센서란 무엇인가? | 알기 쉬운 웹 세미나
2026/06/15
센서란 무엇인가? 장치의 감각 기관 역할을 하는 센서의 종류와 사례를 베테랑 기술자가 알기 쉽게 해설합니다!
센서란 무엇인가?
센서의 정의
하마짱: 하시모토 선생님! 산업용 로봇이나 협동 로봇, AGV/AMR에 대해 배우는 과정에서 '센서'가 사용되고 있다는 것을 알게 되었습니다. 이번에는 센서의 종류나 원리, 어떤 곳에 사용되는지 알고 싶어요!
하시모토 선생님: 좋은 점을 눈치챘구나. 센서는 로봇이나 AGV, 스마트폰, 드론 등에서 중요한 역할을 맡고 있단다. 우선 센서의 정의부터 배워보자. 센서(sensor)는 ‘일본공업규격’ ‘JIS-Z8103-2000’에서 다음과 같이 정의되어 있단다.
・측정값에 직접적인 영향을 받는 계기 또는 측정 장치의 연쇄 구성 요소. 비고: 검출기와 같은 의미로 사용되기도 한다. 【참고】JIS 규격 https://kikakurui.com/z8/Z8103-2000-01.html
하시모토 선생님: 센서란 소리, 빛, 온도, 압력 등 물리적·화학적 현상을 전기 신호나 데이터로 변환하여 출력하는 장치나 기기를 말해요. 센서는 우리 일상생활의 곳곳에서 활약하고 있답니다. 예를 들어, 방 안에 있는 에어컨에는 온도와 습도를 측정하는 온도·습도 센서가 탑재되어 있어요. 스마트폰에는 현재 위치를 확인하는 GPS나 기울기나 움직임을 감지하는 가속도 센서, 거리를 측정하는 거리 센서나 카메라 등이 탑재되어 있어.
센서는 어떤 역할을 하고 있나요?
하마짱: 센서에는 다양한 종류가 있군요. 각각의 역할에 대해 자세히 알려주세요.
하시모토 선생님: 사람에게는 ‘보기’, ‘듣기’, ‘냄새 맡기’, ‘만지기’, ‘맛보기’ 등 ‘오감’으로 대표되는 다양한 ‘감각 기관’이 갖춰져 있잖아. 이것이 사람이 가진 ‘센서’야. 사람의 몸에 갖춰진 ‘감각 기관’과 장치에서의 ‘센서의 역할’을 대응시킨 표를 만들어 봤어.
관절
| 각도나 회전 수 측정 | 로봇 등 회전하는 관절 부분의 각도를 감지하여 어떤 자세인지 파악하는 센서 | |
|---|---|---|
관절  | 포텐시오미터 | 특정 축에서 각도 변화를 일정 범위 내에서 측정 |
| 로터리 엔코더 | 특정 축에서 여러 번 회전하는 물체의 각도나 회전수를 측정 | |
| 경사 센서 | 센서가 설치된 위치의 기울기를 측정 | |
밸런스  | 가속도 센서 | 1초 동안 속도가 얼마나 변했는지 측정 |
| 자이로 센서(각속도계) | 1초 동안 각속도가 얼마나 변했는지 측정 | |
| 힘이나 모멘트를 측정 | 물체에 가해진 힘의 변화량을 이용하여 힘이나 모멘트를 측정하는 센서 | |
힘·촉각  | 스트레인 게이지 | 스트레인 게이지로 탄성체의 변위·변형을 측정하여 힘이나 모멘트를 측정 |
| 정전용량 센서 | 정전용량을 이용하여 물체의 변화를 감지 | |
| 압전 소자 | 유전체(피에조 등)에 힘을 가해 발생하는 전압으로 힘이나 압력 등을 감지 | |
| 6축 힘 센서 | 변형률이나 정전용량의 변화를 통해 힘이나 모멘트를 측정 | |
| 대상의 형태나 색상, 위치 및 움직임을 측정 | 카메라를 이용하여 인간의 시각 정보를 얻는 센서 로봇이나 AGV가 장애물을 발견하고 피하기 위해 대상물까지의 거리를 측정하는 센서 | |
시각  | 이미지 센서(카메라) | 카메라로 포착한 영상을 통해 대상물의 면적, 중심, 길이, 위치 등을 산출하고, 데이터나 판정 결과를 출력한다 |
| 스테레오 비전 | 평행하게 배치된 2대의 카메라로 이미지를 촬영하여 물체까지의 거리를 정확하게 측정 | |
| 초음파 센서 | 초음파를 이용하여 대상물까지의 거리를 측정 | |
| 적외선 거리 센서 | 적외선을 이용하여 대상물까지의 거리를 측정 | |
| LiDAR | 빛을 이용하여 멀리 있는 물체의 거리나 방향을 측정 | |
센서에는 어떤 종류가 있나요?
하마짱: 인간이 가진 오감의 역할이 장치에서도 다양한 센서를 통해 구현되고 있군요! 각 센서에 대해 더 알고 싶어요!
하시모토 선생님: 그럼, 소개해 드린 센서 중에서 특히 주요한 6가지를 자세히 설명해 드릴게요.
인코더
회전 각도나 직선 변위를 인코딩(encode)하는 센서. 회전을 감지하는 것은 로터리 엔코더, 직선 변위를 감지하는 것은 리니어 엔코더라고 부른다.로터리 엔코더는 일정한 간격으로 슬릿이 뚫린 원판이 들어 있으며, 원판의 한쪽에서 빛을 방출하고 다른 쪽에서 통과하는 빛의 깜빡임을 감지하여 측정함으로써 축의 회전 각도나 회전 수, 회전 속도를 측정한다. 서보 모터 등에 많이 사용된다.
가속도 센서
1초당 속도가 얼마나 변했는지를 감지하는 센서. 다양한 종류가 있지만, 구조가 단순한 것은 스프링과 그 끝에 부착된 추로 구성된다. 가속 및 감속 시 발생하는 관성의 법칙에 따라, 늘어나고 줄어드는 스프링의 변형량을 전기 신호로 변환하여 가속도를 측정한다. 최근에는 MEMS 기술을 통해 소형이고 저렴한 센서가 다양한 분야에서 널리 활용되고 있다.
■MEMS(멤스)란 무엇인가?
Micro Electro Mechanical Systems(미세전자기계시스템)의 약자. 반도체 기술로 제작된 미세 구조체로, 센서와 액추에이터, 전자 회로가 집적된 장치이다. 반도체 공정에서 제조되기 때문에, 하나의 IC가 약 1cm² 크기로 소형이며 저가이면서도 기능의 집적화가 이루어져 있다. 스마트폰, PC, 게임기, 자동차의 센서 등에 적용되고 있다.
초음파 센서
발신부터 수신까지의 ‘시간’을 측정하여 대상물까지의 거리를 감지하는 센서. 거리 측정 기법으로 자주 사용되는 TOF(Time of flight)는 비행 시간을 의미하며, 발신된 신호가 대상물에 반사되어 돌아올 때까지의 시간을 측정하는 기법이다. 대표적인 예로는 빛과 초음파가 있다. 센서 헤드에서 초음파를 발신하고, 대상물에서 반사되어 돌아오는 초음파를 센서 헤드에서 다시 수신한다.
LiDAR(Light Detection and Ranging: 라이더)
대상물까지의 거리를 측정하거나 대상물의 특성을 파악하는 광센서 기술을 말한다. 스캔하면서 레이저 광선을 대상물에 조사하고, 그 산란광이나 반사광을 관측한다. 측정 과정에서도 ToF가 활용된다. (ToF: Time of Flight) 하야부사의 거리 측정에도 LiDAR가 사용되었으며, 착륙 정확도는 1m로 매우 높다. 그 외에도 자동차나 스마트폰에도 사용되고 있다.
스트레인 게이지
변형을 전기 신호로 감지하는 센서를 말한다. 외력을 가해 신축시키면 저항값도 증감한다. 따라서 변형이 발생하는 측정 대상물에 부착해 두면, 측정 대상물의 신축에 비례하여 스트레인 게이지가 신축하고 저항값이 변화한다. 변화한 탄성체의 변위·변형을 감지함으로써 힘이나 모멘트를 측정할 수 있게 된다. ※변형이란, 재료에 가해지는 외력에 비례하여 재료가 늘어나거나 줄어드는 변형의 양을 말한다.
이미지 센서
카메라로 촬영한 데이터를 처리하여 피사체의 위치, 각도, 형상, 치수, 수량 등을 출력하고, 등록된 데이터와 대조하여 합격 여부를 판정하는 센서이다. 빛을 전기 신호로 변환하는 반도체 소자를 사용하며, 인간의 망막에 해당한다. 여러 층으로 구성되어 있으며, 마이크로 렌즈와 포토다이오드 사이에 컬러 필터(RGB)를 배치함으로써 컬러 영상 신호를 획득할 수 있다.
센서는 어떤 분야에서 활용되고 있나요?
하마짱: 센서는 우리 일상생활의 다양한 분야에서 유용하게 쓰이고 있군요!
하시모토 선생님: 일상생활에 도움이 되는 사례는 아직 더 많아. 현관 인터폰에는 이미지 센서나 소리 센서가 있고, 밤에 자동으로 켜지는 외부 조명은 광 센서로 감지하고 있거든. 또, 스마트폰에서는 위치 정보를 알려주는 GPS나 손떨림 방지용 자이로 센서 등, 소개하고 싶은 사례가 정말 많아!
하마짱: 어떤 장소에 센서가 사용되고 있는지 의식하며 생활해 보려고 해요! 장치나 기계 부품에 센서를 적용한 사례는 있나요?
하시모토 선생님: 물론이지! 미키 풀리의 사례를 두 가지 소개할게.
토크 센서 × 커플링
장치가 회전할 때 발생하는 토크를 감지하는 센서. 정전용량 방식의 토크 센서는 콘덴서에 내장된 두 개의 금속판 사이의 변위량을 토크로 변환하여 표시한다. 콘덴서는 두 개의 금속판과 그 사이에 끼워진 유전체로 구성되어 있으며, 정전용량에 따라 전하를 축적하거나 방출하는 일반적인 수동 부품이다.
미키 풀리에서는 정전용량 방식의 토크 센서를 내장한 커플링을 개발 중이다. 회전 동력의 전달과 동시에 커플링에 가해지는 토크를 감지할 수 있게 했다. 정전용량 방식의 토크 센서를 내장함으로써 회전 시의 부하 토크를 직접 감지할 수 있어, 설비의 가동 상태를 정확하게 파악할 수 있다. 토크계를 중심으로 한 시스템에 비해 부품 수를 대폭 줄일 수 있어, 구조를 단순화할 수 있게 되었다.
자기 센서 × 리니어 액추에이터(리니어 샤프트 드라이브)
자석이나 전류가 발생시키는 자기장, 지자기 등의 크기 및 방향을 감지하는 자기 센서. 미키 풀리의 리니어 액추에이터(리니어 샤프트 드라이브)는 홀 소자를 사용하여 위치 정보를 감지한다.샤프트에서 발생하는 자속을 이용한 위치 검출이 가능하므로, 외장형 위치 센서 없이도 운전할 수 있다. 또한, 내장된 위치 센서가 자극 위치를 직접 검출하므로, 외장형 자극 검출기 등을 별도로 준비하지 않고도 기동 후 즉시 추력을 발생시킨다. 드라이버에는 위치 결정 운전 기능 등이 내장되어 있어, 외부 컨트롤러를 준비하지 않아도 비교적 복잡한 위치 결정 운전까지 가능하다.
하마짱: 장치나 기계 부품에서도 센서가 중요한 역할을 하고 있다는 것을 알게 되었습니다! 센서를 활용해 요즘 화제가 되고 있는 예측 유지보수에 기여한다는 이야기도 자주 듣습니다. 센서에 대해 더 공부해서, 설계나 개발 기술에 활용할 수 있게 되고 싶습니다!
감수·강사
하시모토 선생님 / 미키 푸리 주식회사
1972년 미키 풀리 주식회사에 입사했다. 제품 매니저로서 마케팅과 기술을 담당하며 국내외를 가리지 않고 활약했다. 또한 기업뿐만 아니라 대학 및 전문 기관과의 공동 연구에도 참여했다. 현재는 기술 지도와 사원 교육도 담당하고 있다.
