センサーの適切な選定

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現代のセンサーは原理や構造において多種多様であり、具体的な測定目的、測定対象、そして測定環境に応じて適切なセンサーを選択することは、ある量を測定する際に最初に解決すべき問題である。センサーが決定されれば、それに合わせた測定方法や測定装置も決定できる。測定結果の成否は、大きくはセンサーの選定が適切かどうかに依存します。 1.感度の選択 通常、センサーの線形領域内では、感度が高いほど望ましい。感度が高い場合にのみ、測定対象の変化に対応する出力信号の値が大きくなり、信号処理に有利になるからです。ただし、センサーの感度が高いため、測定対象とは無関係な外部ノイズも容易に混入し、増幅システムによって拡大されて測定精度に影響を与えることがある。したがって、センサー自体は高い信号対雑音比を持ち、外部から入る干渉信号をできるだけ減らす必要がある。 センサーの感度には方向性があります。測定対象が単方向量で、その方向性に高い要求がある場合は、他の方向への感度が低いセンサーを選ぶべきである；測定対象が多次元ベクトルの場合、センサーの交差感度はできるだけ小さい方が望ましい。 2. 測定対象と測定環境に基づいてセンサーの種類を決定する 具体的な測定作業を行うにあたり、まずどのような原理のセンサーを使用するかを検討する必要があり、これは多方面の要因を分析した上で決定できる。なぜなら、同じ物理量を測定する場合であっても、選択可能なセンサーにはさまざまな原理のものがあり、どの原理のセンサーがより適しているかは、測定対象の特性やセンサーの使用条件に基づき、以下のような具体的な問題を考慮する必要があるからです。測定範囲の大きさ；測定位置によるセンサーの体積要件；測定方法は接触式か非接触式か；信号の取り出し方法、有線または非接触測定；センサーの出所は国産か輸入品か、価格が手頃か、それとも自社で開発するか。 上記の問題を検討した後で、どのタイプのセンサーを選択するかが決定でき、その後でセンサーの具体的な性能指標について考えることになります。 3.周波数応答特性 センサーの周波数応答特性は、測定対象となる周波数範囲を決定し、許容される周波数範囲内で歪みのない測定条件を維持する必要がある。実際にはセンサーの応答には常に一定の遅延があり、その遅延時間はできるだけ短い方が望ましい。センサーの周波数応答が高いほど、測定可能な信号の周波数範囲は広くなる。一方、構造的特性の影響で機械システムの慣性が大きくなるため、低周波数のセンサーでは測定可能な信号の周波数も低くなる。動的測定においては、過大な誤差が生じないよう、信号の特性（定常状態、過渡状態、ランダムなど）や応答特性に応じる必要がある。4.線形範囲 センサーの線形範囲とは、出力が入力に比例する範囲を指す。理論上、この範囲内では感度は一定値を保つ。センサーの線形範囲が広いほど、測定範囲は大きくなり、一定の測定精度を保証できる。センサーを選ぶ際、センサーの種類が決まったらまず、その測定範囲が要件を満たしているかを確認する必要があります。しかし実際には、どのセンサーも絶対的な線形性を保証することはできず、その線形度も相対的なものである。測定精度の要求が比較的低い場合、ある範囲内では非線形誤差が小さいセンサーを線形と見なすことができ、これにより測定が大幅に容易になる。 5. 安定性 センサーを一定期間使用した後でも、その性能が変化しない能力を安定性と呼ぶ。センサーの長期的な安定性に影響を与える要因は、センサー自体の構造以外では、主にセンサーの使用環境です。したがって、センサーが良好な安定性を持つためには、強い環境適応能力が必要である。 センサーを選定する前に、その使用環境を調査し、具体的な使用環境に応じて適切なセンサーを選ぶか、あるいは環境の影響を軽減するための適切な対策を講じるべきである。センサーの安定性には定量的な指標があり、使用期限を過ぎた後は、使用する前に再び校正を行い、センサーの性能に変化が生じていないかを確認する必要がある。