สำหรับบทความนี้เราจะพาท่านผู้อ่านมาทัวร์ถึงภายในของ Ultrasonic Sensor เพื่อให้เห็นและรู้จักกับโครงสร้างภายใน ของเซ็นเซอร์ชนิดนี้ ซึ่งจะเป็นพื้นฐานสำคัญที่จะทำให้ท่านเรียนรู้ถึงหลักการทำงานได้อย่างเข้าใจ และ นอกจากนี้นั้น เราก็จะเล่าถึงวิธีการคำนวนหาค่าระยะทางของ Ultrasonic Sensor ว่ามีหลักการคำนวนอย่างไร? พร้อมตัวอย่างการใช้ที่จะช่วยเสริมความเข้าใจให้กับท่านผู้อ่านได้อย่างแน่นอน
ซึ่งบทความนี้จะมีส่วนช่วยให้ทุกท่านมีความเข้าว่า Ultrasonic Sensor นั้นคืออะไร? เพื่อนำไปสู่การเลือกใช้งาน กลุ่มสินค้าของ Ultrasonic Sensor ได้อย่างเหมาะสม และ มีประสิทธิภาพต่อไป โดยรายละเอียดเนื้อหาจะเป็นอย่างไรนั้น ติดตามได้จากบทความต่อไปนี้ครับ
โครงสร้าง Ultrasonic Sensor เป็นอย่างไร ไปดูกัน!
โครงสร้างของอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์นั้นประกอบไปด้วยส่วนต่างๆ ที่ทำหน้าที่แตกต่างกันออกไป โดยมีส่วนประกอบที่สำคัญอยู่ดังนี้
1.Ultrasonic Transceiver ตัวรับ-ส่ง คลื่นอัลตร้าโซนิค
2.Amplifier วงจรขยาย
3.Oscillator วงจรกำเนิดสัญญาณความถี่
4.Output วงจรภาคเอาท์พุต
รูปที่ 1 โครงสร้างของ Ultrasonics Sensor
Ultrasonic Transceiver หรือ ตัวรับ-ส่ง คลื่นอัลตร้าโซนิค
เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ในการแปลงสัญญาณจากแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นจากวงจร Oscillator ไปเป็นคลื่นความถี่อัลตร้าโซนิค โดยอาศัยการสั่นของ Piezoelectic Ceramics เพื่อส่งออกไปยังวัตถุที่ต้องการตรวจจับ และ ทำหน้าที่เป็นตัวรับคลื่นอัลตร้าโซนิคที่สะท้อนกลับมาจากวัตถุ แล้วแปลงกลับเป็นสัญญาณไฟฟ้า เพื่อนำไปใช้งานต่อไป
โดยการส่งคลื่นอัลตร้าโซนิคจะมีอยู่ด้วยกัน 2 แบบ คือ แบบต่อเนื่อง Continuous และ แบบพัลส์ Pulse แต่ที่นิยมใช้กันจะเป็นแบบ Pulse เนื่องจากสามารถลดการผิดพลาดจากการวัดได้ดี เช่น การสับสนของสัญญาณที่สะท้อนกลับมา เพราะมีการกำหนดจำนวน Pulse ที่แน่นอนในการส่งแต่ละครั้ง แต่ก็อาจจะทำให้ความไวในการวัดนั้นช้าลง เนื่องจากจำเป็นต้องรอเวลาในการส่ง Pulse ออกเป็นช่วงๆ
รูปที่ 2 โครงสร้างของอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์แบบความถี่สูง
ที่มา: http://www.murata.com/
Amplifier หรือ วงจรขยาย
เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าจากตัว Ultrasonic Transceiver ที่ทำการแปลงคลื่นอัลตร้าโซนิคที่สะท้อนกลับมาจากวัตถุไปเป็นสัญญาณไฟฟ้าแล้ว เนื่องจากสัญญณไฟฟ้าที่ได้นี้จะมีขนาดเล็ก จึงจำเป็นต้องมีการขยายก่อนนำไปใช้งาน
Oscillator หรือ วงจรกำเนิดสัญญาณความถี่
เป็นวงจรที่ทำหน้าที่กำเนิดความถี่เรโซแนนซ์และส่งไปยัง Piezoelectic Ceramics เพื่อให้เกิดการสั่นเท่ากับความถี่ธรรมชาติ โดยปรากฎการณ์นี้จะทำให้พลังงานที่ใส่เข้าไปใน Piezoelectic Ceramics เสริมค่าการสั่นของความถี่ธรรมชาติที่มีอยู่ในตัว Piezoelectic Ceramics ให้เกิดค่าแอมปลิจูดสูงสุดเท่าที่จะทำได้ ซึ่งจะเป็นความถี่เดียวกับคลื่นอัลตร้าโซนิคที่ส่งออกไป
Output วงจรภาคเอาท์พุต
เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ส่งสัญญาณออกมาเพื่อติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก เช่น Relay, Controller, Indicator, PLC หรือตัวควบคุมอื่นๆ โดยวงจรภาคเอาท์พุตจะมีอยู่ด้วยกัน 3 รูปแบบ ดังนี้
- วงจรเอาท์พุตแบบไม่ต่อเนื่อง (Discrete Output) เป็นวงจรเอาท์พุตที่ทำงานแบบเปิดหรือปิด เช่น Relay, NPN, PNP ซึ่งเหมาะสำหรับการตรวจจับวัตถุที่เป็นจุดๆ หรือตรวจจับว่ามีหรือไม่มี
- วงจรเอาท์พุตแบบต่อเนื่อง (Continuous Output) เป็นวงจรเอาท์พุตที่ทำงานต่อเนื่อง Analog Output ซึ่งจะเป็นสัญญาณแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟฟ้า มาตรฐาน เช่น 4~20mA, 0~10VDC ซึ่งจะมีค่าแปรเปลี่ยนตามระยะทางที่เซ็นเซอร์ตรวจจับได้ โดยเหมาะสำหรับการตรวจจับวัตถุที่ต้องการรู้ตำแหน่ง หรือระยะทาง เช่น ระดับน้ำ
- วงจรเอาท์พุตสำหรับส่งข้อมูล (Communication Data Output) เป็นวงจรเอาท์พุตที่ทำงานคล้ายกับแบบวงจรเอาท์พุตแบบต่อเนื่อง (Continuous Output) เพียงแต่สัญญาณที่ส่งออกมานั้นไม่ได้เป็นสัญญาณอนาล็อก แต่จะเป็นสัญญาณดิจิตอล IO Link, CC Link, PROFIBUS ที่ใช้คุยกับอุปกรณ์พิเศษ เช่น PLC
การคำนวณหาระยะทางของอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์ (Ultrasonic Distance Calculate)
ในการคำนวณหาระยะทางของอัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์นั้นจะใช้หลักการสะท้อนของคลื่นความถี่เสียง และ คำนวณหาค่าระยะทางได้จากการเดินทางของคลื่นเทียบกับเวลา โดยเราสามารถคำนวณหาค่าระยะห่างระหว่างวัตถุได้จากสมการ
สมการการคำนวณหาค่าระยะห่างระหว่างวัตถุ
รูปที่ 3 การคำนวณหาระยะทางระหว่าง Ultrasonic Sensor กับวัตถุ
ตัวอย่าง เช่น ถ้าระยะเวลา t = 100ms จะสามารถคำนวณหาค่าระยะทางได้โดยการแทนค่าลงในสมการด้านล่าง ซึ่งเมื่อแทนค่าเสร็จแล้วจะได้ระยะทางเท่ากับ 17.2m
จากบทความนี้คงช่วยให้ท่านผู้อ่านได้เห็นถึงส่วนประกอบที่สำคัญ และ เข้าใจถึงความสำคัญของทุกส่วนประกอบได้แล้วนะครับ และ ทาง
เราหวังว่า ความรู้ในส่วนนี้จะเป็นพื้นฐานอย่างดี ที่จะช่วยให้ท่านนำไปเรียนรู้เรื่อง หลักาการทำงานของ Ultrasonic Sensor ได้อย่างเข้าใจ
ได้ง่ายยิ่งขึ้น และ ทำให้ท่านมีความเข้าใจถึง Ultrasonic Sensor นั้นคืออะไร? และ สามารถนำไปเลือกใช้งาน กลุ่มสินค้าของ Ultrasonic Sensor ให้เหมาะกับงานของท่านและมีประสิทธิภาพนะครับ
และทั้งหมดนี้ก็คือเนื้อหาเกี่ยวกับ โครงส้รางภายในของ Ultrasonic Sensor ที่ทาง my.Factomart.com ได้นำมาเสนอนะครับ หากท่านมี ข้อสังสัยเพิ่มเติม หรือ ต้องการเสนอแนะในส่วนใด ท่านสามารถส่งข้อความของท่านได้ ในกล่องเสนอความคิดเห็นที่อยู่ทางด่านล่าง หรือ ติดต่อเราได้โดยตรงในทุกช่องทางการติดต่อของเรานะครับ
