งานไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์: โฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์ (Photo electric sensor)

โฟ โตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์คือเซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุโดยใช้แสงเป็นตัวตรวจจับ ผลของการตรวจจับจะนำไปควบคุมหน้าสัมผัสเอาท์พุทของเซ็นเซอร์ให้ONหรือOFF โฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์จึงเป็นอุปกรณ์แบบอิเล็กทรอนิกส์ ลักษณะการยิงแสงของเซ็นเซอร์มี3แบบคือ
1. เซ็นเซอร์แบบรับ-ส่งในตัว(Diffuse) มีทั้งแบบยิงแสงออกมาจากตัวเซ็นเซอร์เอง(Built-in amplifier) และแบบใช้สายไยแก้วนำแสงต่อออกมาจากตัวเซ็นเซอร์(Separate amplifier)

การ ทำงานคือเซ็นเซอร์จะยิงแสงออกไป เมื่อมีวัตถุขวางอยู่ในทิศทางของลำแสง แสงที่ยิงออกไปจะกระทบกับวัตถุและสะท้อนกลับไปที่ตัวเซ็นเซอร์ จุดรับแสงของเซ็นเซอร์ก็จะตรวจจับความเข้มแสงที่สะท้อนเข้ามา เมื่อความเข้มแสงมีค่ามากพอเอาท์พุทของเซ็นเซอร์ก็จะทำงาน เซ็นเซอร์จะใช้อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำตรวจจับความเข้มของแสง และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ในเซ็นเซอร์จะแปลงความเข้มของแสงเป็นแรงดันและนำไป ประมวลผลเพื่อควบคุมหน้าสัมผัสเอาท์พุท แสงที่ยิงออกจากเซ็นเซอร์มีทั้งแบบแสงที่มองเห็นได้เช่นสีแดง เขียว น้ำเงิน หรือใช้คลื่นอินฟราเรดยิงออกไป ซึ่งในกรณีนี้เราจะมองไม่เห็นลำแสง เนื่องจากคลื่นอินฟราเรดคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองไม่เห็น
แสงที่มองเห็นได้และคลื่นอินฟราเรดจะมีการกระจายของแสงเป็นพื้นที่กว้างดัง นั้นที่ตัวเซ็นเซอร์จะมีเลนส์เพื่อควบคุมลำแสงให้เล็กลง อย่างไรก็ตาม ในระยะที่ไกลออกไป ลำแสงก็จะกระจายตัวออกเช่นกันซึ่งไม่เหมาะกับการตรวจจับวัตถุขนาดเล็ก ดังนั้นจึงมีการผลิตเซ็นเซอร์ที่ใช้แสงเลเซอร์ยิงออกไปด้วย ในกรณีนี้จะสามารถตรวจจับวัตถุขนาดเล็กได้ดีกว่าการใช้แสงธรรมดา

การ เลือกใช้แสงแบบธรรมดาหรือแสงแบบเลเซอร์ก็ขึ้นอยู่กับวัตถุที่ต้องการตรวจจับ ถ้าวัตถุมีขนาดใหญ่และตรวจจับได้ง่าย ก็ไม่จำเป็นต้องใช้แสงเลเซอร์เนื่องจากเซ็นเซอร์แบบยิงแสงเลเซอร์จะมีราคา สูงมากกว่า โฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์แบบbuilt-in สามารถปรับความเข้มแสงที่ยิงออกไปได้โดยการหมุนสวิตช์ที่หัวเซ็นเซอร์ เนื่องจากในบางกรณีเราต้องการตรวจจับวัตถุที่มีระยะทางต่างๆกัน ถ้าวัตถุอยู่ใกล้มากแต่แสงมีความเข้มสูง เมื่อมีวัตถุ เซ็นเซอร์ก็จะทำงาน แต่เมื่อไม่มีวัตถุ เซ็นเซอร์ก็จะตรวจจับวัตถุที่อยู่ไกลออกไปได้เช่นกัน เนื่องจากเซ็นเซอร์จะตรวจจับความเข้มของแสงที่สะท้อนจากวัตถุ ทำให้เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับสีของวัตถุได้ด้วย เช่นวัตถุที่มีสีขาวจะสะท้อนแสงได้ดีกว่าสีดำ ดังนั้นในระยะทางการสะท้อนที่เท่ากัน เซ็นเซอร์สามารถแยกสีของวัตถุได้ด้วย
ส่วนเซ็นเซอร์แบบ Separate amplifier จะใช้วิธียิงแสงผ่านสายไยแก้วนำแสงที่ต่อออกจากตัว Amplifier มีข้อดีคือสามารถตรวจจับวัตถุในพื้นที่แคบๆ สามารถควบคุมได้ในระยะไกล หรือใช้ติดตั้งเพื่อตรวจจับวัตถุในพื้นที่ที่ไม่เหมาะที่จะใช้เซ็นเซอร์ แบบbuilt-in นอกจากนั้นยังสามารถปรับตั้งการทำงานของเอาท์พุทได้ละเอียดมากกว่าด้วย เนื่องจากแสงที่สะท้อนเข้ามายังamplifierจะมีตัวเลขบอกค่าความเข้มแสงได้ ด้วย

2. เซ็นเซอร์แบบรับส่งในตัว แบบใช้แผ่นสะท้อนแสง(Retro reflective)

การ ตรวจจับในลักษณะนี้จะเพิ่มระยะการตรวจจับวัตถุได้ไกลขึ้น ถ้าไม่มีวัตถุแผ่นสะท้อนจะช่วยให้แสงสามารถเดินทางกลับไปที่ตัวรับแสงได้ดี แต่ถ้ามีวัตถุอยู่ระหว่างแผ่นสะท้อนแสงกับเซ็นเซอร์ แสงที่สะท้อนจะมีความเข้มน้อยลง เซ็นเซอร์ก็จะตรวจจับได้ว่ามีแสงน้อย เอาท์พุทของเซ็นเซอร์ก็จะทำงาน
3. เซ็นเซอร์แบบแยกตัวรับ-ส่ง(Through beam)

การ ตรวจจับในลักษณะนี้จะแยกชุดยิงแสงกับชุดรับแสงออกจากกัน ชุดยิงแสงเรียกว่าตัวส่ง ชุดรับแสงเรียกว่าตัวรับ ตัวส่งและตัวรับจะต้องอยู่ในแนวเดียวกันเพื่อให้แสงสามารถส่งไปได้ดีที่สุด ในกรณีที่ไม่มีวัตถุแสงจะสามารถวิ่งจากตัวส่งไปยังตัวรับแสงได้ดี แต่ถ้ามีวัตถุอยู่ระหว่างทางเดินของแสง แสงที่วิ่งไปยังตัวรับจะมีความเข้มน้อยลง หรือไม่ได้รับแสงเลยในกรณีที่วัตถุบังทิศทางแสงได้หมด เซ็นเซอร์ตัวรับก็จะตรวจจับได้ว่าไม่มีแสงหรือมีแสงน้อยมาก เอาท์พุทของเซ็นเซอร์ก็จะทำงาน
เอาท์พุทของโฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์มี3แบบคือ1.ทรานซิสเตอร์ชนิดเอาท์พุทNPN 2.ทรานซิสเตอร์ชนิดเอาท์พุทPNP และ3.เอาท์พุทแบบรีเลย์ ข้อดีและข้อเสียของเอาท์พุททั้ง3แบบมีดังตารางที่ 1.1

เวลา ตอบสนองของเอาท์พุทหมายถึงความเร็วที่หน้าสัมผัสเอาท์พุททำงานเมื่อ เซ็นเซอร์สามารถตรวจจับวัตถุได้ ทรานซิสเตอร์เป็นสารกึ่งตัวนำซึ่งไม่มีการเคลื่อนที่ของหน้าสัมผัส ดังนั้นจึงมีความรวดเร็วกว่ารีเลย์ที่ต้องใช้กลไกในการตัดต่อหน้าสัมผัส
เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์(response time)หมายถึงความเร็วในการตรวจจับวัตถุของเซ็นเซอร์ ซึ่งทดสอบได้โดยการตรวจจับวัตถุในขณะเคลื่อนที่ เซ็นเซอร์ที่มีเวลาตอบสนองเร็วจะสามารถตรวจจับวัตถุที่มีความเร็วสูงได้ นั่นคือเอาท์พุททำงานทันทีที่เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุได้ เวลาตอบสนองของเซ็นเซอร์มีหน่วยเป็นเฮิร์ต(Hz)

รูป ที่1.61 เป็นการต่อโฟโตอิเล็กทริคเซ็นเซอร์แบบBuilt-in amplifier ทั้งแบบNPNและPNP กับโหลดรีเลย์ โดยจะต่อวงจรเหมือนกับพร็อกซิมิตี้แบบ3สาย แต่ถ้าเป็นเซ็นเซอร์แบบมีหัวรับและส่งจะต้องต่อดังรูป1.62

จาก รูป1.62 เป็นเซ็นเซอร์แบบแยกตัวรับ-ส่งชนิดNPN เซ็นเซอร์ตัวส่งแสงจะมี2สายซึ่งต้องต่อสายสีน้ำตาลกับขั้วบวกและสายสี น้ำเงินกับขั้วลบ ส่วนเซ็นเซอร์ตัวรับแสงจะมี3สาย ซึ่งเป็นส่วนที่นำไปขับโหลด