Fiber Optic Sensor ทำงานอย่างไร?

       ไฟเบอร์ออบติกเซนเซอร์ เป็นอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ที่ใช้สำหรับตรวจจับการมี หรือ ไม่มีของวัตถุที่ต้องการจะตรวจจับ โดยอาศัยหลักการวัดปริมาณของความเข้มของแสงที่กระทบกับวัตถุและสะท้อนกลับมายังเซนเซอร์ คล้ายกับการทำงานของโฟโต้อิเล็กทริกเซนเซอร์ (photolelectric sensor) แต่สามารถตรวจจับชิ้นงานได้เล็กกว่า ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงวัตถุได้ละเอียดกว่า

       ไฟเบอร์ออบติกเซนเซอร์ประกอบด้วยอุปกรณ์สองชิ้นประกอบเข้าด้วยกัน คือ
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

Capacitive Proximity Sensors คืออะไร?

                                            

                   พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุ (capacitive proximity sensor) เป็นเซนเซอร์ (sensor) อีกชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับตรวจจับวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัส ใช้ตรวจจับวัตถุได้ทุกชนิดทั้งที่เป็นโลหะและอโลหะ เช่น แก้ว น้ำ ไม้ พลาสติก กระดาษ และอื่น ๆ โดยความสามารถในการตรวจจับขึ้นอยู่กับค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (dielectric constant, k) ของวัตถุ พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุมีลักษณะรูปร่าง และโครงสร้างคล้ายกับพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเหนี่ยวนำ (inductive proximity sensor) แต่ใช้หลักการทำงานที่แตกต่างกัน

                   พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุ ทำงานโดยอาศัยหลักการเปลี่ยนแปลงค่าความจุ เมื่อวัตถุเป้าหมายเคลื่อนที่เข้ามาใกล้สนามไฟฟ้าที่กำเนิดโดยแอกทีฟอิเล็กโทรดและเอิทธ์อิเล็กโทรด การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวขึ้นอยู่กับระยะทางระหว่างหน้าพร็อกซิมิตี้และวัตถุเป้าหมาย ขนาดและรูปร่างของวัตถุ และชนิดของวัตถุเป้าหมาย (ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก) เมื่อค่าความจุเปลี่ยนแปลงจนถึงค่า ๆ หนึ่ง ซึ่งเท่ากับค่าความต้านทานที่ปรับไว้ในตอนเริ่มต้น จะส่งผลให้เกิดการออสซิลเลทสัญญาณขึ้นและส่งต่อให้เอาต์พุตทำงาน เรียกสภาวะที่เกิดขึ้นนี้ว่า อาร์-ซี รีโซแนนซ์ (R - C Resonance) ส่วนประกอบและการทำงานของพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุแสดงดังรูป

                    พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเก็บประจุสามารถปรับค่าความไว (sensitivity) ในการตรวจจับได้โดยการปรับค่าความต้านทาน ซึ่งสัมพันธ์กับการปรับระยะการตรวจจับใกล้/ไกล หรือใช้สำหรับการปรับแต่งให้ตรวจจับข้ามผ่านวัตถุที่ขวางกั้นหน้าวัตถุเป้าหมาย ตัวอย่างเช่น การตรวจจับระดับของเหลวที่บรรจุในขวด การตรวจจับสิ่งของที่บรรจุอยู่ภายในกล่อง เป็นต้น

ระยะการตรวจจับของพร็อกซิมิตี้ชนิดเก็บประจุขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างตัวพร็อกซิมิตี้กับวัตถุ และชนิดของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ โดยวัตถุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงจะถูกตรวจจับได้ดีกว่าวัตถุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ ในกรณีที่วัตถุเป้าหมายเป็นโลหะระยะการตรวจจับจะเท่ากันหมดไม่ว่าจะเป็นโลหะชนิดใดก็ตาม

เราใช้พร็อกคาปาซิทีฟเซนเซอร์ (Capacitive proximity senosr) ตรวจจับอะไรได้บ้าง
                 เนื่องด้วยคุณสมบัติของ พร็อกคาปาซิทีฟเซนเซอร์  (Capacitive Proximity Sensor) สามารถตรวจจับได้ทั้งโลหะและอโลหะ ไม่ว่าจะเป็น เหล็ก น้ำ น้ำมัน แก้ว กระดาษ ทำให้เราสามารถใช้คาปาซิทีฟพร็อกซิมิตี้ได้อย่างหลากหลายและหลักการทำงานที่ใช้การเหนี่ยวนำซึ่งต่างจากเซนเซอร์ที่ใช้หลักการของแสงทำให้ แสงหรือฝุ่นจากภายนอกไม่ส่งผลกระทบต่อการตรวจจับ ตัวอย่างในการนำเซนเซอร์ไปประยุกต์ใช้งาน เช่น การตรวจจับระดับน้ำในถัง, การตรวจจับระดับเม็ดพลาสติกในถังก่อนส่งเข้าเครื่องฉีด, ตรวจจับงานซ้อนกัน, ตรวจจับวัตถุประเภทแก้วหรือกระจก (ซึ่งค่อนข้างยากในการใช้โฟโต้เซนเซอร์ทั่วไป) , ตรวจจับสินค้าในกล่องบรรจุ

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานพร็อกคาปาซิทีฟเซนเซอร์ (Capacitive proximity senosr) 

หลักการทำงานของ Inductive Proximity Sensors

                 พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ชนิดเหนี่ยวนำ (inductive proximity sensor) คือพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์แบบอิเล็คโทรนิคที่สามารถตรวจจับวัตถุประเภทโลหะโดยปราศจากการสัมผัสส่วนของเซนเซอร์จะประกอบด้วยวงจรเหนี่ยวนำ โดยจะมีวงจรกำเนิดความถี่ และกระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่่เหล็กให้เกิดขึ้นซึ่งมีความถี่สูง เมื่อมีวัตถุหรือชิ้นงานที่เป็นโลหะเคลื่อนเข้ามาอยู่ในบริเวณสนามแม่เหล็กที่วงจรสร้างขึ้น จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าของความเหนี่ยวนำ ซึ่งจะทำให้เกิดการหน่วงทำให้ความถี่(oscilate)ลดลงหรือหยุุดลง และหากนำวัตถุนั้นออกจากบริเวณสนามแม่เหล็ก วงจรกำเนิดความถี่ก็จะเริ่มกลับมาทำให้เกิดความถี่(oscilate)ขึ้นใหม่อีกครั้ง ความแตกต่างดังกล่าวจะถูกตรวจจับด้วยวงจรภายใน ทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในการตรวจจับวัตถุประเภทโลหะต่างๆได้โดยไม่ต้องสัมผัส

ข้อดีของการใช้พร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (Inductive Proximity Sensor)

• แสงและฝุ่นภายนอกจะไม่มีผลต่อการตรวจจับ เพราะใช้หลักการเหนี่ยวนำซึ่งแตกต่างจากโฟโต้อิเล็กทริกเซนเซอร์หรือสวิทซ์ลำแสง
• ตรวจจับเฉพาะโลหะดังนั้น หากมีวัตถุที่ไม่ใช่โลหะเข้ามาจะไม่มีผลต่อการตรวจจับ
• สีของวัตถุไม่มีผลต่อการตรวจจับ 
• ทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆได้ดี

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานอินดักทีฟพร็อกซิมิตี้เซนเซอร์ (Inductive Proximity Sensor)