계측 전문가의 시각에서 본 센서와 사물인터넷

Thread Content

센서는 사물인터넷 기술의 가장 기본적이고 선도적인 요소입니다. 이 글에서는 센서의 정의, 발전 과정, 분류, 특징, 산업 체인, 시장 전망에 대해 객관적이고 사실에 기반한 설명을 제공합니다. 센서 산업의 전반적인 현황, 센서 시장 분석, 센서 시장을 견인하는 요인들, 주요 기업들에 대한 분석, 센서 산업의 발전 전망 등의 내용을 다루며, 현재 센서 산업의 상황을 분석함으로써 센서와 사물인터넷 산업의 발전 현황을 종합적으로 정리합니다. 사물인터넷 정보 처리 및 응용 서비스 산업의 발전에 따라, 사물인터넷 산업의 시장 규모는 빠르게 확대되고 있습니다.사물인터넷 산업은 빠르게 발전하고 있으며, 시장 전망이 매우 밝습니다.이러한 배경 하에 센서 시장도 더욱 성장하고 있습니다. 자료에 따르면, 2018년 중국의 센서 시장 규모는 약 1,500억 위안이었습니다. 2022년에 이르러서는 센서의 활용 범위가 더욱 넓어지면서 시장 규모도 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 센서 시장의 규모는 2,500억 위안을 돌파할 것으로 보입니다. 센서 yunrun.com.cn/tech/2712.html 1. 센서의 정의 센서란, 측정하고자 하는 정보를 감지할 수 있는 장치입니다. 이 장치는 감지된 정보를 특정한 규칙에 따라 전기 신호나 기타 필요한 형태로 변환하여 출력함으로써, 정보의 전송, 처리, 저장, 표시, 기록 및 제어와 같은 작업을 가능하게 합니다. 그것은 자동 검출과 자동 제어를 실현하는 가장 중요한 단계입니다.센서의 존재와 발전 덕분에 물체들은 촉각, 후각, 미각과 같은 감각을 갖게 되었으며, 점차 살아있는 것처럼 변해가고 있습니다.일반적으로 그 기본적인 감지 기능에 따라 열감지 소자, 광감지 소자, 방사선 감지 소자, 자기감지 소자, 습도감지 소자, 음향감지 소자, 색감지 소자, 맛감지 소자 등 10가지 범주로 나뉩니다. 2. 센서의 발전 과정 ①제1단계: 1950-1969년, 구조형 센서 구조형 센서는 주로 구조적 파라미터의 변화를 이용하여 신호를 감지하고 변환한다. ②제2단계: 1970년–1999년, 고체 센서. 고체 센서는 반도체, 유전체, 자성 재료와 같은 고체 소자들로 구성되며, 재료의 특정한 특성을 활용하여 만들어집니다.
제3단계: 2000년부터 현재까지, 스마트 센서. 스마트 센서란 외부 정보를 감지하고, 자가 진단을 수행하며, 데이터를 처리하고, 적응할 수 있는 능력을 가진 센서입니다. 이는 마이크로컴퓨터 기술과 센서 기술이 결합된 결과물입니다. 3. 센서 산업 체인 센서 산업 체인은 기획 설계, 부품 및 재료, 생산 제조, 패키징 테스트, 그리고 응용 장비라는 다섯 가지 주요 단계로 구성됩니다. 이들은 서로 연결되어 있으며, 서로에게 영향을 미칩니다. 4. 센서의 분류
일반적으로 센서는 그 기본적인 감지 능력에 따라 열감지 소자, 광감지 소자, 가스감지 소자, 힘감지 소자, 자기감지 소자, 습도감지 소자, 음향감지 소자, 방사선감지 소자, 색감지 소자, 맛감지 소자 등 10가지 범주로 나뉩니다. ①용도에 따라 센서는 압력감지 센서와 힘감지 센서, 위치 센서, 유량 센서, 에너지 소비량 센서, 속도 센서, 가속도 센서, 방사선 감지 센서, 온도감지 센서 등으로 분류될 수 있다. ②원리에 따라 센서는 진동 센서, 습도 센서, 자기 센서, 가스 센서, 진공도 센서, 생체 센서 등으로 분류될 수 있다. ③출력 신호에 따라 센서는 아날로그 센서, 디지털 센서, 스위치 센서 등으로 분류될 수 있습니다. ④제조 공정에 따라 센서는 집적 센서, 박막 센서, 두꺼운 막 센서, 세라믹 센서 등으로 분류될 수 있다. ⑤측정 목적에 따라 센서는 물리형 센서, 화학형 센서, 생물형 센서 등으로 분류될 수 있다. ⑤구성에 따른 분류: 센서는 기본형 센서, 조합형 센서, 응용형 센서 등으로 나눌 수 있습니다. ⑥작동 형태에 따라 센서는 능동형 센서와 수동형 센서로 나눌 수 있습니다. 5. 센서의 특성 ① 센서의 정적 특성 센서의 정적 특성이란, 정적인 입력 신호에 대해 센서의 출력량과 입력량 사이에 존재하는 상호 관계를 말합니다.입력량과 출력량 모두 시간과 무관하기 때문에, 이들의 관계 즉 센서의 정적 특성은 시간 변수가 포함되지 않는 대수 방정식으로 표현될 수 있으며, 혹은 입력량을 가로축으로 하고 그에 해당하는 출력량을 세로축으로 한 특성 곡선으로 나타낼 수도 있다.센서의 정적 특성을 나타내는 주요 파라미터에는 선형성, 감도, 히스테리시스, 반복성, 드리프트, 해상도, 임계값이 있습니다. ②센서의 동적 특성은 입력이 변할 때 센서의 출력 특성을 의미합니다.실제 작업에서 센서의 동적 특성은 일반적으로 특정 표준 입력 신호에 대한 그 반응을 통해 나타냅니다.이는 센서의 표준 입력 신호에 대한 반응을 실험 방법을 통해 쉽게 구할 수 있으며, 표준 입력 신호에 대한 반응과 임의의 입력 신호에 대한 반응 사이에 일정한 관계가 있어서, 전자를 알면 후자를 추정할 수 있기 때문입니다.가장 자주 사용되는 표준 입력 신호에는 스텝 신호와 사인파 신호의 두 가지가 있으므로, 센서의 동적 특성도 스텝 응답과 주파수 응답을 이용해 나타냅니다. ③선형도: 일반적으로 센서의 실제 정적 특성은 직선이 아닌 곡선 형태로 출력됩니다.실제 작업에서 계측기가 균일한 눈금으로 수치를 표시할 수 있도록, 실제 특성 곡선을 대략적으로 나타내는 하나의 접선 직선을 재사용하는데, 선형도(비선형 오차)는 바로 이러한 근사 정도를 나타내는 성능 지표입니다. ④감도 감도란, 센서가 안정된 상태에서 작동할 때의 출력량의 변화 △y와 입력량의 변화 △x의 비율을 말합니다. ⑤해상도 해상도란 센서가 측정 대상의 가장 작은 변화까지 감지할 수 있는 능력을 말합니다.즉, 입력값이 특정한 비영점 값에서 서서히 변화할 때, 그 변화량이 특정 수치를 넘지 않는 한 센서의 출력은 변하지 않습니다. 즉, 센서는 그러한 입력값의 변화를 감지할 수 없습니다. 오직 입력값의 변화량이 센서의 해상도를 넘어설 때에만 센서의 출력이 변하게 됩니다. 6. 센서 시장 분석 ① 글로벌 센서 시장 현황 글로벌 사물인터넷 산업의 빠른 발전으로 인해 센서 시장도 더욱 성장하고 있습니다.자료에 따르면, 2013년 전 세계 센서 산업의 시장 규모는 100억 달러를 돌파했습니다.201년 전 세계 센서 산업의 시장 규모는 2천억 달러를 돌파했습니다.전 세계 센서 시장에서는 유량 센서, 압력 센서, 온도 센서가 큰 비중을 차지합니다.그중 유량 센서가 약 21%, 압력 센서가 약 19%, 온도 센서의 비율도 10% 이상입니다.하지만, 변위 센서, 속도 센서, 전력량 센서, 광섬유 센서 및 신규 센서 등 기타 항목들의 비중도 절반에 가깝습니다. ②우리나라 센서 시장 현황 최근 몇 년간 사물인터넷 산업이 빠르게 발전하면서 시장 전망이 매우 밝습니다.이러한 배경 하에 센서 시장도 더욱 성장했습니다.자료에 따르면, 2018년 중국의 센서 시장 규모는 약 1,500억 위안에 달했습니다.2019년에는 센서의 활용 범위가 확대되면서 시장 규모도 더욱 커졌습니다. 2019년 중국의 센서 관련 시장 규모는 약 2,000억 위안에 달할 것으로 예상됩니다. ③센서 제조업체의 지역별 분포 현황 센서 시장의 전망이 밝아 국내 기업들이 앞다퉈 진출하고 있습니다.현재 우리나라의 센서 관련 기업은 66곳에 달하며, 주로 장강삼각주 지역에 집중되어 있습니다.또한, 주저우산 지역, 징진 지역, 중부 지역의 분포는 비슷합니다.통계에 따르면, 장장강 지역의 센서 관련 상장 기업들이 전체의 38%를 차지하며, 그러한 기업은 25곳입니다；주강삼각주 지역은 17%를 차지하며, 기업 수는 11곳입니다；중부 지역도 17%를 차지하며, 11개의 기업이 있습니다；경진 지역은 15%를 차지하며, 기업은 10곳 있습니다；동북지역은 3%를 차지하며, 기업은 2곳입니다. ④센서 제조업체의 영업수입 분포 현황: 국내에 있는 25개의 센서 관련 상장기업 중 12개사가 스마트 센서를 생산하는 업체이며, 이 중 절반 가량은 스마트 센서 연구에 집중하고 있습니다.영업수입의 분포 구조를 보면, 100억 위안을 초과하는 경우는 16%에 불과하며, 50억 위안 이상인 경우는 365건입니다.또한, 연간 영업수입이 20억 이하인 기업의 비율은 40%에 달합니다. 7. 센서 시장의 성장 요인들: 사물인터넷의 부상, 유리한 정책 환경, 특허 기술의 발전, 그리고 센서와 로봇이라는 네 가지 요인이 우리나라의 센서 시장 성장을 촉진하고 있습니다. ①사물인터넷의 부상은 얼굴 인식, 음성 명령, 눈동자 추적, 제스처 제어와 같은 ‘감지 기술’의 발전과 함께 이루어졌습니다. 사물인터넷 덕분에 스마트 시티, 스마트 자동차, 스마트 교통과 같은 다양한 신규 산업들이 등장했습니다. 그리고 이러한 신규 산업들의 기반이 되는 것이 바로 사물인터넷의 감지 기술과 관련 장비들의 발전입니다. 사물인터넷, 모바일 화웨이망 등 신생 산업의 빠른 발전에 따라 센서 산업도 엄청난 발전 기회를 맞이하고 있습니다.정보화와 지능화의 발전은 센서 산업에 거대한 시장을 열어주었습니다. 스마트 농업, 스마트 그리드, 헬스케어, 스마트 웨어러블 등 다양한 분야에서 센서는 광범위한 활용 가능성을 가지고 있습니다.이러한 배경 하에 센서 시장도 더욱 성장했습니다. ②**정책적 지원 ◆2015년 5월 – 중국 제조 2025. 중국 제조 2025는 우리나라의 센서 및 사물인터넷 산업이 통합화, 혁신화, 생태화, 집단화 방향으로 더욱 빠르게 발전할 수 있도록 추진합니다. ◆2015년 5월 – “13차 5개년 계획”에 따라, 새로운 형태의 센서 개발을 강화하고, 산업용 센서 제조에 필요한 기초적인 기술 연구를 활성화하여 제조 능력을 향상시키는 것이 중점적으로 추진된다；첨단 제조 기술 칼럼에서는 MEMS(마이크로전기기계시스템) 센서의 개발을 추진하여 자주적인 연구개발 능력을 향상시키고, 산업용 센서의 핵심 부품, 스마트 계측기, 센서 통합 응용 등과 관련된 기술 개발에 힘쓰겠다고 제시했습니다. 또한, 지능형 제조 시스템 구축에 있어 산업용 센서 기술의 활용을 강화하고, 산업용 센서 산업의 기술 혁신 능력을 높이는 것도 목표로 하고 있습니다；해양자원 개발이용 기술 칼럼에서는 연안 환경질 모니터링 센서와 계측기 시스템의 개발을 제안하고 있습니다. ◆2017년 5월 – 스마트 센서 산업 발전을 위한 3개년 계획에서는 4가지 주요 과제가 제시되었습니다. 첫째, 설계 및 제조 과정에서의 약점들을 보완하여 스마트 센서를 중고급 수준으로 업그레이드하는 것입니다；둘째, 소비자용 전자제품, 자동차 전자제품, 산업 제어, 의료 분야와 같은 주요 산업 분야를 대상으로 스마트 센서의 활용 사례를 만들어내는 것입니다；30건의 스마트 센서 혁신 센터를 구축하여, 기술 연구개발, 표준, 지적재산권, 검사 및 공공 서비스 능력을 더욱 강화함으로써 산업의 혁신적 발전을 지원합니다；넷째는 합리적인 계획과 배치를 통해 산업 체인을 더욱 보완하고, 산업의 집중적인 발전을 촉진하는 것입니다. ◆ 2017년 12월 – 차세대 인공지능 산업 발전을 위한 3개년 행동 계획이 제시되었습니다. 이 계획은 스마트 센서와 같은 핵심 기술의 선제적인 발전에 중점을 두고 있습니다. 2020년까지 압전 센서, 자기 센서, 적외선 센서, 가스 센서 등의 성능을 크게 향상시키고, 신호 대 잡음 비율을 70dB 수준으로, 음향 과부하 점을 135dB 수준으로 만드는 음향 센서를 양산할 계획입니다. 또한, 절대 정밀도가 100Pa 이하이며 소음 수준이 0.6Pa 이하인 압력 센서도 상용화될 예정입니다. 마지막으로, 약한 자기장을 감지할 수 있는 해상도가 1ptT에 달하는 자기 센서도 양산될 것입니다.시뮬레이션, 설계, MEMS 공정, 패키징 및 맞춤형 테스트 기술이 국제적인 선진 수준에 도달했으며, 모바일 웨어러블, 인터넷, 자동차 전자 등 주요 분야에서 시스템 솔루션을 설계할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. ③특허 기술의 추진으로, 최근에는 해외에서 센서 기술 연구개발에 투자하는 기관들이 점점 늘어나고 있으며, 센서 기술도 급속도로 발전하고 있습니다.첨단 센서, 신형 센서, 저비용 고성능 센서에 대한 연구개발이 지속적으로 성공을 거둠에 따라, 센서의 활용 비용은 점점 낮아지고 그 효과는 더욱 향상될 것입니다. 이로 인해 센서 산업의 지속적인 발전이 이루어질 것입니다. 사물인터넷, 소비자용 전자제품, 스마트 관리 등의 응용 분야 발전으로 인해 우리나라의 센서 시장이 빠르게 성장하고 있습니다.사물인터넷 서비스를 구현하는 수단으로서, 센서는 사물인터넷 분야에서 매우 중요한 역할을 합니다. 스마트 그리드, 스마트 헬스케어, 스마트 교통은 물론, 스마트 홈, 스마트 모니터링, 스마트 빌딩과 같은 다양한 사물인터넷 응용 시스템에서도 센서는 핵심적인 역할을 수행합니다. 최근 몇 년간, 센서는 응용 분야의 수요에 힘입어 새로운 기술과 신제품이 빠르게 발전하고 있습니다.MEMS 센서, 자기저항 센서, 열감지 센서와 같은 분야에서도 많은 새로운 기술적 진전이 이루어지고 있습니다. ④센서+로봇 정보기술의 기반 중 하나인 센서는 이제 생산과 일상생활 속으로 깊이 들어와 있습니다. 로봇부터 자율주행차에 이르기까지, 스마트폰에서 스마트 홈에 이르기까지, 혹은 현재 건설 중인 스마트 시티에서도 센서의 모습을 찾아볼 수 있습니다. 그중 센서는 로봇 산업에서 미국과 일본을 중심으로 한 대부분의 **들의 관심을 받았으며, 이러한 선진 **들의 주도 하에 전 세계적으로 “스마트 센서” 개발 붐이 일어났습니다. 현재 우리나라도 이 흐름에 동참하여 적극적으로 대응하고 있습니다. 로봇과 센서의 결합은 매우 멋진 화학적 반응을 보인다고 할 수 있습니다.센서는 로봇에 있어서 인간의 다양한 감각 기관과 같은 역할을 합니다. 센서 덕분에 로봇은 시력, 촉각, 후각, 미각과 같은 다섯 가지 감각 능력을 갖게 되며, 이를 통해 유연한 움직임과 민첩한 지능, 그리고 완전 자동화된 작동 능력을 가질 수 있습니다.동시에 센서는 내부에서 로봇의 작동 상태를 감지함으로써 로봇의 안정성과 민감도를 보장하며, 외부에서는 로봇의 작업 환경과 대상의 상태를 파악하여 인간과 로봇 간의 안전성을 확보합니다. 8. 센서 산업의 발전 전망 ① 센서는 친환경적이고 에너지 효율적이며 고효율화된 방향으로 발전하고 있습니다. 기술의 지속적인 발전과 경제 수준의 향상에 따라, 친환경적인 생활 방식은 국민들이 열심히 추구하는 것이 되었습니다.에너지의 친환경적 발전 추세에 더 잘 부합하기 위해, 앞으로는 더 많은 노력을 기울여 친환경적이고 에너지 효율적이며 고효율적인 특성을 강화할 것입니다. 또한 고정밀 측정 기술을 활용하여 산업 체인 간의 상호작용을 실현함으로써, 궁극적으로 사회의 친환경적 발전을 촉진할 것입니다. ②지능화 및 휴대성의 발전: 스마트 제조, 스마트 시티와 같은 지능화 기술의 발전과 사물인터넷의 빠른 성장에 따라 센서 시장도 함께 성장하고 있습니다. 센서들은 점점 더 작아지고, 더 지능적이며, 비용도 낮아지는 방향으로 발전하고 있습니다. ③소비자용 전자제품이 모션 센서의 발전을 견인하고 있습니다. 소비자용 전자제품의 활용은 모션 센서 시장에 가장 큰 기여를 하며, 이로 인해 센서 시장은 전체 시장보다 더 빠른 속도로 성장할 것입니다. 모션 센서는 현재 다양한 응용 분야에서 엄청난 잠재력을 가진 또 다른 센서입니다.운동 센서의 주요 응용 분야는 가전제품, 게임 및 엔터테인먼트 제품, 자동차, 헬스케어, 그리고 산업 분야입니다.