Optical displacement and measurement sensors

"Displacement and Measurement Sensors" ေတြကို၊ distances ဆိုတဲ႔ အကြာအေဝးနဲ႔ heights ဆိုတဲ႔ အၿမင္႔ေတြတိုင္းတာရာမွာ အသံုးၿပဳပါတယ္။ laser, LED, ultrasonic, contact နဲ႔ eddy current sensors ေတြကို အသံုးၿပဳသလို၊ optical sensors ေတြကိုသံုးၿပီး၊ အကြာအေဝးနဲ႔ အၿမင္႔ေတြကို တိုင္းတာနိဳင္ပါတယ္။ 

Fig. Optical System of the Displacement Sensor

optical sensors ေတြမွာ drive circuit ရဲ႕ lighting source မွထုတ္လြွင္႔တဲ႔ အလင္းတန္းကို၊ lens မွ စုစည္းလိုက္ပါတယ္။ စုစည္းထားတဲ႔ condensed light ဟာ object ေပါါမွာကၽေရာက္ၿပီး၊ အလင္းတန္း စုစည္းေပးတဲ႔ condensed lens ကိုေတာ႔၊ emitter lens လို႔ေခါါပါတယ္။ object မွ အလင္းၿပန္လာမယ္႔ reflected light ကို၊ detector lens မွာထပ္မံ စုစည္းကာ၊ condensed light အေနနဲ႔ PSD လို႔ေခါါတဲ႔ one-dimensional position sensing device သို႔ပို႔ေပးပါတယ္။ object ရဲ႕ position တနည္းအားၿဖင္႔ measuring device မွ၊ အကြာအေဝးေၿပာင္းလဲ သြားတဲ႔အခါ PSD မွာလက္ခံရရိွမယ္႔၊ image formation position ဟာလည္းေၿပာင္းလဲသြားသလို၊ PSD ရဲ႕ out put လည္းေၿပာင္းလဲ သြားပါတယ္။ 

displacement ကိုအထက္ပါ ပံုေသနည္းအရတိုင္းတာၿပီး၊ 'A' နဲ႔ 'B' ဟာ PSD ရဲ႕ output ေတြၿဖစ္ပါတယ္။ 'K' ကေတာ႔ span coefficient တန္ဘိုးၿဖစ္ၿပီး၊ 'C' ကေတာ႔ offset တန္ဘိုးၿဖစ္ပါတယ္။ 'A' နဲ႔ 'B' တန္ဘိုး ကြာၿခားခၽက္ဟာ ' illuminance' ဆိုတဲ႔၊ သိသာၿမင္လြယ္ထင္ရွားတဲ႔ ကြာၿခားခၽက္မၽိဳး မဟုတ္ေပမယ္႔ object ေနရာေၿပာင္းေရြွ႕မွဳမွတဆင္႔၊ ေပါါေပါက္လာတဲ႔ light intensity ေၿပာင္းလဲမွဳကေတာ႔ သိသာ ပါတယ္။ light intensity ေၿပာင္းလဲမွဳဟာ၊ object ရဲ႕ position ေၿပာင္းလဲမွဳမွတဆင္႔ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ distance difference ဆိုတဲ႔၊ အကြာအေဝးေၿပာင္းလဲမွဳရဲ႕ linear out put နဲ႔ တိုက္ရိုက္အခၽိဳးကၽပါတယ္။

Fig. Regular reflection type

Fig. Diffuse reflection type

Optical displacement and measurement sensors ေတြကို၊ regular reflection type နဲ႔ diffuse reflection type ဆိုၿပီးေတြ႔ရပါတယ္။ regular reflection type မွာ၊ object မွ၊ ၿပန္လင္းတန္းကို regular reflection အေနနဲ႔ လက္ခံရရိွပါတယ္။ stable measurement အေနနဲ႔ glossy surface object ဆိုတဲ႔၊ အလင္းေပါက္အရာဝထၳဳေတြနဲ႔ metal ဆိုတဲ႔ သတၳဳေတြရဲ႕ displacement ကိုတိုင္းတာရာမွာ၊ အသံုးၿပဳ ပါတယ္။ diffuse reflection type မွာေတာ႔ object မွ၊ ၿပန္လင္းတန္းကို perpendicularly diffuse reflection အေနနဲ႔ လက္ခံရရိွၿပီး၊ wide measurement area တိုင္းတာရာမွာ၊ အသံုးၿပဳပါတယ္။

Fig. Resolution

Fig. Error

measured object ဟာတည္ၿငိမ္ေနတဲ႔အခါ object ရဲ႕ ၿပန္လင္းတန္း resolution မွတဆင္႔ distance ကို တိုင္းတာၿပီး၊ fluctuation ကို၊ linear output အေနနဲ႔ရရိွနိဳင္ပါတယ္။ ideal straight line မွာ linear output အေနနဲ႔ရရိွနိဳင္ေပမယ္႔၊ error ရိွၿပီး၊ FS-full scale ရဲ႕ percentage of the measurement range ဆိုတဲ႔ format အေနနဲ႔ေဖာ္ၿပၿပီး၊ "1%" ခန္႔ရိွပါတယ္။ ambient temperature အေၿပာင္းအလဲေႀကာင္႔ လည္း၊ linear output မွာ variation ၿဖစ္ေပါါနိဳင္သလို၊ "Temperature Drift" လို႔ေခါါပါတယ္။

Fig. Response time

Fig. Response time and resolution

object ရဲ႕ displacement နဲ႔ width တို႔ဟာ၊ steps အေနနဲ႔ရုတ္တရက္ေၿပာင္းလဲသြားခဲ႔လၽွင္၊ analog output အေနနဲ႔ရိွေနတဲ႔ linear output ဟာ၊ (10%) မွ (90%) သို႔လိုက္ပါေၿပာင္းလဲဖို႔၊ အခၽိန္အတိုင္း အတာတခု ယူရၿပီး၊ "response time" လို႔ေခါါပါတယ္။ displacement, response time နဲ႔ resolution တို႔ကို၊ ခၽိန္ညွိယူနိဳင္ပါတယ္။ displacement ကို၊ precisely measure displacement အေနနဲ႔ တိတိ ကၽကၽတိုင္းတာလိုတဲ႔အခါ၊ slower response time setting အေနနဲ႔ခၽိန္ညွိယူၿပီး၊ responsiveness ကိုေလၽွာ႔ခၽၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ fast response measure displacement အေနနဲ႔၊ ၿမန္ၿမန္ဆန္ဆန္ တိုင္းတာ လိုတဲ႔အခါ၊ faster response time setting အေနနဲ႔ခၽိန္ညွိယူၿပီး၊ resolution ကိုေလၽွာ႔ခၽပါတယ္။

Reference : Sensor မၽား - ကိုထြန္း, Marine Electrical & Automation Course - (ဦးခင္ေမာင္ဦး၊ အခၽိန္ပိုင္း ကထိက၊ စက္မွဳဌာန၊ ေရေႀကာင္းပညာသိပၸံေကၽာင္း), Technical Guide - OMRON Industrial Automation, Australia,

Image credit to : http://www.omron.com.au/,

Remark : All images herein this website are for use of educational purpose only. The owner of this web site is not responsible for the consequences in case of violation to copyright, trademark, patent or other intellectual property rights of any third party.