IoT検定対策5章 デバイス(2/2)

バイス(2/2)

アクチュエーター

  • 電動アクチュエーターは電気信号を「直進」または「回転運動」に変換する装置(電動ではないが、油圧や空気圧で動かすものも、アクチュエーターの一種)
  • ソレノイド:コイルの中に鉄心を通した装置で、通電によって鉄心(プランジャ)を引き込む(吸引)ことで、直進運動する。コイル域からはみ出ないようストッパーがついており、限定された範囲で動く。普通は通電を切ると吸引が終わるだけなので、直進したプランジャはそのままだが、ストッパにバネをつけてバネ動力で元の位置に戻すものもある。
  • ソレノイドはこのほか、電磁弁に使用されることもある。水や油、空気などの弁。水道の蛇口など。
  • 一方、モーターの回転数に限定域はないため、動力には主にモーターが、制御にはソレノイドが用いられることが多い。
    f:id:camelrush:20200822140905p:plain
  • 逆起電力:モーターをOFFした後、停止までの間の動力によって、モーターが発電機となる。逆起電力とはそこから生み出される電力のこと。逆起電力によって回路が壊れる危険性があるため、ダイオードによって装置を守る必要がある。

電圧と実装技術・製造技術

  • 電源:従来、アナログ回路の電源は12V、デジタル回路の電源は5Vが一般的であったが、今般は3.3Vなどが定格化されつつある。FPGAでは、2.5Vや1.8Vのものもある。
  • 電池:
  • 無線給電
    • 日本のICカードの無線給電は 13.56MHz の電磁誘導方式が主流である。Suicaなど。
  • MEMS技術:Micro Electro Mechanical Systemの略。1mm以下の微細機械の設計・実装技術を指す。マイクロマシーン技術とも呼ばれる。インクジェットプリンタのヘッド、加速度センサーの部品のほか、HDDのヘッド位置決め部品の開発などで使用される。

アナログ信号のセンサー

  • 温度センサー
    • サーミスタ:温度で抵抗値が変化する半導体酸化物
    • 熱電対:
    • 白金測温抵抗体:
  • 湿度センサー
  • 圧力センサー
    • ひずみゲージ抵抗式:
    • 静電容量式:
    • シリコンレゾナント式:
  • 光センサー
  • 地磁気センサー
    • ホール素子:
    • MR素子:
    • MI素子:
  • 音センサー(マイクロフォン)
  • 緒音波センサー
  • 赤外線センサー
    • アクティブセンサー:自ら赤外線LEDを照射し、反射光量をフォトトランジスターなどで測定する。人感センサーとして、自動ドアや防犯用センサーに使用。
    • パッシブセンサー:人体が発生している遠赤外線(波長7~14um)の変化で熱源を感知する。トイレの自動点灯などで使用。
  • 接触センサー
  • イオンセンサーとバイオセンサー
    • イオンセンサー:液体中のイオン濃度を計測するセンサ。農業用地の土壌調査、血液分析などにも活用される。
    • バイオセンサー:受容体が持つ分子識別能力を利用して化学物質を検出するセンサー。血糖値測定、水質汚染調査などへの利用のほか、味センサー、匂いセンサーなども該当。

デジタル処理のセンサー

  • 加速度センサー:
  • ジャイロセンサー
  • 画像センサー:
  • 距離センサー:
  • ミリ波レーダー:
  • レーザースキャナ:
  • GPS
  • タッチパネル
    • 表面型静電容量方式:基盤の4隅から微弱な電流を流しておき、接触時の静電容量の変化でタッチ位置を検出するもの。手袋をされると検出されにくくなる。
    • 投影型静電容量方式:
    • 超音波表面弾性波方式:
    • 赤外線光学イメージング方式:
    • 電磁誘導方式:
  • 生体センサー
    • 脈波センサー:心臓の鼓動による血管の体積変化を計測するセンサー
      • 光学式脈波センサー:心拍数の測定で使用。緑色光をよく吸収するヘモグロビンの特色を利用し、発光からの跳ね返りをフォトトランジスタで光検出して測定する。
      • パルスオキシメーター:血中酸素飽和度測定で使用。ヘモグロビンの酸素結合の有無による色の変化と、その割合を計測する。
      • 血圧測定も同様。空気袋(カフ)の圧迫で生じる血液の変化をLEDで解析して最高・最低血圧を算出する。
    • 圧電素子によって就寝時の心拍、ストレスチェックなどを行う。

      スマートフォン

  • BLEビーコン
    • 一定の同じ電波を出し続ける機器のこと。
    • ビーコンには、電波識別のために識別子、マイナー番号、メジャー番号などがデータに含まれる。
    • 用例として、登録済スマートフォンがビーコンに近づいたときに店舗のチラシを配信するサービスなど。
    • 省電力性が求められるため、BLEなどを採用する。
  • IBeacon
    • AppleiOS機器でビーコンを使用する技術。BLEビーコンを使用するためのフレームワークが提供されている。