โฟโต้สวิตช์ (PHOTO SWITCH) คืออะไร

---

โฟโต้สวิตช์ คือ อุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ในการตรวจจับการปรากฏขึ้นของวัตถุโดยอาศัยหลักการการส่งและการรับแสง โดยแสงที่ใช้จะเป็นแสงที่ได้จากหลอด LED ซึ่งจะมีองค์ประกอบ 2 ส่วน คือ

1. แสงที่สายตามนุษย์มองเห็นได้
2. แสงอินฟราเรด ซึ่งเป็นแสงที่มนุษย์ไม่เห็นเพราะมีความยาวคลื่นสูงกว่า 800 นาโนเมตร ดังแสดงใน รูปที่ 1

รูปที่ 1 แถบสีและความยาวคลื่นของแสง

ซึ่งข้อดีของแสงทั้ง 2 ส่วน ก็คือ แสงที่มนุษย์สามารถมองเห็นจะช่วยในการติดตั้งจโฟโต้สวิตช์ได้เร็วและสะดวกยิ่งขึ้นส่วนแสงอินฟราเรดจะช่วย เพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจจับ เนื่องจากมีความเข้มของแสงสูงกว่าแสงที่สายตามองเห็นทำให้ตรวจจับได้ไกล และโฟโต้ทรานซศิสเตอร์ ซึ่งอยู่ในภาครับแสง จะตอบสนองกับแสงอินฟราเรดได้ดีกว่าแสงที่สายตามองเห็น ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 กราฟแสดงความสัมพันธ์ของแสงกับการตอบสนองของโฟโต้ทรานซอสเตอร์

---

องค์ประกอบของโฟโต้สวิตช์ จะประกอบด้วย 2 ส่วน ได้แก่

1. ภาคส่งแสง (Emitter หรือ Transmitter)
   • Pulse modulator คือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่สร้างพัลส์ ซึ่งความถี่ของพัลส์นี้ จะเป็นความถี่ของแสงที่จะถูกส่งออกไป
   • Amplifier ทำหน้าที่ขยายสัญญานพัลส์ให้มีโวลต์เตจสูงขึ้น
   • Opto-diode ทำหน้าที่เปลี่ยนสัญญานไฟฟ้าที่ได้ให้เป็นแสง ซึ่งมีองค์ประกอบ 2 ส่วน คือ แสงอินฟราเรด และแสงที่มนุษย์มองเห็น ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแสงสีแดง รองลงมาคือแสงสีเขียว
   • เลนส์ (Lense) ทำหน้าที่รวมแสงแล้วส่งออกไป
2. ภาครับแสง (Reciever)
   • เลนส์ (Lense) ทำหน้าที่รวมแสงที่เข้ามา
   • Photo transister ทำหน้าที่แปลงแสงที่รับเข้ามาให้เป็นสัญญานไฟฟ้าออกมาเป็นมิลลิโวลต์
   • Pre-Amplifier ทำหน้าที่ขยายโวลต์เตจที่รับมาจาก Photo Transister ให้สูงขึ้น
   • Synchronizer ทำหน้าที่เปรียบเทียบความถี่ของแสงที่รับมาจาก Pulse Modulator ว่าตรงกันหรือไม่ หากตรงกันก็จะส่งเอาท์พุตออกไป ซึ่งวงจรเหล่านี้จะช่วยป้องกันแสงรบกวนจากแสงภายนอกทั้งจากแสงแดดและหลอดไฟในห้องทำงาน เพราะความถี่ของแสงที่รบกวนจะไม่ตรงกับความถี่ที่ส่งมาจากภาคส่งแสงทำให้สามารถแยกความแตกต่างได้
   • Sensitivity Adjustment เป็นตัวความต้านทานที่ปรับค่าได้ เพื่อกำหนดปริมาณแสงที่ได้รับมาว่าปริมาณเท่าใดจึงจะให้เอาท์พุตทำงาน โดยจะเป็นการปรับค่าโวลต์เตจ เพื่อจะให้วงจรถัดไปคือ Trigger ทำการ ON หรือ OFF
   • Trigger คือวงจรที่จะสั่งให้ทำการ ON หรือ OFF จะมีค่า ฮีสเตอร์รีซิส (Hysterresis) เพื่อป้องกันไม่ให้เอาท์พุตทำงานบ่อยเกินไป
   • Amplifier ทำหน้าที่ขยายสัญญานให้มีโวลต์เตจสูงขึ้น เพื่อสั่งให้เอาท์พุตทรานซิสเตอร์เปลี่ยนสภาวะ

---

ความสัมพันธ์ระหว่างสี และประเภทของวัตถุกับระยะตรวจจับ

สำหรับโฟโต้สวิตช์ประเภทสะท้อนวัตถุ (Diffuse Reflective) ความสามารถในการสะท้อนแสงของวัตถุมีผลต่อระยะตรวจจับของโฟโต้สวิตช์ โดยจะขึ้นอยู่กับสี และลักษณะความเรียบและความมันวาวของวัตถุที่ถูกตรวจจับ การคำนวนระยะตวจจับที่แท้จริงของโฟโต้สวิตช์ต้องมีข้อมูล 2 ส่วนคือ

1. ระยะตรวจจับตามปกติ (Nominal Range) ของโฟโต้สวิตช์ ซึ่งทดสอบกับกระดาษสีขาวมาตรฐาน
2. ค่าสัมประสิทธิ์ การแก้ไข (Correction Factor) ซึ่งขึ้นอยู่กับสีและลักษณธที่เป็นอยู่ของวัตถุที่ตัวการตรวจจับดังตาราง

ตารางค่าสัมประสิทธิ์การแก้ไข

สมการ ระยะตรวจจับที่แท้จริง = ระยะตรวจจับตามปกติ * ค่าสัมประสิมธิ์การแก้ไข
ตัวอย่าง โฟโต้สวิตช์แบบสะท้อนวัตถุที่ระยะตรวจจับ 400 มม. เมื่อใช้ตรวจจับไม้จะมีระยะตรวจจับที่แท้จริง คือ
วิธีทำ ระยะตรวจจับที่แท้จริง = 400 * (0.4 ~ 0.8) = 160 ~ 320 มม.

การต่อสายโฟโต้สวิตช์หลายตัวใช้งานพร้อมกัน

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้งานโฟโต้สวิตช์ในงานอุตสาหกรรม