センサとは？

センサの意味

温度・圧力・光・磁気・加速度などの物理量を電気信号へ変換する素子。出力形式によりアナログ出力型（A/D変換が必要）とディジタル出力型（I2C／SPIなどで値を読む）に分かれる。感度、分解能、応答速度、温度ドリフト、直線性が主な特性。

センサの具体例

サーミスタは温度で抵抗値が変わるため分圧回路とA/Dで読む。ホール素子は磁界を電圧に変換し、非接触の位置・回転検出に使う。

センサは試験でどう引っ掛けられる？

アクチュエータと変換の向きが逆（センサは物理量→電気信号、アクチュエータは電気信号→物理的な動作）。また分解能と確度（精度）も別物で、細かい桁まで読めることは値が正しいことを意味しない（オフセットや温度ドリフトがあれば読み値はずれる）。

センサと関連する用語

• A/D変換
• IMU
• アクチュエータ

センサが出た過去問

• I²C（Inter-Integrated Circuit）バスの特徴として、適切なものはどれか。

  正解：2線式のシリアルインタフェースで複数のデバイスを接続する。

  要点：I2Cは2線でアドレス指定により複数デバイスを接続

  I2Cは、データ線とクロック線のわずか2本で複数のデバイスをつなぐ同期式シリアルインタフェースである。各デバイスにはアドレスが割り当てられ、マスタがアドレスを送って相手を選ぶため、SPIのようなデバイスごとの選択信号線が要らない。配線が少なく低速なセンサやEEPROMの接続に向く。

  出典：平成28年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問4（IPA）

• ZigBeeの説明として、適切なものはどれか。

  正解：低消費電力で低速の通信を行い、センサネットワークなどに使われる。

  要点：ZigBeeは低消費電力・低速でセンサ網向けの近距離無線

  ZigBeeはIEEE 802.15.4を基盤とする近距離無線規格で、通信速度は低いかわりに消費電力が非常に小さく、電池で長期間動作させられる。多数のノードでメッシュ状の網を構成できるため、センサネットワークや設備の遠隔監視、住宅設備の制御などに適する。同じ近距離無線でも、機器同士を1対1でつなぐ用途の規格とは狙いが異なる。

  出典：平成29年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問5（IPA）

• 位置決めセンサに用いるインクリメンタルエンコーダの特徴はどれか。

  正解：回転方向を知るために出力信号が2相になっている。

  要点：インクリメンタル型は2相出力で回転方向を判別する

  インクリメンタルエンコーダは回転量に比例したパルスを出力する方式で、絶対位置は保持せず電源投入時は原点復帰が必要である。回転方向を判別するために、90度位相のずれたA相・B相の2相のパルスを出力し、どちらの相が先に変化したかで正転・逆転を区別する。絶対値を保持するのはアブソリュートエンコーダのほうである。

  出典：平成30年度 春期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問14（IPA）

• スイッチを押す力を電気エネルギーに変えるなどの方法で得られる、微弱な電力を用いた無線通信技術はどれか。

  正解：EnOcean

  要点：EnOceanは環境発電で動く電池レスの近距離無線規格

  EnOceanは、スイッチを押す力や温度差、光といった周囲の微小なエネルギーを電力に変換するエネルギーハーベスティングを利用した近距離無線通信規格である。極めて短時間・低電力で電文を送る設計になっており、電池も配線も不要なセンサやスイッチを実現できる。ビル設備の照明・空調制御などで使われている。

  出典：令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問10（IPA）

• 車の自動運転に使われるセンサの一つであるLiDARの説明として、適切なものはどれか。

  正解：レーザ光をパルス状に照射し、その反射光を測定することによって、対象物の方向、距離及び形状を計測する。

  要点：LiDARはパルスレーザの反射で距離と形状を三次元計測する

  LiDARはパルス状のレーザ光を照射し、対象物で反射して戻るまでの時間から距離を求めるセンサである。照射方向を走査しながら多数の点の距離を測ることで、周囲を三次元の点群として捉え、対象物の方向・距離・形状を把握できる。電波を使うミリ波レーダより空間分解能が高く、自動運転の環境認識に使われる。

  出典：令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 am2 問13（IPA）