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ATmega128 마이크로컨트롤러

AVR ATmega128은 ATMEL사에서 개발한 RISC 아키텍처 기반의 저 전력 CMOS형 8bit 마이크로컨트

롤러로서 프로그램 메모리와 데이터 메모리가 완전히 분리된 하버드구조(Harvard Architecture)를 갖고

있습니다 대부분의 명령을 단일 클럭 동안에 수행하기 때문에 매우빠른 실행 속도를 갖는 것도 특징

입니다. ATmega128 마이크로 콘트롤러의 특징은

1. 고성능 저 전력의 RISC구조의 8bit 마이크로 컨트롤러입니다.

->16Mhz의 시스템 동작 주파수에서 16MIPS의 명령 처리 속도를 가지며

->133종의 명령 세트를 가지며 대부분 1클럭 동안 실행됩니다.

->32개의 8bit범용 레지스터 및 다수의 I/O제어용 레지스터를 내장합니다.

2.비 휘발성 프로그램 메모리와 데이터 메모리를 가집니다.

->128kb의 ISP방식 프로그램용 플래시 메모리를 내장하며

->4kb의 데이터 저장용 EEPROM과  SRAM을 내장하며

->외부에 쵀대 64kb의 데이터 메모리 확장을 위한 인터페이스를 제공합니다.

3.그외 특수기능은

->내부 RC오실레이터와 외부에 크리스탈을 연결하기 위한 발진회로를 내장하며

->6개의 슬림모드

->외부,내부 인터럽트 소스를 가집니다.

4. 주변장치로는

->53개의 I/O 포트 A,B,C,D,E,F의 8비트 포트와 G의 5비트 포트

->2개의 USART

->8채널 10비트 ADC

->6개의 PWM 채널 2~16비트 분해능

->2개의 PWM 채널 8비트 분해능

->아날로드 비교기

->2개의 8비트 Timer/Counter,독립된 프리스케일러와 비교모드

->2개의 16비트 Timer/Counter, 독립된 프리스케일러와 비교와 캡처모드

->마스터/슬레이브 SPI 직렬 인터페이스 및 TWI

-> 프로그램 가능한 Watchdog Timer

동작속도 =>ATmega128L : 0~8MHz, ATmega128 : 0~16MHz

동작전원 =>ATmega128L : 2.7~5.5V, ATmega128 : 4.5~5.5V

마이크로프로세서 AVR ATmega128 FND

마이크로프로세서 AVR ATmega128, 8051 에서 표시장치로 많이 사용하는 소자중에 하나인

7-Segment 즉 FND입니다. FND(Flat Numeric Display)는 발광 LED를 여러개를 조합하여 글자형태로

배열하여 간단하게 포트 조작으로 사용자가 원하는 글자를 표한할수 있도록 조합하여 만들어 놓은

소자입니다. 일반적으로 조합은 "8." 을 여러개 조합한 형태가 있습니다.

FND는 공통선을 연결한 형태에 따라 두가지로 나뉩니다.

음극을 공통선으로 연결한것 : Common Cathode

양극을 공통선으로 연결한 것 : Common Anode

Common Anode형은 FND의 각 세그먼트를 점등하기 위해 Com단자에 +전압(+5V)을 인가

하고 각 단자에는 GND(0V)를 인가하여야 점등이 가능하며 Common Cathode형은 반대로

전압을 인가하여 주어야 합니다.

Common Anode형의 FND에 숫자를 표현하기 위해서는 입력단자 A~G까지에 인가할 신호는

아래와 같이 인가하여 줍니다.

FND의 구동방식은 Static 구동방식과 Dynamic구동방식이 있습니다. Static구동방식은 모든

FND의 포트 혹은 플립플럽을 통하여 한꺼번에 구동하는 방식이고, Dynamic구동방식은 FND

전체를 한꺼번에 켜지 않고 segment 를 하나씩 빠르게 번갈아가며 점등하는 방법입니다.

빠르게 하나씩 순차적으로 FND를 점등하면 사람의 눈의 착시 현상으로 여러개의 FND가

점등된 것처럼 보이며 하나의 FND를 켜기 때문에 소모되는 전류를 줄이는 효과도 있습니다.

마이크로 프로세서 8051 습도센서란?

습도란 대기중의 건습의 정도를 표시한 것으로 습도는 상대습도와 절대습도가 있습니다.

상대습도: 대기중에 실제로 포함되어 있는 수증기의 양(수증기 분압)과 그 대기 온도에 포함되어 얻어

             지는 최대한의 수증기의양(포화 수증기 분압)과의 비를 백분율로 나타낸 것입니다.

절대습도 : 1가압에서 1평방미터이 공기 중에 포함되어 있는 수증기의 양을 g으로 표시한것입니다.

             상대습도(Relative Himidity)는  %RH로 표기합니다.

습도계로는 건구와 습구를 사용해서 환산표로 맞추는 건습계와, 습도에 따라서 모발의 신축성을 이용

한 습도계등이 있지만, 정밀도가 비교적 낮아서 최근에는 전자 회로를 조합한 정밀도가 높은 습도

센서를 대부분 이용합니다.

습도센서는 크게 임피던스 변화형과 정전 용량 변화형 으로 나눠집니다. 

임피던스 변화형 습도 센서 : 습도 변화에 대응해서 감습막에 있는 수분양에 따라 저항이 변화하는

                                       센서로 교류를 인가하여 변화 신호를 얻습니다. 임피던스 변화형 습도

                                        센서는 갑습재를 이용한 고분자형과 세라믹형으로 나눠지게 됩니다.

감습재가 고분자의 경우, 공기중에 수분자와 고분자가 결합해서 이온을 만들고, 전기 전도가 생깁니다

세라믹의 경우에는 감습 재료의 다공질 표면에 흡착된 수분자를 분리시켜 이온을 만들고 전기 전도를

일으키게 됩니다. 상대 습도의 변화에 따라 이온의 농도가 변화되고 센서 소자의 임피던스 변화로

측정되어 상대 습도를 검출합니다. 고분자형과 세라믹형에서는 재질이 다른것도 잇지만, 어느 쪽도

전기 전도의 발생 구조가 거의 같아서 전기적 특징은 크게 다른지 않습니다. 전기적 특성은 지수

함수적으로 변하기 때문에 감도는 비교적 좋지만 상대 습도가 20%RH 이하의 낮은 범위에서는 저항

변화가 크기 대문에, 상대 습도 검출이 곤란한 단점이 있습니다.

그러나 센서에서 전기 신호를 얻는 변환 회로가 간단하기 때문에 소형화와 가격의 이점이 있습니다.

이는 에어컨이나 가습기 등의 습도 조정에 많이 사용됩니다.

정전 용량형 습도 센서 : 정전 용량형 습도 센서는 기판상에 하부 전극이 있고, 그 위에 고분자의

감습재를 균일하게 바르고, 그 위에 습도가 투입할 수 있는 성질의 상부 전극으로 되어 있습니다.

일반적으로 유리 혹은 세라믹 기판에 Au전극과 내습성의 재료가 사용되며, 센서에 도포되어 있는

감습재는 세롤로스 아세턴 등의 세롤로스에스텔 화합물 혹은 폴리 비뉴 알콜, 폴리 아크릴 폴드, 폴리

비닐 피리드 등의 고분자 재료가 사용됩니다.

고분자막의 비유전율은 건조 상태에서 약 3정도로, 공기 중의 수분자(비유전율80)의 흡수됨에 따라

비유전율이 변화하게 됩니다.

8051 마이크로프로세서 인체 감지형 센서

인체 감지형 센서는 적외선이 입사하면 소자에 온도 변화가 생겨서 전하가 발생하는 것을 이용한 인체

감지형 검출 소자로서, 인체의 감지(침입감지기, 자동문), 화재 감지기 등으로 사용할수 있습니다.

인체 감지형 센서를 동작원리에 따라서 분류하면

적외선을 열로 변환하여 저항변화와 기전력의 변화등으로 출력을 하는 열형이 있습니다.

열형은 서미스터 바로 미터, 서모파일, 초전소자가 대표적이며, 상온에서 동작하며, 파장에 따라

감도가 크게 변화하지 않습니다. 그러나 감도가 낮고 응답성이 늦는 단점이 있습니다.

또 양자형이 있는데요 반도체의 전이간 에너지 차 흡수를 이용한 광 전도 효과와 PN접합에 의한

광기전력 효과를 이용한 양자형은 감도가 크고 , 응답성이 빠릅니다. 그러나 냉각이 필요하고

파장 의존성이 있는 단점이 있습니다.

인체 감지형 센서는 초전 효과를 이용하므로 그 재료로는 강 유전 세라믹, LiTao3(탈탄산리듐)등의

단결정, PVDF등이 유기 재료등을 사용하고 있으며, 그 특징은

=> 물체에서 방사되는 적외선을 감지하므로, 직접 접촉하지 않아도 , 물체 표면의 온도를 감지할수

    있습니다. 따라서 물체 감지는 물론 이동체의 온도를 접촉하지 않고 측정할수 있습니다.

=> 인체 감지형 센서는 감지 대상물이 발사하는 적외선을 받는 수동형과 능동형이 있으므로

    투광기와 수광기를 함께 사용하여야 합니다.

=> 인체 감지 효과는 온도 변화에 따라 발생하게 됩니다. 따라서 온도 변화에 따른 에너지를 받는

    것만으로, 인체 감지형 센서는 전압을 미세하게 검출할수 있습니다.

[인체 감지형 센서의 원리]

감지 소자는 PZT(치탄산 실리콘 산연계 세라믹) 강유전체 세라믹을 사용하고 이것을

고전압(3kv~5kv(mm))를 가해서 분극합니다. 이 처리에 딸 소자 표면에 있는 +,-의 전하는

공기 중에 역 전하를 갖는 부유 이온과 결합되어 전기적으로 중화가 됩니다.

소자의 표면 온도가 변하면, 온도 소자에 대응해서 감지 소자의 분극이 크게 변하게 됩니다.

이 때문에 안정할 때의 전하가 중화 상태가 붕괴되고, 감지 소자 표면 전하와 흡착 부유

이온 전하의 완화 시간이 다르기 때문에 전기적으로 불평형되어 집니다. 이와 같이 온도

변화에 따라 전하가 생기는 현상을 초전 효과라 브르고 발생 전하를 △Q, 온도 변화를

△T라고 하면 △Q/△T=λ(쿨롱/℃)를 초전 계수라고 부릅니다.

AT 8051 마이크로프로세서  DS1620 디지탈 온도센서

마이크로프로세서 8051 또는 ATmega128의 시리얼(serial) 통신으로 데이터를 주고 받을수 있는

디지탈온도 센서 DS1620에 대해서 알아봅니다.

DS1620은 디지털 온도계(Thermometer, thermostat) 로 사용 할수 있으며, 3개의 선(CLK,DQ,RST)을

이용하여 9비트로 내부의 데이터를 읽기, 내부로 쓰기를 할수 있으며, 별도의 콘트롤(CPU) 없이도

독립적으로 사용되거나 CPU에 인터페이스하여 사용할수 있습니다. CPU에 사용할때에도 사용전에

미리 온도를 설정하여야 하며 온도 측정 범위는 -55℃~+125℃의 범위를 0.5℃ 단위로 사용합니다. 

핀(pin) 기능 요약

DQ : 3선 입,출력

CLK/CONV : 3선 클럭 입력과 스탠드 어론 컨버터 입력

RST : 3선 리셋 입력

Vdd , GND :  전원 (+,-) 3v~5v

T_high : 설저 온도 TH와 같거나 높으면 "1"

T_low : 설정 온도 TL과 같거나 낮으며 "1"

T_com : TH를 초과하거나 TL보다 낮으면 "1"

FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM

DS1620 내부블록도는 위와 같으며 높은 온도 상수 발진기에서 결정된 게이트 주기로 낮은 온도

상수의 발진기의 클록 수를 카운트해서 오도를 측정합니다.

->카운터는 -55℃에 대응하는 기본 값으로 미리 설정되며

->게이트의 주기가 끝나기 전에 카운트가 0이되면 -55℃값으로 설정되어 있는 온도 레지스터는 온도

  -55℃보다 크다는 것을 가리키기 위해 증가합니다.

->또 동시에 카운터는 슬로프 어큐물레이터 회로로 결정된 값으로 설정되며 이회로는 모든 온도에

   대해서 발진기의 포물선 동작에 대한 보상이 필요합니다.

-> 카운터는 0에 도달할 때까지 클록을 카운트하고 게이트 주기가 끝날때깢 반복합니다.

->슬로프 어큐뮬레이터는 모든 온도 범위에 걸쳐 분해능이 좋게 하기위해 발진기의 비선형 동작을

  보상하며 모든 온도에서 각각 증가분 온도분을 카운트에 필요한 카운트 수를 변경하며, 원하는

   분해능을 얻기 위해 주어진 온도에서 디그리/카운트 값과 카운터의 값을 알고 있어야 합니다.

->필요한 카운터 값은 ds1620의 분해능이 0.5℃ 분해능이므로 이것으로 계산할수 있습니다.

->데이터는 3선 통신을 이용ㅎ여 최하위 비트가 처음 전송되기 때문에 온도 데이터는 9비트

 워드(9번째 비트(최상의비트) 후에 RST는 "L"로 한다) 혹은 8비트로 2번 전송

-> 또는 아래처럼 최상위 7개의 비트는 무시하거나 0이 됩니다. 

 ->높은 분해능을 얻기 위해 읽은 값에서 0.5℃ 비트 LBS를 잘라냅니다.

온도=temp_read+(count_oer_c-count_remain)/count_per_c

컨피그레이션/스테터스 레지스터 

DONE : 1=변환완료, 0=변환진행중

THF : 온도 TH보다 크거나 같으면 "1"  0을 써 넣거나 리셋할때 까지 "1"의 상태를 유지한다.

TLF : 온도가 TH보다 같거나 작으면"1" 0을 써 넣거나 리셋할때 까지 "1"의 상태를 유지한다.

NVB : 1=E2메모리로 써 넣기 진행중, 0=비휘발성 메모리로 쓰기가능

CPU : 0=CLK/CONV 핀 RST가 "L"일때 변환 시작으로 사용,1=CPU와 3선 통신하다.

1SHOT : 1= 변환 시작 명령 T를 수신하면 온도 변환을 시작한다

             0= 계속해서 온도 변환을 시작한다. 이비트는 E2 메모리에 저장된다 초기값=0

3선을 이용한 통신

주의) 1

연속적인 변환 모드에서 변환 스톱 T명령은 계속적인 변환을 정지시키므로, 다시 시작하기 위하여 변환 시작 T 명령을

발생하여야 한다. 원쑈트 모드에서  변환 시작 T 명령은 희망하는 온도를 읽기 위하여 매번 발생되어야 합니다.

주의2)

실내 온도에서 E2를 쓰는데 10ms가 필요하며, 쓰기 명령을 발새한후 10ms동안 더 이상 아무것도 쓸수 없습니다.

초음파 센서란 초음파 센서의 원리를 알아보기

초음파 센서란?

세라믹 초음파 센서는 가까운 거리에 있는 물체 혹은 사람의 유,무, 거리측정, 속도 측정등에 사용

됩니다. 세라믹 초음파 소자는 고유 진동에 상당하는 교류 전압을 가하면 압전 효과에 의해서 효율이

좋게 진동해서 초음파를 발생시키게 됩니다.

초음파의 성질

초음파(Ultra Sonic)는 사람의 귀로 들을 수 없는 20khz대 이상의 음을 말하며, 이 초음파의 기본적인

성질은 아래와 같습니다.

파장과 분해능 : 초음파의 파장은 전파 속도를 주파수로 할당한 값으로 전자파의 속도는 3*108㎧

                      이지만 음속은 약 344㎧로 아주 늦기 때문에 파장이 짧게 됩니다. 파장이 짧으면

                       거리 방향의 분해능이 높고 정밀도가 높은 계측을 할수 있게 됩니다.

파장의 반사 : 물체의 유,무를 감지하기 위해서는 초음파가 물체에 닿으면 반사하여야 하게 됩니다.

                   금속이나ㅏ 목재, 콘크리트, 종이, 유리등은 초음파를 거의 100% 반사하지만 옷감

                   등과 같은 것은 인조로 만들어져 공기가 포함되어 있는 물체는 초음파를 거의 흡수

                   하기 때문에 센서 회로의 앰프의 이득을 높여야 할 필요가 있습니다.

초음파는 온도에 영향을 받는다 : 공기중의 음파의 전송 속도 c=331.5+0.607t[㎧] (t:주위온도)

로 표시되며 주위 온도에 따라서 음속이 변하기 때문에 물체가지의 거리를 정밀하게 측정하기 위해

서는 온도에 따른 보정이 필요하게 됩니다.

초음파 센서의 원리

초음파 센서는 2개의 압전소자(또는 1개의 압전소자와 금속판)로 되어 있으며 2개의 압전 소자로

되어 있는 것을 Bimole(바이몰), 1개의 압전소자로 되어 있는 것을 Unimole(유니몰)이라 부릅니다.

이것에 초음파가 입사되면 압전소바는 진동해서 전압이 발생되고 역으로 압전 소자에 전압을 인가

하면 초음파가 발생이 되게 됩니다.

초음파 센서는 센서 자신이 갖고 있는 고유 진동 주파수와 똑같은 주파수의 교류 전압을 가하면

좀더 효율이 좋은 음파를 발생할 수 있습니다. 그래서 물체에서 반사된 음파를 그대로 센서로 입력

(진동)시켜서 발생된 전압을 회로에서 처리하므로서 측정 거리를 계산할수 있게 됩니다.

=>송신용 초음파 센서

  : 초음파를 출력한다는 것은 송신 소자에 공진 주파수와 동시에 주파수의 발진 전력을 공급하여야

하는데요 공급하는 신호는 구형파 펄스이고 전압 진폭은 1~20V 정도입니다. 단 직류 성분이 없어야

하므로 콘덴서를 사용하여 직류성분을 제거하여 공급합니다. 전압이 높으면 음압이 높게 되므로 멀리

까지 보낼수 있지만 약 10V에서 포화되어 10V이상 전압을 높여도 큰 효과는 없습니다.

=> 수신용 초음파 센서

  : 초음파를 수신하면 그 출력 단자에 전압을 출력합니다. 수신 감도는 센서의 공진 주파수 근처가,

송신기와 마찬가지로 40khz가 가장 좋으며 출력에 부하 저항을 연결하면 그 양단에 초음파의 강 약에

따라서 40khz의 정현파가 나타나게 됩니다. 출력 전압은 거리에 따라  몇mV~수백mV정도가 되기

때문에 이것을 증폭해서 비교기 등에서 고감도로 검출해서 디지탈 신호로 변환하여 사용합니다.

측정원리

<음이 1cm를 왕복하는데 걸리는 시간은?>

초음파센서의 송신측에서 짧은 시간동안 펄스를 출력하면 신호가 물체에 도달하여 반사되어 되돌아

오게 됩니다. 반사되어 되돌아온 신호를 수신기의 초음파 센서에서 검출합니다.

이 송신된 신호는 음속 Vs의 속도로 출력되기 때문에 

여기서 음속 Vs=331.5+0.6T    T:온도(℃)

실내 온도를 25℃라고 하면 음속Vs=340㎧라고 하면 음이 1cm의 거리를 왕복하는데 걸리는

시간은 tc=2*0.01/340=58.824*10^-6이 됩니다. 음이 1cm의 거리를 왕복하는데 걸리는

시간은 58.824㎲가 구해지는 것이지요.

RC서보 모터란 사용방법은?

RC (Remote Control ) 서보(Servo) 모터는 주로 무선 자동차 및 무선 모형 비행기에 주로 사용됩니다.

RC서보모터는 별도의 부가회로 없이 미니 로봇 콘트롤러에 접속해서 사용할수 있으며, 미니 로봇

컨트롤러를 사용하면 -90˚~+90˚ 의 범위내에서 원하는 각도로 제어가 가능하기 때문에 미니 로봇의

관절 동작을 쉽게 제어 할수 있습니다.

대게 RC서보 모터의 선은 3선으로 입력되는데요 [검은선 : 그라운드],[적색선 : 전원(4.8~6V)],

[노란선 :  제어신호선(각도제어)] 이렇게 사용됩니다. 서보 모터의 3개의 선은 신호 기능에 맞게

사용하여야 하며, 잘못 연결되면 서보 모터 내부의 회로가 손상을 입을수 있게 됩니다. 또 모터의

규정각도 이상으로 무리하게 움직이게 되면 내부의 기어가 망가지게 되므로 주의하여야 합니다.

RC서보 모터의 내부 구조는 소형 DC모터, 포텐셔 미터, PWM회로, 소형기어박스, 전원,시그널

케이블로 구성됩니다. 포텐셔 미터의 턴값에 의해 각도의 제한이 생기게 됩니다.

<사진 : 디바이스마트 출처>

일반적으로 많이 사용되는 RC서보모터로 3.6kg이하의 RC카, 비행기, 보트등에 많이 사용됩니다.

RC서보모터 사용방법

RC 서보 모터의 컨트롤 방법은 노란색의 신호선에 펄스를 주어 제어하게 됩니다.

=>RC서보 모터가 -90˚에 머물게 하려면 0.7ms의 high, 0.7ms보다 긴 low 펄스를 50~100번 정도

   노란색신호선에 펄스를 공급하여 줍니다.

온도센서에 대하여 알아봅니다.

온도센서란? 온드롤 전압이나 저항변화와 같은 전기신호로 변환한 것을 온도센서라고 합니다.

온도센서는 설치장소, 프로세서 특정대상물의 물리적 특성에 따라 매우 다양합니다.

1. 온도센서의 종류

온도센서(sensor)를 크게 나누면 비접촉식과 접촉식이 있습니다. 접촉식은 측정 대상물에 온도 센서를

직접 접촉시키는 방법으로 온도를 측정하는 방법이고, 비접촉식은 측정 대상물에서 방사되는 열을

측정하는 방법입니다. 비접촉식은 접촉식으로 사용할수 없는 곳에 사용되며 아주 멀리 떨어진 온도

측정도 가능하지만 방사 에너지등을 모으는 각종 광학 장치와 보조 재료가 필요하기 때문에 일반적

으로 가격이 비싸지게 됩니다.

=>열전대의 특정

 1.응답속도가 비교적 빠르며 오차가 비교적 적다

 2. 적절한 열전대를 선정하기가 용이, 절대0~2600℃까지 온도 측정가능

 3. 특정한 곳이나 좁은 장소에서도 온도 측정 가능

 4. 온도가 열기전력으로 검출되므로 측정, 조절, 증폭, 제어, 변환등의 정보처리에 용이

 5.다른 온도센서에 비해 가격이 비교적 저렴

=> 금속 측온체의 특징

1. 감도가 양호하다.

2. 안정도 및 도가 우수하다.

3.고정도을 얻을 수 있다.

그중 특히 백금 측온체는 온도 계수가 직선적으로 변화하고 중량이 가볍고 물리적, 화학적 성질이

우수하여 고순도의 것을 얻기 쉬우며, 장기간 안정적인 온도측정용 SENSOR로서 사용됩니다.

=>서미스터

NTC(Negative Temperature Coefficient Thermistor)

 : 온도가 상승하면 저항값이 연적으로 감소하는 형

PTC(Positive Temperature Coefficient Trmistor)

 : 온도가 상승하면 특정의 온도 이상에서는 저항 겂이 급격히 증가하는 형

CTR(Critical Temperature Resister Temperature Trmistor)\

 : 온도가 상승하면 특정의 온도 이상에서는 저항 겂이 급격히 감소하는 형

온도계등 온도 제어에 사용되고 있는 형은 NTC형이 가장 많이 사용되고 있습니다.

=>망간(Mn), 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe), 동(Cu)등의 금속 산화물을 연소해서 결정체로 만든

반도체가 사용되며, 통상 서미스터라 함은 NTC서미스터를 말하며 다른 센서보다 가격이 저렴하죠.

=>IC온도센서

1. 여러가지 신호회로와 감온소자가 일체화되어 있기 때문에 외부에서의 회로조작을 거의 필요로

     하지 않습니다.

2. 좁은 범위의 온도측정에 많이 사용됩니다.

3. 많은 인터페이스 유형에서 사용할수 있습니다.

4.쉽게 기존 시스템에 통합할수 있습니다.

=>자기온도센서

자기온도센서는 높은 신뢰성과 뛰어난 내환경성, 저잡음, 취급의 간편성의 특징을 가지고 있어

자동차나 에어컨 복사기 등의 각종 기기의 습도제어, 과열 감시용으로 널리 사용되어 집니다.

광센서에 대해 알아봅니다.

광(Light, 光)이란 보통은 가시선이란 뜻으로 사용됩니다. 또 때로는 자외선이나 적외선등의 눈에

보이지 않는 불가시선을 포함한 뜻으로 쓰이기도 합니다. 광이란 1nm~1mm까지의 파장을 갖고

있는 전자파입니다. 눈으로 볼 수 있는 광, 즉 가시광선의 파장은 380nm~780nm 의 파장 대역을

가지고 있습니다.

이에 비해 적외선 영역은 가시광선에 비해 넓어 파장 780㎚~1.5㎛를 근적외선,

1.5㎛~5㎛까지를 중적외선, 5㎛~100㎛까지를 원적외선이라고 부릅니다.

근적외선은 가시광선의 성질에 가깝게 되며 사용은 흔히 가전의 TV리모콘 같은 광 통신

에 널리 이용되고 있어며 이에 대해서 원적외선은 열 에어니지가 아주 크기 때문에

겨울에 난방에 쓰이는 적외선 히터 등에  많이 사용되고 있습니다.

또 자외선이 있는데요 자외선은  파장 380㎚~315㎚를 근자외선(UV-A), 파장 315㎚~280㎚

를 원자외선(UV-C)라고 부릅니다.

광 도전형

(광 도전 소자) : Cds , Pbs, Se => 광에너지를 받으면 내부에 움직이는 전자가 발행해 도전율이 변하는 광전효과를 이용한 것으로 광이 없을때는  저항값이 ㏁ 단위의 저항값을 자지며 광이 조사되면 10㏀정도까지 저항값이 떨어지게 됩니다.

광 기전력형

(광 기전력 센서) : 포토다이오드 =>pn접합을 갖는 반도체에 광을 조사하면 접합 내부에 전위차가 생겨 이를 이용한 광 기전력 효과를 이용 주로 거리를 측정하기 위한 센서 혹은 리모콘 등의 광 신호의 수신요요 소자로 이용되고 있습니다.

                          : PIN 다이오드 => pn 접하의 중간에 절연층을 설계한 구조의 포토 다이오드로서 광 전류 특성이 좋고  응답이 빨라 정밀한 측정에 사용되고 있습니다.

(내부 증폭 센서) : 포토 트랜지스터 => 포토 다이오드 구조에 베이스를 갖는 트랜지스터로 증폭의 기능을 가지고 있으며 간단히 큰 출력 전압을 가지고 있기 때문에 많은 기기에 응용되고 있습니다.

                         : 어벨러치(Avalanch) 포토 다이오드 : pn접합부에 높은 전계를 가해서 광에서 생기는 전자를 가속해서, 큰 에너지를 갖게 한 다음, 전자를 방출시켜 증폭합니다. 약한 광을 검출하기  위하여 사용됩니다.

(영역 센서) : 포토 다이오드 어레이=> 포토 다이오느를 여러개 배열시킨 것이기 때문에 아날라이저, 멀티 채널 분광 광도계, 광스펙트럼 아날라이져 등에 사용됩니다.

                : CCD이미지 센서 =>포토 다이오드 어레이를 이용하여 광전 변환부, 전하 축적부에 전하 읽기부를 구성하여 2차원이 광학 정보를 시계열의 전기 신호로 변환하는 센서로서 각 화소의 발생 신호를 동시에 전하 전송 소자로 전송하고 순차적으로 신호를 읽어 들입니다.

                :PSD위치 검출용 소자 => 2차원 평면상의 광의 스포트 위치 또는 조사 영역의 중심 위츠를 아나로그적으로 검출하기 위한 센서입니다.

광통신에 대하여

광통신은 광섬유(Optical fiber)를 이용하여 고속 및 먼 거리를 손실 없이 통신을 할 수 있습니다.

광섬유란?

1. 광섬유의 구조 : 대표적인 광섬유는 굴절율이 다른 2종류의 석영 유리로 되어 있습니다. 중심부는

                         코어(Core), 외부는 클래드(Clad)로 구성되어 있습니다.

  많이 사용되는 싱글모드(Single mode) 섬유에서는 코어의 직경이 9㎛(0.009mm), 클래드 외경은

125㎛(0.125mm)가 됩니다. 실제로 사용하고 있는 광섬유는 표면을 보호하기 위하여 피복되어 코팅

되어 있습니다. 코어에 광을 입사하면, 코어 내부를 코어와 클래드의 경계에서 전반사되어 광 섬유

내부로 전파됩니다. 광섬유는 광의 손실이 적고 효율이 좋은 광을 전송 할수 있고 또 신호의 상태를

정확히 전달할 수 있기 때문에 장거리 통신, 광대역 .대용량 통신이 가능합니다. 

2. 광의 손실이 적은 이유 : 광 섬유로 전송되는 광의 감쇄가 적은 이유는 하나의 석영 유리라는 광의

흡수, 사란이 작은 재료를 사용하고 있고, 또 이석영 유리의 성능을 최대한으로 활용한 광섬유를

만드는 방법이 연구되어 있으며, 코어와 클래드라는 굴절율이 다른 물질의 경계면에 광이 도달한 경우

보통은 반사파와 굴절파로 나우어지지만 굴절율이 높은 물질쪽에서 굴절율이 낮은 물질을 향해서

광이 입사되어 입사각이 임의의 각도 보다 작은 경우에 전반사를 하며 전반사를 일으키는 한계의

각을 임계각이라 합니다. 광이 코어에서 전반사로 진행하고 있을때 광 섬유 외부로 누설되지 않고

전달할수 있게 됩니다.

3. 광섬유의 종류 : 광섬유는 코어의 굴절율 분포가 다른 스텝 인덱스 멀티 모드 섬유, 그래이디드,

인덱스 멀티 모드 섬유, 싱글모드 섬유, 분산시프트 섬유등이 있습니다.

4. 광섬유의 재질 : 광의 흡수, 산란 특징이 우수하고 충분한 강도를 확보하는 코어와 클래드로

석영을 주원료로 한 석영 광섬유가 주로 사용됩니다.

=>드 플라스틱 광섬유 : 코어를 석영 유리, 클래드를 플라스틱을 사용한 광섬유

=>스틱 광섬유 : 코어와 래드를 모두 플라스틱으로 사용한 광섬유

광섬유는 1차 피복과 2차 피복으로 되어 있으며 1차 피복만 되어 있는 광섬유를 소선이라 부르고

1차 피복의 재질은 주로 실리콘 수지와 UV(자외선) 경화수지 등이 사용되고 2차 피복으로는 나일론

등이 열 가습성 수지가 사용되어 있습니다.