目次

◆基礎編

イントロダクション　[基礎編]で紹介するセンサの応用例

　何気なく使っているセンサから安全に役立つセンサまで
第1章　暮らしに役立つセンサ
1-1　直径0.5mmの振動板と駆動用回路を内蔵
　表面実装が可能で信頼性の高いマイク
1-2　ほこりがLEDの光を散乱させると電圧が出力される
　空気中のほこりを検出するセンサ
1-3　赤外線LEDと赤外線検出器を専用ICに接続して作る
　音で火災を知らせる煙センサ
1-4　ボイラーの点火確認や火災警報器に応用できる
　紫外線によって遠くの炎でも検出できるセンサ
1-5　口臭などの水気の多い場所の悪臭を低濃度から検出する
　悪臭の原因になりやすいガスを検出するセンサ
1-6　窓ガラスに貼り付けて防犯用に使える
　物をぶつけたときの衝撃を検出できる頑丈なセンサ
1-7　ファンの目詰まりを検出して換気能力を保つ
　気体の流れを検出する風量型フロー・センサ
1-8　直交した2軸の磁気センサからの信号を得る
　地磁気から方角を求めることができるセンサ

　目に見えない磁気/赤外線/超音波を利用する
第2章　非接触で物体の接近や距離を検出するセンサ
2-1 　磁石の接近を検出するセンサ
　開閉スイッチの代わりになるセンサ
2-2　磁気抵抗効果を使った磁界の検出
　消費電流が3オAと小さい磁石接近センサ
2-3　反射光の位置から距離を検出する
　40 30cmの距離を測定する電圧出力の赤外線センサ
2-4　反射対象の色や反射率に影響されにくい三角測距
　物体が一定の距離内にあるかどうかを判定するセンサ
2-5　時間幅を測定してマイコンで距離を計算する
　透明な対象でも測れて雨に強い距離を測定するセンサ
2-6　ライン・トレース・ロボットなどにも使える
　5mm程度の位置に物体があるか検出する光センサ
2-7　信号光と同期して信号検出を行う光変調型フォトIC
　部品数が少なく誤動作しにくい通過/接近センサ
2-8　変調をかけて自分自身のセンサ出力だけに反応させる
　周りの光で誤動作しにくい通過/接近センサ
2-9　耳に聞こえない周波数の音の反射を検出
　雨やほこりに強い接近センサ
2-10　角度によって感度を変えて物体の移動を検出する
　数m以内の動く動物や人を検出するセンサ
2-11　道路の横断など広い場所で物体の通過を検出できる
　5m以上離れて物体があるかを検出する反射型センサ
2-12　シリコン・マイクのもつ本来の特性を生かす
　10kから65kHzで使える広帯域の超音波センサ

　直線移動を高精度に検出したり微小な力を検出したりする
第3章　移動や力を検出するセンサ
3-1　レーザ光の反射による時間差を検出する
　0.5から100mの距離を5mm精度で検出するセンサ
3-2　物体に貼り付けたマーカをライン・センサで読み取る
　直線移動の位置を数十cmの距離から0.1mm精度で検出するセンサ
3-3　磁石に対するセンサの位置を高精度に読み取る
　直線移動の位置を1cmの距離から0.5μm精度で検出するセンサ
3-4　磁石の移動をホール素子で検出する
　約1mmの直線移動位置を1から3mmの距離から1μm単位で検出するセンサ
3-5　レールに取り付けたマークを物体側のセンサで読み取る
　数mのレールの上を動く物体の位置を1μm精度で検出するセンサ
3-6　電源不要で扱いやすい
　数cmから数十cmのレール上の位置を1%以下の誤差で検出するセンサ
3-7　温度範囲が広く機械的に堅牢かつ高精度
　数mm〜数十cmの直線移動を数μm精度で検出するセンサ
3-8　容量-ディジタル・コンバータとPICマイコンで作る
　1μmの分解能をもつ容量検出式の変位センサ
3-9　感圧ゴムを使い4kgの重量までの圧力を抵抗値の変化としてとらえる
　厚み0.3mmで場所をとらない圧力センサ
3-10　μmオーダのひずみも測ることができる
　力が加わったことによる微小なひずみを検出するセンサ
3-11　±1gから±20gまでの加速度を測る
　信頼性の高いストレイン・ゲージ型加速度センサ
3-12　非直線性が標準0.1%で±2gまでの加速度が測れる
　任意の方向の角度や自由落下の検出に使える
3-13　±2gで1000mV/gの感度を得られる加速度センサ
　出荷時の特性データが付属する加速度センサ・モジュール
3-14　分解能0.05°の傾斜センサ
　出荷時の特性データが付属する傾斜センサ・モジュール
コラム
　・人の感覚に近い面状圧センサ

　回転速度/角度/原点を検出する
第4章　回転を検出するセンサ
4-1　電源不要で回路を単純化できる
　機械的な衝撃に強い回転速度センサ
4-2　ゼロ点からの変化量で回転角度を知ることも可能
　回転の変化量や回転速度がわかるセンサ
4-3　スリット入りの円板をセンサとは別に用意する
　必要な性能を選べる回転角の変化量を検出するセンサ
4-4　多極着磁したりリング状磁石の磁界をホール素子で検出
　回転数や回転の方向を検出するほこりや汚れに強いセンサ
4-5　検出方法は複雑だが堅牢で最大25ビットの分解能が得られる
　温度範囲が広く機械的な衝撃に強い回転位置センサ
4-6　ソフトウェアの手助けなしに位置のディジタル・データを出力できる
　角度の絶対値データを出力する
4-7　回転体に一箇所磁石を取り付けてホールICで検出
　回転の原点を非接触で検出するほこりや汚れに強いセンサ
4-8　電源不要かつ安価で扱いやすい
　可動範囲が±140°程度と狭いが扱いやすい角度センサ
4-9　抵抗分圧により角度情報を得られる
　回転位置を簡単に検出できる扱いやすいセンサ
4-10　インクリメンタル・エンコーダとメモリの組み合わせで33ビット分解能を実現
　高分解能で絶対位置を把握できる回転位置センサ
4-11　圧電型振動ジャイロによる角速度の検出
　自分の回転を検出できるセンサ
4-12　セルフ・テスト機能と電圧比出力をもつ
　ワンチップのジャイロ・センサ
コラム
　・位置測定に使われるジャイロ・センサと加速度センサ

　光電効果を利用したさまざまなセンサ
第5章　画像/色/明るさを検出するセンサ
5-1　フォト・ダイオードと電流-電圧変換回路の組み合わせ
　1から10000ルクスを測定できる照度センサ
5-2　外付け部品が少なくてすむ電流増幅タイプ
　光源による明るさの誤差が小さい照度センサ
5-3　フォト・トランジスタと同じ使いかたができる
　0.1から1000ルクスを測定できる外付け部品の少ないセンサ
5-4　アンプ内蔵でマイコンに直結できる
　光の三原色のうちどれか一つを検出するセンサ
5-5　アナログ出力とディジタル出力が選べる
　RGBを同時に検出して対象の色を把握するセンサ
5-6　CCDとCMOSの使い分け
　映像を電気信号に変える2種類のセンサ
5-7　集積化できるCMOSの特徴を生かした画像センサの例
　マイコンで制御できるワンチップ・イメージ・センサ

　0.1℃精度の温度測定から1%精度の湿度測定まで
第6章　温度/湿度/気圧を測定するセンサ
6-1　精度の必要ない温度測定や温度補償回路に向く
　温度に比例して抵抗値が大きくなる感温抵抗
6-2　携帯機器内部や基板上での温度補償回路に向く
　表面実装で設置スペースをとらない温度センサ
6-3　熱による赤外線放射を検出して温度に変換する
　非接触で表面温度を測定できるセンサ
6-4　電圧計があれば温度を数値表示できる
　温度に比例した直流電圧を出力する温度センサ
6-5　A-Dコンバータ内蔵でマイコンとシリアル接続する
　温度のディジタル・データを得られるセンサ
6-6　アナログ入力のないマイコンでも温度データを取れる
　PWM出力の温度センサ
6-7　サーミスタの非直線性を補正する具体例
　0から250°Cを少ない部品点数で測れる温度センサ
6-8　測温抵抗体を使うことで高精度が得られる
　-50から-500°Cを0.1°C単位の精度で測れるセンサ
6-9　温度範囲の広い熱電対温度計を使う方法
　-200°C以下や1000°C以上の温度を測定するセンサ
6-10　温度変化だけを捉えるなら高感度なサーミスタが良い
　1/10000°Cの温度変化を検出できるセンサ
6-11　抵抗変化を電圧に変換する
　20から100%の湿度を測定する湿度センサ
6-12　容量変化を周波数変化で取り出す
　0から100%の湿度を0〜1Vのアナログ電圧で出力するセンサ
6-13　容量変化を周波数変化として取り出す
　0から100%の湿度を1%未満の精度で測定できるセンサ
6-14　ピエゾ抵抗を使ったひずみゲージによる圧力センサ
　気体の大気圧に対する圧力差を検出するセンサ
コラム
　・温度の変化で気体の流量を測るセンサ

　バッテリの充放電モニタから電力測定まで
第7章　電流を検出するセンサ
7-1　交流/直流両用のサーボ型電流センサを手作り
　0から30Aを直流から100kHzまで必接触で測るセンサ
7-2　電力測定のためにAC100Vの電流を測る
　交流電流を絶縁して安全に測れるセンサ
7-3　電流が発生する磁界をホール素子で検出する
　IC下の導体に流れる電流を検出するセンサ
7-4　抵抗より簡単安全でセンサ・モジュールより小型
　直流から50kHzまでの電流を精度1.5%で測定できる小型センサIC
7-5　化学的な作用による微小電流まで測れる
　微小な直流電流の非接触測定に向いた電流センサ
7-6　バッテリの充放電電流の制御などに使える
　電流ラインに流れる電流を抵抗で検出する
Appendix-A
　・フラットな面に触れるスマートな入力デバイス
　・タッチ・パネル&タッチ・センサの実際
コラム
　・A-Dコンバータがなくても大丈夫!?
　・スイッチト・キャパシタの動作


◆実践編

　軽薄短小で24時間以上連続記録できる
第8章　SDカード使用の携帯加速度ロガー
8-1　電池駆動でメモリ・カードにデータを記録する
　本器の仕様
8-2　小形の3軸タイプでシリアル・インターフェースのもの
　加速度センサの選定
8-3　マイコンとメモリ・カード
　その他のキー・パーツ
8-4　マイコン側とパソコン側のプログラムがある
　プログラムの概要
コラム
　・SDカード対応と謳うためには…

　Z軸でX軸またはY軸の測定感度を上げた
第9章　±90°±0.5°，応答2秒の1軸傾斜計
9-1　使用するまえに校正が必要
　仕様と使いかた
9-2　90°近辺での出力変化が小さい
　測定傾斜角の精度をそろえる工夫
9-3　加速度センサはモジュール基板を利用する
　ハードウェアの製作
9-4　温度や電源電圧の変化によって変動する
　加速度センサのオフセット変動への対応
9-5　限られたプログラム領域を工夫して使う
　ソフトウェアの作成
コラム
　・加速度センサは傾斜計に向かない?
　・ミニ用語解説

　DCからACまで非接触で測定できる
第10章　ホール素子型DC電流センサの使いかた
10-1　オープン・ループ方式とクローズド・ループ方式がある
　直流磁界を検出できるホール素子を使った電流センサ
10-2　30Aまで高精度で測定できる
　サーボ式DC電流センサの試作
10-3　±40Aを100kHzまで測定できる
　サーボ式DC/AC電流センサの試作
10-4　組み込み向けのモジュールとして利用できる
　市販のホール素子型電流センサ

　ターゲットの反射率や色の違いによらず安定した測定値が得られる
第11章　三角測量方式PSD内蔵測距センサの使いかた
11-1　反射物の色や反射率の影響を受けずに距離を測定できる
　三角測量の原理を応用した光学式センサ
11-2　温度特性とノイズに注意して使用する
　距離センサGP2Y0A21YK0Fのしくみと特性
11-3　電源の安定化と取り付け方法に注意
　使いかたの基本
11-4　正確な出力信号を得るために
　光学フィルタの選びかたと取り付け
コラム
　・距離センサと掃除機ロボット

　外付け回路不要のカラー・センサ・モジュールを使った
第12章　簡易カラー・メータの製作
12-1　RGBの強度をアナログ電圧で出力する
　HDJD-S831-QT333の概要と特徴
12-2　1000Kステップで5段階の色温度を測定する
　簡易カラー・メータの製作
コラム
　・人の目はR，G，Bのセンサをもっている
　・人の目と同じ働きをするカラー・センサ
　・色センサの使いかたは反射光と透過光で違う
　・R，G，Bの色信号から色あいと輝度を割り出す方法
　・ダイナミック・レンジが広く反射タイプの汎用カラー・センサ

　ボルトやねじの締め付け力を測定する
第13章　磁気センサを応用した軸力計の製作
13-1　軸力で管理する手法
　ボルトやねじの締め付け力の管理法
13-2　締め付け前後のボルト頭部の鉄損値の差から求める
　鉄損を計測する方式の軸力計の原理
13-3　鉄損測定方式で構成する
　軸力計の実験回路
Appendix-B
　・±15V動作に変更した
　・鉄損計測方式による軸力計の実験回路…その2
コラム
　・ヒステリシス損
　・渦電流損
　・AC電流センサとUSBオシロスコープを使って
　・家庭の消費電流を測定する
　・ギャップ補償回路について
　・クランプ式電流センサ