前回は、メカトロニクスにおける電気・電子回路技術を解説しました。今回は、センサ技術です。近年メカトロニクスにおいて、センサは至るところで使われています。センサという言葉は、英語のSensory（知覚の）から来ています。人間五感に相当し、メカトロニクスには不可欠です。
第6回「メカトロニクスのセンサ技術」を解説していきます。
1. センサとは
センサ技術は、機械やロボットを動作させる上で、必要な情報を収集するための技術です。センサは人間の五感（視覚、聴覚、味覚、嗅覚、触覚）に相当し、機械やロボットを動かすために複数を組み合わせて使います。人間の五感と相当するセンサを、図1 にまとめました。
視覚（目）に相当するセンサは、メカトロニクスでは最も多く活用されています。その代表は、光センサと赤外線センサです。より高度なイメージセンサやカメラなどは、人間の目の機能により近い存在です。聴覚（耳）に相当するセンサの代表は、超音波センサです。超音波センサは音を感知するだけでなく、距離や位置の測定にも用いられています。触覚（皮膚）に相当するセンサの代表は、力覚センサと触覚センサです。力覚センサの代表にはひずみゲージがあり、触覚センサには圧力センサや圧覚センサなどがあります。視覚、聴覚、触覚に相当するセンサは、光、波、変位など、主に物理量を測定します。
一方で、味覚（舌）・嗅覚（鼻）に相当するセンサは、主として化学量を検出します。化学センサは、実用化されているものが少なく、次世代センサとして研究開発が進められています。メカトロニクスのセンサは、メカの運動や制御に必要な情報の検出を目的としています。よって、物理量を検出することがほとんどです。
2. センサの役割
センサには大きく分けて2 つの役割があります。一つは、対象の状態を検出すること。もう一方は、コンピュータが取り扱うことのできる信号に置き換えることです。
対象の状態の検出とは、メカが動いたときの動作や機械の周辺の状況（対象の状態）をセンサが感知し、その結果を出力することです。対象の状態を表す物理量には、力、速度、加速度、位置などがあります。物理量を感知した後、センサは物理量の特徴を、物理法則や効果を用いて変換します。例えば、電圧効果は、圧力を加えることで生じるひずみに応じて、電圧が発生します。触覚センサは、電圧効果を利用したものです。表1 に、センサにおける入出力の関係と、利用される物理的効果の一例をまとめました。
2 つ目のコンピュータが取り扱うことのできる信号に置き換えるとは、何でしょうか？ コンピュータが処理できるのは、電気信号なので、センサは電気信号を出力する必要があります。センサが検出する物理量はアナログデータであり、そのまま取り込むことができません。そこで、アナログデータをデジタルデータに変換するA/D 変換が行われています。例えば、CdS（硫化カドミウム）セルというセンサは、光の入力に対して、連続的に変化する距離（アナログ値：10 進数）を検出します。これを、アナログ（10 進数）からデジタル（2 進数）へA/D（Analogto Digital）変換します（図2）。こうすると、コンピュータはデータを取り込むことができ、動作や制御に関する情報を処理することができます。その結果、コンピュータは、アクチュエータ側への命令を出力します。この概念はとても重要です。
3. センサの具体例
全9回で下記の内容を解説しています。
- 第1回 メカトロニクスとは
- 第2回 メカトロニクスの構成要素
- 第3回 メカトロニクスのメカニズム技術
- 第4回 メカトロニクスのアクチュエータ技術
- 第5回 メカトロニクスの電気・電子回路技術
- 第6回 メカトロニクスのセンサ技術
- 第7回 メカトロニクスの制御技術
- 第8回 自動化とロボット技術
- 第9回 メカトロニクスとIoT、AIの連携
