ในบทความนี้จะเป็นการพูดถึงปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการตรวจจับของ Ultrasonic Sensor ซึ่งในส่วนนี้คือส่วนสำคัญที่จำเป็นต้องรู้ เนื้องจาก จะเป็นส่วนที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงานของเซ็นเซอร์ชนิดนี้โดยตรง และ ช่วยส่งเสริมให้เรามีความเข้าใจถึงหน้าที่หลักของเซ็นเซอร์ชนิดนี้ว่า Ultrasonic Sensor นั้นคืออะไร? และ นำไปสู่การเลือกใช้ กลุ่มสินค้าของ Ultrasonic Sensor ได้อย่ามีประสิทธิภาพ โดยรายละเอียดทั้งหมดจะเป็นอย่างไรนั้น ติดตามได้จากบทความนี้กันเลยครับ
คลื่นเสียง Ultrasonic Sensor มีหลักการตรวจจับยังไง?
จากที่ว่า Ultrasonic Sensor ทำงานโดยใช้หลักการสะท้อนคลื่นเสียงในช่วง Ultrasound เราจึงจำเป็นต้องทราบปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการตรวจจับเพื่อให้สามารถใช้งานเซ็นเซอร์ชนิดนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และ จำเป็นต้องทำความเข้าใจเกี่ยวกับคุณลักษณะของคลื่นชนิดนี้ก่อน โดยสามารถอธิบายเพิ่มเติมได้ดังนี้
ความยาวคลื่นและการแพร่กระจายคลื่น (Wavelength and Radiation)
ความเร็วในการเดินทางของคลื่นนั้นขึ้นอยู่กับความความถี่ และความยาวคลื่น โดยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้นจะมีความเร็วอยู่ที่ 3x108m/s แต่สำหรับคลื่นเสียงนั้น จะช้ากว่าของคลื่นแม่เล็กไฟฟ้ามาก โดยในอากาศจะมีความเร็วอยู่ที่ประมาณ 344m/s ที่อุณหภูมิ 20°C โดยที่อ้างอิงเรื่องอุณหภูมินั้น เนื่องจากว่าอุณหภูมิมีผลต่อการเดินทางของคลื่นเสียงด้วย โดยที่ความเร็วต่ำๆ นี้ ความยาวคลื่นจะสั้น ซึ่งหมายความว่าจะมีความละเอียดในการวัดค่าระยะทาง และการกำหนดทิศทาง เพราะว่าที่ความละเอียดสูง สามารถวัดค่าได้แม่นยำมากยิ่งขึ้น
การสะท้อนของคลื่น (Reflection)
เป็นการพูดถึงการตรวจจับการมีหรือไม่มีของวัดถุที่ถูกคลื่นสะท้อนกลับมา สำหรับวัตถุที่เป็นของแข็ง เช่น เหล็ก ไม้ ปูน แก้ว ยาง หรือกระดาษ จะมีความสามารถในการสะท้อนคลื่น 100% ดังนั้น การตรวจจับวัตถุประเภทนี้จึงเป็นเรื่องง่ายสำหรับการใช้ Ultrasonic Sensor ในการตรวจจับ แต่สำหรับ สำลี ขนสัตว์ หรือใยแก้วนั้น ยากที่จะใช้เซ็นเซอร์ประเภทนี้ในการตรวจจับเพราะว่ามีการดูดกลืนคลื่น ซึ่งจะเกิดขึ้นอยู่บ่อยๆ กับการตรวจจับชิ้นงานที่มีพื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และไม่เรียบ
ผลกระทบทางด้านอุณหภูมิ (Effects of Temperature)
ในการใช้งานตัวเซ็นเซอร์วัดระยะทางแบบ Ultrasonic Sensor ควรจะต้องพิจารณาเรื่องผลกระทบทางด้านอุณหภูมิที่มีต่อการทำงานของเซ็นเซอร์ โดยอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไปจะมีผลทำให้ความเร็วในการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียงเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซึ่งสามารถอธิบายได้จากสมการด้านล่าง
จะเห็นได้ว่าความเร็วในการเคลื่อนที่ของเสียงนั้น จะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ที่อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง ซึ่งอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์นั้นจะใช้หลักการการสะท้อนของคลื่นเสียงกับวัดถุ แล้วหาค่าเวลา ซึ่งถ้าความเร็วคลื่นเสียงไม่คงที่แล้ว อาจทำให้การวัดค่ามีความคลาดเคลื่อนได้
การลดทอนของคลื่น (Attenuation)
สามารถเกิดขึ้นได้ทุกเวลา ขึ้นอยู่กับสภาวะแวดล้อม รวมถึงชนิดและพื้นผิวของวัตถุ ซึ่งการส่งคลื่นอัลตร้าโซนิคแบบเส้นตรงไปในอากาศ จะมีการลดทอนที่เกิดจากระยะทางในการเคลื่อนที่ของคลื่นเสียง นอกจากนี้โครงสร้างและลักษณะของชิ้นงาน หรือวัตถุที่ต้องการตรวจจับก็มีผล เช่น วัสดุพื้นผิวโค้ง จะทำให้การสะท้อนกลับของคลื่นเป็นแบบกระจัดกระจายยากต่อการทำงานของตัวรับ หรือเกิดการดูดกลืนคลื่นจากชิ้นงาน นอกจากนี้ความถี่ที่ใช้งานก็มีผลต่อการลดทอนเช่นกัน โดยความถี่สูงอาจทำให้เกิดการลดทอนได้มากกว่าความถี่ต่ำ
รูปที่ 1 การลดทอนคลื่นอัลตร้าโซนิคในแต่ละความถี่
ที่มา: http://www.murata.com/
ความถี่ของ Ultrasonic Sensor (Frequency of Ultrasonic Sensor)
คือ ความถึ่ที่เกิดจากการสั่นของ Piezoelectric Ceramics หลังจากที่มีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าเข้าไปที่ตัวเซ็นเซอร์ ซึ่งความถี่ที่นิยมนำมาใช้งานนั้นจะขึ้นอยู่กับประเภทของการใช้งาน โดยส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับระยะทางที่ต้องการตรวจจับ กับความละเอียดในการวัด เช่น ในงานอุตสาหกรรม จะนิยมใช้อัลตร้าโซนิคแบบความถี่สูงตั้งแต่ 70kHz ขึ้นไป เนื่องจากมีความเที่ยงตรงกว่าแบบความถี่ต่ำ แต่จะมีข้อเสียตรงที่ระยะทางที่ได้จะใกล้กว่า ซึ่งปัจจุบันมี Ultrasonics ของ Banner สามารถทำความละเอียดได้สูงถึง 0.5mm.
รูปที่ 2 ตัวอย่างอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์แบบความถี่สูง
ทั้งหมดนี้คือเนื้อหาทั้งหมดที่ทาง my.Factomart.com ได้นำมาเสนอให้กับท่านผู้อ่านนะครับ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญส่วนหนึ่ง ที่จะทำให้ท่านรู้ว่า Ultrasonic Sensor นั้นคืออะไร? และ สามารถเลือกใช้ กลุ่มสินค้าของ Ultrasonic Sensor ได้อย่างเหมาะสม
และถ้าหากท่านมี ข้อสังสัยเพิ่มเติม หรือ ต้องการเสนอแนะในส่วนใด ท่านสามารถส่งข้อความของท่านได้ในกล่องเสนอความคิดเห็นที่อยู่ทางด่านล่าง หรือ ติดต่อเราได้โดยตรงในทุกช่องทางการติดต่อของเรานะครับ
