센서 기술

센서 기술

라틴어어에서 온 센서(sensor)라는 단어는 아직도 개념이나 센서 공학의 학문적 체계가 완벽하게 정립되어

있지 않은 상태이다. 그것은 센서 기술이 복합 기술적이기 때문이라고 생각된다. 넓은 의미로서의 센서란

외부로부터의 자극이나 각종 신호를 감지·검출할 수 있는 모든 수단이라고 생각할 수 있다. 그러나

일반적으로는 좁은 의미로 센서란 '감지 대상의 양을 선택적으로 포착하여 유용한 신호(주로 전기적 신호)로

변환, 출력하는 장치'라고 정의되고 있다.

 

센서는 원초적 정보를 채취하는 장치나 수단으로서 감지기 또는 감지 소자이고, 채취된 신호를 이에

대응하는 유용한 신호로 변환하는 변환기 또는 변환 장치인데 이를 트랜스듀서(transducer)라 한다.

그러나 센서와 트랜스듀서는 분명하게 그 의미를 달리하고 있음에도 불구하고 가끔 혼용되고 있다. 그것은

센서와 트랜스듀서의 기능이 융합된 장치가 흔하게 개발되고 있기 때문으로 최근 센서의 의미도 포괄적으로

원초적 신호의 감지, 변환 장치라고 이해되는 경우가 많아졌다. 이 센서의 정의에서 포용된 변환의 뜻은

여러 가지 신호를 전기적, 광학적 신호로 변환한다는 제한된 개념만으로 받아들여지고 있다.

 

센서 및 트랜스듀서와 함께 널리 쓰이고 있는 말로 구동 장치(actuator)가 있는데, 이는 신호 처리기에

의하여 다듬어져 나온 신호에 대응하여 동작을 하는 장치 또는 수단이다. 즉, 구동 장치란 입력된 신호에

대응하여 작동을 수행하는 작동기, 또는 명령 신호에 따라서 작동하는 집행기이다. 그러나 이들 감지기,

변환기, 작동기가 훨씬 넓은 의미의 감지기, 변환기, 작동기로 수용되는 경우도 허다하다.

 

센서는 기본적으로 감도(sensitivity), 안정도(stability), 복귀도(reversi-bility), 선택도(selectivity)가

우수하여야 하고, 동시에 기능성, 적용성, 규격성, 생산성, 보존성, 경제성 등이 좋아야 한다. 용액 중의

특정 이온이나 기체중의 특정 가스를 검출하고자 할 때는 공존하는 다른 이론이나 가스들의 간섭 효과를

배제하고 오직 측정 대상의 이온이나 가스만을 선택적으로 감지해야 한다. 또 센서가 작동한 후에는 즉시

원상태로 복귀하여 다음 작동을 수행해야 하는데 일반적으로 원상 회복하는 데는 어느 정도의 시간이

소요된다. 이것은 센서의 이력 특성이나 기억 특성 때문이고 이러한 이력 특성이나 기억 특성은 센서의

반응 속도와 유관하다.

 

센서 기술은 계측 기술 및 자동화 기술의 핵심이며, 고도 시스템 기술의 관건이다. 모든 측정은 센서를

통해서 가능하고, 정밀 계측 기술 없는 고도의 제어 기술 또는 고도의 자동화 기술은 있을 수 없다. 그러므로

센서 기술은 계측 및 자동화 기술의 핵심이다. 21세기의 중추 기술은 통신 기술, 컴퓨터 기술 및 제어 기술의

조화로운 결합으로 성취되는 것인데, 제어 기술은 컴퓨터 기술이나 통신 기술에 비하여 훨씬 낙후되어 있다.

그러므로 센서 기술의 혁신 여부가 고도 시스템 기술의 달성 여부와 직결되어 있다. 센서 기술의 이 핵심

요소성과 관건성 때문에 국제 기술 경제의 초점이 되어 있고 그 기술 이전이 극히 어렵게 되어 있어 센서

기술의 자력 개발은 불가피하다.

 

센서 기술은 고부가가치이고 그 시장 규모가 급신장하고 있다. 센서 기술력의 확보는 고도 기술력 확보의

길이요, 고부가가치 제품 생산력 확보의 교두 보이다. 고급 제품일수록 센서의 가치 비중이 더 높고, 센서의

품질이 그 제품 가격의 기준이 되고 있다. 정보화 사회로 진입할수록 센서 시장 규모는 커지고 있는데

현재 세계 센서 시장 규모는 급신장 추세에 있다.

 

센서 기술은 소량, 다품종이지만 그 파급 효과는 지극히 크다. 가정에서부터 산업 현장에까지, 학교 연구실

에서부터 군사 작전이나 우주 탐사에 이르기까지 대단히 광범위하게 활용되고 있다. 또 센서는 그 운용

방식이나 사용처에 따라서 얼마든지 그 활용 범위가 확장될 수 있다. 그래서 센서 기술의 파급 효과는 크다.

 

센서 기술은 기초 과학 기술에 뿌리를 내리고 센서 소자 기술에서부터 센서 시스템 기술, 센서 응용 기술

등으로 전개된다. 센서 소자 기술은 물리 센서, 화학 센서 및 바이오 센서로 크게 분류되고, 센서 시스템

기술은 인터페이스 기술, 신호 처리 기술, 지능화 기술 및 시스템화 기술로 그리고 센서 응용 기술은 공공

응용, 민생 응용, 산업 응용 및 특수 응용으로 대별될 수 있다.

 

센서 기술은 센서의 특성을 개선해 나가거나, 새로운 센서를 개발하거나, 새로운 신호 처리 및 센서 응용

기술의 개발 등에 의하여 그 발전이 이루어진다. 그러나 최근에는 기초 과학의 눈부신 발전과 신소재 기술,

정밀 제조 기술, 반도체 집적 기술, 인공 지능 기술 등 첨단 기술의 충격적 영향으로 센서 기술은 엄청난

속도와 규모로 그 혁신이 이루어지고 있다. 이 놀라운 센서 기술의 혁신은 그 새로운 반전 동향을 분명하게

표출하고 있다. 최근의 센서 기술은 가격 저렴화, 양산화, 구격(표준)화의 방향에서 다시 폭발적 기술

혁신으로 초소형화, 다차원화, 다기능화, 지능화, 시스템화 등의 새로운 발전 경향을 뚜렷이 나타내고 있다.

 

센서는 어떤 상태를 감지하는 것으로서 센서의 삽입이 감지하고자 하는 대상의 상태를 교란시켜서는 안

된다. 즉, 센서의 도입이 원상태에 미치는 영향을 최소화하여야 한다. 어떠한 환경에서나 신속한 반응을

하며, 사용자가 원하는 정보를 타당하게 제시할 수 있는 지능적이고 다차원 또는 다기능적인 센서의 개발이

활발히 추진되고 있다. 이러한 지능을 갖춘 센서를 스마트 센서(smart sensor)라고 부르기도 한다. 현재와

같은 급격한 센서 기술 혁신이 지속된다면 머지않아 센서 기술은 상당히 높은 수준으로 발전하고, 고도의

시스템 기술도 찬란하게 전개될 것이다. 언젠가는 인간의 감각 기관과 유사한 또는 그 이상의 슈퍼 센서

시스템이 출현할 것으로 기대되고 있다.