스마트센서

스마트센서(smart sensor)는 지능화된 센서이다. 인텔리전트 센서(intelligent sensor)와 거의 같은 뜻으로 쓰이고 있다.

개요

사물인터넷(IoT)의 핵심요소 중 하나인 스마트 센서는 측정 대상물로부터 압력, 가속도, 생체신호 등 정보를 감지해 전기적 신호로 변환시켜주는 장치이다. 사물인터넷을 통해 구현되는 스마트 환경에서 스마트 센서는 매우 중요한 역할을 맡는다. 기존의 센서의 개념은 '검출기'가 어떤 특정한 물체를 '감지'하는 수준에 머물렀지만, 현재의 센서는 감지 신호를 전달해 중앙처리장치가 어떠한 판단을 내리도록 하는 형태로 발전하였다. 사전에 설정된 값에 따라 기계적으로 실행하는 것이 아닌, 다양한 데이터를 분석해 맥락을 읽고 이에 따라 실행을 지시하는 수준으로 발전했다. 스마트 센서는 SoC(System on Chip) 기술을 접목하여, 데이터 처리, 저장, 자동보정, 자가진단, 의사결정, 통신 등의 기능을 수행함으로써 대상을 감지하고, 반응하게끔 한다는 점에서 사물인터넷의 핵심 요소로서 주목받고 있다.

역사

세대별 센서 특징 및 특성

구분	특징	특성
1세대	디스크레이트 센서(Discrete Sensor)	온도, 압력, 가속도, 변위 등의 물리량을 전기적 신호로 변환하는 기능의 센싱 소지와 증폭, 보정, 보상의 신호처리 회로가 별개로 분리
2세대	인터그레이티드 센서(Intergrated Sensor)	센서의 잡음성능을 높이고 소형화하기 위해 센서와 신호처리 회로가 결합된 형태로 제작, MEMS 기술이 도입
3세대	디지털 센서(Digital Sensor)	CMOS 기술의 발전으로 아날로그 회로에 디지털 회로가 집적되면서 센서의 이득, 오프셋, 비선형 등을 디지털 방식으로 보정하고 보정데이터를 비휘발성 메모리에 저장
4세대	스마트 센서(Smart Sensor)	MCU가 센서에 내장되고 SoC 기술이 접목, MCU의 제어, 판단, 저장, 통신 등의 기능을 활용하여 센서의 성능향상과 다중센서, 네트워크센서, 유비쿼터스센서로 진화

분류

스마트 센서 분류

구분	센서 종류
감지대상	물리 센서(힘, 온도, 전자기, 광학 등) 화학 센서(가스, 이온, 수질 등) 바이오 센서(혈당센서, 단백질 센서, DNA 센서, 세포칩)
감지방식	저항형 센서, 용량형 센서, 광학식 센서, 자기식 센서 등
집적도	단순 센서, 전자식 센서, 디지털 센서, 지능형 센서
구현 기술	반도체 센서, MEMS 센서, 나노센서, 융복한 센서 등
적용 분야	자동차, 모바일, 가전, 환경, 의료, 산업, 국방, 우주

장점

• 디지털 센서 신호는 아날로그 센서 보다 정확하다.

정확도가 높아 보아 보다 뛰어난 처리 및 공정제어를 실현하며, 연비와 생산량 그리고 생산성 등을 높일 수 있다.

• 스마트 센서는 많은 배선을 필요하지 않다.

특정 제품군마다 동일한 버스를 통해 통신할 수 있기 때문에 각 장치간의 연결이 줄어들면 장치의 신뢰성이 높아진다. 설치를 보다 단순화하고 배선을 줄여 시스템의 무게 및 부피를 줄이는 것도 장점이다.

• 디지털 출력 방식은 간헐 신호가 없다.'

간헐 신호는 아날로그 센서에서 볼 수 있던 현상이다. 디지털 출력 신호는 있거나 없거나 두가지 가능성밖에 존재하지 않은다. 이 점을 활용하면 문제를 해결하기까지 걸리는 시간을 줄일 수 있다.

• 마이크로프로세서를 사용하면 출력 신호에 '정보'를 삽입할 수 있다.

정보란, 센서 및 센서 네트워크를 관찰하고 평가할 수 있는 정보를 말하며, 교정·편차 보상·오류 감지 등에 사용할 수 있다. 장비의 고장 혹은 공정 상의 변형을 조기에 감지하면 유지보수 계획을 세우는 데 도움이 된다. 장비를 수리하기 위한 정지시간을 낭비하는 것보다 바람직하다.

• 스마트 센서 중 일부는 개방적인 디지털 통신 프로토콜을 활용한다.

이를 통해 스마트 센서를 다양한 제어장치와 함께 사용할 수 있다. 또한 I/O를 추가할 필요를 낮춘다.

• 센서 자체에서 신호를 조절하고, 신호를 사전에 처리할 수 있다.

기존에 신호를 처리하던 제어장치가 다른 작업을 처리할 수 있게 됨을 의미한다. 이를 통해 보다 빠른 처리 속도 혹은 보다 많은 처리량을 실현한다.

전망

마켓앤드마켓(Markets and Markets)의 조사 결과에 의하면 지난 2018년 IoT 센서 시장은 약 52억 8000만 달러 규모를 기록했으며, 2023년까지 연평균 33.6%의 높은 성장율을 기록하면서 2023년 224억 8000만 달러의 시장을 형성할 것으로 예측됐다. 특히 이 기간 동안 이미지 센서와 압력 센서가 가장 큰 부분을 차지할 것이며, 이미지 센서는 스마트폰이나 가전, 자동차, 로봇 등 다양한 분야에, 그리고 압력 센서는 내연기관 자동차의 온실가스 감축을 위한 규정을 충족시키기 위한 진단용으로 많은 부분이 사용될 것으로 내다봤다. 또 다른 시장조사기관인 오비스 리서치(Orbis Research) 또한 비슷한 예측을 내놓고 있다. 오비스 리서치는 IoT 센서 시장이 2017년 80억 달러 규모를 형성했으나, 2023년까지 연평균 23.9%의 높은 성장세를 유지하면서 277억 달러 규모로 성장할 것이라 예측했다. 특히 이 기간동안 브로드컴, 센시리온, 옴론 등의 업체들이 두각을 드러낼 것이라 예측했는데, 이는 많은 부분이 자율주행과 차량의 안전 기능의 발전, 그리고 배기가스 규제 등의 이유로 센서의 사용이 크게 증가할 것이라고 예상했다. 이외에도 제조업 분야의 유지비 절감, 그리고 스마트 시티의 구축을위한 전 세계 정부의 이니셔티브 등으로 IoT 센서 시장의 성장 잠재력이 매우 크다고 판단했다. 특히 센서 허브 시장은 2017년에서 2023년 사이 20.9%에 달하는 연평균 성장율을 기록하면서 337억 7000만 달러의 시장을 형성할 것으로 예측했다. 센서 유형별로 사용빈도를 살펴보면 이미지와 압력센서, 바이오센서 순으로 비중이 큰 것으로 나타났다. 가장 큰 비중을 보이는 이미지 센서는 주로 스마트 기기, 디지털 카메라, 드론, 로봇청소기, 의료영상기기 등에 사용되고, 압력 센서는 압력계, 진공계, 소방시설, 급수장치, 냉동기 등에 적용되고 있다. 세 번째로 큰 비중을 보이는 바이오 센서의 경우 특정 원인 검출이나 검사장치로써 주로 혈당(압), 심전도, 임신유무 등의 의료용 장비에 가장 많이 사용되고 있다.

참고자료

• 〈스마트 센서〉, 《지식백과》
• 〈스마트 센서〉, 《센서용어사전》
• 신동윤 기자, 〈IoT를 위한 미래의 센서, 스마트센서〉, 《테크월드》, 2019-04-01
• 윤진근 기자, 〈스마트 센서란 무엇인가?〉, 《엠에스디》, 2018-03-25
• 정보통신산업진흥원, 〈스마트 센서 R&D 동향 분석〉, 《정보통신산업진흥원》, 2012-05
• 박선택, 경기욱, 김영성, 〈스마트 센서: 투명 유연 센서〉, 《한국전자통신연구원》, 2012

같이 보기

• 사물인터넷
• 모바일기기
• 4차 산업혁명

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