photo sensor เซนเซอร์ชนิดใช้แสง
เซนเซอร์ชนิดใช้แสง (photo sensor) หรือ optical sensor โดยทั่วไปใช้ในงานการตรวจจับการเคลื่อนไหว การตรวจจับวัตถุ และการตรวจสอบขนาดรูปร่างของวัตถุ เซนเซอร์ชนิดนี้ทำงานโดยอาศัยหลักการส่งและรับแสง มีส่วนประกอบสำคัญ 2 ส่วนคือ ตัวส่งแสง (emitter) และตัวรับแสง (receiver) ลักษณะการตรวจจับเกิดจากการที่ลำแสงจากตัวส่งแสง ส่งไปสะท้อนกับวัตถุหรือถูกขวางกั้นด้วยวัตถุ ส่งผลให้ตัวรับแสงรู้สภาวะที่เกิดขึ้นและเปลี่ยนแปลงสภาวะของสัญญาณทางด้านเอาต์พุตเพื่อนำไปใช้งานต่อไป
อุปกรณ์ที่เป็นตัวรับแสงส่วนใหญ่นิยมใช้โฟโต้ไดโอด (photo diode) หรือโฟโต้-ทรานซิสเตอร์ (photo transistor) ส่วนตัวส่งแสงนั้นโดยทั่วไปใช้ LED (Light Emitting Diode) เนื่องจากการต่อใช้งานร่วมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ทำได้ง่าย สะดวกในการบำรุงรักษา ใช้กระแสไฟฟ้าต่ำ และไม่ได้รับผลกระทบจากสภาวะรอบข้างไม่ว่าจะเป็นสนามแม่เหล็ก ความถี่ ความร้อน ความชื้น หรือการสั่นสะเทือน
แบ่งประเภทของ LED ตามความยาวคลื่นของแสงได้ดังนี้
- LED แบบแสงอินฟราเรด มีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 910-950 nm ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ให้ความเข้มของแสงสูงและระยะส่งไกล แต่ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างของสีได้
- LED แบบแสงสีแดง มีความยาวคลื่นประมาณ 650 nm มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ความเข้มของแสงอยู่ในระดับปานกลาง สามารถตรวจจับพื้นผิวที่มีสีดำ สีน้ำเงินและสีเขียวบนพื้นสีขาวได้ดี
- LED แบบแสงสีเขียว มีความยาวคลื่นประมาณ 560 nm ให้ความเข้มของแสงต่ำ มีระยะการตรวจจับที่ไม่ไกล สามารถตรวจจับพื้นที่สีแดงบนพื้นสีขาวได้ดี
นอกจากนี้ยังมี LED ประเภทแสงเลเซอร์ซึ่งเหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียดในการวัดสูง การเลือกใช้ LED แต่ละแบบขึ้นอยู่กับสีและลักษณะพื้นผิวของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ
ประเภทของเซนเซอร์ชนิดใช้แสง สามารถแบ่งตามลักษณะการตรวจจับและตำแหน่งการติดตั้งตัวรับแสงและตัวส่งแสงได้ 3 ประเภท
- ประเภทตรวจจับโดยตรง (diffuse-reflective optical sensor)
เป็นโฟโต้ที่มีภาครับและภาคส่งอยู่ภายในตัวเดียวกัน ตรวจจับโดยอาศัยแสงที่สะท้อนวัตถุกลับมา
- ประเภทลำแสงสะท้อนกลับ (retro – reflective optical sensor)
เป็นโฟโต้ที่มีภาครับและภาคส่งอยู่ภายในเตัวเดียวกัน และทำงานร่วมกับแผ่นสะท้อน ตรวจจับโดยอาศัยปริมาณแสงทีสะท้อนแผ่นสะท้อนเปรียบเทียบกับปริมาณแสงเมื่อวัตถุเคลื่อนที่ผ่านลำแสงระหว่างโฟโต้เซนเซอร์กับแผ่นสะท้อน
- ประเภทลำแสงผ่านตลอด (through – beam optical sensor)
เป็นโฟโต้อิเล็กทริกเซนเซอร์ที่มีภาคส่งและภาครับแยกกัน และติดตั้งเข้าหากัน ตรวจจับโดยอาศัยการเปรียบเทียบปริมาณแสงระหว่างตอนไม่มีวัตถุและตอนมีวัตถุุเคลื่อนที่ผ่านระหว่างตัวส่งและตัวรับ
Fiber Optic Sensor
เป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาให้ตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กมากๆ หรือต้องการติดตั้งภายในพื้นที่จำกัด แต่ยังคงรูปแบบหรือวิธีการในการทำงานเหมือนโฟโต้เซ็นเซอร์ทั่วๆ ไป เพียงแต่มีการแยกในส่วนของตัวกำเนิดแสง ตัวรับแสง ออกจากเลนส์หรือท่อนำแสง ซึ่งในส่วนของ Fiber Optics Sensor นั้นจะใช้การนำแสงไปยังจุดที่ต้องการตรวจจับผ่านสายไฟเบอร์ และรับแสงกลับมายังตัวรับสัญญาณผ่านทางสายไฟเบอร์เช่นกัน องค์ประกอบของเซ็นเซอร์ประเภทนี้มีดังนี้
1.ไฟเบอร์แอมพลิฟายเออร์ (Fiber Amplifier) ทำหน้าที่หลักๆในการปล่อยแสงออกไปยังสายไฟเบอร์ออพติกและเป็นส่วนในการประมวลผลในการตรวจจับวัตถุ ส่วนคุณสมบัติอื่นๆจะแตกต่างกันตามแต่ละรุ่น
2.หัวไฟเบอร์ออบติก (Fiber Optic) สายไฟเบอร์มีความสำคัญในการนำพาแสงจากส่วนของแอมป์พลิฟลายเออร์ไปยังวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ซึ่งหัวไฟเบอร์ออบติกจะมีหลายรูปแบบให้เลิอกใช้งานให้เหมาะแก่การใช้งานและติดตั้ง
หลักการทำงานของไฟเบอร์เซนเซอร์
ทำงานโดยวงจรภายในแอมพลิไฟเออร์กำเนิดแสงและยิงแสงออกมาผ่านไปยังสายไฟเบอร์ที่หัวส่ง(Transmitter) ไปกระทบกับวัตถุ และสะท้อนกลับมายังหัวรับ(Receiver) แล้วส่งกลับไปยังแอมพลิไฟเออร์ ทำการประมวลผลจากค่าความเข้มแสงสะท้อนกลับมาเป็นตัวเลข
เมื่อแอมป์พลิฟลายเออร์ประมวลผลแสงที่สะท้อนกลับมาเป็นตัวเลข เราสามารถตั้งค่า Threshold เพื่อให้แอมป์พลิฟลายเออร์ตัดสินใจในการส่งสัญญาณเอาท์พุทออกมาในกรณีที่ตัวเลขแสงที่สะท้อนกลับมาเกินกว่าหรือต่ำกว่าค่า Threshold ที่ตั้งขึ้น
ข้อดีของการใช้ไฟเบอร์ออปติกเซนเซอร์ (Fiber OpticSensors)
1.ขนาดของหัวไฟเบอร์ออปติกที่มีขนาดเล็ก ทำให้เหมาะกับการใช้งานกับพื้นที่จำกัดหรือตรวจจับชิ้นงานที่มีขนาดเล็ก
2.สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงได้ เนื่องจากสายไฟเบอร์ออฟติกนั้นเป็นแค่ตัวนำสัญญาณแสงโดยที่ไม่มีวงจรไฟฟ้าอยู่ภายใน (แต่ตัวแอมพลิไฟเออร์ต้องลากออกไปข้างนอก)
3.มีหลายแบบให้เลือกใช้ตามการใช้งาน เช่น รุ่นทนความร้อน สูงสุด 300 องศา หรือ รุ่นทนสารเคมี
4.สามารถจับวัตถุหรือจุดที่มีความแตกต่างกันน้อยได้ดีกว่าเซ็นเซอร์ประเภทโฟโต้อิเล็คทริคเซ็นเซอร์
Fiber Optic Sensor นั้นเป็นโฟโต้เซ็นเซอร์ชนิดหนึ่ง มีหลักการทำงานเหมือนโฟโต้เซ็นเซอร์ทั่วๆ ไป แต่สามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กได้ดีกว่าและเหมาะกับการใช้งานติดตั้งในพื้นที่ที่มีบริเวณจำกัด สามารถใช้กับงานในบริเวณที่มีสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูงได้ดี