Photoelectric sensor (၄)

Distance-settable sensors ေတြမွာ၊ position detector လို႔ေခါါတဲ႔ 2 part photo diode ကို၊ receiver အေနနဲ႔ sensor housing မွာတတ္ဆင္ထားပါတယ္။ sensing object ေရြွ႕လၽွားမွဳေႀကာင္႔ ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔၊ trangulated reflected beam concentration ေၿပာင္း လဲမွဳမွ တဆင္႔၊ sensing object ရဲ႕ distance အေၿပာင္းအလဲကို၊ receiver မွ sense လုပ္ပါတယ္။ object ဟာ၊ sensor နဲ႔ အနီးကပ္ဆံုး အကြာအေဝး သို႔၊ ေရာက္လာၿခင္းကို N (near) end လို႔ သတ္မွတ္ ၿပီး၊ အေဝးဆံုးအကြာအေဝးသို႔၊ ေရာက္သြားၿခင္းကိုေတာ႔ F (far) end အၿဖစ္သတ္မွတ္ပါတယ္။

Fig. Distance-settable sensor

N end နဲ႔ F end တို႔အလယ္၊ set position မွာ၊ object ရိွေနတဲ႔အခါ၊ reflected light ဟာ၊ 2 part photo diode ရဲ႕ အလယ္ေနရာသို႔၊ အလင္းၿပန္ၿပီး၊ photo diode ရဲ႕ အစြန္း နွစ္ဖက္လံုးမွာ၊ ညီမၽွတဲ႔ အလင္းၿပန္မွဳကို၊ ရရိွမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ sensing object ဟာ၊ sensor နဲ႔ အနီးကပ္ဆံုး အကြာအေဝးသို႔၊ ေရြွ႕လၽွားလာတဲ႔ အခါ၊ reflected light ဟာ triangulation အေနနဲ႔ 2 part photo diode ရဲ႕ N end အစြန္းမွာ၊ ပိုမိုကၽေရာက္မွာ ၿဖစ္သလို၊ object ဟာ၊ set distance position ကိုေကၽာ္လြန္ၿပီး၊ sensor နဲ႔ အေဝးဆံုးအကြာ အေဝး သို႔၊ ေရြွ႕လၽွားသြား ရင္ေတာ႔ reflected light ဟာ၊ F end အစြန္းကိုသာ၊ ပိုမိုကၽေရာက္မွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ N end နဲ႔ F end တို႔မွာၿဖစ္ေပါါတဲ႔ light intensity ကြာၿခားခၽက္မွတဆင္႔၊ sensing object position ကို၊ sensor မွတြက္ယူပါတယ္။

 distance-settable sensors ေတြကို၊ BGS လို႔ေခါါတဲ႔ Background suppression sensor နဲ႔ FGS လို႔ေခါါတဲ႔ Foreground suppression sensor ဆိုၿပီး၊ ခြဲၿခားအသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ BGS နဲ႔ FGS ေတြကို၊ object အေပါါမွ နီးနီးကပ္ကပ္တတ္ဆင္ၿပီး၊ sense လုပ္နိဳင္ပါတယ္။

Fig. BGS - Background suppression sensor နဲ႔ FGS - Foreground Suppression sensor

object ရဲ႕ surface condition နဲ႔ colour တို႔ဟာ၊ sensor အေပါါ effect မၿဖစ္ေပမယ္႔၊ object ရဲ႕ background ကေတာ႔၊ sensor အေပါါမွာ အနည္းငယ္သက္ေရာက္မွဳ ရိွတတ္ပါတယ္။ conveyor လို background object ေတြ အေပါါမွာ၊ ေရြွ႕လၽွားတဲ႔ application ေတြ အတြက္၊ BGS လို႔ေခါါတဲ႔ background suppression function distance-settable sensors ေတြကို၊ သံုးႀကပါတယ္။

black paper ထက္၊ ပိုေမွာင္တဲ႔ objects ေတြဟာ၊ extremely low reflectance တနည္းအားၿဖင္႔ အလင္းၿပန္မွဳ ပမာဏ အလြန္နည္းပါး မွာၿဖစ္သလို၊ mirror လို objects ေတြကေတာ႔၊ အလင္းၿပန္မွဳပမာဏ အလြန္မၽားမွာ ၿဖစ္ပါတယ္။ glossy surfaces လို၊ objects ေတြဟာ လည္း အလင္းၿပန္မွဳပမာဏမၽားသလို၊ အလင္းတန္းေတြ ဟာ၊ random directions အေနနဲ႔၊ ၿဖာထြက္မွာၿဖစ္ပါတယ္။ ၿပန္လင္းတန္းဟာ၊ receiver မွလက္ခံရမယ္႔ specified light intensity ပမာဏထက္နည္းနိဳင္၊ မၽားနိဳင္တဲ႔၊ applications ေတြနဲ႔ object ဟာ set distance နဲ႔ အနီးကပ္ဆံုးအကြာအေဝးအထိသာေရြွ႕လၽွားတဲ႔ applications ေတြမွာေတာ႔ FGS function sensors ေတြကို၊ သံုးႀကပါတယ္။

အလင္းတန္းေတြဟာ၊ random directions အေနနဲ႔၊ ၿဖာထြက္တဲ႔အခါ၊ receiver မွာ chattering effect ၿဖစ္ေပါါ နိဳင္တဲ႔အတြက္၊ OFF delay timer တလံုးကို၊ FGS function sensor နဲ႔ေတြဖက္ကာသံုးသင္႔ပါတယ္။

Limited-reflective Sensors ေတြကေတာ႔၊ Diffuse-reflective Sensors ေတြလိုအလုပ္လုပ္ပါတယ္။ emitter နဲ႔ receiver တို႔ကို တတ္ဆင္ထားပံုအရ၊ regular-reflection light ကိုသာ၊ လက္ခံနိဳင္ၿပီး၊ object ကို specific distance ဆိုတဲ႔၊ သတ္မွတ္ထားတဲ႔ အကြာ အေဝးအတြင္းမွာသာ၊ detect လုပ္နိင္ပါတယ္။ object ဟာ receiver ရဲ႕ reception area အတြင္းရိွေနစဥ္မွာ၊ sense လုပ္ၿပီး၊ reception area ကိုေကၽာ္လြန္ကာ object ေရြွ႕လၽွားသြားတဲ႔ အခါ၊ detect မလုပ္နိဳင္ေတာ႔တဲ႔အတြက္ reception over lap အၿဖစ္သတ္မွတ္နိဳင္ပါတယ္။

 Fig. Limited-reflective Sensor

limited-reflective sensors ေတြကို၊ object အေပါါမွနီးနီးကပ္ကပ္တတ္ဆင္ၿပီး၊ sense လုပ္နိဳင္သလို၊ object ရဲ႕ colour ေႀကာင္႔ sensor မွာ၊ effect မၿဖစ္ေပါါေစနိဳင္တာေတြ႔ရပါတယ္။ ဒါေပမယ္႔ glossiness လို႔ေခါါတဲ႔ smooth, shiny, lustrous surface ေတြလို ေၿပာင္လက္ေန တဲ႔ object ေတြနဲ႔၊ inclination လို႔ေခါါတဲ႔ disposition နဲ႔ bent ေတြ လို၊ အထစ္ေတြ၊ အေကြးအဝိုက္ ပံုသဏ႖န္ေတြရိွတဲ႔ object ေတြကို၊ detect လုပ္တဲ႔အခါ၊ sensor မွာ effect ၿဖစ္ေပါါနိဳင္ပါတယ္။

electrical components ေတြတတ္ဆင္ထားၿခင္းမရိွေပမယ္႔၊ Optical Fiber Sensors ေတြကို၊ Photoelectric sensor အၿဖစ္သတ္မွတ္ နိဳင္ပါတယ္။ Optical Fiber Sensors ေတြ ဟာ noise နဲ႔ environmental influences ေတြ ရဲ႕၊ သက္ေရာက္မွဳကို highly resistant အေနနဲ႔၊ ခံနိဳင္ရည္ ရိွပါတယ္။

 

Fig. Optical Fiber Sensor

Optical fiber မွာ high refractive index central core ကို၊ low refractive index cladding မွ၊ surrounded အေနနဲ ႔ ဖံုးအုပ္ထား ပါတယ္။ အလင္းတန္းဟာ core ထဲကိုဝင္လာတဲ႔အခါ၊ core ရဲ႕ နံရံမွာၿဖစ္ေပါါမယ္႔ repetitive total internal reflection ဟာ၊ refractive cladding ေႀကာင္႔ကၽဆင္းသြားၿပီး၊ အလင္းတန္းဟာ optical fiber မွ၊ အထက္ေအာက္ 60° ခန္႔ၿဖာထြက္ကာ၊ sensing object ကို strikes အေနနဲ႔ သက္ေရာက္ပါတယ္။ optical fiber ေတြရဲ႕ cross section တည္ေဆာက္ပံုအရ၊ Flexible type (multi-core), Standard type (single core) နဲ႔ Robot type (bundled) ဆိုၿပီးခြဲၿခားထားပါတယ္။ 

Flexible type (Multi-core) optical fibers ေတြကို၊ soft electrical wiring အေနနဲ႔ အသံုးၿပဳနိဳင္ၿပီး၊ 1 mm radius အထိေကြးလို႔ရသလို၊ bending ဟာ light intensity ကိုမထိခိုက္ နိဳင္တာ၊ ေတြ႔ရပါတယ္။ Standard type (single core) optical fibers ေတြကိုေတာ႔ 10 ~ 25 mm radius အထိသာေကြးလို႔ ရေပမယ္႔၊ long sensing distances application ေတြမွာ၊ light transmission အေနနဲ႔ efficient ၿဖစ္တာ ေတြ႔ရပါတယ္။ Robot type (bundled) optical fibers ေတြဟာ၊ အလြယ္တကူမပၽက္စီးနိဳင္တဲ႔၊ damage resists optical fibers ေတြၿဖစ္တဲ႔အတြက္၊ robot hands ကဲ႔သို႔၊ moving parts ေတြမွာ၊ attached အေနနဲ႔၊ တြဲဖက္အသံုးၿပဳေလ့ ရိွပါတယ္။ 

ဒါ႔အၿပင္ bending-resistance characteristics အေနနဲ႔၊ Repeated bending: 1,000,000 times min - တမိနစ္မွာ၊ အႀကိမ္ တသန္းအထိ အေကြးအဆန္႔၊ ခံနိဳင္ရည္ရိွၿပီး၊ allowable bending radius အေနနဲ႔ 4 mm အထိေကြးလို႔ ရတာကို၊ ေတြ႔ရပါတယ္။

Optical Fiber Sensors ေတြကို၊ "intrinsic sensors" ဆိုတဲ႔၊ sensing element အၿဖစ္အသံုးၿပဳနိဳင္သလို၊ "extrinsic sensors" ဆိုတဲ႔၊ signals ကိုသယ္ေဆာင္ေပးသြားမယ္႔၊ remote sensor အၿဖစ္ပါအသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။

optical fiber ကို၊ transducer အၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳထားတဲ႔ Intrinsic sensors ေတြကို၊ strain, temperature, pressure နဲ႔ အၿခား quantities ေတြတိုင္းတာဖို႔အတြက္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ Intrinsic sensors ေတြဟာ optical fiber ကို၊ transducer အၿဖစ္၊ အသံုးၿပဳ ထားၿပီး၊ strain, temperature, pressure နဲ႔ အၿခား quantities ေတြကို တိုင္းတာနိုင္ ပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ optical fiber မွာၿဖစ္ေပါါလာမယ္႔၊ intensity, phase, polarization, wavelength နဲ႔ light transit time အစရိွတဲ႔၊ modulated light wave parameter ေတြမွ တဆင္႔၊ detect လုပ္ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ 

Fig. Evanescent wave generation

Fig. Raman scattering

Optical Fiber ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ temperature ကိုတိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ temperature ေၿပာင္းလဲမွဳေႀကာင္႔၊ အလင္းတန္း မွာၿဖစ္ပါါလာမယ္႔ evanescent loss မွတဆင္႔၊ amplifier unit မွာတိုင္းတာၿခင္းၿဖစ္ၿပီး၊ တခါတရံမွာေတာ႔ အလင္းတန္းမွာ ၿဖစ္ပါါလာမယ္႔ Raman scattering မွတဆင္႔၊ amplifier unit မွာတိုင္းတာပါတယ္။ Electrical voltage ကိုတိုင္းတာတဲ႔ အခါ၊ nonlinear optical effects အေနနဲ႔တိုင္းတာၿခင္းၿဖစ္ၿပီး၊ voltage သို႔မဟုတ္ electric field ေႀကာင္႔ၿဖစ္ေပါါလာတဲ႔ light ရဲ႕ polarization မွတဆင္႔၊ amplifier unit မွာ တိုင္းတာပါတယ္။
 

Fig. Long-period fiber grating

Fig. Underwater-microphone

Fig. Sonar

Fig. Fiber-optic-interferometer

optical fiber တမၽိဳးၿဖစ္တဲ႔ LPG - long-period fiber grating ေတြကို direction recognition အတြက္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွသလို၊ seismic နဲ႔ sonar applications ေတြမွာလည္း၊ hydrophonesအၿဖစ္၊ optical fibers ေတြကို၊ အသံုးၿပဳႀကပါတယ္။ တနည္းအားၿဖင္႔ underwater-microphone အၿဖစ္အသံုးၿပဳၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။ electrical နဲ႔ magnetic filed ၿပင္းထန္ မၽားၿပားတဲ႔ေနရာေတြမွာ၊ fiber optic microphone ေတြနဲ႔ fiber-optic based headphone ေတြကို အသံုးၿပဳပါတယ္။ ဒါ႔အၿပင္optical fibers ေတြကို၊ Distributed temperature sensing အၿဖစ္၊ အပူရိွန္အရမ္း ၿမင္႔မားတဲ႔ေနရာေတြမွာ၊ temperature တိုင္းတာဖို႔၊ အသံုးၿပဳႀကသလို၊ interferometric sensors ေတြအၿဖစ္၊ ေလယာဥ္ေတြရဲ႕ gyroscopes မွာတတ္ဆင္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။

middle and high voltage range (100–2000 V) ေတြကို၊ တိတိကၽကၽတိုင္းတာဖို႔၊ polarimetric detection အေနနဲ႔၊ fiber-optic AC/DC voltage sensor ေတြကိုအသံုးၿပဳပါတယ္။ electrical arc flash ၿဖစ္ေပါါတဲ႔အခါ၊ fiber-optic sensor မွ transmit light အေနနဲ႔လက္ခံရယူၿပီး၊ digital protective relay သို႔ေပးပို႔ကာ၊ breaker ကို tripping အၿဖစ္ၿဖဳတ္ခၽနိဳင္တဲ႔အတြက္၊ electrical switchgear control ကဲ႔သို႔၊ အသံုးၿပဳနိဳင္ပါတယ္။

Fig. 1.25 Gbit/s multi-mode fiber

multi-mode optical fiber cable အသံုးၿပဳထားတဲ႔၊ Extrinsic sensors ေတြကို vibration, rotation, displacement, velocity, acceleration, torque နဲ႔ twisting ေတြကိုတိုင္းတာဖို႔အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ conventional sensors ေတြနဲ႔ တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ electrical out put ကို optical signal အၿဖစ္ေၿပာင္းလဲေပးဖို႔လိုအပ္ၿပီး၊ non-fiber optical sensor သို႔မဟုတ္ electronic sensor နဲ႔ optical transmitter တို႔ကို၊ modulated light ပို႔ေဆာင္ေပးပါတယ္။ 

platinum resistance thermometer လို၊ conventional sensor နဲ႔တြဲဖက္အသံုးၿပဳတဲ႔အခါ၊ temperature ေၿပာင္းလဲမွဳမွ resistance ေၿပာင္းလဲမွဳမွကိုသာ ရရိွတဲ႔ အတြက္၊ electrical power supply ကိုေပးသြင္းဖို႔လိုအပ္ပါတယ္။ resistance ေၿပာင္းလဲမွဳမွရရိွလာတဲ႔ modulated voltage output ကို၊ optical fiber သို႔ transmitter အေနနဲ႔ေပးပို႔ၿခင္းၿဖစ္ပါတယ္။

optical fiber cable ေတြကို inaccessible ဆိုတဲ႔ အတြင္းထဲကိုအလြယ္တကူ၊ ေရာက္ရိွဖို႔ မလြယ္တဲ႔ တိုင္းတာမွဳမၽိဳးမွာ၊ တတ္ဆင္ အသံုးၿပဳေလ့ရိွပါတယ္။ ဥပမာ ဂၽက္ ေလယာဥ္ေတြရဲ႕ engine အတြင္းပိုင္းမွ၊ temperature ကိုတိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ optical fiber ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ fiber cable မွာရရိွလာတဲ႔ radiation ကို၊ engine အၿပင္မွာတတ္ဆင္ထားတဲ႔၊ radiation pyrometer သို႔ေပးပို႔ကာ၊ ဖတ္ယူပါတယ္။ အလားတူ transformers ေတြရဲ႕ temperature ကို တိုင္းတာတဲ႔အခါ၊ optical fiber ကိုအသံုးၿပဳၿပီး၊ fiber cable မွာရရိွလာတဲ႔ electromagnetic field ကို၊ ေပးပို႔ကာ၊ ဖတ္ယူပါတယ္။

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

Image credit to : http://www.omron.com.au/, http://www.photonics.cusat.edu/, http://en.wikipedia.org/

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.