基本的なレベルでは、センサーはアクティブ、パッシブ、アナログ、デジタルの4つのカテゴリに最も一般的に分類されます。これらのカテゴリは、センサーがどのように電力を供給され、測定値をどのように通信するかという2つの異なる特性を説明しています。これら2つの軸を理解することが、あらゆるセンサーがどのように機能するかを理解するための鍵となります。
核となる洞察は、「4つのタイプ」という表現が単純化されたものであるということです。実際には、センサーは2つの独立した軸に沿って分類されます。それらは、電力要件（アクティブ vs. パッシブ）と出力信号タイプ（アナログ vs. デジタル）です。任意のセンサーは、それぞれのペアから1つずつを組み合わせたものです。
最初の軸：電源（アクティブ vs. パッシブ）
この分類は、センサーが測定を実行するために外部電源を必要とするかどうかに基づいています。これはエネルギー入力に関するものです。
アクティブセンサーとは？
アクティブセンサーは、動作するために外部電源、しばしば励起信号と呼ばれるものを必要とします。これらは環境にエネルギーを放出し、その応答を測定することによって機能します。
アクティブセンサーを、コウモリがエコーロケーションを使用するのと考えてみてください。コウモリは信号（音）を送り出し、その反響を聞いて周囲を「見る」のです。
例としては、物体を検出するために波を放出するレーダー、LiDAR、および超音波距離センサーなどがあります。
パッシブセンサーとは？
パッシブセンサーは外部電源を必要としません。代わりに、外部刺激に応答して独自の電気信号を生成します。
これらは、環境からのある種のエネルギーを別の形に変換することによって自己給電されます。単に既存のエネルギーを「聞く」か検出するだけです。
光を直接電流に変換するフォトダイオードは典型的な例です。温度差に基づいて電圧を生成する熱電対も別の例です。
2番目の軸：出力信号（アナログ vs. デジタル）
この分類は、センサーが処理ユニット（マイクロコントローラーなど）に送信する信号の性質に基づいています。これはデータ出力に関するものです。
アナログセンサーの理解
アナログセンサーは、測定される量に比例する連続的な出力信号（通常は電圧または電流）を生成します。
信号は、センサーの動作範囲内の任意の値を取ることができます。例えば、温度センサーは10°Cで0.1V、20°Cで0.2V、15°Cで0.15Vを出力するかもしれません。
一般的な例としては、サーミスタ（温度感受性抵抗器）、光依存抵抗器（LDR）、および基本的な圧力センサーなどがあります。
デジタルセンサーの理解
デジタルセンサーは、離散的なバイナリ出力を生成します。信号はオン/オフの状態（1と0）のシーケンスとして通信されます。
これらのセンサーには、クリーンなデジタル値を送信する前に生の測定値を処理する、アナログ-デジタル変換器（ADC）のような内部コンポーネントがしばしば含まれています。
例としては、DHT22のような現代の温度/湿度センサーや、I2CまたはSPIのようなインターフェースを介して通信する高精度加速度計などがあります。
すべてを組み合わせる：4つの象限
2つの軸は独立しているため、それらを組み合わせて真の機能的な4つの象限を形成することができます。
アクティブ-アナログ
このセンサーは外部電源を必要とし、連続信号を出力します。ホイートストンブリッジで使用されるひずみゲージは完璧な例です。入力電圧（アクティブ）を必要とし、比例した出力電圧（アナログ）を生成します。
アクティブ-デジタル
このセンサーは外部電源を必要とし、デジタル信号を出力します。LiDARセンサーは独自のレーザーパルスを放出（アクティブ）し、正確なデジタル距離値（デジタル）を出力するための内部プロセッサを含んでいます。
パッシブ-アナログ
このセンサーは独自の電力を生成し、連続信号を出力します。熱電対は熱から電圧を生成（パッシブ）し、それが温度差に直接比例（アナログ）します。
パッシブ-デジタル
このセンサーは独自の電力を生成し、バイナリ信号を出力します。一般的なパッシブ赤外線（PIR）モーションセンサーは、体温からの赤外線エネルギーを検出（パッシブ）し、動きを示す単純なハイ/ロー信号を出力（デジタル）します。
トレードオフの理解
センサーの選択は、それが何を測定するかだけでなく、どのように動作するかにも関わります。これらの分類は直接的な実用上の意味を持ちます。
消費電力
パッシブセンサーは、励起のための一定の電源を必要としないため、本質的にエネルギー効率が高いです。これは、バッテリー駆動またはエネルギーハーベスティングアプリケーションに最適です。
複雑さとノイズ
デジタルセンサーは、現代のマイクロコントローラーとの統合がしばしば容易です。物理現象からデジタル数値への変換を内部で処理し、クリーンでノイズ耐性のある信号を提供します。
アナログセンサーはマイクロコントローラーにADCを必要とし、その信号は電気ノイズの影響を受けやすく、適切にフィルタリングされないと精度が低下する可能性があります。
コストと機能性
選択はコストと機能に影響を与える可能性があります。単純なアナログサーミスタは非常に安価ですが、高精度デジタル温度センサーはより高価である一方で、より高い精度と容易な統合を提供します。
プロジェクトへの適用方法
これらの分類を、選択プロセスを導くためのフレームワークとして使用してください。
- 低電力動作が主な焦点である場合： バッテリー寿命を最大化したり、エネルギーハーベスティングを可能にするために、パッシブセンサーを優先してください。
- 容易な統合とノイズ耐性が主な焦点である場合： 回路設計とソフトウェア開発を簡素化するために、デジタルセンサーを推奨します。
- 微妙で連続的な現象の測定が主な焦点である場合： アナログセンサーは、信号を適切に調整および処理できると仮定すれば、必要な生の高解像度データを提供するかもしれません。
- 環境を積極的に調査することが主な焦点である場合： 超音波で距離を測定したり、LiDARで部屋をスキャンしたりするなど、本質的にアクティブセンサーが必要です。
これら2つの軸（電源と信号タイプ）を理解することで、単にセンサーの種類を列挙するだけでなく、エンジニアリングの課題に最適なツールを戦略的に選択できるようになります。
要約表：
| センサータイプ | 電源 | 出力信号 | 主な例 |
|---|---|---|---|
| アクティブ-アナログ | 外部電源が必要 | 連続（例：電圧） | ホイートストンブリッジのひずみゲージ |
| アクティブ-デジタル | 外部電源が必要 | 離散（バイナリ、例：I2C/SPI） | LiDAR距離センサー |
| パッシブ-アナログ | 自己給電（刺激から） | 連続（例：電圧） | 熱電対、フォトダイオード |
| パッシブ-デジタル | 自己給電（刺激から） | 離散（バイナリ、オン/オフ） | PIRモーションセンサー |
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