Fiber optic sensor คืออะไร?

ไฟเบอร์ออฟติกเซนเซอร์ (Fiber Optic Sensor) เป็นอุปกรณ์ตรวจจับหรือตรวจวัดชิ้นงานรูปแบบหนึ่งโดยไม่สัมผัสกับวัตถุ ใช้หลักการทางด้านแสงในการตรวจจับ อาศัยหลักการวัดปริมาณของความเข้มของแสงที่กระทบกับวัตถุและสะท้อนกลับมายังตัวเซนเซอร์ สามารถตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็กได้ดี และเหมาะกับการใช้งานติดตั้งในพื้นที่ที่มีบริเวณจำกัด สามารถใช้กับงานในบริเวณที่มีสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงสูงได้ดี

โดยส่วนประกอบหลักๆ ของเซนเซอร์ชนิดนี้ มีอยู่ 2 ส่วน คือ

1. ไฟเบอร์แอมพลิฟายเออร์ (Fiber Amplifier) ทำหน้าที่หลัก ๆ ในการปล่อยแสงออกไปยังสายไฟเบอร์ออฟติกและเป็นส่วนในการประมวลผลในการตรวจจับวัตถุ ส่วนคุณสมบัติอื่น ๆ จะแตกต่างกันตามแต่ละรุ่น 

2. ไฟเบอร์ยูนิต (Fiber Unit) มีความสำคัญในการนำพาแสงจากส่วนของแอมพลิฟายเออร์ไปยังวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ซึ่งไฟเบอร์ยูนิตจะมีหลายรูปแบบให้เลือกใช้งานให้เหมาะแก่การใช้งานและการติดตั้ง

Fiber optic sensor ทำงานอย่างไร?

รูปแสดงการทำงานของ Fiber Optic Sensor

การทำงานของไฟเบอร์ออพติกเริ่มจากวงจรภายในของแอมพลิฟายเออร์กำเนิดแสงและยิงแสงออกมา ผ่านสายไฟเบอร์ไปยังหัวส่ง ไปกระทบกับวัตถุ และสะท้อนกลับมายังหัวรับ แล้วส่งกลับไปยังแอมพลิฟายเออร์ หลังจากนั้นแอมพลิฟายเออร์จะทำการประมวลผลจากค่าความเข้มแสงที่สะท้อนกลับมาออกมาเป็นตัวเลข เราสามารถตั้งค่า Threshold เพื่อให้แอมป์พลิฟลายเออร์ตัดสินใจในการส่งสัญญาณเอาต์พุตออกมาในกรณีที่ตัวเลขแสงที่สะท้อนกลับมาเกินกว่าหรือต่ำกว่าค่า Threshold ที่ตั้งขึ้น

แบ่งเซนเซอร์ตามประเภทการตรวจจับวัตถุ แบ่งออกเป็น 4 ประเภท

1. เซนเซอร์ประเภท Through Beam (ตัวรับ-ตัวส่ง)

รูปเซนเซอร์ประเภท Through Beam

ลำแสงจะส่งจากหัวตัวส่ง ส่งไปยังหัวของตัวรับตัว ซึ่งในสภาวะการทำงานปกติตัวรับ จะสามารถรับสัญญาณแสงจากตัวส่ง ได้ตลอดเวลา โดยเซนเซอร์แบบนี้จะทำหน้าตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าเซนเซอร์ ซึ่งวัตถุหรือชิ้นงานที่ผ่านหน้าเซนเซอร์จะขวางลำแสงที่ส่งจากตัวส่ง ไปยังตัวรับ เมื่อลำแสงไม่สามารถถึงตัวรับ จะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาต์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป

2. เซนเซอร์ประเภท Retro-reflective (สะท้อนกับแผ่นสะท้อน)

รูปเซนเซอร์ประเภท Retro-reflective

หัวไฟเบอร์จะเป็นทั้งตัวรับและตัวส่งภายในหัวเดียวกัน ใช้งานคู่กับแผ่นสะท้อน คอยตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านหน้าเซนเซอร์ เมื่อวัตถุหรือชิ้นงานผ่านเข้ามาที่หน้าเซนเซอร์ แล้วจะการขวางลำแสงที่ส่งจากตัวส่ง ที่ส่งไปยังแผ่นสะท้อน จึงทำให้ตัวรับ ไม่สามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้ ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาต์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป

3. เซนเซอร์ประเภท Reflective หรือ Diffuse-reflective (สะท้อนกับวัตถุโดยตรง)

รูปเซนเซอร์ประเภท Diffuse-reflective

แบบนี้จะใช้การสะท้อนกับวัตถุโดยตรงโดยที่หัวไฟเบอร์เป็นทั้งตัวรับและตัวส่งในตัวเดียวกันเช่นเดียวกับตัว Retro-reflective โดยเซนเซอร์แบบนี้จะทำหน้าที่ตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านที่หน้าของเซนเซอร์ โดยวัตถุหรือชิ้นงานที่ผ่านหน้าเซนเซอร์จะทำหน้าที่สะท้อนลำแสงที่ส่งมาจากตัวส่ง กลับไปยังตัวรับ จึงทำให้ตัวรับสามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้ ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาต์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป

4. เซนเซอร์ประเภท Limit-reflective (สะท้อนวัตถุในระยะจำกัด)

รูปเซนเซอร์ประเภท Limit-reflective

ใช้การสะท้อนกับวัตถุโดยตรง ตัวหัวไฟเบอร์ก็เป็นทั้งตัวรับและตัวส่งเช่นเดียวกัน โดยเซนเซอร์แบบนี้จะทำหน้าที่ตรวจจับวัตถุที่เคลื่อนที่ตัดผ่านที่หน้าของเซนเซอร์ในช่วงระยะหนึ่งเท่านั้น โดยวัตถุหรือชิ้นงานที่ผ่านหน้าเซนเซอร์ในช่วงการตรวจจับนั้นจะทำหน้าที่สะท้อนลำแสงที่ส่งมาจากตัวส่ง กลับไปยังตัวรับ จึงทำให้ตัวรับสามารถรับลำแสงที่จะสะท้อนกลับมาได้ ซึ่งจะทำให้วงจรภายในรับรู้ได้ว่า มีวัตถุหรือชิ้นงานขวางอยู่ ทำให้สถานะของเอาต์พุตของตัวรับเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งการตรวจจับแบบนี้จะลดข้อผิดพลาดจากการตรวจจับพื้นหลังแทนที่จะตรวจจับวัตถุและยังสามารถไปประยุกใช้ในงานตรวจจับตำแหน่งของวัตถุได้อีกด้วย

ข้อดีของ Fiber Optic Sensor

• ขนาดของหัวไฟเบอร์ออปติกที่มีขนาดเล็กทำให้เหมาะกับการใช้งานกับพื้นที่จำกัดหรือตรวจจับวัตถุที่มีขนาดเล็ก
• สามารถใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเสี่ยงได้
• มีหลายแบบให้เลือกใช้ตามการใช้งาน
• สามารถจับวัตถุหรือจุดที่มีความแตกต่างกันน้อยได้ดีกว่าเซนเซอร์ประเภทโฟโต้อิเล็กทริคเซ็นเซอร์