한국하니웰, 2mm 초소형 나노파워 시리즈 소개

미래 고부가가치 산업으로 자리매김한 센서의 최신기술 트렌드

김 미 선 기자

센서기술이 인류 미래를 바꿀 10대 기술 중 하나로 꼽히면서 최근 관심이 집중되고 있다. 센서기술은 1970년대 산업 내 생산 효율을 개선하기 위해 추진된 산업자동화에 발맞춰 개발이 이뤄졌는데, 최근에는 다양한 분야의 과학기술과 결합하며 계측 및 자동화기술의 핵심인 고부가가치 산업으로 자리를 잡으면서 그 시장 규모가 급증하고 있다.

한편, 기존 센서기술이 양산화, 표준화, 가격합리화에 초점을 뒀다면, 최근에는 초소형화, 다기능화, 지능화 및 네트워크화 등 새로운 트렌드 경향이 나타나고 있다.

초소형화 - MR 센서 등장

최근 회로 설계의 발전으로 리드 스위치를 대체할 만한 콤팩트한 크기, 품질 및 내구성 증가, 배터리 수명 최대화를 실현시킬 수 있는 자기저항센서(MR 센서)가 등장했다.

MR 센서는 홀 이펙트 센서처럼 고체 상태의 자기 센서로, 센싱 물체와 평행 방향으로 자기 감지가 이뤄져 홀 이펙트 센서에 비해 일반적으로 감도가 더욱 뛰어나다고 알려져 있다.

MR 센서는 초소형, 고감도의 특성으로 사실상 모든 배터리식 제품에 사용될 수 있다. 특히, 하니웰이 업계 최초로 출시한 나노파워 시리즈 자기저항센서 IC는 큰 공극, 작은 자기장 및 낮은 전력을 필요로 하는 다양한 분야에 활용할 수 있도록 설계된 초고감도 센서로, 나노암페어(nA) 수준의 낮은 전력을 사용해 높은 자기 감도를 제공할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다.

또한, 2mm 안팎의 나노파워 시리즈 자기저항센서는 동일한 감도와 동일한 비용으로 리드 스위치보다 작으면서도 더욱 견고하고 안정적인 성능을 제공한다. 매우 낮은 전력과 큰 공극 때문에 주로 리드 스위치에 의존할 수밖에 없던 배터리 방식 제품에 나노파워 자기저항센서를 적용함으로써 낮은 전력과 높은 효율을 유지할 수 있게 한다.

자동화 픽 앤 플레이스(Pick & Place) 부품 설치에 사용할 수 있도록 테이프 및 릴(릴 당3,000개) 포장의 초소형 SOT-23 표면 실장 패키지로 제공된다.

나노파워 시리즈는 자기 감도 유형에 따라 두 가지로 분류할 수 있는데, 초고감도 SM351LT 및 고감도 SM353LT는 1.8Vdc에서 각각 360nA, 310nA만을 소모한다. 초고감도 제품인 SM351LT의 경우 일반 동작 7G(최대 11G), 매우 낮은 전류 소모(일반 360nAl)를 필요로 하는 제품에 적합하며, 고감도 제품인 SM353LT는 일반 동작 14G(최대 20G), 매우 낮은 전류 소모(일반 310nA)를 필요로 하는 제품에 적합하다.

나노파워 센서는 노트북, 스캐너 등 모바일 장비 등 배터리식 기기의 리드 개폐를 감지하는 것은 물론 수도 및 전기, 가스검침기의 계수 기능을 조작하거나 속도를 감속 및 정지시키기 위해 검침기 외부에 대형 자석을 부착해 자기장의 존재 여부를 감지하는 데 사용할 수 있다. 이와 더불어 수도 또는 가스 사용량 확인을 위해 수도 및 가스계량기의 카운터로 사용하는 데에도 적합하다.

빌딩 내부에서는 배터리 작동식 보안 시스템용 리드 스위치 대신 나노파워 센서로 건물 출입 통제가 가능한데, 문 개폐 여부를 감지하고 신호를 무선 모듈로 전송하거나 중앙 제어장치로 전달하는 기능을 한다.

산업용 화재감지기 내에서는 알람 테스트 센서로 사용하는 등 다양하게 적용할 수 있다. 이 외에도 약물 주입 펌프, 운동 장비, 병원 침대 등 의료용에 사용할 수 있으며, 식기세척기 및 전자레인지, 세탁기, 냉장고 등의 백색 가전제품에 뚜껑, 문, 서랍 위치 감지 센서로도 활용할 수 있다.

다기능화 - MEMS 가속도 센서

센서에 미세전자기계시스템(MEMS : Micro Electro Mechanical System) 기술이 적용되면서 자동차 부품, 스마트폰 등 다양한 기술 혁신을 불러 일으켰다.

미세전자기계시스템이란 반도체 제조공정을 응용해 마이크로미터 크기의 초미세 기계부품과 전자회로를 동시 집적하는 기술로 동작, 가속, 기울기, 진동 등을 측정하는 다양한 센서에 활용되고 있다.

MEMS 가속도 센서는 자유낙하 혹은 비정상적인 움직임이 있을 경우 통합 시스템에 하드디스크 드라이브의 모든 기능을 멈추도록 명령한 후 자기 헤드(Magnetic Head)를 안전한 위치에 안착하도록 한다.

자동차 에어백용 센서가 대표적인 사례로, 가속도가 기준치 이상 증가하면 에어백이 작동하게 된다. 또한, 각운동 센서로 불리는 MEMS 자이로스코프는 가속도 센서를 보완해 인간-기계 사이의 인터페이스상에서 다양한 모션, 구동 성능을 향상시켰다.

이 센서는 스마트폰, 태블릿, 게임기 등에 탑재돼 사용자의 팔목, 팔, 손동작 등의 움직임을 인식할 뿐 아니라, 앱을 구동시키거나 웹페이지로의 이동, 게임 캐릭터 움직임을 구현시킬 수 있다.

지능화 및 네트워크화 - 첨단 센서

최근 사물인터넷(IoT) 시대가 도래함에 따라, 첨단 센싱기술 기반의 센서시장이 주목을 받고 있다. 첨단 센서란 지능화 수준은 높아지고 크기는 더욱 작아진 차세대 센서를 의미한다.

외부 환경요인을 감지하는 기존 센서와는 달리 자동차, 생활가전, 스마트폰, 웨어러블 기기 등 다양한 사물과 결합해 감지된 데이터의 의미를 판단, 처리해 데이터를 전송한다.

산업통상자원부에 따르면, 세계 센서시장 규모는 2012년 796억달러에서 2020년 1,417억달러로 연평균 9.4% 성장할 것으로 나타났다. 이 중 첨단 센서 비중은 현재 20%에서 2020년 49%로 크게 높아질 것으로 전망된다.

첨단 바이오센서가 개발되면서 눈물, 땀샘, 침을 측정해 질병도 실시간으로 모니터링할 수 있게 됐다. 구글은 현재 당뇨병 환자들을 위해 당혈당 체크가 가능한 스마트 콘택트렌즈를 개발 중에 있다. 이 제품이 개발되면 환자의 눈물 속 포도당 수치를 포도당 센서로 측정함으로써 혈당측정기로 피를 뽑는 수고를 덜 수 있다.

FA Journal 김 미 선 기자 (fa@infothe.com)

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