非接触での検出ができるセンサーは赤外線や磁気、光学センサーなど様々な物があります。すべてをご紹介するのは難しいので、今回は、超音波センサー、静電容量センサー、インダクティブセンサーの3つに絞って、センサーの検出原理と各センサーで検出できる物を紹介します。
超音波センサー
超音波センサーはTOFという技術を使って測定します。TOF（Time of flight）とは、飛行時間という意味で、ある発したものが対象物に反射して返ってくるまでの時間を計測し、距離などの測定をする手法です。発するものとして代表的なものが光と超音波です。
超音波センサーの利点
- 色による影響がない
- 広範囲の物を検出することができる
- ほこりや塵の影響を受けない
静電容量センサー
静電容量センサーは導電性物質（金属など）とGround間に形成される静電容量に対して、他の物質（対象物）が接近することで生じる誘電率の変化を静電容量の変化として捉えるセンサーです。
また、静電容量センサーには、検出する方式が自己容量方式と、相互容量方式と2種類あります。
静電容量センサーの利点
- 導体や絶縁体まであらゆる物質の検出が可能
- PCBだけでなく、導体であれば、機構設計方法次第で、センサーとして使用可能
インダクティブセンサー
インダクティブセンサー（誘導型近接センサー）は、相互誘導の原理を利用した近接センサーです。
センサーコイルに高周波信号を供給するとコイル周辺に電磁界が発生します。そこに金属/導体が近づくと、検出ターゲットの表面に渦電流が流れ、相互誘導の原理でコイルのインダクタンスが変化します。この変化をインダクティブセンサーが読み取る仕組みになっています。
インダクティブセンサーの利点
- 金属/導体にしか反応しない
- ほこりや塵の影響を受けない
超音波センサー、静電容量センサー、インダクティブセンサーで検出できるもの
インダクティブセンサー、静電容量センサー、超音波センサーそれぞれで検出できるものを下記の表にしました。
|
検出できるもの |
超音波センサー |
静電容量センサー |
インダクティブセンサー |
|
角 度 |
－ |
－ |
○ |
|
物体の有無 （衝突回避、ジェスチャー認識、位置検出等） |
○ |
○ |
○ |
|
距 離 |
○ |
○ |
○ |
|
流 量 |
○ |
－ |
○ |
|
液 面 |
○ |
○ |
－ |
|
タッチ |
－ |
○ |
○ |
なお、距離については、一般的にターゲットとの距離で選択すると良いと言われています。
3種のセンサー毎に計測できる距離が変わるので、開発するアプリケーションによって選ぶ必要があります。
また、具体的にどのセンサーを使うかは、アプリケーションの仕様を決めてから選定する必要があります。
例えば簡単に何点か挙げると下記のような項目あります。
- 検出の範囲
- 測定の精度
- サイズ
- センサーの取り付け方法
- センサーを設置する環境
このような情報から、各センサーによって得意不得意がはっきりしてくるので、絞り込んでいきます。
各センサーの代表的な用途については、半導体メーカーが公開している動画をご覧ください。
静電容量センサーを使った物体検知のデモ動画
この動画の前半では、静電容量センサーの利点についてご紹介します。後半は静電容量センサーの評価ボードを使ってセンサーに手を近づけるデモや、人を検知するデモを行います。なお、デモは2:13から始まります。
超音波センサーを使った液面/液体検出のデモ動画
この動画はデモの紹介前に超音波を使ったタイム・オブ・フライト（TOF）の測定方法について解説します。実際に行うデモは、液面測定と、水とアルコールを加えた水の液体識別を行います。
インダクティブセンサーを使ったタッチ検出のデモ動画
はじめにインダクティブセンサーの特長と、このデモで使用するデバイスの紹介を行います。
デモはタッチコイルの付いたボードを使って金属ボタンを押すデモです。1:08からデモを行っています。
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