เซนเซอร์(sensor)คืออะไร???
posted on 15 Aug 2009 00:10 by sensor-of-fluid
เซนเซอร์ (sensor) คืออะไร
อุปกรณ์ตรวจจับสัญญาณหรืองปริมาณทางฟิสิกส์ต่างๆ เช่น อุณหภูมิ เสียง แสง แรงทางกล
(force) ความดันบรรยากาศ(pressure) ระยะกระจัด(displacement) ความเร็ว
(speed) อัตราเร่ง (acceleration) ระดับของๆเหลว(liquid level)และอัตราการไหล
(flow rate) จากนั้นจะทำหน้าที่เปลี่ยนเป็นสัญญาณออก
หรือปริมาณเอาต์พุตที่ได้จากการวัดในอีกรูปแบบหนึ่งที่สามรถนำไปประมวลผลต่อได้
ปัจจัยในการเลือกเซนเซอร์ใช้งานขึ้นอยู่กับปริมาณธรรมชาติของปริมารทางฟิสิกส์ที่
จะทำการวัดและควบคุมค่าเป็นสำคัญ รวมไปถึงราคา ความน่าเชื่อถือ ตลอดจนคุณภาพของข้อมูล
ที่ทำการวัด นอกจากนี้ยังมีปัจจัยสำคัญอื่นที่ควรพิจารณาอีก เช่น ความเหมาะสมของเซนเซอร์ที่
จะนำไปใช้ในสภาพแวดล้อมนั้นๆ
ยกตัวอย่างเช่น เชนเชอร์ตรวจวัดอุณหภูมิที่ถูกออกแบบให้ใช้งานในบ้านพักอาศัยทั่ว
ไปจะมีความแตกต่างและไม่สามารถนำไปใช้แทนเซนเซอร์วัดอุณหภูมิในโรงงานผลิตสารเคมีได้
ทั้งนี้เนื่องจากเซนเซอร์ตรวจวัดอุณหภูมิซึ่งใช้ในกระบวนการผลิตต่างๆในโรงงานนั้นจำเป็นต้อง
มีอัตราความสามารถในการทนต่อสภาวะที่อุณหภูมิสูง ความดันสูงหรือสามารถทนต่อการกัด
กร่อนได้สูง กว่าเซนเซอร์ที่ถูกออกแบบให้ใช้งานทั่วไป
ทำไมจำเป็นต้องใช้เซนเซอร์ ???
โดยทั่วไปเทคโนโลยีของเซนเซอร์ได้ถูกนำไปใช้เป็นองค์ประกอบหลักที่สำคัญในลักษณะงาน 2ประเภท
- ใช้ตรวจวัดปริมาณทางฟิสิกส์ เพื่อนำไปแสดงผลการตรวจวัดหรือจัดเก็บบันทึกเป็นข้อมูล
ในระบบการวัด
2.ใช้ตรวจสอบสภาพกระบวนการในระบบการควบคุม เซนเซอร์สำหรับการตรวจวัดข้อมูลที่
เป็นตัวแปรทางฟิสิกส์ โดยมากจะถูกนำไปใช้เป็นข้อมูลเพื่อแสดงสถานะสภาพของระบบในขณะ
นั้น เช่น เซนเซอร์วัดความเร็วในรถยนต์ และมิเตอร์วัดความเร็ว เป็นต้น แต่ในบางครั้งเซนเซอร์
อาจจะใช้สำหรับการบันทึกข้อมูลเพื่อใช้สำหรับการบันทึกข้อมูลแสดงสมรรถนะของระบบได้เช่น
กัน เช่น ทาโคกราฟ (tachograph) ที่บันทึกข้อมูลแสดงเป็นกราฟของความเร็วเทียบกับเวลา
ในรถยก หรือรถบรรทุก เป็นต้น
สำหรับกรณีของเซนเซอร์ที่ใช้ในการตรวจสอบสภาพกระบวนการส่วนใหญ่แล้วจะมีความ
หลากหลายและแตกต่างกันน้อยกว่าเซนเซอร์ที่ใช้สำหรับตรวจวัดและบันทึกข้อมูลข้าง
ต้น ทั้งนี้เนื่องจากเซนเซอร์สำหรับตรวจวัด และบันทึกข้อมูลจำเป็นต้องมีความหลาก
หลายแตกต่างกันไปตามปริมาณทางฟิสิกส์ที่ทำการวัดและจัดเก็บเป็นข้อมูลที่จะนำไปใช้
งานต่อไป ในส่วนของระบบควบคุมทั่วไปสัญญาณออกหรือข้อมูลที่ได้จากเซนเซอร์จะ
ถูกป้อนไปเป็นสัญญาณอินพุตให้กับอุปกรณ์ควบคุมกระบวนการของระบบ เพื่อให้การทำ
งานของระบบเป็นไปตามที่เราต้องการ เช่น สัญญาณออกหรือข้อมูลที่ได้จากเซนเซอร์
ตรวจสอบความเร็วล้อรถในระบบเบรกป้องกันล้อล็อก จะถูกส่งไปควบคุมแรงดันปั๊ม
ไฮโดรลิกของเบรกทำการบังคับและห้ามล้อไม่ให้เกิดการลื่นไถลในขณะที่ผู้ขับทำการเบรก
ได้จากเวป
1.เซ็นเซอร์ แสง คือ
เซนเซอร์ชนิดใช้แสง (Optical sensor หรือ Photo 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
สามารถแบ่งตามลักษณะการตรวจจับ และตำแหน่งการติดตั้งตัวรับแสงและตัวส่งแสงได้ 3 ประเภท
- ประเภทตรวจจับโดยตรง (Diffuse-reflective opitcal sensor)
- ประเภทลำแสงสะท้อนกลับ (Retro - reflective optical sensor) และ
- ประเภทลำแสงผ่านตลอด (Through - beam optical sensor)
นอกจากเซนเซอร์ชนิดใช้แสงทั้ง 3 ประเภทแล้ว ยังมีเซนเซอร์แบบพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อการใช้งานบางอย่างโดยเฉพาะ เช่น ประเภทใยแก้วนำแสง (Fiber-Optic optical sensor) ซึ่งเป็นได้ทั้งแบบสะท้อนวัตถุโดยตรงและแบบแยกตัวรับและตัวส่ง มีระยะการตรวจจับที่ใกล้ที่สุดขึ้นอยู่กับชนิดและคุณสมบัติของใยแก้วนำแสง เหมาะสำหรับใช้ตรวจจับวัตถุขนาดเล็กและใช้ในงานที่มีพื้นที่ติดตั้งน้อย ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทนี้ได้แก่ การตรวจจับตำแหน่งของป้ายฉลากบนขวดและฝาจุกบนขวดดังแสดงในรูป
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานเซนเซอร์ใช้แสงประเภทใยแก้วนำแสง
(นวภัทรา และ ทวีพล, 2555)
เนื่องจากเซนเซอร์ใช้แสงมีหลายประเภทและแต่ละประเภทมีความเหมาะสมกับงานที่แตกต่างกัน ในการเลือกใช้นอกจากการพิจารณาถึงลักษณะงานแล้ว ยังต้องพิจารณาถึงองค์ประกอบอื่น ๆ ด้วย เช่น ลักษณะของวัตถุ ได้แก่ ขนาด รูปร่าง สี ลักษณะพื้นผิว ตำแหน่งติดตั้งหรือตรวจจับวัตถุ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านเซนเซอร์ ระยะห่างระหว่างเซนเซอร์ที่อยู่บริเวณใกล้เคียง และสภาพแวดล้อมในบริเวณใช้งาน
2.เซ็นเซอร์ อุณหภูมิ คือ
การวัดอุณหภูมิ (Temperature measurement)
อุณหภูมินับเป็นค่าการวัดพื้นฐานหรือพารามิเตอร์ตัวหนึ่งที่ต้องท าการวัดค่า เพื่อน าไปใช้ประโยชน์
ในระบบการควบคุมให้เป็นไปตามความต้องการ ค าว่า อุณหภูมิ(Temperature) และความร้อน
(Heat) มีความหมายใกล้เคียงกันมาก แต่อุณหภูมิจะหมายถึงระดับของความร้อน (Degree of
Heat) คือ อุณหภูมิเป็นตัวแทนของความร้อน ส่วนความร้อนหมายถึง ปริมาณพลังงานความร้อน
(Quantity of Heat Energy)
หน่วยวัดอุณหภูมิ (Temperature Scale unit)
หน่วยวัดอุณหภูมิมีหลายแบบที่นิยมใช้กัน คือ หน่วย
เซลเซียส (Celsius) นิยมใช้กันทั่วไปมาก , หน่วยฟาเรนไฮต์
(Fahrenheit) , และหน่วยเคลวิน (Kelvin) ซึ่งเป็นหน่วย
มาตรฐานสากล
สัญลักษณ์ที่ใช้ oC ,
o F , K ( ไม่ต้องมี o
)
ความสัมพันธ์ระหว่างหน่วยวัดต่าง ๆ
3.เซ็นเซอร์ การไหล (น้ำ,ลม)
ตัวตรวจจับที่ได้รับการออกแบบมาสำหรับตรวจจับอัตราการไหลของน้ำโดยเฉพาะ ในตัวของมันประกอบด้วย โรเตอร์หรือแกนหมุนสำหรับรับน้ำที่มีแม่เหล็กชิ้นเล็กๆ ติดอยู่ และตัวตรวจจับฮอลล์เอฟเฟ็กต์ ซึ่งบรรจุอยู่ภายในตัวถังพลาสติกซึ่งผลิตจากไนล่อนและไฟเบอร์ที่มีข้อต่อสำหรับทางน้ำเข้าและทางน้ำออก เมื่อน้ำไหลเข้ามาในตัวตรวจจับ แกนหมุนที่อยู่ภายในจะหมุน ทำให้แม่เหล็กที่ติดอยู่กับใบพัดของแกนหมุนนั้นเกิดการเคลื่อนที่ผ่าตัวตรวจจับฮอลล์เอฟเฟ็กต์ ทำให้เกิดสัญญาณพัลส์ซึ่งจะมีอัตราตามความเร็วของกระแสน้ำที่ไหลเข้ามาในตัวตรวจจับ
แรงดันใช้งานคือ 5 ถึง 24V กินกระแสไฟฟ้า 15mA ที่ไฟเลี้ยง+5V น้ำหนักรวม 43 กรัม ตรวจจับอัตราการไหลของน้ำได้ในช่วง0.5 ถึง 60 ลิตรต่อนาที ย่านความกดอากาศที่ใช้งานได้คือ ต่ำกว่า 1.2Mpa อุณหภูมิของน้ำที่ไหลผ่านต้องอยู่ในย่าน 0 ถึง 80องศาเซลเซียส ความผิดพลาดในการตรวจจับน้อยกว่า 3 % ทางน้ำเข้าออกมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.5 นิ้ว มีเกลียวสำหรับขันยึดกับท่อ
ที่สายเอาต์พุตของตัวตรวจจับเมื่อนำไปต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ควรต่อตัวต้านทาน 10kΩ พูลอัป เพื่อกำหนดสถานะลอจิกที่แน่นอนในขณะที่ยังไม่มีการตรวจจับการไหลของน้ำให้เป็นลอจิก "1" เมื่อเกิดการตรวจจับ สายเอาต์พุตจะให้สัญญาณเอาต์พุตเป็นพัลส์ที่แอกตีฟด้วยลอจิก "0" สัญญาณพัลส์เอาต์พุตมีค่าดิวตี้ไซเกิลในช่วง 40 ถึง 60%
ตัวตรวจจับนี้เหมาะสำหรับการวัดอัตราการไหลของน้ำประปา น้ำบริสุทธิ์ หรือของเหลวอื่นที่มีความหนืดใกล้เคียงหรือเท่ากับน้ำ ไม่แนะนำให้ใช้กับน้ำกรด ด่าง และน้ำมันทุกประเภท
4. เซ็นเซอร์ รูปภาพ
เซนเซอร์รูปภาพ (อังกฤษ: image sensor) คืออุปกรณ์ที่แปลงภาพที่เห็นด้วยตาเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ โดยมากแล้วจะเป็นส่วนประกอบในกล้องดิจิตอล และอุปกรณ์ที่เกี่ยวกับภาพอื่นๆ เซนเซอร์ในยุคแรกๆ นั้นจะมีลักษณะเป็นกระบอกกล้องวีดิทัศน์ ต่อมาจึงพัฒนาเป็นอุปกรณ์ถ่ายเทประจุ หรือเซนเซอร์พิกเซลตอบสนอง (charge-coupled device - CCD) แบบกึ่งตัวนำเมทัลอ็อกไซด์ควบเสริม (complementary metal-oxide-semiconductor - CMOS)5.เซ็นเซอร์ เหนี่ยวนำ คือ
บริเวณส่วนหัวของเซนเซอร์จะมีสนามแม่เหล็กซึ่งมีความถี่สูง โดยได้รับสัญญาณมาจากวงจรกำเนิดความถี่ ในกรณีที่มีวัตถุหรือชิ้นงานที่เป็นโลหะ
เข้ามาอยู่ในบริเวณที่สนามแม่เหล็กสามารถส่งไปถึง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ จากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทำให้เกิดการหน่วงออสซิลเลท (oscilate) ลดลงไป หรือบางทีอาจถึงจุดที่หยุดการออสซิลเลท และเมื่อนำเอาวัตถุนั้นออกจากบริเวณตรวจจับ วงจรกำเนิดคลื่นความถี่ก็เริ่มต้นการออสซิลเลทใหม่อีกครั้งหนึ่ง สภาวะดังกล่าวในข้างต้นจะถูกแยกแยะได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายใน หลังจากนั้นก็จะส่งผลไปยังเอาต์พุตว่าให้ทำงานหรือไม่ทำงาน โดยทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของเอาต์พุตว่าเป็นแบบใด เพื่อเป็นการลดจินตนาการในการทำความเข้าใจการทำงานของเซนเซอร์ชนิดนี้จึงขอแสดงด้วยรูปต่อไปนี้
เข้ามาอยู่ในบริเวณที่สนามแม่เหล็กสามารถส่งไปถึง จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าความเหนี่ยวนำ จากเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นทำให้เกิดการหน่วงออสซิลเลท (oscilate) ลดลงไป หรือบางทีอาจถึงจุดที่หยุดการออสซิลเลท และเมื่อนำเอาวัตถุนั้นออกจากบริเวณตรวจจับ วงจรกำเนิดคลื่นความถี่ก็เริ่มต้นการออสซิลเลทใหม่อีกครั้งหนึ่ง สภาวะดังกล่าวในข้างต้นจะถูกแยกแยะได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่อยู่ภายใน หลังจากนั้นก็จะส่งผลไปยังเอาต์พุตว่าให้ทำงานหรือไม่ทำงาน โดยทั้งนี้จะขึ้นอยู่กับชนิดของเอาต์พุตว่าเป็นแบบใด เพื่อเป็นการลดจินตนาการในการทำความเข้าใจการทำงานของเซนเซอร์ชนิดนี้จึงขอแสดงด้วยรูปต่อไปนี้
6.เซ็นเซอร์ สัมผัส คือ
เซนเซอร์วัดการสัมผัส (touch sensor) เป็นอุปกรณ์ที่ให้ค่าสัญญาณออกมาเมื่อมีการสัมผัส รูปแบบอย่างง่ายที่สุดของเซนเซอร์ชนิดนี้ คือ ไมโครสวิตช์ซึ่งมีการเปิดหรือปิดเมื่อสัมผัส ไมโครสวิตช์สามารถปรับตั้งค่าความอ่อนไหวหรือช่วงการเคลื่อนที่ได้ ตัวอย่างการใช้งาน เช่น การติดตั้งไมโครสวิตช์ไว้ที่ตัวหุ่นยนต์ และจะส่งสัญญาณไปยังส่วนควบคุมเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปชนกับสิ่งกีดขวาง เซนเซอร์วัดการสัมผัสที่ซับซ้อนขึ้น สามารถส่งข้อมูลได้มากขึ้น เช่น เซนเซอร์วัดแรงที่ให้ทั้งข้อมูลการสัมผัสและขนาดของแรงที่กระทำ
7.เซ็นเซอร์ ในโรงงานอุตสหกรรม คือ
Sensor เปนอุปกรณสําคัญที่ใชงานอุตสาหกรรมในระบบการควบคุมแบบอัตโนมัติซึ่งสามารถ
แบงแยกตามลักษณะการใชงานและคุณสมบัติที่ไดคือ...
1. LimitSwitch (สวิทซจํากัดระยะ)
การทํางานจะอาศัยแรงกดจากภายนอกมากระทําเชน วางของทับที่ปุมกดหรือลูกเบี้ยวมาชนที่ปุมกด
2. PhotoElectric Sensors เปนอุปกรณอิเล็คทรอนิกสที่ใชสําหรับตรวจจับการมีหรือ
ไมมีวัตถุที่เราตองการตรวจจับโดยอาศัยหลักการวัดปริมาณของความเขมของแสงที่กระทบกับวัตถุและ
สะทอนกลับมายัง Photo Electric Sensors
3. ProximitySensors เปนอุปกรณอิเลคทรอนิคสที่ใชสําหรับตรวจจับการมีหรือไมมีของวัตถุโดย
อาศัยหลักการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสนามแมเหล็กหรือสนามไฟฟาแบงไดเปน 2 แบบคือ
a. ชนิดสนามแมเหล็ก (Inductive)
b. ชนิดสนามไฟฟา(Capacitive)
ซึ่งพอที่จะสรุปจุดเดนจุดดอยในการนํา Sensorแบบตางๆ มาใชงานไดตามตารางขางลางนี้
8.เซ็นเซอร์ แม่เหล็กไร้สาย คือ
ปัญหาการจราจรคับคั่งในกรุงเทพฯนับเป็นหนึ่งในปัญหาหลักของประเทศไทย ที่ก่อให้เกิดความเสียหายทั้งด้านเศรษฐกิจและสังคมเป็นอย่างมาก บุคลากรทั้งจากภาครัฐและเอกชนต่างก็ร่วมกันช่วยหาทางแก้ไขปัญหาหรืออย่างน้อยก็บรรเทาปัญหาการจราจรที่มีอยู่ให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ อย่างไรก็ตามความพยายามดังกล่าวดูเหมือนว่าจะไร้ซึ่งผลลัพธ์ที่ต้องการเนื่องจากปริมาณรถได้เพิ่มสูงขึ้นเป็นทวีคูณในแต่ละปี เมื่อพิจารณาดูเมืองใหญ่ๆในต่างประเทศที่มีปัญหาการจราจรเช่นกัน จะเห็นว่าได้มีการริเริ่มนำเอาเทคโนโลยีที่เรียกว่า ระบบขนส่งอัจฉริยะ (Intelligent Transport System, ITS) มาใช้ช่วยบรรเทาปัญหา ทางเนคเทคได้เล็งเห็นความสำคัญของการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีด้าน ITS เพื่อให้สามารถตอบสนองแก่นโยบายของรัฐผ่านทาง สนข. โดยโครงการพัฒนาต้นแบบเชิงธุรกิจเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายสำหรับงานตรวจนับรถยนต์ เสนอการวิจัยและพัฒนาต้นแบบเชิงธุรกิจต่อยอดจากต้นแบบที่ทางคณะนักวิจัยได้รับจากโครงการเครือข่ายเซ็นเซอร์ไร้สายสำหรับการตรวจนับรถยนต์ที่ได้ปิดโครงการไปในปีงบประมาณ 2550 โดยมีเป้าหมายเน้นพัฒนาให้ได้ต้นแบบเซ็นเซอร์แบบแม่เหล็กที่สามารถนำไปใช้ได้จริงกับงานตรวจนับรถยนต์ในสถานที่จอดรถ และ ตามท้องถนน
