개념 한 쪽
센서 신호는 물리적 현상을 전기적 신호로 바꾸고 전송하여 처리와 출력을 거쳐 제어에 이르게 한다. 신호의 형태와 시간적 특성, 그리고 센서의 응답특성은 계측과 제어 성능을 좌우하므로 정확히 구분하여 이해해야 한다.
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출제기준 단원 「센서 신호 측정방법」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 응답시간 정의 판별 | 1 | 감지 시작부터 출력 변화까지의 시간 용어를 묻기 |
| 신호 연속성 구분 | 1 | 시간 및 정보의 연속성 여부로 신호형태를 가리기 |
| 신호형태 동시 불연속 판정 | 1 | 시간과 정보가 모두 불연속인 신호를 선택하기 |
센서의 응답시간은 검출 대상이 센서의 감지 영역에 들어온 순간부터 센서 출력이 상태 변화를 일으키는 순간까지의 시간 지연을 의미한다. 응답시간은 센서의 처리 속도와 민감도를 평가하는 핵심 사양이며, 초기지연·복귀시간·동작주기와는 개념이 다르다.
신호형태는 시간과 정보의 연속성 여부로 구분한다. 아날로그 신호는 시간과 정보 모두 연속적이며, 디지털 신호는 시간 이산화와 정보 양자화를 통해 시간과 정보가 불연속적이다. 이산시간신호는 시간만 불연속일 수 있으므로 정의상 디지털과 구별된다.
센서 시스템의 신호 전달 순서는 물리적 현상 감지(변환) → 신호 전송 → 신호 처리 → 정보 출력의 흐름을 따른다. 트랜스듀서는 감각기관의 수용기 역할을 하여 물리량을 전기 신호로 변환하는 장치이다.
회전량을 펄스수로 변환하는 장치는 로터리 인코더처럼 아날로그(기계적) 변화를 디지털(펄스)로 변환하는 기능을 수행한다. 유압신호를 전기신호로 전환하는 기기는 압력스위치처럼 유체 압력 변화를 전기적 온/오프 신호로 바꾸는 장치이다.
서미스터와 바이메탈 등 센서 소자의 작동원리는 서로 다르다. 서미스터는 온도 변화에 따른 저항값 변화를 이용하는 소자이며, 바이메탈은 서로 다른 열팽창 계수를 가진 두 금속의 접합에 따른 휨을 이용하는 소자이다.
문제에서 '검지 대상이 센서의 감지 범위에 들어온 시점부터 출력이 변하기까지'의 시간을 묻는다면 응답시간을 선택해야 한다. 초기지연이나 복귀시간과 혼동하면 오답이 되므로 정의의 시작점과 끝점을 확인하며 구분한다.
신호형태 문제에서는 '시간과 정보 모두 불연속'이라는 조건을 확인하여 디지털 신호를 고른다. 반대로 '시간에 대해 연속적'이라는 표현이 있으면 아날로그를 선택한다. 회전량과 펄스 변환이 함께 제시되면 로터리 인코더가 정답이라는 점을 활용한다.
센서 시스템의 구성 순서를 묻는 문제는 변환→전송→처리→출력 순서를 기준으로 배치하면 정답을 찾기 쉽다. 트랜스듀서를 수용기와 대응시키는 문항에서는 '감지=변환' 매칭을 사용한다.
검출체가 작동 영역에 진입하는 순간부터 센서출력이 상태 변화를 가져오는 순간까지의 시간 지연을 무엇이라고 하는가?
정답 ④ · 문항은 센서가 물체를 감지한 시점부터 출력이 상태 변화를 보여줄 때까지 걸리는 시간 지연의 용어를 묻고 있다. 이 구간을 나타내는 용어는 응답시간으로, 감지 시작에서 출력 신호가 안정되기까지의 전체 소요 시간을 의미한다.
센서가 물체를 감지한 후 신호가 안정적으로 출력되기까지 걸리는 시간을 응답시간이라고 하며, 초기지연과는 개념이 다르다.
다음 중 시간의 변화에 대해 연속적 출력을 갖는 신호는?
정답 ④ · 문제는 시간에 대해 연속적인 출력을 갖는 신호 형태를 묻고 있다. 시간에 따라 값이 연속적으로 변하는 신호는 아날로그 신호로, 디지털이나 ON-Off, 접점 개폐는 이산적 상태만을 가지므로 연속성이 없다.
시간에 따라 연속적으로 변하는 신호는 아날로그 신호이며, 나머지는 불연속적 또는 이산적이다.
센서의 신호형태 중 시간과 정보 모두 불연속적인 신호는?
정답 ④ · 문항은 신호의 시간 연속성 및 정보 연속성 여부로부터 유형을 분류하는 문제이다. 시간과 정보가 모두 불연속(시간 이산화 및 값 양자화)인 신호는 디지털 신호로 정의되며, 아날로그는 둘 다 연속적이다.
시간과 정보 모두 불연속적인 신호는 양자화된 정보와 이산화된 시간을 갖는 디지털 신호이다.
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