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センシング技術とその用途

センサの種類

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センサは「千差万別」と言われるように、センサにはさまざまな種類がありますが、センサは測定方法、測定対象の特徴、センサの特性、およびその用途に基づいて広く分類できます。

センサの測定方法は、測定対象に信号を与えて反射信号を受信する「アクティブ方式」と、測定対象から放出された信号のみを受信する「パッシブ方式」に分けられます。

アクティブ方式

測定対象に信号を送り、その反射を検出するセンサはアクティブ(能動型)センサです。外部エネルギー源を必要とし、光、電磁波、放射、音などの信号を測定対象に当て、その反射、透過、吸収を感知し、測定対象の特徴量を検出します。

パッシブ方式

一方、パッシブ(受動型)センサは独自のエネルギー源を必要とせず、測定対象から測定信号を受信することで測定対象を検出します。

違いの典型的な例は、セキュリティ用途の赤外線センサです。それらは、使用目的と設置場所に応じて選択されます。

  • センサ自体から赤外線を放射し、赤外線ビームの反射または遮断によって測定対象を検出する近赤外線センサはアクティブ方式のセンサです。
  • 人体表面から放射された赤外線ビームを受信して人を検出する遠赤外線センサは、パッシブ方式のセンサです。
アクティブセンサの仕組み
パッシブセンサの仕組み

さらに、プロセスのサンプリングと監視の頻度に基づき、センサは「インライン分析」、「オンライン分析」、「オフライン分析」に分類することができます。

インライン分析

インライン分析とは、プロセス分析器のセンサまたは検出器が、測定対象の反応タンクや貯蔵タンク、あるいはその流路など、測定対象物に直接接触し、検出、分析、記録、送信、監視が連続的に実行される方法です。インライン分析用のこれらのセンサの重要な特徴は、連続したフィードバックループでタイムロスなく動作し、基本的にリアルタイムまたは高速でのパフォーマンス、非破壊測定、および高耐久性が必要だということです。これは、サンプリングを必要とせず、生産プロセスラインにセンサを配置できるため、プロセスを分析および監視するための最も望ましい方法です。

オンライン分析

オンライン分析は、常に自動サンプリングと分析が実行される方法です。サンプリング機器、センサ、およびプロセス分析機器は、測定対象の近くに配置されます。この方法は、化学組成のように、組成の急速な変更または継続的な監視を必要とする組成に使用されます。

オフライン分析

オフライン分析では、分析のためにサンプル(分析試料)が採取され、関連するセンサと分析機器が設置されている研究所(ラボ)や試験所などに運ばれます。そして、これらの輸送されたサンプルは、これらの機器によって分析されます。この方式は、時間がかかる精密分析や、少量のサンプルから複数の成分を分析するために使用されます。

プロセスプラントでのインライン分析、オンライン分析、オフライン分析の違い

これらの分析手法の違いによって、センサの種類に対する優劣をつけるものではなく、特定の目的に応じて使用されているということに留意が必要です。

センサを区別するより広範な方法として、測定される分野のさまざまな属性(測定量)により区分することもできます。

検出信号 各種属性の検出量 / 測定量
機械量 圧力、流量、振動、距離、速度、加速度、力など
温度、熱、熱流束、熱容量、熱伝導率など
電気 電圧、電流、電界、電荷、抵抗、静電容量など
磁気 磁束、磁場、磁気モーメントなど
光・放射線 赤外線、X線、可視、超音波、音響、電波など
化学的 pH、イオン、濃度、水分、ガス、酸素など
生物学的 味、臭気、タンパク質、グルコース、ホルモン、酵素、微生物など

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