メカトロニクス 第9日：センサ・信号変換 システム電子情報学科 講師 池田 貴幸 http://www.runbot.jp 本日の内容 • センサとは • 代表的なセンサ • 演習 http://www.runbot.jp センサとは • センサは、物理量・化学量を電気信号に変換 する部品あるいは装置 – 物理量の例：力、速度、光、温度、圧力、音、磁 気） – 化学量の例： Ph値、嗅覚、味覚、純度、濃度 • メカトロニクスにおいて重要な部品 http://www.runbot.jp 光電センサ（スイッチ） • 可視光、赤外線、レーザーなどの光を利用 して、遮光を検知する。 http://www.runbot.jp フォトインタラプタ • 発光素子と受光素子のペアで構成されてい る。 発光素子 http://www.runbot.jp 受光素子 フォトインタラプタ http://www.runbot.jp ロータリーエンコーダ • 角度を検出する。 • インクリメンタル型、アブ ソリュート型の2種 • 光学式、磁気式 http://www.runbot.jp インクリメンタル型エンコーダ 角度検出（デジタル） スリット半 分ずれて いる http://www.runbot.jp インクリメンタル型エンコーダ • 出力信号Ａ相、Ｂ相 • 原点検出用のＺ相 http://www.runbot.jp カウンタと逓倍(ていばい） • 1逓倍のカウント方法 – A相の立ち上がりのみカウント • このとき、Ｂ相が”0”ならば、カウント値が-1 • このとき、Ｂ相が”1”ならば、カウント値が+1 Ａ相 B相 反時計周り -1 -1 時計周り http://www.runbot.jp +1 +1 カウンタと逓倍(ていばい） • 2逓倍のカウント方法 – A相の立ち上がりのときカウント • このとき、B相が”0”ならば、カウント値が-1 • このとき、B相が”1”ならば、カウント値が+1 – B相の立ち上がりのときカウント • このとき、A相が”0”ならば、カウント値が+1 • このとき、A相が”1”ならば、カウント値が-1 http://www.runbot.jp カウンタと逓倍(ていばい） • 4逓倍のカウント方法 – A相の立ち上がりのときカウント • このとき、B相が”0”ならば、カウント値が-1 • このとき、B相が”1”ならば、カウント値が+1 – B相の立ち上がりのときカウント • このとき、A相が”0”ならば、カウント値が+1 • このとき、A相が”1”ならば、カウント値が-1 – A相の立ち下がりのときカウント • このとき、B相が”0”ならば、カウント値が+1 • このとき、B相が”1”ならば、カウント値が-1 – B相の立ち下がりのときカウント • このとき、A相が”0”ならば、カウント値が-1 http://www.runbot.jp • このとき、A相が”1”ならば、カウント値が+1 問題9.1 インクリメンタルエンコーダーについて下記の質問に答えなさい。 1. １周にスリットが1024個あるとき、4逓倍でカウントする場合、分解能（検 出可能な最小角度）を答えなさい。（解答例：0.5[deg]） 2. インクリメンタルエンコーダーの出力信号が下記であるとする、(a),(b),(c) の時刻のときのカウント値をカウント1逓倍、2逓倍、4逓倍のそれぞれに ついて答えなさい。ただし、１逓倍はA相が立ち上がりのとき、2逓倍は A,B相が立ち上がりのとき、カウントするものとする。 Ａ相 B相 反時計周り 1逓倍 2逓倍 4逓倍 5 4 5 4 5 4 4 3 3 4 3 2 4 3 3 2 1 0 時計周り http://www.runbot.jp (a) (b) (c) 時間軸 問題9.1 解答 (a) (b) (c) 1逓倍 2逓倍 4逓倍 出席確認 レポート用紙（出席確認）に解答を書いてください 授業の終了後に回収します。 できなかった人は、本日１８：００までに 知能ロボット研究室のポストへ提出 http://www.runbot.jp アブソリュート型エンコーダ • カウント回路が要ら ない。 • 高価（インクリメンタ ル型よりも） • 大きい（インクリメン タル型よりも） http://www.runbot.jp リニア型エンコーダ • 直進方向を検出 http://www.runbot.jp マイクロスイッチ（機械式接触センサー） http://www.runbot.jp マイクロスイッチ（機械式接触センサー） http://www.runbot.jp ポテンショメータ • 角度検出（アナログ） http://www.runbot.jp ポテンショメータ • 精密な可変抵抗 • アナログ電圧を検出 http://www.runbot.jp 差動変圧器 • 直線変位センサ http://www.runbot.jp 機械式ジャイロ • 各運動量保存の法則 • 3次元の角度を検出 http://www.runbot.jp 圧力センサ • ピエゾ式圧力センサ – 圧電素子（ピエゾ素子） – 微小変位を電圧に変換 • ダイヤフラムの歪みを 利用 http://www.runbot.jp 加速度センサ • 慣性の法則を利用 http://www.runbot.jp 分解能とサンプリングタイム • 分解能とは、そのセンサが持ちうる最小量の こと • サンプリングタイムとは、センサが量を検知し てから、出力信号として出力されるまでの時 間 • サンプリングレートとは、センサが1秒間に計 測できる量のデータ数 http://www.runbot.jp 問題9.2 別紙(0)～(9)の製品名・型番のセンサについて、下記の項目(a) ～(g)についてそれぞれ答えなさい。 (a)センサー名：製品名、製品シリーズ名 (b)販売・開発会社： (c)仕組み：図を使って説明する。 (d)検出できる物理量・化学量 (e)分解能： (f)出力信号の形態：デジタルか？アナログか？、サンプリング タイムは？、分解能は？ (g)仕様用途（応用事例）： 出席確認 レポート用紙（出席確認）に解答を書いてください 授業の終了後に回収します。 http://www.runbot.jp できなかった人は、本日１８：００までに 知能ロボット研究室のポストへ提出 0)HL-C108B 1)QP-3HB 2)TS5610 3)TS252N30E1 4)SF-5 イナストマー 5)サーボ加速度計 JA-5V 6)NG360 7)CRS03-02 8)CTL-6-V 9)ジャイロスター ENC-03M http://www.runbot.jp 問題9.3 別紙の物理量・化学量を電気信号に変換するセンサを探し、 下記の項目(a)～についてそれぞれ答えなさい。 (0)音 or 超音波 (1)光 (2)位置（絶対距離） (3)体温センサ or 赤外線 (4)画像(イメージ） (5)加速度 (6)角速度（ジャイロ） (7)圧力（感圧） (8)接触（タッチ） (9)傾斜角 http://www.runbot.jp (a)センサー名： (b)型番： (c)販売・開発会社： (d)仕組み：図を使って説明する。 (e)出力信号の形態：デジタルか？アナログか？、サン プリングタイムは？分解能は？ (f)応用事例： (g)データシートのプリントアウト 宿題 レポート用紙（宿題）に解答を書いてください http://www.runbot.jp 次回の授業の始めに提出してください。
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