Basics of Photoelectric Sensing


<< Back to Photoelectric Sensors

Basics of Photoelectric Sensing: พื้นฐานของ Photoelectric Sensors

How a sensor pair works

 
excess gain
            อุปกรณ์ตรวจจับด้วยแสง คือ การควบคุมแสงที่ใช้ในกระบวนการผลิตอัตโนมัติต่างๆ โดยทำงานตรวจจับแสงที่มองเห็นหรือแสงที่มองไม่เห็น และตอบสนองการทำงานตามการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงที่ได้รับ

Effective beam : แสงที่ใช้ในการตรวจจับ
Radiation pattern : พื้นที่ทั้งหมดของการส่งพลังงานออกมาเพื่อตรวจจับ
Field of view : พื้นที่ของการตอบสนองการทำงาน





ส่วนประกอบของ Sensor

    สนใจรายละเอียด Photoelectric Sensor เพิ่มเติม CLICK  


  • Emitter (ตัวส่งสัญญาณ) : ประกอบด้วย ตัวกำเนิดแสง,หลอด LED และตัวสร้างสัญญาณมอดูเลสที่อัตราเร็วสูง ส่งเป็นแสงไปยังตัวรับสัญญาณ
  • Receiver (ตัวรับสัญญาณ) : ประกอบด้วย ตัวรับแสงเพื่อแปลงสัญญาณ และส่วนของสวิตซ์ ทำหน้าที่เป็น Output
  • Range (ช่วงสัญญาณ) : ตัวกำหนดระยะการทำงานของเซ็นเซอร์ หรือระยะการส่งสัญญาณ
  • Opposed mode คือ ระยะจากตัวส่งถึงตัวรับสัญญาณ
  • Retroreflective mode คือ ระยะจากเซ็นเซอร์ถึงแผ่นสะท้อน
  • Proximity mode คือ ระยะจากเซ็นเซอร์ถึงวัตถุที่ต้องการตรวจจับ
 

Contrast

               Contrast คือ อัตราส่วนของปริมาณแสงที่ตกกระทบบนตัวรับสัญญาณในขณะที่มีแสงมากเทียบกับปริมาณแสงตกกระทบขณะไม่มีแสง ค่า Contrast ยิ่งมีค่ามาก ยิ่งเพิ่มความน่าเชื่อถือในระบบการตรวจจับ




Beam Pattern

               Beam pattern คือ กราฟ 2 มิติ ที่มีลักษณะเป็นรูปของแสงที่ตัวส่งสัญญาณปล่อยออกมา ใช้เพื่อพิจารณาการเลือกเซ็นเซอร์ในกรณีที่วัตถุที่ต้องการตรวจจับอยู่ใกล้กัน

Excess gain

        Excess gain คือ ตัวคูณเพื่อให้แสงที่ตกกระทบบนตัวรับสัญญาณมีค่าเพิ่มขึ้น มีค่ามากกว่าปริมาณแสงที่ต้องการใช้งาน

 

Types of Sensors (ชนิดของเซ็นเซอร์)

1. Self-contained sensors: ในเซ็นเซอร์หนึ่งตัว ประกอบด้วยสองส่วนคือ ส่วนของแสงตรวจจับ และ ส่วนของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ชนิดนี้จะดำเนินการด้วยตัวเอง ซึ่งมีทั้ง การ modulation, การ demodulation, การ amplification และ Output ที่เป็นสวิตช์


    สนใจรายละเอียด Standard Photoelectric Sensor
เพิ่มเติม CLICK  


2. Remote systems:ระบบตรวจจับระยะไกล แบ่งส่วนแปลงสัญญาณและส่วนแสงตรวจจับวัตถุออกจากกัน ส่วนแสงตรวจจับประกอบด้วยตัวกำเนิดแสงเพียงอย่างเดียว ซึ่งมีขนาดเล็กมาก ส่วนตัวแปลงสัญญาณประกอบด้วย Input ที่เป็นไฟฟ้ากำลัง, amplification และ Output ที่เป็นสวิตช์ ระบบนี้ช่วยให้วงจรอิเล็กทรอนิกส์อยู่ห่างจากจุดที่ต้องการตรวจจับวัตถุ


 


3. Fiber optic systems: ระบบตรวจจับแบบใยแก้วนำแสง สามารถใช้ได้กับระบบตรวจจับระยะไกล หรือ ระบบตรวจจับแบบ Self-containe ใยแก้วนำแสงเป็นอุปกรณ์ที่ไม่มีวงจรอิเล็กทรอนิกส์ และส่วนที่เคลื่อนที่ ช่วยให้ท่อส่งมีความปลอดภัย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม


    สนใจรายละเอียด Fiber Optic Sensor เพิ่มเติม CLICK  


Sensing Modes

 
               วิธีหนึ่งที่จะแยกความต่างของเซ็นเซอร์ คือวิธีที่เซ็นเซอร์ใช้ส่งและรับแสง เซ็นเซอร์แบบ Photoelectric แยกเป็น 3 ส่วนหลัก คือ โหมด opposed (ตัวส่งแยกกับตัวรับสัญญาณ), โหมด retroreflective (แผ่นสะท้อนสัญญาณกลับ) และ โหมด proximity

 
Opposed mode: ตัวรับและตัวส่งสัญญาณแยกออกจากกัน การติดตั้งให้อยู่ตรงข้ามกัน จะทำงานเมื่อมีวัตถุมาขว้างทางเดินของแสงสัญญาณ
 
 
 
Retroreflective mode: ตัวรับและตัวส่งสัญญาณอยู่ภายในเซ็นเซอร์ สัญญาณแสงจะวิ่งจากตัวส่งไปยังแผ่นสะท้อนและกลับมาที่ตัวรับสัญญาณ จะทำงานก็ต่อเมื่อมีวัตถุขว้างทางเดินของแสงสัญญาณ
 
 
Proximity mode: ตัวรับและตัวส่งสัญญาณอยู่ภายในเซ็นเซอร์ จะทำงานก็ต่อเมื่อแสงสัญญาณที่ปล่อยออกไปสะท้อนวัตถุที่ต้องการตรวจจับกลับมายังตัวรับสัญญาณ



Sensing Modes Table



Download Sensing Mode for Photoelectric Sensors in PDF



Beam Patterns


               รูปแบบของลำแสงจะแสดงบนกราฟ 2 มิติ จะแสดงรูปแบบของลำแสงจากตัวส่งสัญญาณไปยังตัวรับสัญญาณ พลังงานสูงสุดจะเกิดขึ้นตามแนวแกนตั้ง (Y) และพลังงานจะลดลงตามขอบเขตของแบบลำแสง แนวแกนนอน (X) จะแสดงถึงระยะจากตัวส่งถึงตัวรับสัญญาณ


Uses for Beam Patterns

  • คาดการณ์รูปแบบลำแสงที่กำหนดเป้าหมาย (วัตถุ)
  • คาดการณ์ลักษณะการติดตั้งเพื่อไม่ให้เกิดการ crosstalk ของลำแสง
  • คาดคะเนระยะที่แม่นยำที่น้อยที่สุดของรูปแบบลำแสง ที่ส่งจากเซ็นเซอร์


 


Excess Gain (EG)

Measuring Excess Gain


               เป็นค่าของพลังงานแสงที่มากกว่าพลังงานแสงปกติที่ใช้ในการตรวจจับ เพื่อแก้ไขปัญหาเรื่องสิ่งปนเปื้อนในอากาศ เช่น ฝุ่น หมอกควัน เป็นต้น การเลือกเซ็นเซอร์ต้องเลือกค่า excess gain ที่เหมาะสมกับลักษณะของงานที่ตรวจจับ ยิ่งค่า excess gain มาก ส่งผลให้การตรวจจับมีความแม่นยำสูงตาม


Excess Gain =Light energy falling on receiver element / Sensor’s amplifier threshold
 

Excess Gain Curve



               กราฟรูปโค้ง แสดงถึงค่า excess gain สำหรับเซ็นเซอร์ ในรูปแบบของระยะทาง กราฟ Excess gain curves ที่ได้มา ทดลองในขณะที่อากาศบริสุทธิ์ และตัวรับสัญญาณรับสัญญาณได้เต็มที่

 
Threshold: ระดับพลังงานการตรวจจับที่ต้องการ มีผลต่อการ “on” หรือ “off” ของเซ็นเซอร์ ค่า Excess gain จะวัดที่ค่าโวลต์ตามระดับการขยายสัญญาณ มีประโยชน์เมื่อต้องการเปรียบเทียบเซ็นเซอร์เพื่อใช้ในงานลักญณะต่างๆ ซึ่งวัดค่าโวลต์ของการขยายสัญญาณโดยตรงทำไม่ได้
 
 

 

Excess Gain Guidelines



ค่า excess gain (1x) แสดงถึงระดับพลังงานที่ต้องการ เพื่อแก้ปัญหาเรื่องของสภาพแวดล้อมที่รบกวนการทำงานของเซ็นเซอร์


 
Relative Reflectivity


               เมื่อใช้เซ็นเซอร์โหมด proximity จะอ้างอิง Relative Reflectivity เพื่อหาความต่างของผิววัตถุที่ตรวจจับเพื่อหาค่าการสะท้อนที่มีผลต่อค่า excess gain ที่ต้องการ ตามตารางด้านล่าง


 
การวัดความคมชัดของแสง


               ความคมชัดเป็นการกล่าวถึงอัตราส่วนความสว่างของแสง ในขณะที่เซนเซอร์ส่วนใหญ่ไม่สามารถตรวจจับสัญญาณแสงได้โดยตรงแต่สามารถประมาณค่าความคมชัดแสงได้ โดยที่อัตราส่วนของความคมชัดสูงจะทำให้การตรวจจับวัตถุมีความถูกต้องมากขึ้น


 
คำอธิบายเกี่ยวกับความคมชัดแสง ตามค่าความคมชัดแสงที่กล่าวมาแล้วข้างต้นเพื่อการแก้ปัญหาความน่าเชื่อถือในการตรวจจับ

  1. เลือกตัวตรวจจับหรือเลนส์ที่จะเพิ่มประสิทธิภาพความคมชัดในการตรวจจับของเซนเซอร์แสง
  2. ในการติดตั้งควรติดตั้งให้เซนเซอร์อยู่ในแนวเดียวกับวัตถุและปรับค่าเกณฑ์เพื่อการตรวจจับที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด
  3. ถ้าอยู่ในสถานะที่มีความสว่างน้อยถูกแบ่งแยกโดย 1/3 หรือ มากกว่าระยะที่เซนเซอร์สามารถตรวจจับได้ตรวจจับแต่ยังพอจะมีค่าความแตกต่างของแสงอยู่ เซนเซอร์ตรวจจับของแบนเนอร์ส่วนใหญ่ถูกประยุกต์ให้ใช้ไดกับการตรวจจับที่มีค่าความแตกต่างของแสงต่ำซึ่งจะมีการประมวลผลแบบ feedback เพื่อให้จำแนกความแตกต่างของแสงได้ชัดเจนขึ้น
 
 
การปรับค่าความไว


               การปรับความไวของเซนเซอร์เพื่อให้เหมาะกับค่าความต่างของแสงในการประยุกต์ใช้งาน



เวลาในการตอบสนอง (Responsetime)


               เวลาในการตอบสนอง (Response time) เป็นเวลาที่มากที่สุดในการตอบสนองของเซนเซอร์เมื่อรับสัญญาณอินพุตเข้ามาในขณะที่มีการตรวจจับวัตถุแล้วให้สัญญาณเอาท์พุตออกไปยังโหลดต่อไปเวลาในการตอบสนอง (Response time) เป็นเวลาระหว่างขอบของระยะที่ตรวจจับ (sensing event) แล้วมีการเปลี่ยนสถานะเอาท์พุต
 
 
ความสำคัญ


               เวลาตอบสนองช่วยในการตัดสินใจกำหนดระยะเวลาที่วัตถุจะเคลื่อนที่ ซึ่งต้องอยู่ในช่วงที่เซนเซอร์สามารถตรวจจับได้ โดยเฉพาะในกรณีที่ต้องนำไปประยุกต์ตรวจจับ :

  • เหตุการณ์ที่มีความเร็วสูง
  • วัตถุขนาดเล็กเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง
  • ช่องแคบๆระหว่างวัตถุ
  • ลดระยะเวลาการตรวจจับ
 
การมอดูเลชัน


               ความเร็วของการตอบสนองของเซนเซอร์แสงถูกกำหนดโดยความถี่มอดดูเลชัน โดยเลือกได้ทางเดียวเท่านั้นคือระหว่างเวลาตอบสนองและระยะตรวจจับexcess gain) ดังนั้นเซนเซอร์ตรวจจับที่มีความเร็วสูงจะมีระยะตรวจจับที่สั้นถ้า LED มีพัลส์น้อย สามารถเพิ่มพัลส์ด้วยการเพิ่มกระแสให้สูงขึ้นด้วยเหตุนี้จึงเป็นการเพิ่มพลังงานให้สูงขึ้น
 
 
ความสามารถซ้ำค่าเดิม


               การเจาะจงซ้ำค่าเดิมถูกประยุกต์ใช้ในกรณีที่ผู้ใช้ต้องการรู้ตำแหน่งที่แม่นยำในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่ต้องการตรวจจับ โดยที่สัญญาณเอาท์พุตของเซนเซอร์ถูกใช้เพื่อการเปิดปิดหลังจากที่มีการมอดูเลตสัญญาณพัลส์เข้ามา เวลาในการตอบสนองก่อนการเปิดให้เซนเซอร์มอดูเลสเท่ากับเวลาที่เซนเซอร์ใช้ในการนับจำนวนพัลส์ และเอาท์พุตของเซนเซอร์จะเปลี่ยนสภาพทันทีที่เซนเซอร์นับพัลส์ที่ความถี่ที่ถูกต้อง
 
               ตั้งแต่ที่มีการตรวจจับที่ปรากฏในเวลาใดๆ ระหว่างรอบการมอดูเลส เวลาจริงระหว่างการตรวจจับและการเปลี่ยนสถานะเอาท์พุตเซนเซอร์ที่สามารถแตกต่างกันได้ในการมอดูเลสแต่ละครั้ง การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นความสามารถในการทำซ้ำของเซนเซอร์
 
การคำนวณเวลาตอบสนอง


               คุณสามารถกำหนดการตอบสนองความถี่ของเซนเซอร์ที่ต้องการได้เมื่อคุณรู้ขนาดความเร็ว ระยะห่างของวัตถุที่ตรวจจับ


 
เอาท์พุต


               วงจรเอาท์พุตเป็นส่วนของเซนเซอร์ที่ต่อกับโหลดภายนอกที่ถูกส่งออกมาจากเซนเซอร์ การรู้ค่าแรงดันและค่ากระแสที่โหลดต้องการถือเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกเซนเซอร์ เอาท์พุตเซนเซอร์ที่เป็นแบบต่อเนื่องจะต่ออยู่กับวงจรหรืออุปกรณ์ต่อไฟกระแสตรงที่แรงดันและกระแสระดับต่ำ เอาท์พุตเซนเซอร์ที่เป็นแบบไม่ต่อเนื่องจะต่อเข้ากับโหลดกระแสตรงหรือกระแสสลับก็ได้
 
สัญญาณเอาท์พุที่เป็นแบบต่อเนื่องและไม่ต่อเนื่อง (Discrete/Analog Output)


               เอาท์พุตของเซนเซอร์ ที่เป็นสัญญาณแบบต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องสัญญาณที่เป็นแบบไม่ต่อเนื่องจะมีเอาพุตเพียง 2 สถานะเท่านั้นคือ เปิดและปิด


 
               เอาท์พุตเซนเซอร์ที่เป็นแบบสัญญาณต่อเนื่อง เป็นตัวแปรหนึ่งที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดแรงดันหรือกระแสและเป็นสัดส่วนกัน โดยจะใช้สำหรับการวัดหรือการตอบสนองอย่างช้าๆ


 
การทำงานในสภาวะที่มีแสงมากและในสภาวะที่ไม่มีแสง(Light Operate/Dark Operate)


               เซนเซอร์จะมีการกระตุ้นเมื่อมีการประยุกต์ที่ต้องการให้เซนเซอร์ทำงาน ด้วยสัญญาณแบบไม่ต่อเนื่องของเซนเซอร์ตรวจจับด้วยแสง อินพุตและเอาท์พุตเพียง 1 สถานะจาก 2 สถานะ คือ สภาวะที่มีแสง และสภาวะที่ไม่มีแสง

  • การทำงานในสภาวะที่มีแสง Light Operate (LO) สภาวะนี้เอาท์พุตของเซนเซอร์แสงจะให้พลังงาน เมื่อเซนเซอร์ตรวจจับสัญญาณที่มีการมอดูเลสของตัวมันเองได้




  • สภาวะการทะงานที่มีแสง Dark operate (DO) เป็นองค์ประกอบเสริมของ LO ที่เซนเซอร์ให้พลังงาน เมื่อเซนเซอร์ไม่สามารถตรวจจับสัญญาณแสงที่มอดูเลตได้


 
ชนิดของหน้าสัมผัสโซลิดเสตดรีเลย์





การเปิดปิดถูกทำให้สมบูรณ์โดยอุปกรณ์ประกอบเช่น ทรานซิสเตอร์ SCR

  • เอาท์พุตประกอบ: องค์ประกอบดูอัลเอาท์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์ คือ จะมีแบบปกติเปิดและปกติปิดในเซนเซอร์เพียงตัวเดียว
  • เอาท์พุตแบบ NPN : เอาท์พุตประกอบไปด้วย ขาคอเลคเตอร์เปิดและขาอิมิตเตอร์ที่ต่อกับกราวด์ และโหลดจะต่อระหว่างขาคอลเลคเตอร์และแหล่งจ่ายไฟขาบวก
  • เอาท์พุตแบบ PNP : เอาท์พุตประกอบไปด้วย ขาคอเลคเตอร์เปิดและขาอิมิตเตอร์ที่ต่อแหล่งจ่ายไฟขาบวก และโหลดจะต่อระหว่างขาคอเลคเตอร์และกราวด์
  • เอาท์พุตแบบไบโพลา: สามารถใช้ได้ทั้งแบบ NPN และ PNP







 
  สอบถามข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสินค้า หรือปรึกษา
Sales Engineer สามารถติดต่อได้ที่

Tel: 02 10 50 555