เทคโนโลยีอื่นๆ ที่ใช้ในเซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้มีอะไรบ้าง

I. บทนำสู่เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ระยะใกล้

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้ตรวจจับการมีอยู่หรือไม่มีอยู่ของวัตถุภายในระยะที่กำหนดโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง อุปกรณ์ทำงานโดยการปล่อยพลังงานรูปแบบต่างๆ เช่น สนามแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเสียง หรือแสง และวัดการตอบสนองเมื่อวัตถุเข้าใกล้เซ็นเซอร์ ความหลากหลายของเทคโนโลยีเซ็นเซอร์วัดระยะทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานได้หลากหลายสาขา เช่น ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม หุ่นยนต์ ระบบยานยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

II. เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบคาปาซิทีฟ

คุณสมบัติหลักของเซ็นเซอร์วัดระยะใกล้แบบคาปาซิทีฟ

เซ็นเซอร์วัดระยะแบบคาปาซิทีฟเป็นอุปกรณ์อเนกประสงค์ที่ตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ คุณสมบัติหลักของอุปกรณ์มีดังนี้:

• ระยะการตรวจจับ: โดยทั่วไป เซนเซอร์แบบคาปาซิทีฟสามารถตรวจจับวัตถุได้ในระยะไม่กี่มิลลิเมตรจนถึงประมาณ 1 นิ้ว (25 มม.) โดยบางรุ่นสามารถตรวจจับได้ไกลถึง 2 นิ้ว
• ความไวของวัสดุ: เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถตรวจจับได้ทั้งวัสดุที่เป็นโลหะและไม่ใช่โลหะ รวมถึงของเหลว พลาสติก และแก้ว เนื่องจากมีความสามารถในการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความจุตามค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของวัสดุเป้าหมาย
• การทำงานแบบไม่ต้องสัมผัส: ทำงานโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ซึ่งช่วยลดการสึกหรอและยืดอายุการใช้งานของเซ็นเซอร์
• ความไวที่ปรับได้: เซนเซอร์แบบ capacitive หลายตัวมีโพเทนชิออมิเตอร์สำหรับปรับความไว ช่วยให้ผู้ใช้ปรับแต่งพารามิเตอร์การตรวจจับให้เหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะได้
• ไฟแสดงสถานะ LED: รุ่นส่วนใหญ่มีไฟแสดงสถานะ LED เพื่อยืนยันสถานะการทำงานของเซ็นเซอร์ด้วยสายตา

หลักการทำงาน

เซ็นเซอร์วัดระยะแบบคาปาซิทีฟทำงานโดยอาศัยหลักการของการเปลี่ยนแปลงความจุที่เกิดจากวัตถุใกล้เคียง หลักการทำงานมีดังนี้:

1. โครงสร้าง: เซ็นเซอร์ประกอบด้วยอิเล็กโทรดโลหะสองชิ้นที่ประกอบกันเป็นตัวเก็บประจุ อิเล็กโทรดชิ้นหนึ่งเชื่อมต่อกับวงจรออสซิลเลเตอร์ ส่วนอีกชิ้นทำหน้าที่เป็นแผ่นอ้างอิง
2. การเปลี่ยนแปลงความจุ: เมื่อวัตถุเข้าใกล้เซ็นเซอร์ วัตถุจะเข้าสู่สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรด การมีอยู่นี้จะทำให้ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกระหว่างแผ่นโลหะเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งส่งผลให้ความจุของระบบเปลี่ยนแปลงไปด้วย
3. การตรวจจับการสั่น: วงจรออสซิลเลเตอร์จะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของค่าความจุเหล่านี้ เมื่อวัตถุเข้าใกล้ ค่าความจุจะเพิ่มขึ้น นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงความถี่การสั่นของวงจร การเปลี่ยนแปลงความถี่นี้จะถูกตรวจสอบโดยเครื่องขยายสัญญาณและแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุตแบบไบนารีที่ระบุถึงการมีอยู่ของวัตถุ
4. สัญญาณเอาต์พุต: เมื่อการสั่นถึงแอมพลิจูดเกณฑ์ที่กำหนด จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะเอาต์พุตของเซ็นเซอร์ ในทางกลับกัน เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ออกไป แอมพลิจูดจะลดลง ทำให้เอาต์พุตกลับสู่สถานะเดิม
5. ข้อควรพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม: เพื่อประสิทธิภาพสูงสุด ควรใช้เซ็นเซอร์แบบเก็บประจุในสภาพแวดล้อมที่มีระดับอุณหภูมิและความชื้นคงที่ เนื่องจากความผันผวนอาจส่งผลต่อความไวและความแม่นยำได้

III. เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ด้วยอัลตราโซนิก

ข้อดีของเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ด้วยอัลตราโซนิก

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบอัลตราโซนิกมีข้อดีหลายประการที่ทำให้เหมาะกับการใช้งานต่างๆ:

• ความเป็นอิสระของวัสดุ: สามารถตรวจจับวัสดุได้ทุกประเภท รวมถึงวัตถุที่มันวาว โปร่งใส และรูปร่างไม่สม่ำเสมอ โดยไม่ได้รับผลกระทบจากสีหรือพื้นผิวของวัตถุ
• ระยะการตรวจจับระยะไกล: เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกสามารถวัดระยะทางได้มากกว่า 1 เมตร ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการการตรวจจับระยะไกล
• ประสิทธิภาพการทำงานที่แข็งแกร่งแม้ในสภาวะแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย: เซ็นเซอร์เหล่านี้ไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยแวดล้อม เช่น ฝุ่น ฝน หรือหิมะ ซึ่งอาจขัดขวางเซ็นเซอร์ประเภทอื่นๆ การทำงานของเซ็นเซอร์ยังคงเชื่อถือได้แม้ในสภาวะแวดล้อมที่ท้าทาย
• ความไวและความแม่นยำสูง: เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกให้การวัดที่แม่นยำและสามารถตรวจจับวัตถุขนาดเล็กในระยะไกลได้
• การใช้งานที่หลากหลาย: มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหลากหลายอุตสาหกรรมสำหรับงานต่างๆ เช่น การวัดระดับ การตรวจจับวัตถุ และการควบคุมกระบวนการอัตโนมัติ ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นถึงความสามารถในการปรับตัวในสถานการณ์ต่างๆ

กลไกการทำงาน

กลไกการทำงานของเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบอัลตราโซนิกนั้นอาศัยการปล่อยและรับคลื่นเสียงความถี่สูง กลไกการทำงานมีดังนี้:

1. การปล่อยคลื่นเสียง: เซ็นเซอร์จะปล่อยคลื่นเสียงอัลตราโซนิก (โดยทั่วไปสูงกว่า 20 kHz) ไปยังวัตถุเป้าหมาย
2. การสะท้อน: คลื่นเสียงจะเดินทางจนกระทั่งกระทบวัตถุและสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์
3. การวัดเวลา: เซ็นเซอร์จะวัดเวลาที่คลื่นเสียงที่ปล่อยออกมาจะกลับมาหลังจากกระทบวัตถุ ช่วงเวลานี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดระยะห่างจากวัตถุ
4. การคำนวณระยะทาง: โดยใช้สูตรระยะทาง = (ความเร็วเสียง × เวลา) / 2 เซนเซอร์จะคำนวณระยะทางถึงวัตถุโดยอาศัยความเร็วเสียงในอากาศ (ประมาณ 343 เมตรต่อวินาทีที่อุณหภูมิห้อง) และเวลาที่วัดได้
5. การสร้างสัญญาณเอาท์พุต: เมื่อคำนวณระยะทางแล้ว เซนเซอร์จะสร้างสัญญาณเอาท์พุตเพื่อระบุว่าวัตถุอยู่ภายในช่วงที่กำหนดไว้หรือไม่ ช่วยให้สามารถใช้งานได้หลากหลาย เช่น การส่งสัญญาณเตือนหรือควบคุมเครื่องจักร

IV. เซ็นเซอร์ตรวจจับแม่เหล็ก

ประเภทของเซนเซอร์ตรวจจับแม่เหล็ก

เซนเซอร์ตรวจจับแม่เหล็กสามารถแบ่งประเภทได้เป็นหลายประเภทตามหลักการทำงานและการใช้งาน:

• สวิตช์รีด: เป็นสวิตช์ที่ควบคุมด้วยแม่เหล็ก ประกอบด้วยลิ้นแม่เหล็กเฟอร์โรแมกเนติกสองอันที่ปิดผนึกอยู่ในแคปซูลแก้ว เมื่อมีสนามแม่เหล็ก ลิ้นเหล่านี้จะมารวมกันจนเกิดวงจรไฟฟ้า
• เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์: ใช้หลักการเอฟเฟกต์ฮอลล์ ซึ่งจะสร้างแรงดันไฟฟ้าข้ามตัวนำเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก เซ็นเซอร์นี้จะตรวจจับการมีอยู่ของแม่เหล็กและส่งสัญญาณเอาต์พุตตามนั้น
• เซนเซอร์แมกนีโตสตริกทีฟ: วัดตำแหน่งของวัตถุแม่เหล็กโดยใช้เอฟเฟกต์แมกนีโตสตริกทีฟ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของวัสดุ
• เซ็นเซอร์ Magneto-Resistive: ทำงานโดยอิงตามเอฟเฟกต์ Magneto-Resistive โดยที่ความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อตอบสนองต่อสนามแม่เหล็กภายนอก
• เซ็นเซอร์ตรวจจับใกล้แม่เหล็กแบบเหนี่ยวนำ: คล้ายกับเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ แต่ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อตรวจจับสนามแม่เหล็กแทนวัตถุที่เป็นโลหะ เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ขดลวดสั่นเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีแม่เหล็กถาวรเข้าใกล้

ฟังก์ชันการทำงาน

ฟังก์ชันการทำงานของเซ็นเซอร์วัดระยะแม่เหล็กนั้นขึ้นอยู่กับความสามารถในการตรวจจับสนามแม่เหล็กและส่งสัญญาณเอาต์พุตที่สอดคล้องกัน หลักการทำงานมีดังนี้:

1. กลไกการตรวจจับ: เซ็นเซอร์ตรวจจับแม่เหล็กตรวจจับการมีอยู่ของวัตถุแม่เหล็ก (เช่น แม่เหล็กถาวร) ผ่านหลักการต่างๆ รวมถึงหลักการที่กล่าวถึงข้างต้น แต่ละประเภทมีวิธีการตรวจจับเฉพาะของตนเอง:
   • สวิตช์รีดจะปิดหน้าสัมผัสเมื่อสัมผัสกับสนามแม่เหล็ก
   • เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์สร้างสัญญาณแรงดันไฟฟ้าเพื่อตอบสนองต่อแม่เหล็กที่อยู่ใกล้เคียง
   • เซ็นเซอร์แมกนีโตสตริกทีฟและแมกนีโตต้านทานวัดการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของวัสดุอันเนื่องมาจากอิทธิพลของแม่เหล็ก
2. การประมวลผลสัญญาณ: เมื่อตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก เซ็นเซอร์จะประมวลผลข้อมูลนี้เพื่อสร้างสัญญาณเอาต์พุต สัญญาณนี้อาจเป็นดิจิทัล (เปิด/ปิด) หรืออนาล็อก ขึ้นอยู่กับการใช้งานและประเภทของเซ็นเซอร์
3. การเปิดใช้งานเอาต์พุต: สัญญาณเอาต์พุตสามารถกระตุ้นการทำงานต่างๆ เช่น การเปิดใช้งานสัญญาณเตือน การควบคุมมอเตอร์ หรือการให้ข้อมูลป้อนกลับในระบบอัตโนมัติ เซ็นเซอร์เหล่านี้มักใช้ในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่น ระบบรักษาความปลอดภัย (สำหรับประตูและหน้าต่าง) ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม (การตรวจจับตำแหน่ง) และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค
4. ความยืดหยุ่นในการติดตั้ง: เซนเซอร์วัดระยะใกล้แบบแม่เหล็กสามารถติดตั้งแบบฝังหรือไม่ฝังได้ในสภาพแวดล้อมต่างๆ รวมถึงสภาพแวดล้อมที่ใช้วัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็ก เช่น พลาสติกหรือไม้ ช่วยให้ใช้งานได้หลากหลายในสถานการณ์ต่างๆ

V. เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบออปติคัล (เซ็นเซอร์โฟโตอิเล็กทริก)

หลักการทำงานของเซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบออปติคัล

เซ็นเซอร์วัดระยะแบบออปติคัลทำงานโดยใช้แสงเพื่อตรวจจับการมีอยู่หรือไม่มีของวัตถุภายในระยะการตรวจจับ หลักการทำงานพื้นฐานประกอบด้วยการปล่อยแสง ซึ่งโดยทั่วไปอยู่ในช่วงอินฟราเรดหรือสเปกตรัมที่มองเห็นได้ และวัดแสงที่สะท้อนกลับจากวัตถุ ต่อไปนี้คือรายละเอียดการทำงานของเซ็นเซอร์:

1. การปล่อยแสง: เซ็นเซอร์จะปล่อยลำแสงไปยังวัตถุเป้าหมาย แสงนี้สามารถสร้างขึ้นได้จากหลายแหล่ง เช่น LED หรือเลเซอร์
2. การตรวจจับการสะท้อน: เมื่อแสงที่เปล่งออกมากระทบกับวัตถุ แสงบางส่วนจะสะท้อนกลับไปยังเซ็นเซอร์ ปริมาณและความเข้มของแสงที่สะท้อนนี้ขึ้นอยู่กับระยะห่างและลักษณะของพื้นผิวของวัตถุ
3. การประมวลผลสัญญาณ: ตัวรับของเซ็นเซอร์จะตรวจจับแสงที่สะท้อน หากปริมาณแสงที่สะท้อนเกินเกณฑ์ที่กำหนด เซ็นเซอร์จะตรวจสอบว่ามีวัตถุอยู่จริง และสร้างสัญญาณเอาต์พุต (ทั้งแบบดิจิทัลและอนาล็อก) เพื่อระบุการตรวจจับ
4. การวัดระยะทาง: ในเซนเซอร์ออปติกขั้นสูงบางตัว สามารถวัดเวลาที่แสงใช้ในการกลับมา (ในกรณีของเซนเซอร์เลเซอร์) เพื่อคำนวณระยะทางที่แม่นยำไปยังวัตถุได้

วิธีการนี้ทำให้เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบออปติคัลมีประสิทธิภาพสูงในการตรวจจับวัตถุโดยไม่ต้องสัมผัส จึงเหมาะกับการใช้งานต่างๆ ในระบบอัตโนมัติ ระบบรักษาความปลอดภัย และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบออปติคัลประเภทต่างๆ

เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบออปติคัลสามารถจำแนกประเภทได้หลายประเภทตามการออกแบบและหลักการทำงาน:

• เซ็นเซอร์อินฟราเรด (IR): เซ็นเซอร์เหล่านี้ปล่อยแสงอินฟราเรดและตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของรังสีอินฟราเรดที่สะท้อนออกมา มักใช้ในงานต่างๆ เช่น ประตูอัตโนมัติและระบบรักษาความปลอดภัย
• เซ็นเซอร์เลเซอร์: เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ลำแสงเลเซอร์เพื่อการตรวจจับที่แม่นยำและมีระยะไกล มักใช้ในงานอุตสาหกรรมที่ต้องการการวัดระยะทางที่แม่นยำ
• โฟโตอิเล็กทริกเซนเซอร์: ประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง (โดยทั่วไปคือ LED) และตัวรับสัญญาณ เซนเซอร์เหล่านี้สามารถทำงานได้หลายโหมด:
  • ลำแสงทะลุ: ตัวส่งและตัวรับวางอยู่ตรงข้ามกัน มีวัตถุมาขัดขวางลำแสง
  • สะท้อนแสงย้อนกลับ: ตัวส่งและตัวรับอยู่ด้านเดียวกัน โดยมีตัวสะท้อนแสงที่เปล่งออกมากลับไปยังตัวรับ
  • การสะท้อนแบบกระจาย: ตัวส่งและตัวรับถูกบรรจุอยู่ด้วยกัน เซ็นเซอร์จะตรวจจับแสงที่สะท้อนจากวัตถุที่อยู่ด้านหน้าโดยตรง
• เซ็นเซอร์ Time-of-Flight (ToF): เซ็นเซอร์ขั้นสูงเหล่านี้วัดเวลาที่พัลส์แสงใช้ในการเดินทางไปยังวัตถุและกลับมา ช่วยให้วัดระยะทางได้อย่างแม่นยำ

VI. เซ็นเซอร์วัดระยะแบบ Hall Effect

ประโยชน์หลักของเซนเซอร์ตรวจจับความใกล้เคียงแบบฮอลล์เอฟเฟกต์

เซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบฮอลล์เอฟเฟกต์มีข้อดีหลายประการที่ทำให้มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการใช้งานต่างๆ:

• การตรวจจับแบบไม่สัมผัส: เซ็นเซอร์เหล่านี้ตรวจจับการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กโดยไม่ต้องสัมผัสทางกายภาพ ช่วยลดการสึกหรอเมื่อเทียบกับสวิตช์เชิงกล
• ความทนทาน: เซนเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตต ซึ่งหมายความว่ามีแนวโน้มที่จะเกิดความล้มเหลวทางกลไกน้อยลง และสามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น การสัมผัสกับฝุ่น สิ่งสกปรก และความชื้น
• ความเร็วและความไวสูง: ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กได้อย่างรวดเร็ว จึงเหมาะกับการใช้งานความเร็วสูง เช่น การควบคุมมอเตอร์และการตรวจจับตำแหน่ง
• การใช้งานที่หลากหลาย: เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์สามารถใช้ได้ในแอพพลิเคชั่นที่หลากหลาย รวมถึงระบบยานยนต์ (เช่น เซ็นเซอร์ความเร็วล้อ) อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค (เช่น สมาร์ทโฟน) และระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม (เช่น การตรวจจับระยะใกล้)
• การใช้พลังงานต่ำ: เซ็นเซอร์เหล่านี้โดยทั่วไปใช้พลังงานน้อยกว่าสวิตช์กลไกแบบดั้งเดิม ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่

ทฤษฎีการดำเนินงาน

ทฤษฎีการทำงานของเซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบ Hall effect อ้างอิงจากปรากฏการณ์ Hall effect ซึ่งเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก หลักการทำงานของเซนเซอร์มีดังนี้:

1. การไหลของกระแสไฟฟ้า: เซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ประกอบด้วยวัสดุตัวนำบางๆ (องค์ประกอบฮอลล์) ซึ่งกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน กระแสไฟฟ้านี้จะสร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง
2. ปฏิสัมพันธ์ของสนามแม่เหล็ก: เมื่อมีการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกในแนวตั้งฉากกับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า พาประจุ (อิเล็กตรอนหรือโฮล) ในวัสดุตัวนำจะได้รับแรง (แรงลอเรนซ์) ซึ่งทำให้ประจุเบี่ยงเบนจากเส้นทางเส้นตรง
3. การสร้างแรงดันไฟฟ้า: การเบี่ยงเบนนี้ส่งผลให้เกิดการรวมตัวของประจุไฟฟ้าที่ด้านหนึ่งขององค์ประกอบฮอลล์ ทำให้เกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าข้ามด้านตรงข้ามของแถบ ซึ่งเรียกว่าแรงดันฮอลล์ ขนาดของแรงดันไฟฟ้านี้จะแปรผันตามความแรงของสนามแม่เหล็ก
4. สัญญาณเอาต์พุต: เซ็นเซอร์จะวัดแรงดันไฟฟ้าฮอลล์นี้และแปลงเป็นสัญญาณเอาต์พุต เอาต์พุตนี้อาจเป็นอนาล็อกหรือดิจิทัล ขึ้นอยู่กับการออกแบบ ตัวอย่างเช่น ในการใช้งานดิจิทัล เซ็นเซอร์อาจเปิดหรือปิดขึ้นอยู่กับว่าสนามแม่เหล็กมีค่าเกินเกณฑ์ที่กำหนดหรือไม่
5. ประเภทของเซนเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์: เซนเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์สามารถจำแนกประเภทได้ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่า ดังนี้:
   • เซ็นเซอร์แบบยูนิโพลาร์: เปิดใช้งานด้วยขั้วเดียวของสนามแม่เหล็ก
   • เซ็นเซอร์ไบโพลาร์: ตอบสนองต่อทั้งสองขั้ว
   • เซ็นเซอร์ Omnipolar: สามารถเปิดใช้งานได้ด้วยสนามแม่เหล็กบวกหรือลบ

VIII. เซ็นเซอร์ตรวจจับความใกล้ชิดแบบเหนี่ยวนำ

ลักษณะเฉพาะของเซนเซอร์ตรวจจับความใกล้ชิดแบบเหนี่ยวนำ

เซ็นเซอร์ตรวจจับความใกล้เคียงแบบเหนี่ยวนำเป็นอุปกรณ์เฉพาะทางที่ออกแบบมาเพื่อตรวจจับวัตถุโลหะโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง คุณสมบัติหลักๆ มีดังนี้:

• การตรวจจับแบบไม่สัมผัส: สามารถตรวจจับวัตถุโลหะได้โดยไม่ต้องสัมผัส จึงลดการสึกหรอของเซ็นเซอร์และวัตถุที่ตรวจจับได้
• ความไวต่อโลหะ: เซ็นเซอร์เหล่านี้มีความไวต่อวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก (เช่น เหล็ก) เป็นพิเศษ แต่ยังสามารถตรวจจับโลหะที่ไม่มีธาตุเหล็ก (เช่น อะลูมิเนียมและทองแดง) ได้อีกด้วย ขึ้นอยู่กับการออกแบบ
• ระยะการตรวจจับ: ระยะการตรวจจับจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับขนาดและประเภทของวัตถุโลหะ โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่างไม่กี่มิลลิเมตรไปจนถึงหลายเซนติเมตร
• ความแข็งแกร่ง: เซนเซอร์เหนี่ยวนำมีความทนทานและสามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น การสัมผัสกับฝุ่น ความชื้น และอุณหภูมิที่รุนแรง
• ความเร็วสูง: สามารถสลับสถานะได้อย่างรวดเร็ว จึงเหมาะกับการใช้งานความเร็วสูงในกระบวนการอัตโนมัติและการผลิต
• การติดตั้งที่ง่ายดาย: เซ็นเซอร์ตรวจจับแบบเหนี่ยวนำมักจะติดตั้งได้ง่ายและรวมเข้ากับระบบที่มีอยู่ โดยมีตัวเลือกการติดตั้งต่างๆ ให้เลือก

วิธีการดำเนินงาน

วิธีการทำงานของเซ็นเซอร์วัดระยะแบบเหนี่ยวนำนั้นอาศัยหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า หลักการทำงานมีดังนี้:

1. วงจรออสซิลเลเตอร์: เซ็นเซอร์ประกอบด้วยวงจรออสซิลเลเตอร์ที่สร้างสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับความถี่สูงที่หน้าสัมผัส สนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้แผ่ขยายออกไปยังบริเวณโดยรอบ
2. การเกิดกระแสเอ็ดดี้: เมื่อวัตถุโลหะเข้าใกล้สนามแม่เหล็กไฟฟ้านี้ จะทำให้เกิดกระแสเอ็ดดี้ในโลหะ กระแสเหล่านี้ไหลภายในวัตถุโลหะเนื่องจากการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
3. การเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูด: กระแสวนที่เกิดขึ้นนี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานในวงจรสั่น ซึ่งนำไปสู่การลดลงของแอมพลิจูดของการสั่น ยิ่งวัตถุโลหะเข้าใกล้มากเท่าใด การสูญเสียพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้น และแอมพลิจูดของการสั่นก็จะยิ่งลดลงอย่างมีนัยสำคัญ
4. การตรวจจับสัญญาณ: เซ็นเซอร์ประกอบด้วยวงจรตรวจจับแอมพลิจูดที่ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงสถานะการสั่น เมื่อแอมพลิจูดลดลงต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนดเนื่องจากมีวัตถุโลหะอยู่ ระบบจะตรวจจับการเปลี่ยนแปลงนี้
5. การสร้างสัญญาณเอาต์พุต: เซ็นเซอร์จะแปลงการตรวจจับนี้เป็นสัญญาณเอาต์พุต (โดยทั่วไปคือสัญญาณไบนารี) เพื่อระบุว่ามีวัตถุอยู่หรือไม่ เอาต์พุตนี้สามารถใช้เพื่อกระตุ้นอุปกรณ์หรือกระบวนการอื่นๆ ในระบบอัตโนมัติ

IX. การเปรียบเทียบเทคโนโลยีเซนเซอร์ตรวจจับระยะใกล้ที่แตกต่างกัน

ก. จุดแข็งและข้อจำกัด

ประเภทเซ็นเซอร์	จุดแข็ง	ข้อจำกัด
อุปนัย	มีความน่าเชื่อถือสูงในการตรวจจับวัตถุที่เป็นโลหะ ทนทานและทนต่อสภาวะที่รุนแรง เวลาตอบสนองรวดเร็ว	จำกัดเฉพาะเป้าหมายที่เป็นโลหะ ไวต่อการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า
ความจุ	สามารถตรวจจับวัตถุทั้งที่เป็นโลหะและไม่ใช่โลหะได้ ดำเนินการผ่านสิ่งกีดขวางที่ไม่ใช่โลหะ ความไวที่ปรับได้	ระยะการตรวจจับสั้นกว่าเมื่อเทียบกับเซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำ ได้รับผลกระทบจากปัจจัยสิ่งแวดล้อม (ความชื้น อุณหภูมิ)
อัลตราโซนิก	การตรวจจับวัสดุต่างๆ แบบไม่สัมผัส ใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ระยะตรวจจับไกล	ประสิทธิภาพจำกัดในสุญญากาศ ประสิทธิภาพอาจได้รับผลกระทบจากพื้นผิววัตถุและการดูดซับเสียง
โฟโตอิเล็กทริก	อเนกประสงค์ด้วยการกำหนดค่าที่แตกต่างกัน (ลำแสงทะลุ, สะท้อนแสง) เวลาตอบสนองรวดเร็ว สามารถตรวจจับวัตถุโปร่งใสได้	ความซับซ้อนในการติดตั้งสำหรับบางประเภท ประสิทธิภาพอาจแตกต่างกันไปตามสีวัตถุและการสะท้อนแสง
เลเซอร์	การตรวจจับความแม่นยำสูงและระยะไกล เหมาะสำหรับเป้าหมายขนาดเล็กหรือระยะไกล	ต้นทุนและการใช้พลังงานที่สูงขึ้น ความกังวลด้านความปลอดภัยจากการสัมผัสดวงตา ประสิทธิภาพที่จำกัดด้วยวัสดุโปร่งใส

ข. การประยุกต์ใช้งานที่เหมาะสมกับแต่ละเทคโนโลยี

การประยุกต์ใช้งานที่เหมาะสมสำหรับแต่ละเทคโนโลยี

• เซ็นเซอร์ตรวจจับความใกล้ชิดแบบเหนี่ยวนำ:
  • นิยมใช้ในระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมเพื่อตรวจจับชิ้นส่วนโลหะบนสายพานลำเลียง
  • เหมาะสำหรับการตรวจจับตำแหน่งในเครื่องจักรและอุปกรณ์
• เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบคาปาซิทีฟ:
  • เหมาะสำหรับการตรวจจับวัสดุที่ไม่ใช่โลหะ เช่น ของเหลว ผง และพลาสติก
  • มักใช้ในการบรรจุภัณฑ์ การแปรรูปอาหาร และการวัดระดับ
• เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบอัลตราโซนิก:
  • มีประสิทธิภาพในการใช้งานที่ต้องการการวัดระยะทาง เช่น การตรวจจับระดับของเหลวและการตรวจจับวัตถุในหุ่นยนต์
  • ใช้ในระบบยานยนต์เพื่อช่วยในการจอดรถ
• เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบโฟโตอิเล็กทริก:
  • ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบบรรจุภัณฑ์ ระบบการคัดแยก และการจัดการวัสดุ
  • เหมาะสำหรับการตรวจจับวัตถุโปร่งใสหรือการนับรายการบนสายพานลำเลียง
• เซ็นเซอร์ตรวจจับระยะใกล้แบบเลเซอร์:
  • ใช้ในงานที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น ระบบการวางตำแหน่งหุ่นยนต์ และระบบตรวจสอบอัตโนมัติ
  • มักพบในระบบโลจิสติกส์เพื่อวัดระยะทางหรือขนาดของบรรจุภัณฑ์

บทสรุป: ความหลากหลายของเทคโนโลยีการตรวจจับระยะใกล้

ความหลากหลายของเทคโนโลยีการตรวจจับระยะใกล้สะท้อนให้เห็นถึงความต้องการที่หลากหลายของระบบอัตโนมัติและระบบควบคุมสมัยใหม่ เซ็นเซอร์แต่ละประเภทมีจุดแข็งเฉพาะตัวที่ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเฉพาะด้าน ในขณะเดียวกันก็มีข้อจำกัดที่ต้องพิจารณาในระหว่างการเลือก เซ็นเซอร์แบบเหนี่ยวนำมีประสิทธิภาพในการตรวจจับโลหะ ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบคาปาซิทีฟมีความคล่องตัวในการใช้งานกับวัสดุที่แตกต่างกัน เซ็นเซอร์อัลตราโซนิกมีความสามารถในการวัดระยะทางที่แข็งแกร่ง ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบโฟโตอิเล็กทริกได้รับความนิยมเนื่องจากความเร็วและความสามารถในการปรับตัว เซ็นเซอร์เลเซอร์มีความโดดเด่นในด้านความแม่นยำในระยะไกล

ที่มาของบทความ:

https://www.ifm.com/de/en/shared/technologies/ultrasonic-sensors/advantages-of-ultrasonic-sensors

https://www.tme.eu/Document/e5f38f78b147f70a1fae36b473781d74/MM-SERIES-EN.PDF