
画面回転、歩数計、落下検知、振動監視などに使われるセンサーです。
ジャイロセンサーとは
回転や向きの変化を見て、姿勢の判断に使うセンサー
ジャイロセンサーとは、
物体の回転の速さを見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
少し専門的には、
角速度を検出するセンサーです。
角速度というと難しく聞こえますが、
初心者向けにいうと、
どの方向に、どれくらいの速さで回っているかを見るセンサーです。
加速度センサーが、
動き・傾き・衝撃を見ているのに対して、
ジャイロセンサーは回転や向きの変化を見ています。
たとえば、スマホを手に持って、
左右にひねったり、向きを変えたりする動きがあります。
このような回転方向の変化を見たいときに、
ジャイロセンサーの情報が使われます。
身近な例では、次のような用途があります。
- スマホやカメラの手ブレ補正
- ゲーム機やコントローラーのモーション操作
- ドローンの姿勢制御
- VR機器の向き検出
- スマホの向きや回転の検出
- 車や機械の姿勢変化の検出
カメラやスマホの手ブレ補正では、
本体がどの方向に回っているか、
どれくらいの速さで回っているかを見て、
ブレを抑える動きにつなげます。
ドローンでは、
機体の姿勢が崩れたときに、
どの方向へ回転しているのかを見て、
姿勢を保つ制御に使われます。
VR機器では、
頭の向きが変わったことを検知して、
画面内の見える方向を変える動きにつながります。
このようにジャイロセンサーは、
回転や向きの変化を見て、機器の姿勢を判断するためのセンサーです。
加速度センサーとの違い
ジャイロセンサーは、
加速度センサーと一緒に説明されることが多いです。
どちらもスマホ、ゲーム機、カメラ、ドローンなどに使われるため、
同じようなセンサーに見えやすいです。
違いは、見ているものです。
- 加速度センサーは、動き・傾き・衝撃を見る
- ジャイロセンサーは、回転・向きの変化を見る
たとえば、スマホを机の上に置いて、
縦向きから横向きに傾けた場合、
加速度センサーは本体の傾きの判断に使われます。
一方で、スマホを手に持って、
左右にひねる、回す、向きを変えるような動きでは、
ジャイロセンサーの情報が役立ちます。
かなり大ざっぱにいうと、
- 傾いたかを見るのが加速度センサー
- 回ったかを見るのがジャイロセンサー
というイメージです。
実際の機器では、
加速度センサーとジャイロセンサーを組み合わせて、
動きや姿勢をより細かく判断することがあります。
たとえば、スマホの向きの変化、
ゲーム機の動き検出、
手ブレ補正、
ドローンの姿勢制御などでは、
複数のセンサー情報を合わせて使うことがあります。
そのため、
「加速度センサーか、ジャイロセンサーか」だけで見るより、
どんな動きや姿勢を見たいのかで考えると分かりやすくなります。
ジャイロセンサーの主な種類
ジャイロセンサーにも、いくつかの方式があります。
代表的なものは、次の3つです。
- 振動ジャイロセンサー
- 光学式ジャイロセンサー
- MEMSジャイロセンサー
振動ジャイロセンサーは、
振動している部品に働く力を利用して、
回転の変化を見ます。
光学式ジャイロセンサーは、
光を使って回転を検出する方式です。
MEMSジャイロセンサーは、
小さな機械構造を使ったジャイロセンサーです。
スマホや小型機器では、
MEMSを使った小型のジャイロセンサーが使われます。
ここでは方式名を細かく覚えるより、
ジャイロセンサーは回転や向きの変化を見るセンサー
と押さえておく方が大切です。
ジャイロセンサーの仕様で確認すること
ジャイロセンサーを見るときは、
主に次の項目を確認します。
- 測定角速度範囲
- 測定精度
- 応答時間
- 設置方向
- 振動やノイズの影響
- 何の回転を見ているのか
測定角速度範囲は、
どのくらいの回転の速さまで見られるかを示します。
ジャイロセンサーでは、
数°/s〜数千°/sほどの範囲で表記されることがあります。
°/sは、
1秒間に何度回転するかを表す単位です。
ゆっくり向きが変わる動きを見る用途と、
速く回転する動きを見る用途では、
必要な測定範囲が変わります。
測定精度は、
実際の角速度に対して、
どれくらいのズレで見られるかを示します。
ジャイロセンサーでは、
±0.1〜±5%FS程度のように表記されることがあります。
応答時間は、
回転や向きの変化が起きたときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
ジャイロセンサーでは、
反応に数μs〜数msほどかかるものがあります。
手ブレ補正や姿勢制御のように、
すばやい変化を見たい用途では、
応答時間が重要になります。
ジャイロセンサーで注意する点
ジャイロセンサーで注意したいのは、
設置方向とノイズの影響です。
ジャイロセンサーは、
どの方向に回転したかを見るセンサーです。
そのため、センサーの向きが合っていないと、
本来見たい回転方向と、
センサーが見ている方向がずれることがあります。
たとえば、
左右の回転を見たいのに、
センサーの向きがずれていると、
正しく判断しにくくなります。
また、振動ノイズにも注意が必要です。
本来見たい回転ではない細かな揺れや振動まで拾うと、
機器側が向きの変化を誤って判断することがあります。
温度の影響で、
センサーの特性が変わることもあります。
ジャイロセンサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- 何の回転を見ているのか
- 回転の速さは測定範囲に入っているか
- 精度は用途に合っているか
- 回転や向きの変化への反応は間に合うか
- センサーの向きは合っているか
- 振動ノイズの影響を受けにくいか
ジャイロセンサーは、
回転や向きの変化を見て、
手ブレ補正、ゲーム操作、VR機器、ドローンの姿勢制御などに使われるセンサーです。
光センサーとは
明るさや光量を見て、表示や照明の調整に使うセンサー
光センサーとは、
光の強さや明るさを見つけて、
機器が読み取れる電気信号として出力するセンサーです。
見ているものは光量や明るさです。
身近な例でいうと、
スマホの画面の明るさが自動で変わる機能があります。
まわりが明るい場所では画面を見やすくし、
暗い場所ではまぶしくなりすぎないように調整する。
こうした動きには、
まわりの光の強さを見るセンサーが使われています。
光センサーは、
照明や表示の自動調整にも使われます。
たとえば、身近なものでは
次のような用途があります。
- スマホやタブレットの画面の明るさ調整
- 自動照明
- 明るさに応じた機器の動作切り替え
- 外の明るさを見て動く機器
- 光を使った検出
- 照度の確認
光センサーは、
「明るいか暗いか」を見て、
機器の動きにつなげるためのセンサーです。
そのため、
光の強さを見て、表示や照明を調整するセンサー
と考えると分かりやすくなります。
光センサーの主な種類
光センサーにも、いくつかの方式があります。
代表的な部品には、次のようなものがあります。
- フォトダイオード
- フォトトランジスタ
- CdSフォトレジスタ
- フォトIC
フォトダイオードは、
光が当たることで電流が変わる性質を使って光を見ます。
フォトトランジスタは、
光による電流の変化を増幅して使う部品です。
CdSフォトレジスタは、
光の強さによって抵抗値が変わる性質を使います。
フォトICは、
光を検出する回路を内蔵した部品です。
まとめると、違いはこうです。
| 種類 | 光の見方 | 特徴 |
|---|---|---|
| フォトダイオード | 光による電流変化で見る | 光の変化を電気信号に変える |
| フォトトランジスタ | 光による電流変化を増幅して見る | 光を受けたときの信号を扱いやすい |
| CdSフォトレジスタ | 抵抗値の変化で見る | 明るさの変化を見る用途で使われる |
| フォトIC | 光検出回路で見る | 回路を内蔵した光検出部品 |
方式の細かい違いを覚えるより、
まずは光センサーは明るさや光量を見るセンサー
と押さえておけば十分です。
光センサーの仕様で確認すること
光センサーを見るときは、
主に次の項目を確認します。
- 検出波長範囲
- 照度検出範囲
- 応答時間
- 設置位置
- 遮光や汚れの影響
- 何の光を見ているのか
検出波長範囲は、
どの種類の光に反応するかを示します。
光といっても、
人の目に見える光だけではありません。
センサーによっては、
赤外線や紫外線に近い範囲まで見るものがあります。
代表的な光センサーでは、
約200nm〜1100nmほどの範囲で表記されることがあります。
nmはナノメートルと読み、
光の波長を表す単位です。
照度検出範囲は、
どれくらいの明るさまで見られるかを示します。
代表的な光センサーでは、
数lx〜数万lxほどの範囲で表記されることがあります。
lxはルクスと読み、
明るさを表す単位です。
応答時間は、
光の強さが変わったときに、
センサーがどれくらい早く反応するかを示します。
光センサーでは、
光の変化にすばやく反応するものもあれば、
ゆっくり反応するものもあります。
光センサーで注意する点
光センサーで注意したいのは、
光がきちんと届く位置にあるかです。
光センサーは、
光を受けて明るさや光量を見ます。
そのため、センサー部分が隠れていると、
本来の明るさを見られません。
たとえば、
スマホの光センサー部分が手やケースでふさがれていると、
まわりの明るさを正しく見にくくなります。
また、強すぎる光にも注意が必要です。
強い光が当たると、
センサーが明るさを正しく読み取りにくくなることがあります。
汚れも影響します。
センサー部分に汚れやほこりが付くと、
光が弱く届き、
実際より暗いと判断されることがあります。
光センサーを見るときは、
次の点を確認すると分かりやすいです。
- 何の光を見ているのか
- 明るさの範囲は用途に合っているか
- 必要な波長の光に反応するか
- 光の変化への反応は間に合うか
- センサー部分がふさがれていないか
- 汚れや強い光の影響を受けにくいか
光センサーは、
明るさや光量を見て、
画面の明るさ調整、自動照明、光検出などに使われるセンサーです。
ほかにも使われる身近なセンサー
人感センサー
センサーには、
温度・湿度・圧力・加速度・ジャイロ・光以外にも、
身近な機器で使われるものがあります。
たとえば分かりやすいのが、
人感センサーです。
人感センサーは、
人がいるかどうかを検知するためのセンサーです。
身近なところでは、
次のような機器に使われています。
- 自動で点灯する照明
- トイレや廊下のセンサーライト
- 自動ドア
- エアコンの人検知機能
- 防犯機器
人が近づくと照明がつく。
人がいなくなると自動で消える。
部屋に人がいるかを見て、エアコンの運転を変える。
こうした機能には、
人の存在や動きを検知するセンサーが使われます。
人感センサーといっても、
中身の方式は製品によって違います。
赤外線を使って人を検知するものもあれば、
距離や動きの変化を見て判断するものもあります。
ここでは細かい方式まで覚えるより、
人がいるかどうかを見るセンサー
と考えると分かりやすいです。
赤外線センサー
赤外線センサーは、
赤外線を使って対象物や状態を検知するセンサーです。
赤外線は、
人の目には見えない光の一種です。
エアコンや人感センサー、防犯機器などでは、
人や物体から出る赤外線、
または赤外線の反射などを使って、
状態を検知することがあります。
身近な例では、
次のような用途があります。
- エアコンの人検知
- センサーライト
- 防犯センサー
- リモコン信号
- 非接触の温度検知
- 物体の有無の検出
エアコンで、
人のいる場所や部屋の状態を見て運転を変える機能があります。
こうした機能では、
温度センサーだけでなく、
赤外線センサーや人感センサーなどが関係する場合があります。
「人がいる場所に風を送る」と聞くと、
カメラのようなものを想像するかもしれません。
でも実際には、
赤外線や人の動き、温度分布などを見て、
部屋の状態を判断している機器もあります。
距離センサー・近接センサー
距離センサーや近接センサーは、
物が近くにあるか、
どれくらい離れているかを見るセンサーです。
身近な例では、
次のようなところで使われます。
- スマホの近接検知
- 自動ドア
- ロボット掃除機
- 車の障害物検知
- 非接触スイッチ
- 物体の有無の確認
スマホで通話しているとき、
画面が顔に近づくと画面が消えることがあります。
これは、
顔が近くにあることを検知して、
誤操作を防ぐための動きです。
ロボット掃除機では、
壁や家具との距離を見ながら動きます。
車では、
障害物との距離を見て、
警告や支援機能につなげるものがあります。
距離センサーや近接センサーは、
物があるか、どれくらい近いかを見るセンサーです。
磁気センサー
磁気センサーは、
磁気を検知するセンサーです。
磁石の有無や、
磁界の向き、強さなどを見るために使われます。
少し地味に見えますが、
身近な機器にも使われています。
たとえば、次のような用途があります。
- スマホの方位検出
- カバーやフタの開閉検知
- モーターの回転検出
- ドアや窓の開閉検知
- 位置検出
スマホの地図アプリで、
向いている方向を表示する機能があります。
そこでは、
磁気センサーが方位の判断に関係することがあります。
また、ノートパソコンやタブレットのカバー、
ケースのフタの開閉を検知する用途でも使われます。
磁気センサーは、
磁気を使って向き・位置・開閉などを見るセンサー
と考えると分かりやすいです。
この記事で中心に扱うセンサー
ここまで紹介したように、
センサーにはかなり多くの種類があります。
この記事では、その中でも次の6つを中心に扱います。
- 温度センサー
- 湿度センサー
- 圧力センサー
- 加速度センサー
- ジャイロセンサー
- 光センサー
この6つは、
機器の状態やまわりの環境を知るためによく出てくるセンサーです。
ほかのセンサーもありますが、
まずはこの6つについて、
何を見ているのか、どんな機能につながるのかを押さえると、
センサー全体のイメージがつかみやすくなります。
センサーがうまく働かない原因
センサーは、
取り付ければ必ず正しく働く、という部品ではありません。
見たい場所と違うところを見ていたり、
汚れや振動の影響を受けたりすると、
実際の状態とセンサーの読み取りがずれることがあります。
ここでは、センサーで起きやすいズレの原因を見ていきます。
見たい場所とセンサーの位置がずれている
センサーは、
取り付けられている場所の状態を見ます。
そのため、
見たい場所とセンサーの位置がずれていると、
正しい判断につながりにくくなります。
たとえば温度センサーなら、
発熱する部品の近くにあるのか、
少し離れた場所にあるのかで、
見える温度が変わります。
湿度センサーでも、
風が通る場所にあるのか、
空気がこもる場所にあるのかで、
湿度の見え方が変わります。
圧力センサーなら、
配管の入口側を見るのか、出口側を見るのかで、
圧力の意味が変わります。
センサーを見るときは、
何を見ているかだけでなく、
どこで見ているかも大事です。
センサーの向きが合っていない
加速度センサーやジャイロセンサーでは、
センサーの向きも重要です。
加速度センサーは、
動きや傾きを見るセンサーです。
ジャイロセンサーは、
回転や向きの変化を見るセンサーです。
そのため、
本来見たい方向とセンサーの向きが合っていないと、
動きや回転を正しく見にくくなります。
たとえば、
縦方向の動きを見たいのに、
センサーの向きがずれていれば、
機器側の判断もずれることがあります。
スマホやゲーム機、ドローンのように、
動きや姿勢を細かく見る機器では、
この向きの違いが特に大事になります。
測定範囲を超えている
センサーには、
見られる範囲があります。
- 温度なら測定温度範囲
- 湿度なら測定湿度範囲
- 圧力なら測定圧力範囲
- 加速度センサーなら、見られる動きや衝撃の範囲
- ジャイロセンサーなら、見られる回転の速さの範囲
- 光センサーなら、見られる明るさや波長の範囲です
この範囲を超えると、
センサーは状態を正しく見られません。
たとえば、
強い衝撃を見たいのに、
測定範囲が小さい加速度センサーでは、
衝撃の大きさを正しく判断しにくくなります。
強い光が当たる場所で、
対応できる明るさの範囲を超えると、
光センサーの読み取りも不安定になります。
測定範囲は、
センサーを見るときの基本です。
汚れ・水分・遮光の影響を受けている
センサーは、
まわりの環境の影響も受けます。
特に光センサーや湿度センサーは、
汚れや水分、遮光の影響を受けやすいです。
光センサーは、
光を受けて明るさを見ます。
そのため、
センサー部分が手やケースでふさがれていたり、
汚れが付いていたりすると、
実際より暗いと判断されることがあります。
湿度センサーは、
空気に触れて湿度を見ます。
センサー部分に汚れや水分が付くと、
湿度の見え方が変わることがあります。
センサーそのものが悪いのではなく、
見たいものがセンサーまで届いていないこともあります。
振動やノイズの影響を受けている
加速度センサーやジャイロセンサー、圧力センサーでは、
振動やノイズの影響にも注意が必要です。
本来見たい動きではない細かな振動を拾うと、
機器側が動いた、傾いた、回転したと判断することがあります。
圧力センサーでも、
機械の振動や流体の揺れによって、
信号が安定しにくくなることがあります。
特に、
落下検知、手ブレ補正、姿勢制御、圧力監視のように、
細かな変化を見る用途では、
振動やノイズの影響を考える必要があります。
応答時間が用途に合っていない
センサーは、
状態が変わった瞬間に必ず反応できるわけではありません。
センサーごとに、
反応の速さがあります。
ゆっくり変化するものを見るなら、
反応が少し遅くても問題になりにくいです。
たとえば、
部屋の湿度管理では、
湿度の変化がゆっくりなので、
そこまで速い反応が必要ない場合があります。
一方で、
落下検知、衝撃検知、手ブレ補正、ドローンの姿勢制御では、
一瞬の変化を見る必要があります。
このような用途では、
応答時間が遅いと機器側の動きが追いつきにくくなります。
センサーがうまく働かない原因を見るときは、
次のように考えると分かりやすいです。
- 見たい場所に付いているか
- 向きは合っているか
- 測定範囲を超えていないか
- 汚れや水分で見え方が変わっていないか
- 光がきちんと届いているか
- 振動やノイズの影響を受けていないか
- 反応速度は用途に合っているか
センサーの不具合や誤検出は、
センサー自体だけが原因とは限りません。
どこで、何を、どんな条件で見ているのかまで確認すると、
原因を考えやすくなります。
センサーを見るときの判断基準
センサーを見るときは、
名前だけで判断するよりも、
何を見ているのかと何に使われているのかを先に考えると分かりやすくなります。
センサー名が分かっても、
それだけで性能や使われ方までは分かりません。
同じ温度センサーでも、
部屋の温度を見るものと、
バッテリーやCPUまわりの温度を見るものでは、
必要な性能が変わります。
同じ光センサーでも、
どの明るさまで見られるのか、
どの波長の光に反応するのかは製品によって違います。
加速度センサーやジャイロセンサーでも、
小さな動きを見るものと、
強い衝撃や速い回転を見るものでは、
見るべき仕様が変わります。
センサーを見るときは、
次の順番で確認すると分かりやすいです。
- 何を見ているセンサーか
- どんな機能に使われているか
- 測定範囲は用途に合っているか
- 必要な精度があるか
- 応答時間は間に合うか
- 取り付け位置や向きは合っているか
- 汚れ・水分・振動・温度変化などの影響を受けにくいか
たとえば温度センサーなら、
温度を見ていることは分かります。
でも、
その温度を使って冷却するのか、
出力を下げるのか、
警告を出すのか、
停止につなげるのかは、機器によって違います。
加速度センサーでも同じです。
動きや傾きを見ているとしても、
画面回転に使うのか、
歩数計に使うのか、
落下検知に使うのかで、
見るべきポイントが変わります。
まずは、
そのセンサーが何を見ているのかを確認します。
次に、
その情報がどんな動きにつながっているのかを見ます。
最後に、
測定範囲、精度、応答時間、設置位置、向き、使用環境を確認します。
たとえば、次のように考えると分かりやすいです。
- 温度を見たいなら、測定温度範囲と設置位置を見る
- 湿度を見たいなら、湿度範囲と汚れ・水分の影響を見る
- 圧力を見たいなら、測定圧力範囲と取り付け位置を見る
- 動きや衝撃を見たいなら、測定加速度範囲と反応速度を見る
- 回転や向きの変化を見たいなら、測定角速度範囲と設置方向を見る
- 明るさを見たいなら、照度範囲と光が届く位置かを見る
センサーは、
機器が状態を知るための入口です。
そのため、センサーを見るときは
「センサーが付いているかどうか」だけでなく、
何を、どこで、どのくらい正確に、どの速さで見ているのかを確認することが大切です。
ここが分かると、
製品説明や仕様書に出てくるセンサー名も、
ただの部品名ではなく、
機器の動きや機能を理解するための情報として見られるようになります。
まとめ
センサーには、いろいろな種類があります。
温度センサーは、温度を見ます。
湿度センサーは、空気中の水分量を見ます。
圧力センサーは、空気や液体の圧力を見ます。
加速度センサーは、動き・傾き・衝撃を見ます。
ジャイロセンサーは、回転や向きの変化を見ます。
光センサーは、明るさや光量を見ます。
センサー名だけを見ると、
少し難しい部品のように感じるかもしれません。
でも、
何を見ているセンサーなのかを考えると、
違いはかなり分かりやすくなります。
さらに、
そのセンサーがどんな機能に使われているのかを見ると、
機器の動きも理解しやすくなります。
- 温度を見て、冷房や過熱保護につなげる
- 湿度を見て、除湿や結露対策につなげる
- 圧力を見て、流体や機器の状態を監視する
- 動きや傾きを見て、画面回転や落下検知に使う
- 回転や向きの変化を見て、手ブレ補正や姿勢制御に使う
- 明るさを見て、画面や照明の調整に使う
このように、センサーは
機器がまわりの状態や機器自身の状態を知るための入口です。
ただし、センサーが付いているだけで、
すべてを正しく判断できるわけではありません。
大事なのは、
何を、どこで、どのくらい正確に、どの速さで見ているのかです。
測定範囲、精度、応答時間、取り付け位置、向き、使用環境が合っていないと、
センサーの情報が機器の動きに正しくつながらないことがあります。
センサーを見るときは、
名前だけで終わらせず、
そのセンサーが何を見ていて、
どんな動きや機能に使われているのかまで確認すると分かりやすくなります。