IoTで一般的に使用されるセンサとアクチュエータの理解

モノのインターネット（IoT）は、ここ数年で最もホットなテクノロジートレンドであり、データを収集、共有、分析し、そこから価値を創造することがすべてです。しかし、正確なデータがなければ、モノのインターネットは役に立たない技術の山になります。したがって、IoTデバイス管理とIoTセンサーやアクチュエータの重要性により、世界を感知して行動することができます。

モノのインターネットは、通常のものがインターネット上で収集したデータを共有できるようにするいくつかの技術層（モノのインターネットの背後にある技術）で構成されており、最終的にはデータ自体の品質に大きく依存するインテリジェンス、自律的な行動、価値を提供します。したがって、センサとアクチュエータはIoTテクノロジースタックの不可欠な部分であり、あらゆるIoTシステムの開発において成功または失敗の要因となります。

IoTにとってセンサーやアクチュエータは重要ですが、それとは何でしょうか？トランスデューサとも呼ばれるセンサは、周囲環境の事象や変化を検出し、これらの物理現象（temperature、光、空気の湿度、動き、化学物質のexistenceなど）を電気パルスに変換することを任務とするデバイスです。意味のある解釈が可能です。一方、アクチュエータは、センサとは逆の働きをする道具と見なすことができます。制御システムから発せられる電気パルスを解釈し、機械的な動きに変換することによって、バルブの開閉、他の機器の位置や角度の変更、作動、音や光の発生など、さまざまな簡単な動作を行います。簡単に言えば、アクチュエータは“ムーバー”と呼ばれます。

一般的な電気センサやアクチュエータは何十年も前からexistenceしており、現代の産業アプリケーションではユビキタスですが、モノのインターネットの出現は、産業分野だけでなく産業分野においても、IoTセンサやアクチュエータのアプリケーションの全く新しい可能性を開きます。商業用と家庭用のエリア。IoTの不可欠な実現要因として、センサーとアクチュエータは、スマートカーから熱帯雨林保護まで、ほぼすべての分野で運用を監視、制御、合理化するのに役立ちます。モノのインターネットは、センサーの適用方法に革命を起こし、その使用範囲を拡大し、強力なクラウドベースの分析ソフトウェアでセンサーを使用できるようにし、機械、人、環境のためのインテリジェントなソリューションを開発します。

上記のすべての要因を考慮すると、IoTが経験している急速な進化を維持するためには、ますます効率的な（好ましくは低コストの）センサソリューションが必要であることは間違いありません。信頼性の高いセンサおよびアクチュエータシステムは、あらゆるインテリジェント展開を成功させるための基盤であるため、そこにexistenceするIoTセンサソリューションとオプションの種類を理解することが不可欠です。IoTで最も一般的に使用されるセンサーの種類を見てみましょう。

IoTセンサーの種類

センサは、スタンドアロンのデバイスであっても、一般的なオブジェクトや機械に埋め込まれてインテリジェントになるデバイスであってもよく、測定する物理現象に基づいていくつかのカテゴリーに分類できます。以下のリストは、IoTで最も広く使用されているセンサータイプの概要です。

temperatureセンサー。

この最も基本的なセンサは、空気、作業環境、機械、またはその他のオブジェクトの熱状態を追跡することが不可欠なあらゆるIoTユースケースに適用されます。temperatureセンサは、土壌温度を監視してバランスのとれた最大の成長を提供する製造プラント、倉庫、気象報告システム、農業で特に有用です。

• サーミスタ抵抗（抵抗）がtemperatureに大きく依存する抵抗の一種。サーミスタは、電子温度計のtemperatureセンサや、過電流を防ぐシステムのtemperatureセンサなど、電子機器のセンサとして広く使用されています。
• 抵抗温度検出器：温度変化に伴う抵抗変化に基づいてtemperatureを測定するための機器。
• 熱電対2つの異なる導体で構成される回路素子。熱電対のコネクタ間で発生する起電力が温度差に比例するという事実を利用することで、熱電対はtemperatureセンサとして使用でき、時には非常に低電圧で比較的大電流の電源として使用することもできます。

湿度センサー。

気象観測所で最も目に見え、最も広く使用されている用途は天気の報告と予報ですが、驚くべきことに、湿度および湿度センサは農業、環境モニタリング、食品サプライチェーン、HVAC、健康モニタリングにも広く使用されています。

• 髪の張力湿度センサー湿度センサの伝統的で最古のタイプ。この装置は、人間や馬毛の特定のcharacteristicに基づいて設計されているが、現在は合成繊維や綿繊維も使用されている。これらの繊维は湿気と接触するとその长さが変わる。目盛の読み取り値を示すポインタは、髪（または繊維）に取り付けられ、長さの変化に反応します。このタイプの湿度センサの利点は、間違いなく構造がシンプルで安価であり、損傷に強いことです。
• 乾湿計：このタイプの装置は、2つの湿潤計（いわゆる“湿潤”と“湿潤”）に基づいて構築されています。湿式温度計水銀容器は吸湿材で裏打ちされている。湿潤空気は蒸発を抑制し、乾燥空気は蒸発を加速する現象を利用しています。湿度が高いほど、湿式温度計のtemperatureは低くなります。乾燥温度計は周囲温度を示し、湿度は温度差から計算できます。

光強度センサー

スマートテレビ、携帯電話、またはコンピュータ画面は、周囲光の強度に依存して光センサーを使用して明るさを調整することができますが、周囲光を検出するセンサーは、家電製品だけでなく、スマートシティアプリケーションでも一般的です。経済性を向上させるために、街路灯や都市照明レベルを調整するためにますます使用されています。

• フォト抵抗器これは感光素子であり、放射線によって電気抵抗が変化します。アナログ光センサーとして、例えばArduinoに簡単に接続できます。従って、例えば暗くなった後に自動的に点灯するランプを構築することができる。フォトレジストは、非常に単純な近接センサやtemperatureセンサとしても使用できます。
• フォトダイオード：光電効果に基づいて動作するダイオード。光子がフォトダイオードの接合部に到達すると、それらは吸収され、電子が導電帯に移動して電子-正孔対を形成する。フォトダイオードは、産業オートメーション（信号および制御システム）、電気通信（フォトカプラ、光リンク）、およびその他多くの産業で広く使用されています。

音響センサは

インテリジェントな音響センサにより、特定の環境の騒音レベルを監視できます。騒音汚染を防止するためのデータを測定して提供できる音響IoTセンサーシステムは、スマートシティソリューションでますます普及しています。

• ハイドロフォン：水や他の液体中を移動する音を拾うためのマイクロフォン。ハイドロフォンはパッシブソナーの基本的な構造要素であり、例えば様々な水生環境で魚を検出するために使用される。
• 地震計：地面の振動（周波数と振幅）を電圧に変換するセンサーです。これは、アポロ16号の“アクティブ地震実験”で月で使用された地震計の一種と言えます。

水位センサー。

自然災害を防ぐためには、水位監視センサーで収集したデータを洪水警報システムの分析·予測に利用することができます。環境保護に加えて、このセンサは、製造プロセスを制御および最適化するためのさまざまな産業アプリケーションで使用できます。

• 静水圧センサ：液体充填レベルを測定するために使用します。これらのセンサは、いわゆる静水圧パラドックスを使用した液面測定に基づいて動作し、貯蔵タンク測定点で測定される静水圧は、液体充填の高さにのみ比例し、貯蔵タンクの形状及び体積には関係ない。
• 光学センサ：液体と接触した後のプリズム内の光の屈折によって暗示される水位を検出するセンサ。光学センサは、割れたり摩耗したりする可能性のある機械的および可動部品によって制限されるため、一般的な水位センサに比べて利点があります。

変位センサ

電磁放射ビームを放射することにより、このタイプのセンサは対象物のexistenceを感知し、それらを分離する距離を決定することができます。その高い信頼性と長寿命により、スマートカー、ロボット工学、製造、機械、航空、さらにはスマートパーキングソリューションなど、多くのIoT分野に急速に組み込まれています。

• ドップラーレーダードップラー効果を使用したレーダー、すなわち、発生源から放射される波の周波数と、発生源に対して移動する観測者によって記録された波の周波数のdifference。レーダーは物体を検出して位置を決定するだけでなく、その方向や速度を知るためにも使用されます。
• 占有センサー赤外線または高周波信号を使用して、オフィスや衛生施設、廊下、通路、倉庫などの動きを検出するプレゼンスセンサー。

モーションセンサー。

スマートビルディングシステムは、モーションセンサーが想像できる最も安価なIoTアプリケーションかもしれません。この明白な事実は一般的に真実ですが、モーションセンサーの使用は、侵入や盗難のプライベートまたは公共の場所を監視するのに役立つことに加えて、エネルギー管理ソリューション、スマートカメラ、オートメーションデバイスなど、他の多くの分野にも広がっています。

• アクティブ超音波モーションセンサ：：超音波受動波の送受信
• パッシブ赤外線モーションセンサ赤外線の変化を検出する
• アクティブレーダーセンサー：：電磁波の送受信
• 上記のすべての動き関連の原理を組み合わせたセンサーバージョンもあります。**パッシブ赤外線センサPIR ** は、そのような例の1つであり、これは動き検出のための電子センサであり、警報システム、自動照明および換気システムなどで一般的に使用されています。

姿勢センサ

このセンサのタスクは、回転を検出し、角速度を測定することであるため、ナビゲーションシステム、ロボット工学、家電製品、回転を含む製造プロセスに最適です。より日常的なIoTアプリケーションでは、アスリートが使用するIoTデバイスにジャイロスコープセンサーが搭載され、身体の動きを正確に測定し、パフォーマンスを分析·向上させることが増えています。

• 加速度計はセンサーは一定の方向を維持しませんが、位置する物体の角速度を示します。このグループには、限られた回転自由度を持つ機械式ジャイロスコープ（通常はデカルト座標系の1軸上）、光学式ジャイロスコープ（レーザーと光ファイバー）、そして最後にコリオリ効果を利用してジャイロスコープに影響を与えるジャイロスコープが含まれる。
• 方向指示器：方向ジャイロスコープまたは方向指示器を使用すると、取り付けられたボディの回転を観察できます。ジャイロスコープは通常、適切な構造に吊り下げられた高速回転する剛性物体（通常はディスク）として作られ、基準システム（例えば、取り付けられている物体）に対して自由に回転することができる。

化学センサー。

化合物（固体、液体、気体）を検出できるセンサは、産業安全システム、環境保護ソリューション、科学研究に不可欠な要素です。さらに、都市や州が大気汚染や水質汚染の有害な影響に対抗するのに役立つ、IoT対応の大気質モニタリングにすでに足場を築いています。

• 電気化学呼吸アナライザ血液中のアルコール濃度を測定するために使用される単純なセンサー。電気化学センサーは、メントール、タバコの煙、クエン酸などの副作用に抵抗する能力を持ち、呼気中のアルコール濃度を0.0 00 ‰の精度で示すことができる。
• 電子鼻。化学検出器または検出器のグループは、環境中に含まれる粒子の種類やそのcharacteristic（例えば、特定の化学結合のexistence、酸性度、アルカリ度、隣接する双極子を安定化させる能力など）を検出する。このような検出器を用いて得られる情報は、環境の化学組成を知ることができる。

ビジョンセンサ。

画像センサは、光データを電気パルスに変換することで、接続されたオブジェクトが周囲の環境を見て、提供されたデータ分析から得られた情報を使用して周囲の環境をOperationすることを可能にする。スマートデバイスが周囲を“見る”必要があるときはいつでも、スマート車両、セキュリティシステム、レーダーやソナーなどの軍事機器、医療画像機器、そしてもちろんデジタルカメラなど、画像センサーが使用されます。

• アクティブピクセルセンサー：CMOS技術を使用して作られた多くの感光素子の配列。CMOSセンサは、ウェブカメラ、コンパクトデジタルカメラ、デジタル一眼レフカメラ、生産オートメーションにおける制御素子、デジタルX線カメラなど、多くのデバイスに使用されています。
• 電荷結合デバイス：多くの感光素子で構成されるシステムで、レジストレーションされ、そこに落ちる光のvalueに比例した電気信号を読み取る。CCDセンサで使用されるフィルタは、デジタルカメラによく見られ、特定のスペクトル幅のマトリックスの強さを特定の点で記録することができます。

Internet of Thingsアクチュエータの種類

アクチュエータは、その名前が示すように、直接の環境で動作し、組み込まれた機械や機器の正しい動作を達成することができます。小型ではありますが、運転中にはめったに見られませんが、自動車、産業機械、またはオートメーション技術を含むその他の電子機器でその効果を感じることができます。その構築パターンと特定のIoT環境における役割に応じて、4つの主要なカテゴリーに分類できます。

• リニアアクチュエータProdNameでは、オブジェクトまたはコンポーネントを直線に沿って移動させます。
• モーターはデバイスコンポーネントまたはオブジェクト全体を正確に回転させます。
• リレーこのカテゴリには、ライト、ヒーター、さらにはスマートカーの電源スイッチをOperationするための電磁ベースのアクチュエータが含まれます。
• ソレノイドバルブロックアップまたはトリガ機構の一部として家電製品で最も広く使用されており、IoTベースのガスおよび水漏れ監視システムのコントローラとしても機能します。

IoTセンサーは、機械知能を構築するための真の基盤であるIoTシステムにデータを供給する一見小さなデバイスです。一方、アクチュエータは、あらゆるスマートエンタープライズの背後にある原動力を表しています（文字通り!どちらの場合も、IoTはその感じ方や動作方法だけでなく、私たちがより速く、より良いことを行うことを可能にするものにも興味があります。